DE60111920T2 - Kaffeeextrahierungssystem - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 1 und ein Kaffeeextraktionsverfahren gemäss Anspruch 14.
• Es ist bekannt, zum Beispiel aus EP-B-0 717 603, eine Portion gemahlenen Kaffees in einem wasserdurchlässigen Behälter einzuschliessen und daraus in einer Extraktionskammer Kaffee zu extrahieren indem heisses Wasser durch den Behälter gepresst wird. Der wasserdurchlässige Behälter ist üblicherweise aus Kaffeefilterpapier hergestellt und erlaubt es daher Wasser auf einer Seite durch das Papier in den Behälter einzutreten und bildet selbst auf der anderen Seite das Kaffeefiltermittel.
• Andererseits sind verschiedene Systeme bekannt, bei denen gemahlener Kaffee in einem geschlossenen vollends wasserundurchlässigen Behälter eingeschlossen ist, welcher auf einer Seite von einem Wassereinspritzmittel angestochen werden muss und welcher auf der anderen Seite aufgrund des Wasserdruckes im Behälter, welcher auf eine Behältermembran wirkt, aufplatzt. Dieses Platzen kann durch eine Filterplatte gefördert werden, welche kegelförmige Elemente hat, was zu lokalen Belastungsarealen auf der vom Wasserdruck belasteten und zum Platzen gebrachten Membran führt. Ein solches System ist zum Beispiel bekannt aus EP-B-0 604 615. Durch US-A-2 899 886 und US-A-2 968 560 ist es bekannt wasserundurchlässige Behälter bei Schliessen der Extraktionskammer anzustechen.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es die Kaffeeextraktqualität der ersten Art von Systemen mit wasserdurchlässigen Behältern zu verbessern.
• Dieses Ziel wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 erreicht.
• Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass ein Anstechen des wasserdurchlässigen Behälters in der Extraktionskammer – was im Widerspruch zu diesem System zu sein scheint, denn der Behälter ist an sich was serdurchlässig – und die Schaffung von Extraktionskanälen eine besser definierte Extraktion bei höheren Drücken ergibt, was zu einer als besser empfundenen Kaffeeextraktqualität führt. Die beanspruchte Kaffeemaschine des Systems ist mit einer Extraktionskammer versehen und sticht den Behälter in dieser Kammer an.
• Vorzugsweise sind die Extraktionselemente auf der Oberfläche auf der Kammerwand vorgesehen, so dass bei Schliessen der Kammer zum Einschliessen der Behälter automatisch angestochen wird und die Kanäle geschaffen werden. In einer alternativen Ausführung können die Extraktionselemente separat in die Kammer eingeführt werden und sind also gestaltet um beweglich durch die Kammerwand oder Wände eingeführt zu werden.
• Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Wasser und der Kaffeeextrakt daran gehindert die Extraktionskammer zu verlassen bis ein vorbestimmter Druck in dieser Kammer erreicht ist. Dies verhindert ein blosses Durchsickern des Wassers durch den Behälter und setzt den Kaffee für eine bestimmte, genau definierte Zeit, unter den erstrebten Wasserdruck, was vordem nicht der Fall war.
• Das Ziel wird ferner durch das Extraktionsverfahren gemäss Anspruch 14 erreicht.
• Im Folgenden werden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungen als Beispiele beschrieben, wobei
• 1a bis 1d einen generellen schematischen Überblick über die Extraktionsschritte zeigen;
• 2 zeigt eine Schnittansicht eines Teils der Extraktionskammer und des Behälters;
• 3 zeigt eine generelle Übersicht über das hydraulische System einer Kaffeemaschine gemäss der Erfindung;
• 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Innenfläche der Extraktionskammer; und
• 5 zeigt detaillierter eine Schnittansicht durch den einen Extraktionskammerteil und die Antriebskolben zum Schliessen der Kammer und Blockieren des Flüssigkeitsflusses durch diese.
• 1a bis 1d zeigen auf eine sehr allgemeine Weise die Extraktion von Kaffee gemäss den Aspekten der Erfindung. 1a zeigt einen Behälter 1 welcher ein wasserdurchlässiger Behälter gemäss EP-B-0 717 603 sein könnte. Dies ist nur als Beispiel zu verstehen, alle Arten und Formen von wasserdurchlässigen Behältern sind möglich, zum Beispiel eine zylindrische Form mit durchlässiger Deck- und Bodenfläche oder eine Würfelform. Die wasserdurchlässigen Teile des Behälters sind gewöhnlich aus Filterpapier oder dergleichen und der Behälter enthält eine Portion gemahlenen Kaffee, zum Beispiel in einer Menge, welche ausreicht um eine Tasse Kaffee zuzubereiten.
• Für die Herstellung von Kaffeeextrakt aus dem gemahlenen in Behälter 1 enthaltenem Kaffee, ist es bekannt, wie es auch bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, diesen Behälter in eine Extraktionskammer 5 einzulegen, was manuell oder mittels automatischer Zuführmittel geschehen kann, abhängig vom jeweiligen Typ Kaffeemaschine. Für das Einsetzen des Behälters 1 ist die Extraktionskammer in einem offenen Zustand, wie in 1b gezeigt. Es ist bekannt, dann die Extraktionskammer zu schliessen, welche in ihrer Form an die benutze Art Behälter angepasst ist, und spezifisch an seine Form, so dass der Behälter von der Extraktionskammer eingeschlossen ist. Eingeschlossen im Kontext der vorliegenden Erfindung heisst, dass der Behälter in einer geschlossenen Kammer mehr oder weniger fest darin gehalten ist. Es ist möglich, dass Flansche oder ein Flansch 4 des Behälters dadurch zwischen zwei Teilen 2, 3 zusammengedrückt ist, welche zusammen den Extraktionskörper mit der Extraktionskammer 5 bilden. Das Kaffeeextrakt wird dann herge stellt, indem heisses Wasser durch die Einlassöffnungen 8 von Teil 2 gedrückt wird, welches Wasser durch das Filterpapier des Behälters 1, den gemahlenen Kaffee 7 und aus der Kammer 5 durch Auslassöffnungen 9 im anderen Teil 3 fliesst, welcher wie bei einer Filterplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen 9 versehen ist, obwohl das Filtern hauptsächlich mit dem Filterpapier des Behälters bewirkt wird, welches auf der Fläche 14 von Teil 3 aufliegt und die Extraktionskammerinnenwand bildet. Der Kaffeeextrakt welcher aus den Auslässen 9 fliesst wird in einer Leitung gesammelt, welche schliesslich oberhalb der Tasse endet. Wasser fliesst auf diese bekannte Weise solange die Pumpe der Kaffeemaschine in Betrieb ist und der Druck, welcher im Behälter aufgebaut wird, hängt hauptsächlich von der Kompaktheit des Kaffeepulvers im Behälter und der Zahl und des Durchmessers der Öffnungen 9 ab.
• Gemäss einem Aspekt der Erfindung und immer noch mit Bezugnahme auf 1a bis 1d, sind Elemente 10 vorgesehen, welche in den in der Extraktionskammer befindlichen Behälter eindringen und welche Extraktionskanäle 11 schaffen, welche in den Behälter hineinreichen (diese Kanäle sind in 2 und 4 besser sichtbar). Dementsprechend wird der Behälter von den Elementen 10 angestochen, weshalb es zu bevorzugen ist sie mit einer konischen oder pyramidenförmigen Form zu gestalten oder mit einer anderen Form, welche ein Anstechen der Behälterwand erlaubt ohne sie zu sehr zu zerreissen, so dass die Elemente 10 in den Behälter 1 eingebracht werden ohne, abgesehen vom Einstechareal, das Filterpapier des durchlässigen Behälters zu zerstören.
• Die Elemente 10 sind in den Beispielen als einstückig mit Teil 3 und folglich mit der Wand der Extraktionskammer 5 gezeigt. Dies ist eine bevorzugte Ausführung, welche automatisch zu einem Anstechen des Behälters führt, wenn die Teile 2, 3 sich zusammenbewegen um die Kammer 5 zu schliessen. Es ist jedoch auch möglich separate Elemente 10 vorzusehen, welche in die Kammer 5 bewegt werden nachdem die Kammer geschlossen wurde, zum Beispiel nadelförmige oder konische Elemente 10, welche durch Öffnungen in Teil 3, welche zugleich die Auslassöffnungen 9 sein können, oder auch nicht, in die Kammer 5 und folglich in den Behälter eingeführt werden. Diese Auslassöffnungen 9 können in diesem Fall auch in den Elementen 10 vorgesehen werden. Die Anstechelemente bewegen sich in jedem Fall in den Raum der für den Behälter vorgesehenen Kammer und stechen folglich aktiv diesen Behälter an ehe Wasser dort hineingeführt wird.
• Das Wasser wird durch die Öffnungen 8 von Teil 2 gepresst und gelangt durch seine durchlässige Papierwand in den Behälter 1. Der Kaffeeextrakt, andererseits, verlässt den Behälter 1 hauptsächlich durch Kanäle 11, welche mit Auslassöffnungen 9 in Verbindung stehen. 2 zeigt eine vergrösserte Teilschnittansicht von Teil 3 und ein Element 10 mit Kanal 11. Dieser Kanal 11 kann sich direkt zu einer Auslassöffnung 9 hin öffnen oder es können, wie in 2 und 4 gezeigt, Kanalabschnitte 13 vorgesehen sein, welche Rillen in der Oberfläche 14 der Kammerwand bzw. Teil 3 sind. Die Auslassöffnungen 9 können bevorzugt, wie in 2 gezeigt, als eine Düse geformt sein oder allgemeiner so dass sie entlang ihrer Länge einen Abschnitt mit geringerem Durchmesser haben oder möglicherweise als geradlinige Öffnungen.
• Durch das Vorsehen von definierten Kanälen 11 und vorzugsweise 13, resultiert ein gleichmässigerer und vorhersagbarer Wasserfluss und der Druck, welcher in der Kammer 5 bzw. im Behälter 1 generiert wird ist grösser und besser definiert als in Kaffeemaschinen, Extraktionssystemen und -verfahren aus dem Stand der Technik, was zu einer besseren und von Portion zu Portion gleichmässigeren Kaffeeextraktionsqualität führt.
• Die düsenförmigen Auslassöffnungen 9 verstärken diesen Effekt indem es ermöglicht wird die kleinsten Öffnungsdurchmesser kleiner zu machen als geradlinige Öffnungen, ohne übermässige Gefahr einer Verstopfung der Öffnungen.
• 4, welche nur die Extraktionsoberfläche 14 von Teil 3 zeigt, ohne dessen Flansch für die Bildung einer geschlossenen Kammer 5, zeigt nochmals Elemente 10 mit Kanälen 11 und bevorzugte Pillen 13. Natürlich sind die Zahl der Elemente 10 und die Zahl der Kanäle 11 und die Rillen 14 und deren Formen lediglich als ein Beispiel zu verstehen.
• Mit Bezug auf 1c, welche den geschlossenen Extraktionszustand von Kammer 5 zeigt, welcher eine Extraktion wie oben beschrieben erlauben würde, wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung erklärt. Wie in 1c zu sehen ist, sind die Auslassöffnungen 9 durch ein Sperrelement 16 gesperrt, welches einen Fluss vom Wasser durch die Extraktionskammer 5 und den Behälter 1 verhindert. Da die Pumpe arbeitet und Wasser durch Öffnungen 8 in die Kammer 5 gelangen kann, steigt der Druck in der Kammer in Abhängigkeit von der Leistung der Pumpe. Eine Kraft A wirkt auf das Sperrelement 16, welches der Kraft des durch Auslassöffnungen 9 hinausdrückenden Kaffeeextraktes entgegenwirkt. Sobald der von der Pumpe aufgebaute Druck ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, wird das Sperrmittel entfernt, zum Beispiel durch eine rückwärts wirkende Kraft A und die Auslassöffnungen sind geöffnet, so dass Kaffeeextrakt, wie oben erklärt, aus der Kammer und in die Tasse fliessen kann, wie in 1d gezeigt ist.
• Dieses Sperren der Extraktionskammer erfolgt vorzugsweise, wie gezeigt, bei ihren Auslassöffnungen, aber es wäre genauso möglich die Sperrmittel in Flussrichtung näher beim endgültigen Auslass über der Tasse anzuordnen.
• Das Sperren der Extraktionskammer erhöht den Extraktionsdruck darin, was die wahrgenommene Kaffeeextraktqualität verbessert.
• Mit Bezugnahme auf 3 und 5 wird die Kaffeemaschine und das Kaffeeextraktionssystem und -verfahren nun detaillierter erklärt. 3 zeigt schematisch die hydraulische Schaltung einer Kaffeemaschine gemäss einer Ausführung der Erfindung. Die Kammer 5 ist in einem offenen Zustand gezeigt und in dieser schematischen Ansicht ohne die Elemente 10 und die Öffnungen für Wasser und Extrakt. Teile 2 und 3 sind gezeigt und Teil 2 ist fest, wohingegen Teil 3 entlang der Richtungen B und C beweglich ist um die Kammer 5 zu öffnen und zu schliessen. Eine Pumpe 20 saugt Wasser über Leitung 22 aus einem Tank 21. Die Pumpe speist Wasser durch Leitung 23 an ein elektrisches Heizelement, von welchem das Wasser über Leitung 25 zu den Öffnungen in Wand 2 (nicht gezeigt) in die Kammer 5 geleitet wird, während diese im geschlossenen Zustand ist. Die Pumpe speist andererseits Wasser über Leitung 25 und ein elektrisch gesteuertes Ventil 26 in eine Kammer 27. Das Ventil 26 wird zu dieser Zeit so betrieben, dass es Wasser durch Leitung 25 lässt, jedoch kein Wasser durch die Leitung 28 gelangt, welche Wasser zurück in den Tank 21 führen kann. Wenn Wasser unter Druck in die Kammer 27 gelangt, wird die Extraktionseinheit 30, welche an ihrem einen Ende den Teil 3 der Kammer 5 trägt, in Richtung C bewegt um die Kammer 5 zu schliessen, in welche zuvor ein Behälter 1 (nicht gezeigt) eingesetzt wurde. Entsprechend ist dieser Behälter in der Kammer 5 eingeschlossen. Für das Schliessen der Kammer 5 sorgt der Wasserdruck in der Kammern 27 entgegen der Kraft der Feder 31 (nur schematisch gezeigt), so dass diese Feder durch die schliessende Bewegung der Extraktionseinheit 30 zusammengedrückt wird. Leitung 25 speist auch das druckempfindliche Schaltventil 40, welches bei einem Druck unter einem vorbestimmten Wert Wasser über Leitung 33 zu einer Kammer 35 führt, während die Leitung 34, welche Wasser zurück in den Tank 21 führt, geschlossen bleibt. Durch den Wasserdruck in Kammer 35 wird ein Kolben 36 mit der Sperrplatte 37, welche dazu angepasst ist die Auslassöffnungen 9 (nicht gezeigt) in Teil 3 zu sperren, zusätzlich zur Bewegung der gesamten Einheit 30, in Richtung C vorwärts bewegt, so dass die Auslassöffnungen gesperrt sind. Diese Bewegung von Kolben 36 wirkt gegen die Feder 38 (nur schematisch gezeigt).
• Demgemäss schliesst, wenn die Pumpe anfängt zu arbeiten und der Wasserfluss wie beschrieben ermöglicht wird, die Kammer 5 und deren Auslassöffnungen werden geschlossen. Inzwischen wird im Heizelement 24 Wasser geheizt und wird dann, nach dem Schliessen von Kammer und Öffnungen, über ein steuerbares Ventil in die Kammer 5 geleitet.
• Druck in den Leitungen und in der Kammer 5 nimmt zu. Sobald der Druck ein Niveau erreicht, welches dem vorbestimmten Druckniveau von Schaltventil 40 entspricht, so trennt dieses Ventil 40 Leitung 33 von Leitung 25 und verbindet Leitung 33 mit Leitung 34, so dass das Wasser in Kammer 35 zurück in den Tank 21 fliesst und dadurch es dem Kolben 36 mit Sperrfläche 37 ermöglicht sich durch die Federkraft von Feder 38 in Richtung B zurückzubewegen und dadurch die Auslassöffnungen 9 (nicht gezeigt) zu öffnen, was den Kaffeeextraktfluss aus der Kammer 5 (immer noch geschlossen) in eine Sammelleitung (nicht gezeigt) und in die Tasse ermöglicht. Wenn demnach die vorbestimmte Wassermenge durch die Kammer 5 und den Behälter geflossen ist, wird weiterer Wasserfluss durch Anhalten der Pumpe angehalten um ein Überfüllen der Tasse zu verhindern. Da die Extraktion nun vollständig ist, wird Ventil 26 so gesteuert, dass Leitung 25 mit Leitung 28 verbunden wird, so dass Wasser von Kammer 27 zurück in den Tank 21 fliesst, was es Feder 31 erlaubt die Extraktionseinheit 30 zurück in Richtung B zu drücken, was die Kammer 5 öffnet, so dass der Behälter entfernt und weggeworfen werden kann. Die Maschine ist dann für einen neuen Extraktionszyklus wie beschrieben bereit.
• Das druckempfindliche Ventil 40 ist vorzugsweise ein Ventil bei welchem ein Kolben eingesetzt wird, welcher mit Wasser unter Pumpendruck gespeist wird und welcher vom Wasserdruck entgegen einer Feder verschoben wird. Während einer ersten Verschiebungsperiode erlaubt der Kolben Verbindung von Leitungen 25 und 33 und wenn eine bestimmte Verschiebung erreicht ist (abhängig vom Wasserdruck) werden Leitungen 33 und 34 wie erklärt verbunden.
• 5 zeigt eine detailliertere Schnittansicht durch Teile von 3, wobei die selben Bezugsziffern die selben Elemente bezeichnen. Insbesondere der untere Teil 3 der Extraktionskammer 5 ist mit den Extraktionselementen gezeigt, welche mittels Druck in Kammer 27 bewegt werden können. Ebenso ist Kammer 35 zum Bewegen von Kolben 36 mit Sperrfläche 37 gezeigt. Die Sammelmittel 42 führen den Kaffeeextrakt zu Auslass 43 von wo der Extrakt in die Tasse abgegeben wird.

Claims (15)

1. Ein Kaffeeextraktionssystem aufweisend eine Kaffeemaschine und zumindest teilweise wasserdurchlässige Behälter beinhaltend eine Portion gemahlenen Kaffees, wobei die Kaffeemaschine angepasst ist einen Behälter mittels einer Extraktionskammer einzuschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner dazu angepasst ist den Behälter, während sie ihn einschliesst, anzustechen und Extraktionskanäle zu schaffen, welche in den Behälter reichen.
2. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 1, wobei die Extraktionskammer eine wasserdichte Umschliessung um besagten Behälter bildet, ausgenommen von besagten Extraktionskanälen und Wasserzuführmitteln zum Zuführen von Wasser in besagten Behälter.
3. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 1, wobei die Behälter Wände haben, welche aus Filterpapier hergestellt sind.
4. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kaffeemaschine ein Wasserheizmittel, eine Pumpe, einen Kaffeeextraktauslass und die Extraktionskammer (5) aufweist, welche angepasst ist in einem offenen Hineinsetzzustand der Kammer den Behälter aufzunehmen und ihn in einem geschlossenen Extraktionszustand der Kammer einzuschliessen, wobei einerseits die Extraktionskammer am Heizmittel und an der Pumpe angeschlossen ist, so dass heisses Wasser unter Druck durch Öffnungen (8) in einer ersten Wand (2) der Extraktionskammer in diese eintreten kann, und andererseits besagte Extraktionskammer über Öffnungen (9) in einer zweiten Kammerwand (3) am Kaffeeextraktauslass angeschlossen ist, und wobei mehrere Extraktionselemente vorgesehen sind, welche in geschlossenem Extraktionszustand der Kammer in die Kammer hineinreichen, so dass ein Behälter von den Elementen angestochen wird und die Extraktionskanäle hergestellt werden, welche einerseits in den Behälterraum der Extraktionskammer hineinreichen und andererseits mit den Öffnungen der zweiten Wand verbunden sind.
5. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 4, wobei die Extraktionselemente einen Teil der zweiten Kammerwand bilden oder wobei die Extraktionselemente separate, bewegliche Elemente sind.
6. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 4, wobei die Extraktionselemente jedes zwei oder mehr Kanäle bilden, welche mit einer oder mehr der Öffnungen in Verbindung sind.
7. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Extraktionskanäle ferner im Anschluss an die Elemente Riefen in der Oberfläche der zweiten Kammerwand aufweisen.
8. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Öffnungen in der zweiten Kammerwand die Form von Düsen haben.
9. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Extraktionskammer geschlossen ist und vorzugsweise die Extraktionselemente mittels eines ersten mit Wasserdruck betätigbaren Kolbens in den in den Behälter eingeführt werden.
10. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein steuerbares Sperrmittel zum Verhindern eines Kaffeeextraktflusses aus der Extraktionskammer oder dem Kaffeeextraktauslass bis ein vorbestimmter Wasserdruck in der Kaffeemaschine erreicht wurde.
11. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 10, wobei besagtes Sperrmittel den Auslass der Öffnungen in der zweiten Kammerwand blockiert.
12. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 10 oder 11, wobei das Sperrmittel von einem zweiten mit Wasser betätigbaren Kolben gesteuert ist.
13. Ein Kaffeeextraktionssystem gemäss Anspruch 12, wobei der zweite Kolben mittels eines druckempfindlichen Ventils gesteuert wird, welches den Wasser druck vom zweiten Kolben nimmt, sobald ein vorbestimmter Pumpendruck erreicht ist.
14. Ein Verfahren zum Herstellen von Kaffeeextrakt aus einem zumindest teilweise wasserdurchlässigen Behälter, welcher vorportionierten gemahlenen Kaffee enthält, mittels Benutzung eines Kaffeeextraktionssystems gemäss Anspruch 1, wobei der Behälter in einer den Behälter umgebenden Extraktionskammer von Elementen angestochen wird, welche in den Behälter hineinreichen und Extraktionskanäle bilden.
15. Ein Verfahren zum Herstellen von Kaffeeextrakt gemäss Anspruch 14, wobei der Auslass von Kaffeeextrakt aus der Kammer mittels eines steuerbaren Sperrmittels gesperrt ist bis der Wasserdruck in der Extraktionskammer ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat.