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Die
Erfindung betrifft eine Kaffeemaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Kaffeemaschinen
des Standes der Technik arbeiten nach unterschiedlichen Prinzipien.
Die gängigsten
Modelle sind die sogenannten drucklos arbeitenden Kaffeemaschinen.
Bei diesen fließt
Wasser aus einem Vorratsbehälter
in ein elektrisch beheizbares Rohr. Insbesondere durch Dampfentwicklung
in diesem Rohr wird erwärmtes
Wasser dann durch eine Steigleitung zu einem Auslauf gedrückt, über welchen
das erwärmte
Wasser dann in einen Kaffeefilter tropft. Aus diesem Kaffeefilter
kann der Filterkaffee bei atmosphärischem Druck dann in eine
Kanne fließen.
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Im
Gegensatz hierzu liegt bei Espressomaschinen ein erhöhter Druck
im Bereich des Kaffeemehls vor, beispielsweise 15 bar. Dies wird
erreicht, indem Wasser aus einem Wasserbehälter oder einer sonstigen Wasserzuführung einer
elektromotorisch angetriebenen Pumpe zugeführt wird, die das Wasser dann
unter hohem Druck über
einen elektrisch heizbaren Bereich einer Kaffeemehlaufnahmeeinrichtung
zuführt.
Diese Kaffeemehlaufnahmeeinrichtung umfasst im Allgemeinen ein Sieb
zur Aufnahme des Kaffees. Zur Erzeugung des hohen Drucks im Bereich
des Kaffees ist die Kaffeemehlaufnahmeeinrichtung während des
Betriebs in einem gegen die Atmosphäre abgedichteten Bereich angeordnet,
der als Druckraum oder Brühkammer
bezeichnet wird.
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Bei
einer weiteren prinzipiell anders arbeitenden Kaffeemaschine ist
vorgesehen, das Wasser zur Zubereitung des Kaffees zunächst aus
einem Wasserbehälter
in einen beheizbaren Zwischenbehälter
zu überführen. Von
diesem Zwischenbehälter gelangt
das erwärmte
Wasser zu einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe, von der es
unter erhöhtem
Druck, beispielsweise 2 bis 3 bar, einer in einer abgedichteten
Brühkammer
vorgesehenen Kaffeemehlaufnahmeeinrichtung zugeführt wird.
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Bei
einer besonderen, als sog. Kaffeepad-Maschine bezeichneten Form
von Kaffeemaschinen mit einer Brühkammer,
ist vorgesehen, dass der Kaffee nicht in loser Form als Kaffeemehl
in die Kaffeemehlaufnahmeeinrichtung eingebracht wird, sondern in
Form eines Kaffeepads, das heißt
in verdichteter Form mit Filterpapier umgeben, in einen Halter eingelegt
wird. Der Halter ist in einer Brühkammer
angeordnet, die aus einem Brühkammeroberteil und
einem dichtend mit diesem verbindbaren Brühkammerunterteil gebildet wird. Über das
Brühkammeroberteil
wird erhitztes Wasser bzw. Dampf in die Brühkammer zugeführt. Der
Halter für
die Kaffeepads kann Teil des Brühkammerunterteils
oder als separates Teil in dieses eingesetzt sein. Das Brühkammerunterteil
weist eine Auslassöffnung
auf, aus der bereiteter Kaffee austreten kann. Der Halter kann so
gestaltet sein, dass das erhitzte Wasser bzw. der Dampf weitestgehend
ungehindert die Kaffeepads durchströmen kann.
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Insbesondere
bei Espressomaschinen ist es bekannt, das Wasser auf seinem Weg
von einem Tank oder Wasseranschluss zur Brühkammer mittels eines Durchlauferhitzers
zu heizen und ggf. teilweise zu verdampfen. Hierbei entstehen vergleichsweise hohe
Drücke,
denen durch entsprechend stabile Auslegung aller Komponenten begegnet
werden muss. Gleichwohl kann es durch Defekt, wie z.B. einer fehlerhaften
Steuerung des Heizelementes oder durch Verstopfung einer Düse oder
einer Leitung, gelegentlich zu übermäßigen Drücken kommen,
was zu Schäden
an der Maschine führen
kann. Es ist bekannt, überdruckgefährdete Bereiche,
d.h. insbesondere diejenigen Bereiche, in denen es am wahrscheinlichsten
zur Dampfbildung kommt, mittels eines Überdruckventils abzusichern.
Ein Überdruckventil
hält unterhalb
eines definierten Druckschwellenwertes dicht. Übersteigt die Druckkraft den
Schwellenwert, öffnet
das Ventil und der überschüssige Dampf
kann kontrolliert entweichen.
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Nachteilig
bei dieser Art der Anordnung ist, dass der austretende Dampf sehr
geräuschvoll
verzischt oder bei Rückführung in
einen Wasserbehälter dort
sehr geräuschvoll
verwirbelt, was vom Benutzer als störend empfunden wird. Zudem
kommt es in Bereichen, in denen der Dampf mit ungeheizten Elementen
in Berührung
kommt, zu sehr hohen Temperaturunterschieden und entsprechenden
Spannungen im Material, was starke Materialbelastung und Verschleiß verursacht.
Auch müssen
all diese Elemente aus Hochtemperatur-stabilem Material ausgebildet
sein, was zusätzliche
Kosten verursacht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kaffeemaschine derart weiterzubilden,
dass ein geräuscharmer
und materialschonender Abbau von Überdruck im System möglich wird.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Kaffeemaschine dadurch
auf, dass das Sicherheitsventil wassereintrittsseitig, bzw. im Bereich
des Eingangs oder vor dem Eingang des Durchlauferhitzers angeordnet
ist. Diese Erfindung löst
sich von dem üblichen
Prinzip, das Sicherheitsventil im Bereich der stärksten Dampfbildung anzuordnen.
In Umkehrung üblicher
technischer Gepflogenheiten wird das Sicherheitsventil vielmehr
in einem Bereich angeordnet, in dem es mit höchster Wahrscheinlichkeit überhaupt
nicht zu einer Dampfbildung kommt, nämlich im Kaltwasserbereich
vor dem Durchlauferhitzer. Diese Anordnung wirkt ebenso sicher wie
die bekannte, da sich der Überdruck
als hydrostatischer Druck auch auf die Kaltwassersäule vor
dem Durchlauferhitzer überträgt. Durch
das Sicherheitsventil strömt
hingegen kein aggressiver Dampf sondern lediglich Kaltwasser, das
ruhig tropfen oder strömen kann.
Durch den Wasserabfluss kommt es im Bereich der Dampferzeugung zu
der erwünschten
Entspannung und damit zur Abkühlung
und ggf. zur Kondensation des Dampfes Günstigerweise ist vorgesehen,
dass das Sicherheitsventil einen gegen die Öffnungsrichtung durch Federmittel
vorgespannten Verschlusskolben umfasst. Dies ist eine besonders
einfache, robuste und wirkungsvolle Ausführungsform eines Sicherheitsventils.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitsventil ein im Öffnungsquerschnitt
variierbares Leitungselement umfasst, das durch Federmittel nach
radial innen vorgespannt ist.
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Um
ein Auffangen des entweichenden Wassers zu ermöglichen, ist bei einer vorteilhaften
Weiterbildung eine Rückführleitung
zu dem Vorratstank vorgesehen, die durch das Sicherheitsventil bedarfsweise
verschlossen oder geöffnet
wird. Das bedeutet, dass das im Überdruckfall
entweichende Wasser zu dem Vorratstank zurückgeleitet wird und dort zur erneuten
Verwendung zur Verfügung
steht. Zudem wird eine Verschmutzung von Maschine und Aufstellort
durch entweichendes Wasser vermieden. Bei dieser Variante wird der
Vorteil der Erfindung besonders deutlich, da in den Tank zurückgeführter Dampf
dort be sonders lautstark verwirbeln würde. Die erfindungsgemäße Rückführung von
Kaltwasser hingegen kann nahezu geräuschlos ablaufen.
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Günstigerweise
mündet
die Rückführleitung unmittelbar
in den Vorratstank. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die
Rückführleitung
zwischen Vorratstank und Pumpe in die Förderleitung mündet. Dies
hat den Vorteil, dass die Kaltwassersäule, die durch den Überdruck
in den Tank zurückgeschoben wird,
verlängert
wird. Dadurch kann auch bei großem Dampfvolumen
sichergestellt werden, dass der Überdruck
abgebaut und das Sicherheitsventil wieder geschlossen ist, bevor
Dampf den Tank erreichen kann.
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Die
Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßem Kaffeemaschine;
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2 eine
Schnittansicht der Kaffeemaschine von 1;
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3 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sicherheitskreislaufs.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer Kaffeemaschine 10.
Die Kaffeemaschine 10 umfasst einen flachen Ständerteil 12,
einen säulenartigen
Vorrats- und Betriebsteil 14 und einen Kaffeebereitungsteil 16.
Der Kaffeebereitungsteil 16 ist oberhalb des Ständerteils 12 an
dem Vorrats- und Betriebsteil angeordnet. Im vorderen Bereich des Ständerteils 12 ist
ein Bedienfeld mit mehreren Bedientasten 18a, 18b und 18c sowie
einer Kontrollleuchte 19 angeordnet.
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2 zeigt
eine Schnittdarstellung derselben Kaffeemaschine 10. Der
Vorrats- und Betriebsteil umfasst im Wesentlichen einen Wassertank 20,
einen Durchlauferhitzer 22, eine nicht dargestellte Pumpe
sowie verschiedene Verbindungsleitungen zwischen den genannten Elementen.
Der Kaffeebereitungsteil 16 umfasst eine Brühkammer 24,
umfassend ein Brühkammerunterteil 26 sowie
ein Brühkammeroberteil 28.
Unterhalb der Brühkammer 24 ist ein
Auslauftopf 30 vorgesehen, in welchen bereiteter Kaffee
von der Brühkammer 24 läuft. Der
Auslauftopf 30 weist ein Auslaufrohr 32 auf, über welches
bereiteter Kaffee in einen auf dem Ständerteil 12 bereitgestellten
Auffangbehälter,
z.B. eine Tasse, läuft.
Der Auslauftopf ist von einem Auslaufgehäuse 31 umgeben.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sicherheitskreislaufs.
Brühwasser
wird mittels der Pumpe 68 aus dem Kaltwassertank 20 in
den Durchlauferhitzer 22 gepumpt, aus dem es ausreichend
erhitzt in die nicht dargestellte Brühkammer 24 strömt. Die
Richtungspfeile 70a, 70b und 70c zeigen
den normalen Fluss an.
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Im
Fall übermäßiger Erhitzung
und Dampfbildung entsteht in dem System ein Überdruck. Dieser wird über das
Sicherheitsventil 72 entspannt. Bei der gezeigten Ausführungsform
umfasst das Sicherheitsventil 72 einen Ventilkörper 74,
der gegen die Öffnungsrichtung
von einem Federelement 76 vorgespannt wird. Erfindungsgemäß sitzt
das Sicherheitsventil 72 im Bereich des Eingangs des Durchlauferhitzers,
d.h. bei einem Öffnen
strömt
zunächst
Kaltwasser in die Entlastungsleitung 78 (angezeigt durch den
Richtungspfeil 70d). Die Entlastungsleitung 78 mündet in
der Nähe
des Kaltwassertanks 20 in die Förderleitung 80 und
wird, je nach aktuellen Strömungsverhältnissen,
entweder wieder der Pumpe 68 zugeführt oder zurück in den
Wassertank 20 geleitet. Der Vergleich der Leitungslängen zeigt,
dass im Fall der Aktivierung des Sicherheitsventils 72 nahezu
der gesamte Durchlauferhitzer 22 entleert werden kann, bevor
Heißwasser
oder Dampf zurück
in den Wassertank 20 fließt. Zu diesem Zeitpunkt kann
jedoch in der Regel davon ausgegangen werden, dass der Überdruck
bereits abgebaut und das Sicherheitsventil 72 wieder geschlossen
ist. Somit wird geräuschvolles
Verwirbeln von Dampf im Tank 20 vermieden.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie den Ansprüchen offenbarten Merkmale
der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der
Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Kaffeemaschine
- 12
- Ständerteil
- 14
- Vorrats-
und Betriebsteil
- 16
- Kaffeebereitungsteil
- 18
- a-c
Bedientasten
- 19
- Kontrollleuchte
- 20
- Wassertank
- 22
- Durchlauferhitzer
- 24
- Brühkammer
- 26
- Brühkammerunterteil
- 28
- Brühkammeroberteil
- 30
- Auslauftopf
- 31
- Auslaufgehäuse
- 32
- Auslaufrohr
- 68
- Pumpe
- 70a,
b, c, d
- Richtungspfeile
- 72
- Sicherheitsventil
- 74
- Ventilkörper
- 76
- Feder
- 78
- Entlastungsleitung
- 80
- Förderleitung