Kaffeevollautomaten seltener warten

Kaffeevollautomaten haben sich sowohl zu einem Statussymbol im Privaten als auch zu einem Qualitätssiegel in Gastronomiebetrieben entwickelt und sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die Geräte kombinieren immer mehr Möglichkeiten in einem: das Mahlen der Kaffeebohnen, die Aufbereitung und Temperierung des Wassers, die Filterung, das Aufschäumen und Beimischen von Milch und die Beigabe von Aromastoffen bis hin zur Reinigung der Maschine. Auf Knopfdruck ist die gewünschte Kaffeekreation in wenigen Augenblicken zubereitet.

Das Herzstück des Vollautomaten: die Brühgruppe

Doch worin unterscheiden sich die in Vielzahl am Markt erhältlichen Geräte? Die prinzipielle Funktionalität ist meist gleich oder sehr ähnlich. Wesentliche Unterschiede zeigen sich neben dem Gehäusedesign in der Lebensdauer der einzelnen Maschinenkomponenten. Während ein Kaffeevollautomat im privaten Haushalt meist auf 5000 bis 10.000 Brühvorgänge ausgelegt ist, können professionelle Maschinen rund 50.000 Tassen des Wachmachers brühen, bevor Komponenten ausgetauscht oder überholt werden müssen.

Diese hohe Zahl stellt an die einzelnen Bauteile eines Vollautomaten hohe Anforderungen, insbesondere an das Herzstück jeder Maschine: die Brühgruppe. Dort entscheidet sich, welche Qualität die Maschine liefert. Wichtige Faktoren sind zum Beispiel der Verdichtungsgrad des Kaffeepulvers, der Wasserdruck und die Filterung. Die wichtigsten Bauteile der Brühgruppe sind die Brühkammer, das metallische Mikrosieb und der Brühkolben mit dazugehörigem Dichtungs- und Abstreifsystem.

Kaffeekochen aus Techniker-Sicht

Was gibt es schöneres als eine gute Tasse Kaffee? In der Kaffeemaschine entscheidet vor allem die Brühgruppe über die Qualität des Getränks. (Bild: Parker)

Zunächst wird die Brühkammer mit gemahlenem Kaffeepulver befüllt. Dann fährt der Brühkolben in die Kammer und verdichtet das Pulver. Nun wird das Kaffeepulver mit heißem Wasser beaufschlagt. Aufgrund der Abdichtung, des Wasserstroms und durch Quellen des Kaffeepulvers baut sich der Wasserdruck (bis zu 20bar) in der Brühkammer auf. Dieser Druck treibt das heiße Wasser durch das Kaffeepulver und das metallische Mikrosieb, welches das Kaffeegetränk filtert.

Durch den Brühkolben wird der heiße Kaffee dann schließlich in die Tasse weitergeleitet. Nachdem das Kaffeepulver entsorgt und die Kammer gereinigt wurde, ist die Maschine bereit für den nächsten Brühvorgang.

Die Vielfalt der Dichtungssysteme in Kaffeeautomaten

Parker entwickelt seit vielen Jahren Lösungen für Kaffeevollautomaten, insbesondere für die Brühgruppe. Das Dichtungssystem dichtet die Brühgruppe während des Brühvorgangs nicht nur ab, sondern es sorgt auch dafür, dass die kostbaren Öle und Aromen des Kaffees ihren Weg in die Tasse finden. Hierzu muss es nicht nur einem Druck von bis zu 20 bar bei Temperaturen bis 95 °C widerstehen, sondern auch gegenüber dem stark abrasiven Kaffeepulver sowie dem sauren Kaffeeextrakt selbst bestehen.

Mehr als 1000 verschiedene Substanzen, darunter Koffein, Säuren, Öle, Proteine und Aromastoffe fordern den Einsatz von chemisch beständigen Werkstoffen. Jeder, der schon einmal einen eingetrockneten Kaffeefleck von einer Tischoberfläche entfernt hat, kann sich vorstellen, wie aggressiv diese Stoffe sind. Für ein Dichtungssystem bilden deren adhäsiven, abrasiven Eigenschaften äußerst widrige Einsatzbedingungen.

Parker bietet eine Vielzahl von Dichtungskonzepten an, die sich nach Gerätekonfiguration und Anwender unterscheiden. Da gibt es PTFE-Dichtungen mit elastomerem Vorspannelement oder totraumfreie PTFE-Dichtungen, die mit silikongefüllten Edelstahlfedern vorgespannt werden (Flexiseal-Dichtung) bis hin zu elastomeren Dichtungssystemen auf Basis speziell entwickelter Gummi- oder Polyurethanwerkstoffe. Welches System das richtige ist, hängt von der genauen Dichtungs- und Abstreifaufgabe ab.

Häufig bestehen Brühkolbensysteme in professionellen Kaffeevollautomaten aus komplexen, metallischen Brühkolben mit aufwändigen Geometrien. Limitierender Faktor sind die Dichtungssysteme, deren Lebenserwartung die oben erwähnten 50.000 Brühvorgänge beträgt. Danach muss der Brühkolben und das zugehörige Dichtungssystem ausgetauscht werden.

Standzeit um 50 bis 100 Prozent gesteigert

Dieser Problematik wirkt eine neue, vollintegrierte Entwicklung entgegen. Mit ihr wird die geometrische Komplexität und Anzahl der Einzelkomponenten reduziert, während sich gleichzeitig die Montagefreundlichkeit bei insgesamt verbesserter Funktionalität erhöht. Die Standzeit steigt durchschnittlich um 50 bis 100 Prozent, beziehungsweise auf eine durchschnittliche Lebenserwartung von mehr als 100.000 Brühvorgängen.

Das neu entwickelte Brühkolbensystem besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Brühkolben und dem Siebträger mit integrierter Dichtungs-, Abstreif- und Filterfunktion. Die Anbindung der Komponenten wird wahlweise durch eine montage- und revisionsfreundliche Verschraubung oder Schnappverbindung realisiert. Als Basis des Brühkolbens dient der neue Parker-Werkstoff Nobrox. Dem jeweiligen Funktionszweck angepasst kommen verschiedene Modifikationen des Werkstoffs im Brühkolbensystem zum Einsatz.

Die mechanische Stabilität des Brühkolbens, der das Kaffeepulver komprimiert, gewährleistet eine glasfaserverstärkte Variante von des Werkstoffes. Der komplette Aufbrühvorgang findet innerhalb der Brühgruppe statt. In einer Brühgruppe mit einem metallischen Kolben kühlt das System schneller ab, mit nachteiligen Effekten für den Brühvorgang, und muss zwangsläufig durch zusätzliche Heizelemente temperiert werden. Bei Verwendung von des neuen Werkstoffes fällt der Wärmeverlust geringer aus, wegen des geringeren Wärmeübergangs im Vergleich zu metallischen Komponenten. Das spart Heizelemente und verringert die Gesamtkomplexität der Brüheinheit.

Günstige Komponenten aus dem Spritzgussverfahren

Das neue Material eignet sich für Dicht-, Führungs- und Anti-Extrusionselemente in hydraulischen Anwendungen, aber auch für viele andere dichtungstechnische Anwendungsbereiche (Bild: Parker).

Daneben ergeben sich bei der Herstellung wirtschaftliche Vorteile. Denn statt der aufwändigen, spanenden Bearbeitung metallischer Brühkolben kann das Bauteil im Spritzgussverfahren hergestellt werden.

Der Kolbenaufsatz vereint verschiedene Funktionen in sich, was auch wieder die Komplexität und Komponentenvielfalt reduziert. Hier kann der unverstärkte Werkstoff seine Stärken ausspielen. Die hohe Verschleißfestigkeit macht es möglich, die Dicht- und Abstreiffunktion in einem dynamischen Dichtsystem zu vereinen. Die Dicht- und Abstreif-Lippe ist durch einen TPU-O-Ring vorgespannt und gewährleistet eine konstant gute Dichtfunktion zwischen Brühkolben und Brühkammer über die Lebensdauer hinweg. Weitere Vorteile ergeben sich durch das Design des Kolbenaufsatzes. Die Dicht- beziehungsweise Abstreifer-Lippe befindet sich stirnseitig am Brühkolben.

Leckerer Kaffee ohne Ablagerungen

Gegenüber Lösungskonzepten, die Dichtungen in einer Nut am Kolbenaußendurchmesser einfassen, lässt das vollintegrierte System keinen Totraum zu. Funktions- oder geschmacksstörende Kaffeeablagerungen werden so vermieden. Aufgrund seiner tribologischen Eigenschaften des Werkstoffes ist keine zusätzliche Schmierung nötig. Wahlweise kann das metallische Mikrosieb des Siebträgers direkt umspritzt oder durch einen Bund zwischen Kolbenaufsatz und Brühkolben geklemmt werden.

Durch den geänderten Aufbau sind die Verschleißteile (Siebträger und TPU-O-Ringe) mit wenigen Handgriffen in relativ kurzer Zeit austauschbau. Den Brühkolben kann der Anwender in diesem System weiterverwenden.

Die Neuentwicklung des Brühkobensystems für professionelle Kaffeevollautomaten zeigt, welche Potenziale die neue Werkstoff-Familie bietet, nicht nur als Dichtungsmaterial, sondern auch als Konstruktionswerkstoff. do

Kaffee – eine Erfolgsgeschichte

Kaffee, der dunkle, wohlriechende Extrakt der gerösteten Kaffeebohne, gehört nicht nur in Deutschland zu den beliebtesten Getränken, sondern hat sich in nahezu jedem Kulturkreis als populäres Genussmittel etabliert. Dabei ist der morgendliche Wachmacher hinsichtlich der Gewinnung, Verarbeitung und Veredelung ein sehr anspruchsvolles Produkt mit einer sehr langen Tradition. Vom schnellen Genuss in Form eines „Coffee To Go“ oder einer gemütlichen Tasse im Kreis der Familie, begleitet uns das heiß gebrühte Getränk in vielen Facetten unseres Alltags. Die Berufsgruppe der „Barista“ strebt nach der perfekten Zubereitung und zelebriert den Kult um das „schwarze Gold“. Dabei schwören diese Spezialisten auf hochwertiges Equipment, um das Beste aus der Kaffeebohne hervorzuzaubern.

Die Kaffeeveredelung und Zubereitung hat eine lange, mehrere Jahrhunderte andauernde Entwicklungsgeschichte hinter sich. Unsere Vorfahren bereiteten den Kaffee grob gemahlen in kochenden Wasser und ohne Filtrierung zu. Später ging man dazu über, durch Mahlvorrichtungen und Filtersysteme (Papier oder metallische Komponenten) die Qualität und Verträglichkeit des Getränks weiter zu verbessern.

Auch der Vorgang der Zubereitung des Kaffees entwickelte sich immer weiter. Während unsere Urgroßmütter den Kaffee noch von Hand aufbrühten, benutzte die nachfolgende Generation schon mechanisierte Kaffeemaschinen, die das Aufbrühen von Filterkaffee automatisiert übernahmen. Heutzutage gibt es eine große Auswahl an unterschiedlichsten Kaffeemaschinen. Diese ermöglichen eine sekundenschnelle und qualitativ hochwertige Zubereitung mit nur einem Knopfdruck.

Von der herkömmlichen Kaffeemaschine mit Papierfilter über Padträger- und Kapselmaschinen bis hin zu den immer populärer werdenden Kaffeevollautomaten: Der Markt bietet für jede Art von Kaffeegenuss und Budget das passende Angebot.

Autorin: Christine Stehmans, Parker