DE2560002B1

DE2560002B1 - Kaffeemaschine fuer Filterkaffee

Info

Publication number: DE2560002B1
Application number: DE2560002A
Authority: DE
Inventors: Bergmann Karl H; Harvey Levine
Original assignee: Melitta Inc
Current assignee: Melitta Inc
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1980-10-23
Also published as: AR206717A1; DE2532277B2; DE2560002C3; DE2532277A1; US4103603A; DE2532277C3; BR7504582A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaffeemaschine für Filterkaffee mit einem Frischwasserbehälter, durch den ein Steigrohr hindurchgeführt ist, einer unter dem Frischwasserbehälter angeordneten Heizvorrichtung, einem Verbindungsrohr zwischen dem Frischwasserbehälter und der Heizvorrichtung und einem mit letzterer wärmeleitend verbundenen Thermoschalter als Wassermangelsicherung.

Bei dieser aus dem DE-GM 19 88 735 bekannten Kaffeemaschine erfolgt das Einschalten der Heizvorrichtung mittels eines Druckknopfs über emen Schaltschütz. Wenn das Wasser im Frischwasserbehälter zu Ende gegangen ist, dann heizt sich die Heizvorrichtung stärker auf, wodurch über den Thermoschalter die Energiezufuhr zur Heizvorrichtung unterbrochen wird. Wenn eine zweite Kaffeecharge gekocht werden soll, dann muß nach dem Einfüllen des frischen Wassers der Druckknopf erneut gedrückt werden um den Schaltschütz zu betätigen, welcher dann die Heizvorrichtung wieder mit Strom beliefert.

Nachteilig an dieser Art von Kaffeemaschine ist, daß ein gesonderter Schaltschütz erforderlich ist und daß die Kaffeemaschine nach jedem Einfüllen von Frischwasser erneut durch Drücken eines Druckknopfs wieder in Tätigkeit gesetzt werden muß.

Demgegenüber lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kaffeemaschine der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß sie diese Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Kaffeemaschine der eingangs bezeichneten Art gelöst durch einen elektrisch zum Thermoschalter parallelgeschalteten Umgehungswiderstand der zur Aufrechterhaltung eines geringen Erregungspegels der Heizvorrichtung dient.

Durch einen einfachen Umgehungswiderstand, durch den die Heizvorrichtung auch nach dem Abschalten etwas mit Strom versorgt wird, wird erreicht, daß sich die Heizvorrichtung nicht so weit abkühlt, daß der Thermoschalter die Heizvorrichtung wieder einschaltet. Wird frisches Wasser nachgegossen, so wird aber die Heizvorrichtung so weit abgekühlt, daß der Thermoschalter wieder selbsttätig einschaltet, so daß ohne Betätigung irgendeines Druckknopfs die Kaffeemaschine automatisch wieder anläuft.

Da die erfindungsgemäße Kaffeemaschine keinen Schaltschütz und auch natürlich keinen Druckknopf zur Betätigung eines Schaltschützes aufweist, besitzt sie darüber hinaus weniger elektrische Teile und ist deshalb weniger störanfällig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung der ganzen ι Kaffeemaschine,

F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung längs der Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3 mit ίο weggebrochenen Teilen,

F i g. 5 ein Teilschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 3 und

Fig.6 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung zur Steuerung der Kaffeemaschine.

Die dargestellte Kaffeemaschine 10 besteht aus einem

η Gestell 12 mit einem Gehäuse 14 und einem Deckel 16, der aus Kunststoff bestehen kann. Das Gehäuse 14 hat einen horizontalen Boden 18, vertikale Seitenwände 20 und 22 und eine geschlossene Rückwand 24. Eine Zwischenwand 26 trifft die nach unten ausladenden Vorderkanten 28 und 30 der Seitenwände 20 und 22 und ist um eine vertikale Achse nach innen gewölbt, so daß sich eine geschlossene Innenkammer 32 innerhalb des Gehäuses 14 und eine nach vorne offene Kammer 34 an der Vorderseite des Gehäuses ergibt.

2) Eine vertikale Wand 36 in der Innenkammer 32 bildet einen Wasserbehälter 38 im Oberteil des Gehäuses 14, der oben eine Einfüllöffnung 40 aufweist, um kaltes Wasser nachfüllen zu können. Der Wasserbehälter 38 hat an seiner Unterseite eine Öffnung 42, durch die das

so Wasser in ein Verbindungsrohr 44 austreten kann.

Das Verbindungsrohr 44 hat einen kreisförmigen

Querschnitt. Sein oberes Ende 46 erstreckt sich durch die Öffnung 42 des Wasserbehälters 38 und ist dort mit einem Federring 48 festgehalten, der in eine Ringnut am

i> oberen Ende 46 des Verbindungsrohres 44 eingreift. Das Verbindungsrohr 44, das unterhalb des Wasserbehälters 38 angeordnet ist, hat ein im Verhältnis zum Volumen des Wasserbehälters 38 stark verringertes Volumen.

Das Verbindungsrohr 44 kann aus Metall mit gut wärmeleitenden Eigenschaften bestehen.

Das untere Ende 50 des Verbindungsrohres 44 ist innen ausgedreht und mit Gewinde versehen und nimmt das obere Ende 54 einer Heiz- und Pumpvorrichtung 52 auf. Die Heiz- und Pumpvorrichtung 52 besteht aus einem Metallstück 56 mit guten Wärmeleitungseigenschaften, in das eine isolierte elektrische Heizwicklung 58 mit äußeren Anschlußklemmen 60 eingebettet ist. Die Heizwicklung 58 umgibt eine Vertiefung 62 in der Heiz- und Pumpvorrichtung 52, die zur Aufnahme und ■ίο Erhitzung einer aus dem Verbindungsrohr 44 stammenden Wassermenge dient.

Das Metallgußstück 56 ist am Boden des Gestells 12 beispielsweise mittels einer Schraube 59 befestigt.

Die Heiz- und Pumpvorrichtung 52 weist ferner ein ^r>^r> Steigrohr 64 auf, das aus Metall mit guten Wärmeleitungseigenschaften besteht. Das Steigrohr 64 erstreckt sich in Vertikalrichtung durch das Verbindungsrohr 44 und den Wasserbehälter 38 und ist durch ein Abstandsstück 66 am oberen Ende 46 des Verbindungsrohres 44 festgehalten. Das untere Ende 68 des Steigrohres 64 wird von einem Absperrventil 70 umgeben.

Das Absperrventil 70 weist einen tellerförmigen feststehenden Ventilteil 72 auf, dessen Mitte am unteren Ende 68 des Steigrohres 64 befestigt ist, während der äußere Rand des tellerförmigen Ventilteils 72 zwischen der Schulter an der Unterseite des Verbindungsrohres 44 und dem oberen Ende 54 der Heiz- und

Pumpvorrichtung 52 eingeklemmt ist. Der tellerförmige Ventilteil 72 ist mit einer Mehrzahl von Löchern 74 versehen, weiche das Verbindungsrohr 44 mit der Vertiefung 62 verbinden. Unterhalb des tellerförmigen Ventilteils 72 wird das untere Ende 68 des Steigrohres <; 64 von einer verschiebbaren Ventilscheibe 76 umgeben, die auf einem radialen Flansch 78 am unteren Ende 68 des Steigrohres 64 aufruht.

Im Ruhezustand nimmt die Ventilscheibe 76 durch die Wirkung der Schwerkraft ihre Öffnungslage ein und ruht auf dem Flansch 78 auf. Wenn dagegen eine nach oben gerichtete Druckkraft auf die Ventilscheibe 76 ausgeübt wird, d. h. wenn der Dampfdruck des in der Vertiefung 62 erhitzten Wassers genügend angestiegen ist, verschiebt sich die Ventilscheibe 76 nach oben in ihre 1 ^r> geschlossene Lage, worin sie die Löcher 74 verschließt. Dadurch wird das Nachfließen des Wassers aus dem Wasserbehälter 38 durch das Verbindungsrohr 44 in die Vertiefung 62 verhindert. Der Ausgang 80 durch das Steigrohr 64 bleibt dagegen zu allen Zeiten geöffnet, so daß das heiße Wasser durch den in der Vertiefung 62 erzeugten Dampf in das Steigrohr gedruckt wird und am oberen Ende 82 austritt. Hierbei geht ein Teil der Wärme von diesem Wasser und dem Dampf durch das Steigrohr auf das Wasser in dem Verbindungsrohr 44 _>^r> und dem Wasserbehälter 38 über.

Wenn die Heiz- und Pumpwirkung der Vorrichtung 52 weiter gesteigert werden soll, kann eine Zusatzheizung 84 vorgesehen sein. Die Zusatzheizung 84 wird von einer Schelle 86 mit Spannschraube 88 in Anlage an der Außenfläche des gut wärmeleitenden Verbindungsrohres 44 gehalten.

Die Heiz- und Pumpvorrichtung 52 und die Zusatzheizung 84 werden über eine Anschlußschnur 92 mit Netzstrom versorgt. Die elektrische Schaltung 93 >δ mit einem Thermostatschalter 94 und einem Umgehungswiderstand 96, die mit einer Schelle 98 am unteren Ende 50 des Verbindungsrohres 44 befestigt sind, und einem Hauptschalter 100 wird weiter unten an Hand der Fig.6 im einzelnen beschrieben. Der Deckel 16 überdeckt die Einfüllöffnung 40 und kann leicht abgenommen werden, vm den Wasserbehälter 38 mit der gewünschten Menge kalten Wassers zu füllen. Der Deckel 16 ist doppelwandig, besitzt also eine Oberwand 102 und eine Unterwand 104, zwischen denen sich eine Kammer 106 befindet. Der hintere Teil 108 des Deckels 16 erstreckt sich von der Rückwand 24 des Gehäuses 14 über die Einfüllöffnung 40 des Wasserbehälters 38, während der vordere Teil 110 des Deckels 16 bis zu den Vorderkanten 28 und 30 der Seitenwände 20 und 22 reicht. Die Unterwand 104 des Deckels 16 verläuft nahezu horizontal, ist jedoch vom hinteren Teil 108 zum vorderen Teil .110 leicht abwärts gerichtet.

Die Unterwand 104 des Deckels 16 besitzt eine Öffnung 112, die von einem nach oben weisenden Kragen 114 umgeben wird, um das obere Ende 82 des Steigrohres 64 aufnehmen zu können, wie F i g. 3 zeigt. Eine weitere Öffnung oder auch mehrere Öffnungen 116 sind am Vorderteil 110 des Deckels 16 in der Unterwand 104 desselben vorgesehen, und zwar ist diese Wand an der betreffenden Stelle nach außen gewölbt, so daß sie eine Ausflußmündung zur Abgabe des heißen Wassers bildet. Eine dritte Öffnung 118 in der Unterwand 104 des Deckels 16 befindet sich im hinteren Teil 108 desselben zwischen der öffnung 112 und der Rückwand 24. Die Öffnung 114 befindet sich oberhalb der Einfüllöffnung 40 des Wasserbehälters 38, wenn der Deckel 16 sich in seiner in F i g. 3 dargestellten Normallage befindet, und ist mit einem Stutzen 120 versehen, der von der Unterwand 104 beinahe bis zur Unterseite der Oberwand 102 des Deckels 16 reicht.

An dem horizontalen Boden 18 des Gehäuses 14 ist eine Warmhalteplatte 122 mittels einer Schraube 124 in der offenen Kammer 34 derart angeordnet, daß die Warmhalteplatte 122 unter die öffnungen 116 des Deckels 16 kommt. Die Warmhalteplatte 122 ist mit einer Deckplatte 126 aus Metall versehen, auf die eine Kaffeekanne 128 (in F i g. 1 gestrichelt gezeichnet) gestellt werden kann, um sie durch ein in der Warmhalteplatte 122 befindliches Heizelement 130 zu wärmen. Das Heizelement 130 ist in die elektrische Schaltung 93 derart einbezogen, daß in der Stellung »EIN« des Hauptschalters 100 ein Strom in dem Heizelement 130 fließt, wodurch der in der Kaffeekanne 128 befindliche Kaffee auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird.

Die Kaffeemaschine 10 ist so eingerichtet, daß Kaffee in einer gewünschten Tassenzahl in wenigen Minuten aus frischem Leitungswasser bereitet werden kann. Beispielsweise kann die Kaffeemaschine 10 1800 ml oder 12 Kaffeetassen zu je 150 ml in etwa 6 Minuten zubereiten, wenn der Deckel 16 abgenommen und 1800 ml Frischwasser mit einer Temperatur von 24° C in den Wasserbehälter 38 eingegossen werden. Nacn dem Füllen des Wasserbehälters 38 wird der Hauptschalter 100 eingeschaltet, so daß die Heizwicklung 58 und gegebenenfalls die Zusatzheizung 84 mit Strom versorgt werden. Die Leistungsaufnahme beträgt beispielsweise etwa 1,5 kW. Dadurch erhitzt sich das in der Vertiefung 62 stehende Wasser sehr rasch und erzeugt ein Gemisch von Wasser und Dampf, wodurch der Druck erhöht und das Absperrventil 70 geschlossen wird. Der in der Vertiefung 62 erzeugte hohe Druck bewirkt eine Pumpwirkung, durch welche das heiße Wasser und der Dampf nach oben durch den Ausgang 80 im Steigrohr 64 getrieben werden. Während des Aufsteigens übertragen das heiße Wasser und der Dampf einen gewissen Teil ihrer Wärme durch die Wände des Steigrohres auf das im Verbindungsrohr 44 stehende Wasser, sowie auf das noch im Wasserbehälter 38 befindliche Wasser. Da das Wasservolumeii in dem Verbindungsrohr 44 kleiner als im Wasserbehälter 38 ist, ergibt der gleiche Wärmeübergang einen stärkeren Temperaturanstieg für das Wasser im Verbindungsrohr 44. So wird das Wasser im Verbindungsrohr 44 im Gegenstromprinzip vorgeheizt, bevor es in die Vertiefung 62 gelangt und dort der nächsten Erwärmungs- und Pumpwirkung ausgesetzt wird.

Das mit Dampf versetzte heiße Wasser, das durch das Steigrohr 64 nach oben steigt, gelangt aus dem oberen Ende 82 desselben in die Kammer 106 des Deckels 16. Dieser besteht vorzugsweise aus wärmeisolierendem Kunststoff. Der zur oberen Begrenzung der Kammer 106 aufsteigende Dampf wird von der öffnung 118 in den Wasserbehälter 38 geleitet, wo er seine Wärme an das in diesem Behälter befindliche Wasser abgibt und so dessen Temperatur weiter erhöht. Das erwärmte Wasser, das sich auf der Unterwand 104 des Deckels 16 sammelt, fließt der Neigung desselben folgend zum Vorderteil 110 und den öffnungen 116. Da der Dampf größtenteils durch die Öffnung 118 abströmen und kondensiert werden kann, liefern die öffnungen 116 im wesentlichen alles Wasser, das dank des Wärmeübergangs durch die Wände des Steigrohres 64 auf eine Temperatur abgekühlt hat, die unterhalb des Siedepunktes im Bereich von 65 bis 94° C liegt und vorzugsweise

90° C beträgt.

Das aus der öffnung 116 stretende Wasser tropft auf einen Filter 132, der unter der öffnung 116 auf eine Kaffeekanne 128 aufgesetzt ist. Der Filter 132 ist in bekannter Weise gestaltet und dient zur Aufnahme einer Papierfilterscheibe, die gemahlenen Kaffee enthält, durch welchen das heiße Wasser durchgehen soll. Das Wasser löst die gewünschten Kaffeebestandteile aus den gemahlenen Kaffeebohnen und gelangt durch den Filter 132 in die Kaffeekanne 128.

Es ist bekannt, daß man zur Zubereitung eines Kaffees höchster Qualität von frischem kaltem Wasser ausgehen soll, während die Temperatur des in Berührung mit dem gemahlenen Kaffee kommenden Wassers nicht mehr als 3° C nach oben oder unten von 93° abweichen soll. Bei höheren Temperaturen schmeckt der Kaffee verbrannt, während niedrigere Temperaturen schlechte Ausbeute ergeben. Auch die zur Zubereitung des Kaffees benötigte Zeit ist wichtig und hängt vor allem vom Vermahlungsgrad ab. 4 bis 6 Minuten reichen für feingemahlenen Kaffee, 6 bis 8 Minuten für normalen Vermahlungsgrad. Wenn die Kaffeezubereitung länger dauert, werden unerwünschte Bestandteile gelöst, die dem Kaffee einen bitteren und strengen Geschmack verleihen.

Nachdem der Kaffee durch den mit gemahlenem Kaffee bedeckten Filter 132 durchgelaufen ist, wird der Filter 132 abgenommen, während der in der Kaffeekanne 128 befindliche fertige Kaffee auf der für den Gebrauch erwünschten Temperatur gehalten wird. Jedesmal, wenn ein Gemisch von Wasser und Dampf in der Vertiefung 62 der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 erzeugt und durch das Steigrohr 64 nach oben in die Kammer 106 gedrückt wird, kehrt der Druck in der Vertiefung 62 zum Normalwert zurück. Dadurch kehrt die Ventilscheibe 76 in ihren offenen Zustand zurück, so daß eine neue Füllmenge vorgewärmten Wassers im Verbindungsrohr 44 in die Vertiefung 62 gelangt, während im Verbindungsrohr 44 Wasser aus dem Wasserbehälter 38 nachfließt. Wenn das in der Vertiefung 62 befindliche Wasser genügend aufgeheizt ist, bildet sich erneut ein Druck aus und das Absperrventil 70 schließt sich, wodurch die Pumpwirkung sich wiederholt. Dieses Spiel setzt sich fort, bis das gesamte Wasser im Behälter und dem Verbindungsrohr 44 durch die öffnung 116 ausgegeben wurde. Die Zusatzheizung 84 unterstützt die Heiz- und Pumpwirkung durch Versorgung des Wassers mit zusätzlicher Wärme innerhalb der begrenzten Kapazität des Verbindungsrohres 44, so weit die Wärme nicht bereits durch die Wände des Steigrohres 64 abgeleitet wurde.

Wenn der Wasserbehälter 38 und das Verbindungsrohr 44 ihren gesamten Wasserinhalt an die Vertiefung der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 abgegeben haben, steigt die Temperatur des Metallgußstücks 56 über den Siedepunkt des Wassers an. Dieser Temperaturanstieg wird vom Thermostatschalter 94 festgestellt; letzterer

befindet sich am unteren Ende 50 des Verbindungsrohres 44 bzw. am oberen Ende 46 der Heiz- und Pumpvorrichtung 52. Wenn eine vorbestimmte Temperatur oberhalb 100⁰C festgestellt wird, öffnet der Thermostatschalter 94 und beendet so die Versorgung der Heizwicklung 58 und Zusatzheizung 84 mit elektrischer Energie. Die Warmhalteplatte 122 wird dagegen weiterhin unter Strom gehalten, bis der Hauptschalter 100 in die »AUS«-Stellung gebracht wird. Wie Fig.6 zeigt, wird der Netzstrom über den Hauptschalter 100 auf die Adern 134 und 136 gegeben. Eine Anzeigelampe 138 in Reihe mit einem Begrenzungswiderstand 140 zeigt an, daß der Hauptschalter 100 eingeschaltet ist; diese Kombination kann in den Hauptschalter 100 eingebaut sein. Die Heizwicklung 58 liegt in Reihe mit dem Thermostatschalter 94 zwischen den Adern 134 und 136. Der Thermostatschalter 94 befindet sich normalerweise im geschlossenen Zustand, so daß die Heizwicklung 58 eingeschaltet werden kann, wenn der Hauptschalter 100 zu Beginn einer Kaffeezubereitung geschlossen wird. Wenn die Zusatzheizung 84 verwendet wird, liegt es parallel zur Heizwicklung 58. Am Ende des Vorganges, wenn der Thermostatschalter 94 den Wassermangel in der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 feststellt, öffnet er sich und trennt die Heizwicklung 58 und die Zusatzheizung 84 von der Netzspannung. Der Umgebungswiderstand 96, der parallel zum Thermostatschalter 94 geschaltet ist, dient zur Aufrechterhaltung eines geringen Erregungspegels der Heizwicklung 58 und der Zusatzheizung 84, damit der Thermostatschalter 94 geschlossen bleiben kann.

Die Warmhalteplatte 122 ist unmittelbar an die Adern 134 und 136 angeschlossen, so daß sie ständig mit Strom versorgt wird, so lange der Hauptschalter 100 geschlossen ist. Auch wenn also der eigentliche Brühvorgang beendet ist, bleibt die Warmhalteplatte 122 eingeschaltet.

Die Ausbildung und Anordnung des Wasserbehälters 38, des Verbindungsrohres 44 und der Heiz- und Pumpvorrichtung 52, die für die Wärmeübertragung im Gegenstrom durch das Steigrohr 64 und für die Vorheizung des Wassers, bevor es in das Heizelement 130 gelangt, verantwortlich sind, bewirken eine erhöhte Leistungsfähigkeit und Brühgeschwindigkeit unter Bedingungen, die eine Kaffeezubereitung mit hoher Qualität gewährleisten. Auch die Zusatzheizung 84 fördert unter bestimmten Umständen die Brühgeschwindigkeit.

Auch die Ausbildung des Deckels 16 mit der Kammer 106, durch die der Dampf in den Wasserbehälter 38 zurückgelangt und das dort befindliche Wasser bereits vorheizt, während das in den Deckel 16 gelangte Wasser, dessen Temperatur bereits auf die gewünschte Höhe verringert ist, zu den öffnungen 116 fließt, erhöht die Leistungsfähigkeit der Maschine, sowie die Qualität des fertigen Kaffees.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kaffeemaschine für Filterkaffee mit einem Frischwasserbehälter, durch den ein Steigrohr hindurchgeführt ist, einer unter dem Frischwasserbehälter angeordneten Heizvorrichtung, einem Verbindungsrohr zwischen dem Frischwasserbehälter und der Heizvorrichtung und einem mit letzterer wärmeleitend verbundenen Thermoschalter als Wassermangelsicherung, gekennzeichnet durch einen elektrisch zu dem Thermostatschalter (94) parallelgeschalteten Umgehungswiderstand (96) der zur Aufrechterhaltung eines geringen Erregungspegels der Heizwicklung (58) und der Zusatzheizung (84) dient.