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Kaffeemaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaffeemaschine
mit einem an einen Wasserkessel angeschlossenen Brühwasser-Abgabezylinder und einem
darin durch ein Druckmittel auf und ab bewegbaren Kolben, der mittels einer Kolbenstange
mit einem zusätzlichen, in einem zweiten Druckmittelzylinder bewegbaren Kolben starr
verbunden ist, nach Patentanmeldung W 16252 X/341 (deutsche Auslegeschrift 1265
942), wonach der zweite Zylinder unterhalb des Zusatzkolbens einen an die Druckmittelleitung
anschließbaren Rückholdruckraum und in seiner von dem Zusatzkolben bestrichenen
Wandungszone eine oder mehrere wahlweise einschaltbare Wanddurchbrechungen hat,
durch die nach ihrer Freigabe seitens des hochgehenden Zusatzkolbens das Druckmittel
an den Impulsraum eines verstellbaren Steuerorgans anschließbar ist.
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Aus der französischen Patentschrift 1091170 ist eine Kaffeemaschine
mit einem an einen Brühwasserkessel angeschlossenen Brühwasser-Abgabezylinder und
einem darin auf und ab bewegbaren Kolben bekannt, der mittels einer Kolbenstange
mit einem zusätzlichen, in einem zweiten Druckmittelzylinder bewegbaren Kolben starr
verbunden ist. Der Brühwasserkolben wird durch unter ihm in den Brühwasser-Abgabezylinder
eindringendes Brühwasser nach oben und durch aus dem Brühwasserkessel in den zusätzlichen
Druckmittelzylinder eingeleiteten Dampf nach unten bewegt. Zu diesem Zweck muß natürlich
der obere Kolben einen größeren Durchmesser haben als der untere. Die Verschiebung
des Brühwasserkolbens nach unten erfolgt allein durch die sich aus den unterschiedlich
großen Kolbenflächen ergebende Druckdifferenz. Die Brühfrequenz bleibt bei dieser
Art des Antriebs niedrig. Der Doppelkolben wird oben und unten von dem heißen Brühwasser
in flüssiger bzw. dampfförmiger Phase beaufschlagt und kann sich bei häufigem Brühen
unzulässig stark erhitzen. Die Temperaturführung des Brühwassers macht wegen der
gelegentlichen starken Erhitzung des Doppelkolbens Schwierigkeiten.
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Beim Gegenstand der Hauptpatentanmeldung steht eine der Wanddurchbrechungen
des zusätzlichen Druckmittelzylinders ständig in Verbindung mit dem Impulsraum des
Steuerorgans. Ebenso ist der Rückholdruckraum ständig an die Druckmittelleitung
angeschlossen. Dadurch läuft der Abgabevorgang nach einer einmaligen Betätigung
des Steuerorgans vollkommen selbsttätig ab. Der Brühwasserkolben kehrt sofort nach
Freigabe der mit dem Impulsraum des Steuerorgans in Verbindung stehenden Wanddurchbrechung
des zusätzlichen Druckmittelzylinders um und preßt das Brühwasser nach unten durch
das Kaffeepulver aus. Es kann aber erwünscht sein, die Rückkehr des Brühwasserkolbens
in seine Ausgangsstellung um längere oder kürzere Zeit zu verzögern, um dem in die
Brühkammer eingedrungenen Brühwasser Gelegenheit zu geben, eine erwünschte Zeitdauer
lang auf das Kaffeemehl einzuwirken, bevor das Brühwasser ausgedrückt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand der Hauptpatentanmeldung
dadurch weiterzubilden und zu verbessern, daß eine beliebige Verzögerung des Ausschiebens
des Brühwassers mit einer Kaffeemaschine erzielbar ist, bei welcher zum Unterschied
von der eingangs erläuterten bekannten Kaffeemaschine das Brühwasser selbst nicht
zur Bewegung des Brühwasserkolbens herangezogen wird. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die jeweils wirksame Wandungsdurchbrechung des Rückholzylinders
mit dem Impulsraum eines Absperr-oder Rückschlagventils verbunden ist, welches zwischen
den Arbeitsraum des Brühwasserzylinders und den einen Vorraum eines von Hand in
zwei Stellungen einstellbaren Mehrwegesteuerventils eingeschaltet ist, dessen anderer
Vorraum mit dem Rückholdruckraum des Rückholzylinders verbunden ist und das in seiner
einen Stellung den ersten Vorraum an die Druckmittelleitung und den zweiten Vorraum
an eine Abflußleitung, in der anderen Stellung dagegen den ersten Vorraum an die
Abflußleitung und den zweiten Vorraum an die Druckmittelleitung anschließt.
Dadurch
wird erreicht, daß bei einer ersten Betätigung des Mehrwegesteuerventils der Brühwasserkolben
in die der Lage der wirksamen Wanddurchbrechung in dem Rückholzylinder entsprechende
Füllstellung verschoben und dort so lange im Stillstand gehalten wird, bis durch
eine zweite, im umgekehrten Sinne erfolgte Betätigung des Mehrwegesteuerventils
die Vorschubbewegung des Brühwasserkolbens aus der Füllstellung in seine Ausgangsstellung
eingeleitet wird. Man kann also nunmehr die Zeitdauer des Stillstandes des Brühwasserkolbens
und damit die Zeit des Einwirkens des Brühwassers auf das Kaffeepulver beliebig
bestimmen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung nach der Hauptpatentanmeldung
besteht darin, daß der dem Rückholdruckraum des Rückholzylinders auf der anderen
Seite des Rückholkolbens gegenüberliegende Zylinderraum mit dem Arbeitsraum des
Brühwasserzylinders oberhalb des Brühwasserkolbens verbunden ist. Das Druckmittel
wirkt infolgedessen nicht nur auf die Arbeitsfläche des Brühwasserkolbens, sondern
auch auf die entsprechende Arbeitsfläche des Rückholkolbens, welcher tandemartig
mit dem Brühwasserkolben gekuppelt ist und auf diese Weise die Vorschubkraft vergrößert.
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Der Rückholkolben übt also eine doppelte Funktion aus und wird zur
Arbeit des Durchpressens des Brühwassers durch das Kaffeepulver mit herangezogen.
Es ist demgemäß vorteilhaft, den Rückholkolben möglichst groß zu machen. Die Vergrößerung
der von dem Druckmittel zu beaufschlagenden wirksamen Kolbenfläche ist besonders
dann von großer Bedeutung, wenn als Druckmittel einfach Druckwasser aus der normalen
Wasserleitung verwendet wird, weil auf diese Weise der auf das heiße Brühwasser
wirkende Druck leicht die doppelte oder mehrfache Höhe des Wasserleitungsdruckes
erhalten kann, ohne daß eine besondere Druckpumpe erforderlich ist. Die beiden vorstehend
gekennzeichneten Ausgestaltungen können wahlweise entweder gesondert oder vorzugsweise
auch gemeinsam verwendet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung hervor.
In dieser zeigt F i g. 1 eine Brühvorrichtung gemäß der Erfindung in der Ausgangs-
oder Ruhestellung der.Kolben und F i g. 2 die gleiche Brühvorrichtung in einer Füllstellung
der Kolben.
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Die Brühvorrichtung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kaffeemaschine
besteht im wesentlichen aus zwei übereinander angeordneten Zylindern 1, 2, einem
Mehrwegesteuerventil 3, einem Absperr- oder Rückschlagventil 4, einem Dreiwegehahn
5 und einem Leitungssystem, welches die verschiedenen Teile der Vorrichtung unter
sich und mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Druckwasserquelle, vorzugsweise
der Wasserleitung bzw. mit einer Ableitung verbindet. Auch der Heißwasserkessel
der Kaffeemaschine ist in der Zeichnung fortgelassen worden, da er in an sich bekannter
Weise ausgebildet sein kann.
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In dem unteren Zylinder 1, dem Brühwasser-Abgabezylinder, ist ein
Brühwasserkolben 6 verschiebbar, der einen oberen Arbeitsraum 7 von einem unteren
Brühwasserraum 8 trennt. Der Brühwasserkolben 6 ist durch eine hohle Kolbenstange
9 mit einem in dem oberen oder Rückholzylinder 2 verschiebbaren Zusatz- oder Rückholkolben
10 verbunden, der einen oberen Zusatzarbeitsraum 11 von einem unteren Rückholdruckraum
12 trennt. Der Längskanal 13 der Kolbenstange 9 mündet über dem Rückholkolben 10
direkt in den oberen Zusatzarbeitsraum 11 und oberhalb des Brühwasserkolbens 6 durch
eine Querbohrung 14 in den Arbeitsraum 7, so daß die Arbeitsräume 7 und 11 der beiden
Zylinder 1 und 2 ständig miteinander verbunden sind. Die beiden Zylinder 1 und 2
sind durch einen Zwischendeckel 15 voneinander getrennt, durch dessen mit
einer Ringdichtung 16 versehene Bohrung die Kolbenstange 9 geführt ist. Die beiden
Kolben 6 und 10 haben ebenfalls Ringdichtungen 17 bzw. 18,
die
in rechteckige Nuten der Kolben eingelegt sind.
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Unterhalb der Brühkammer 8 des Brühwasserzylinders 1 ist ein Siebschalter
19 mit Ausflußöffnungen 20 z. B. mittels Bajonettverschluß befestigt.
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In den Brühwasserraum 8 des Brühwasserzylinders 1 mündet ein Kanal
21, der unter Einschaltung eines Ventils 22 mit einer vom Heißwasserkessel kommenden
Leitung 23 verbunden ist, durch die das heiße Brühwasser in Richtung des Pfeiles
C einströmt. Das Ventil 22 steht unter der Wirkung einer Feder 24 und eines die
Feder abstützenden Druckstiftes 25, dessen freies Ende sich gegen die Wandung bzw.
gegen eine untere Konusfläche 26 des Arbeitskolbens 6 legt. Der Rückholzylinder
2 ist oben durch einen Zylinderdeckel 27 dicht abgeschlossen.
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In der Zylinderwandung des Rückhol- oder Zusatzzylinders 2 sind in
bestimmten Abständen voneinander beispielsweise drei Bohrungen 28, 29, 30 angebracht,
die über Leitungen 31, 32 bzw. 33 mit dem Dreiwegehahn 5 in Verbindung stehen. Je
nach der Stellung des Dreiwegehahnes wird eine dieser drei Bohrungen bzw. Leitungen
an eine Leitung 34 angeschlossen. Ferner ist der Rückholdruckraum 12 des Zylinders
2 durch eine unmittelbar über der Zwischenwand 15 mündende Bohrung 35 mit einer
Leitung 36 verbunden, die durch eine Bohrung 37 in den Vorraum 38 des Steuerventils
3 mündet.
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Die von dem Dreiwegehahn 5 kommende Leitung 34 mündet in den Impulsraum
39 des Absperr- oder Rückschlagventils 4. In dem Rückschlagventil 4 ist ein Kolben
40 verschiebbar, der unter der Wirkung einer Feder 41 steht, die ihn nach
oben zu drücken sucht. In den Raum 42 unter dem Kolben 40 mündet eine
Leitung 43, die unmittelbar unter der Zwischenwand 15 durch eine Bohrung
44 in den Arbeitsraum 7 des Brühwasserzylinders 1 führt.
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Aus dem unteren Teil des Raumes 42 des Rückschlagventils 4
führt eine Leitung 45 durch eine Bohrung 46 in einen anderen Vorraum 47 des Steuerventils
3. Über der Mündung der Leitung 45 in den Raum 42 des Rückschlagventils 4 ist ein
Ventilsitz vorgesehen, der mit einer Dichtfläche des Kolbens 40 zusammenarbeitet.
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Eine Druckwasserleitung 48, durch die Druckwasser aus dem Wasserleitungsnetz
in Richtung des Pfeiles D eingeführt wird, mündet durch eine Bohrung 49 in einen
inneren Ventilraum 50 des Mehrwegesteuerventils 3. Aus einem weiteren inneren Ventilraum
51 dieses Mehrwegesteuerventils 3 führt eine Bohrung 52 in eine Ablaufleitung 53,
durch die das Wasser aus dem System in Richtung des Pfeiles E frei abströmen kann,
wenn das Mehrwegeventil entsprechende Durchgänge freigibt.
In dem
inneren Ventilraum 50 des Mehrwegeventils 3 ist ein Doppeltellerventil 54
an einer Ventilstange 55 befestigt. Das Doppeltellerventil 54 kann sich mit seinen
gegenüberliegenden Dichtflächen entweder gegen einen in den Vorraum 47 führenden
Ventilsitz 56 oder gegen einen in den Vorraum 38 führenden Ventilsitz 57 legen.
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Der innere Ventilraum 51 hat einerseits einen in den Vorraum 47 führenden
Ventilsitz 58, mit dem ein Tellerventil 59 zusammenarbeitet, und andererseits
einen in den Vorraum 38 führenden Ventilsitz 60, mit dem ein Tellerventil
61 zusammenarbeitet. Die beiden Tellerventile 59 und 61 sind auf einer gemeinsamen
Ventilstange 62 befestigt.
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Die Ventilstangen 55 und 62 sind an die beiden Enden eines zweiarmigen
Hebels 63 angelenkt, der waagebalkenartig schwenkbar mit einer verschiebbar gelagerten
Stange 64 verbunden ist, an deren äußerem Ende ein Handbetätigungsknopf 65 sitzt,
mit dessen Hilfe die Stange 64 und damit auch die inneren Ventilorgane wahlweise
in Richtung der Pfeile A oder B verschoben werden können.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung ist folgende:
Im Ruhezustand, d. h. in den Betriebspausen der Kaffeemaschine nehmen die Kolben
und die Ventilorgane die in F i g. 1 der Zeichnung dargestellte Lage ein. Der Betätigungsknopf
65 ist hierbei in die Stellung des Pfeiles A eingeschoben. Infolgedessen kann aus
der Wasserleitung Druckwasser in Richtung des Pfeiles D durch die Leitung 48 in
den inneren Ventilraum 50 und durch den Ventilsitz 56 und den Vorraum 47 in die
Leitung 45 eintreten. Da das Rückschlagventil4 geöffnet ist, gelangt das Druckwasser
durch den Ventilraum 42 und die Leitung 43 in den Arbeitsraum 7 des
Brühwasserzylinders 1 und durch die Querbohrung 14 und den Kanal
13 der hohlen Kolbenstange 9 in den Zusatzarbeitsraum 11 des
Rückholzylinders 2 oberhalb des Rückholkolbens 10. Die von dem Druckwasser auf die
oberen Flächen der Kolben 6 und 10 ausgeübten Druckkräfte addieren sich also. Im
Ausführungsbeispiel hat der Zusatzkolben 9 die doppelte Fläche wie der Brühwasserkolben
6. Der Brühwasserkolben 6 sitzt in seiner unteren End- oder Ausgangsstellung mit
seiner Konusfläche 26 auf einer entsprechenden Sitzfläche am unteren Ende der Kammer
8 des Brühwasserzylinders 1 auf. In dieser Stellung hält der Brühwasserkolben 6
mit Hilfe des Druckstiftes 25 und der Feder 24 das Ventil 22 gegen die Wirkung des
durch die Leitung 23 eindringenden Kesseldruckes geschlossen. Der Rückholdruckraum
12 unterhalb des Kolbens 10 ist über die Leitung 36, den Vorraum 38, den geöffneten
Ventilsitz 60 und den inneren Ventilraum 51 mit der Ablaufleitung 53 verbunden.
Die beiden Kolben 6 und 10 werden also in ihrer unteren Stellung festgehalten.
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Um einen Arbeitszyklus der Brühvorrichtung in Gang zu setzen, wird
das Mehrwegesteuerventil 3 mit Hilfe des Handbetätigungsknopfes 65 in die durch
den Pfeil B angedeutete Stellung verschoben, welche in F i g. 2 dargestellt ist.
Die Tellerventile des Steuerventils schließen dann die vorher offenen Ventilsitze
ab, während sie die vorher geschlossenen Ventilsitze öffnen. Dadurch werden die
Zylinderräume 7 und 11 über die Leitung 43, den noch offenen Rückschlagventilraum
42, die Leitung 45, den Vorraum 47, den geöffneten Ventilsitz 58 und den inneren
Ventilraum 51 an die Ablaufleitung 53 angeschlossen. Dagegen wird der Rückholdruckraum
12 unter dem Zusatzkolben 10 durch die Leitung 36, den Vorraum 38 des Steuerventils
3, den geöffneten Ventilsitz 57 und den inneren Ventilraum 50 mit der Druckwasserleitung
48 verbunden. Infolgedessen wirkt eine entsprechende Druckkraft von unten auf den
Rückholkolben 10, wodurch die beiden Kolben 6 und 10 nach oben bewegt
werden. Der Brühwasserkolben 6 gibt den Druckstift 25 frei, die Feder 24 entspannt
sich, und der Kesseldruck in der Leitung 23 öffnet das Ventil 22, so daß heißes
Brühwasser aus dem Kessel durch den Kanal 21 in den Brühwasserraum 8 unter dem Brühwasserkolben
6 einströmen kann. Dieses Einströmen vollzieht sich entsprechend dem Hochgang des
Brühwasserkolbens 6.
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Der Dreiwegehahn 5 möge beispielsweise so eingestellt sein, daß die
Wandungsbohrung 29 und die Zwischenleitung 32 über die Leitung 34 mit dem Impulsraum
39 des Rückschlagventils 4 in Verbindung steht. Wenn nun die untere Kolbenkante
des Rückhol- oder Zusatzkolbens 10 bei der Aufwärtsbewegung der beiden Kolben die
seitliche Bohrung 29 überstreicht, strömt Druckwasser aus dem Rückholdruckraum
12 über den Dreiwegehahn 5 und die Leitung 34 in den Impulsraum 39
des Rückschlagventils 4 und drückt den Kolben 40 entgegen der Wirkung der Feder
41 nach unten. Der Kolben gelangt dadurch in die in F i g. 2 dargestellte Lage,
in welcher die Leitung 43 durch die Seitenwandung des Kolbens 40 abgedeckt
und außerdem die Dichtfläche des Kolbens 40 auf den Ventilsitz des Rückschlagventils
gedrückt wird. In diesem Augenblick wird die Leitung 43, 45 unterbrochen und dadurch
der Abfluß des Wassers aus den Zylinderräumen 7 und 11 gesperrt, so daß die Kolben
6 und 10 in ihrer augenblicklichen Lage stehenbleiben. Diese Lage entspricht im
vorliegenden Beispiel einer mittleren Füllstellung der Brühvorrichtung. Wenn anstatt
dessen die Wandungsbohrung 30 oder die Wandungsbohrung 28 über den Dreiwegehahn
an das Rückschlagventil angeschlossen wird, bewegen sich die Kolben 6 und 10 entsprechend
weniger oder mehr nach oben. Man kann also durch vorherige Einstellung des Dreiwegehahnes
5 die Hubhöhe der Kolben und damit das Füllvolumen der Brühwasserkammer 8 in drei
Stufen ändern. Demzufolge können in jedem Arbeitszyklus verschieden große Mengen
an Kaffeebrühe in der Brühvorrichtung hergestellt werden, je nachdem z. B. kleinere
oder größere Tassen gefüllt werden sollen.
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Wenn die Kolben 6 und 10 ihre gewünschte obere Füllstellung erreicht
haben und der Brühwasserraum 8 durch die Leitung 23 und den Kanal 21 vollständig
mit heißem Wasser gefüllt ist, kann man beispielsweise noch etwas warten, bis die
Brühe durch das Sieb, welches das Kaffeepulver trägt, hindurchzudringen und aus
den Auslauföffnungen 20 zu tropfen beginnt. Nunmehr wird das Mehrwegesteuerventil3
durch Verschiebung des Knopfes 65 aus der Lage B in die Lage A wieder in seine in
F i g. 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückgebracht. Dadurch wird der Rückholdruckraum
12 unter dem Kolben 10 durch die Leitung 36 und den wiedergeöffneten Ventilsitz
60 mit der Ablaufleitung 53 verbunden, während die Zylinderräume 7 und 11 durch
den geöffneten Ventilsitz 56 und die Leitung 45 sowie über das nunmehr wieder geöffnete
Rückschlagventil 4 und die Leitung
43 an die Druckwasserleitung
48 angeschlossen werden. Die Kolben 6 und 10 üben dann unter den vorstehend genannten
Größenverhältnissen auf das heiße Brühwasser in dem Brühwasserraum 8 einen Druck
aus, der dem dreifachen Druck der Wasserleitung entspricht. Mit diesem Druck preßt
der abwärts gehende Brühwasserkolben 6 das heiße Brühwasser durch das Kaffeemehl.
Das Ventil 22 wird gleich beim Beginn der Abwärtsbewegung der Kolben durch den überdruck
im Brühwasserraum 8 nach Art eines Rückschlagventils geschlossen. Die Kolben 6 und
10 bewegen sich nach unten, bis die Konusfläche 26 des Arbeitskolbens 6 auf der
unteren Gegenkonusfläche des Zylinders 1 aufsitzt. Das Brühwasser ist dann vollständig
aus der Brühvorrichtung herausgedrückt worden. Auch hat sich dann die Seitenwandung
des Brühwasserkolbens 6 gegen den Druckstift 25 gelegt und letzteren in die Zylinderwandung
eingedrückt, so daß das Ventil 22 wieder fest zugehalten wird. Der Arbeitszyklus
ist damit beendet, alle Teile nehmen ihre in F i g. 1 dargestellte Ruhestellung
wieder ein, und die Vorrichtung steht zur Ausführung eines neuen Brühvorganges bereit.
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Da die Zeichnung die Vorrichtung nur schematisch zeigt und z. B. auch
die Ventile im Verhältnis zu den Zylindern größer als in Wirklichkeit dargestellt
sind, versteht es sich von selbst, daß die praktische Ausführungsform der Einrichtung
von dieser Darstellung abweichen kann, soweit die wesentlichen Merkmale der Erfindung
durch die jeweilige Ausführungsform verwirklicht werden.