Espressomaschinen:
Technik

Inhaltsverzeichnis


  1. Systeme zur Erhitzung des Wassers


  2. Nächste Seite: Bestandteile einer Siebträger Espressomaschine
Siehe auch
Geschichte der Espressomaschinen :: Modelle der Espressomaschinen :: Bedienung von Espressomaschinen :: Reinigung von Espressomaschinen :: Espressomaschinen: Kaufberatung :: Zubereitung von Espresso :: Beliebte Einkreis- bzw. Zweikreismaschinen

Systeme zur Erhitzung des Wassers


Einkreissysteme

Siehe auch: Überblick über die besten / beliebtesten Einkreismaschinen

Zu Beginn der ära der Espressomaschinen wurden hauptsächlich Einkreissysteme eingesetzt bei denen das Wasser aus nur einem großen Kessel kam, sodass zwischen Brühwasser- und Dampfbezug umgeschaltet werden musste – was einen Kompromiss zwischen Temperatur und ausreichend Dampfvolumen nötig macht.

In der Praxis wurde zuerst der Espresso mit heißem, nicht kochendem Wasser zubereitet und der Kessel anschließend auf 110-130 °C aufgeheizt um den Dampf zum aufschäumen der Milch zu erzeugen. Um dann den nächsten Kaffee zuzubereiten musste der Kessel erst wieder abkühlen, was je nach Wassermenge unterschiedlich lange dauerte – die Kessel wurden daher in der Regel klein gehalten um das Wasser schnell aufheizen aber auch abkühlen zu können.

Die meisten Einkreissysteme haben zur Kontrolle des Wasserflusses statt eines Magnetventils ein Brühgruppenventil, das im Prinzip ein starkes Rückschlagventil ist welches verhindert das der Kessel bei ausgeschalteter Pumpe leer läuft. Der im Kessel entstehende Dampfdruck ist nicht stark genug um das Ventil zu öffnen, erst durch die Pumpe wird genug Druck erzeugt um das Ventil zu öffnen.

Die Nachteile dieses Systems sind vor allem die schwierige, mit Wartezeiten verbundene Kontrolle der Wassertemperatur und der relativ geringe Dampfdruck.


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Zweikreissysteme

Siehe auch: Überblick über die besten / beliebtesten Zweikreismaschinen

Bei den Zweikreissystemen (im anglo-amerikanischen Sprachraum als "heat exchanger" / HX bezeichnet) wird in einem großen (5-20 Liter Volumen) zu ca. 2/3 gefülltem Kessel, das Wasser auf etwa 120 - 125 °C erhitzt – durch den entstehenden Dampfdruck (von etwa 1 - 1,3 bar) der durch einen Pressostat gehalten wird, bildet sich unten eine Wasserphase und oben eine Dampfphase, vergleichbar mit einem Schnellkochtopf. Dadurch kann über die Leitungen gleichzeitig heißes Wasser für Tee und Dampf zum Aufschäumen von Milch entnommen werden (für einen Espresso der eine Wassertemperatur von 88-92 °C benötigt, wäre das zu heiß).

Durch den am Kessel verbauten, nur einige 100 ml Wasser fassenden Wärmetauscher, wird kaltes Wasser durch die Pumpe aus einem Tank oder direkt vom Wasseranschluss geleitet und durch da umgebende Kesselwasser erhitzt (auf zwischen 88-94 °C). Es verläuft weiter zur Brühgruppe, dem Brühkopf und schließlich durch den Siebträger - so wird zum Brühen nur frisches Wasser statt Kesselwasser genutzt. Der Wärmetauscher ist so konzipiert, das dass Wasser (bei optimaler Durchflussrate) nur solange dort verbleibt das es die optimale Temperatur erreicht.


Eine kleine Schwachstelle der Konstruktion ist die überhitzung des Wärmetauschers: Nach dem Bezug verbleibt etwas Wasser im Wärmetauscher stehen und erhitzt sich mit der Zeit auf die Temperatur im Kessel. Um ein thermisches Gleichgewicht zu erreichen, wird meist ein do genanntes Thermosiphon verbaut. Das ist eine passive Konstruktion welche eine natürliche Konvektion des Wassers durch die Veränderung der Dichte (aufheizen - abkühlen) ermöglicht und so für eine Zirkulation des Wassers durch Wärmetauscher und Brühkopf sorgt. Dadurch wird der Wärmetauscher gekühlt und der Brühkopf erwärmt – der Brühkopf ist meist sehr massiv gebaut um möglichst viel überschüssige Hitze aufzunehmen.

Für einen hohen Durchsatz konzipierte Maschinen halten die optimale Temperatur bei vielen Bezügen besser, während Maschinen für geringen Durchsatz die richtige Temperatur vor allem im Stillstand erreichen. Zur Regelung der Temperatur wird vor dem Bezug einfach das dampfende Wasser (der Inhalt des Wärmetauschers) abgelassen. Bei Haushaltsmaschinen sollte, bei längerer Standzeit vor dem Bezug, etwa eine halbe bis eine Tasse Wasser abgelassen werden – dieses heiße Wasser kann zum vorwärmen der Tassen genutzt werden (dadurch werden Aroma- und Temperaturverluste vermieden).


Die 1961 vorgestellte Brühgruppe “Faema E61“ (siehe auch: Geschichte der Espressomaschine), ist der Prototyp der modernen Espressomaschine mit Zweikreissystemen - ihre Brühgruppe findet selbst heute noch in vielen (wenn nicht den meisten) Espressomaschinen Verwendung. Es war die erste Maschine die den Druck mithilfe einer elektrischen Hochdruckpumpe statt mit einem Handhebel erzeugte. Bei Zweikreissystemen wird zwischen Halbautomaten und Vollautomaten unterschieden: Bei den Halbautomaten wird der Bezug manuell gestartet und unterbrochen, während Vollautomaten den Bezug nach der jeweils programmierten Wassermenge von selbst unterbrechen.

Zweikreissysteme sind im Vergleich zu qualitativ gleichwertigen Einkreissystemen zwar teurer, haben aber bei der vermehrten Nutzung von Heißwasser (Tee) oder des Dampfes (zum Milchaufschäumen) den Vorteil, das keine Wartezeiten für das Aufheizen und Entlüften nötig sind. Zudem wird für das Brühen des Kaffees immer nur frisches Wasser verwendet während für den Bezug bei Maschinen ohne Wärmetauscher älteres, weil ständig im Kessel verbleibendes Wasser verwendet wird (welches so auch Metallionen aufnehmen kann).


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Dualboilertechnik

Da Dualboilermaschinen für häufige Bezüge konstruiert sind, werden sie vorwiegend in der Gastronomie verwendet und werden direkt an die Wasserleitung angeschlossen. Daher werden auch effiziente und leise Rotationspumpen statt der Vibrationspumpen verbaut.

Bei der relativ neuen Dualboilertechnik gibt es einen größeren Dampfkessel (für Heißwasser und Dampf zum Milchschäumen) und einen bzw. mehrere kleine Brühkessel für den Kaffee, welche die Temperatur unabhängig vom Dampfkessel konstant halten können. Der Dampfkessel wird oft von einem Pressostat gesteuert, da dieser schnell auf einen Druckabfall durch Dampfentnahme reagiert. Die Konstruktion der Dualboilertechnik vermeidet durch die Trennung der Kessel also das überhitzungsproblem der Zweikreissysteme.


Aufgrund der für einen Espresso angepassten kleinen Fassungsmenge des Brühkessels, kann das Wasser darin schnell genutzt bzw. durch frischeres Wasser ersetzt werden. Die geringe Größe bedingt allerdings auch eine sehr genaue Temperaturkontrolle ein kürzerer Zeitraum zwischen zu kalt bzw. zu heiß liegt – um die Temperaturschwankungen zu minimieren, werden bei der Dualboilertechnik daher i.d.R. Präzisionsthermostate verbaut.

Viele Dualboiler Maschinen haben zusätzlich ein Vorwärmsystem (elektrische Heizung oder Wärmetauscher), das vor allem bei häufigen Bezügen für stabile Temperaturen im Kessel sorgt da die Temperatur durch nachströmendes Wasser nicht zu weit absinkt. Im Vergleich zu Zweikreissystemen können Dualboiler meistens ohne Leerbezüge benutzt werden und der Dampfboiler kann zudem oft extra abgeschalten werden, falls kein Dampf zum Milchaufschäumen benötigt wird.


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Thermoblock

Weil bei einer Espressomaschine mit Kessel der Boiler vorgeheizt werden muss und eingeschaltet bleibt um die Temperatur zu halten, eignet sich dieses System für Haushaltsmaschinen eher weniger. Bei den Thermoblock-Espressomaschinen gibt es hingegen keinen Boiler, das kalte Wasser wird stattdessen durch ein langes, schneckenförmig gewundenes Rohr gepumpt (mittels Vibrationspumpe) und auf seinem Weg mittels eines parallel zum Rohr verlaufenden Heizstabes erhitzt (Durchlauferhitzung) – die Komponenten sind dabei in einem Aluminiumblock eingefasst, daher der Name Thermoblock.

Bei richtiger Abstimmung der Fließgeschwindigkeit, dem Durchmessers und der Länge des Rohres sowie der Heizleistung, tritt das Wasser mit der richtigen Temperatur aus dem Rohr aus. Bei hochwertigen Thermoblock-Espressomaschinen (bspw. von QuickMill und Jura) besteht das Rohr aus Kupfer. Ist der Thermoblock zu sehr aufgeheizt, sollte ein Leerbezug durchgeführt werden um ihn auf die Solltemperatur zu bringen – die Heizung sollte dann erst unmittelbar beim nächsten Bezug aktiviert werden.


Vorteile


Nachteile


Trotz der Nachteile, haben sich die Thermoblockmaschinen einen großen Marktanteil erobert da sie preiswert und ohne lange Aufheizzeiten einsatzbereit sind. Viele Espressomaschinen des unteren Preissegments sowie die Vollautomaten für den Heimbereich, funktionieren nach diesem Prinzip.

Hochwertige Siebträgermaschinen auf Basis des Thermoblocks für den Heimbereich, produziert bspw. die Firma QuickMill.


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