Vorrichtung zur Erzeugung von Milchschaum für Cappuccino Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Milchschaum für Cappuccino nach dem Oberbegriff des Anspruchs i Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung zur Erzeugung einer cremigen Dampf-Milch-Luftemulsion zur Zubereitung von Cappuc- cino mündet in eine Unterdruckkammer, die stromabwärts eines Dampfrohres mit einer Düse angeordnet ist, eine Milchzulei- tung, welche stromaufwärts der Unterdruckkammer eine Luftöff- nung aufweist, die mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht (US-PS 5 265 519). Das dadurch in der Unterdruckkammer entstehende Dampf-Milch-Luftgemisch strömt aus der Unterdruck- kammer in eine Emulgierkammer, deren geschlossener Boden eine im wesentlichen konische Erhebung aufweist. Der aus der Unter- druckkammer gegen die zentrale Erhebung auf dem Boden der Emulgierkammer strömende Gemischstrom wird durch die Erhebung aufgeteilt und einen neuen großflächigen Gemischstrom umge- formt, der auf dem Boden der Seitenwand der Emulgierkammer crifft und sich innig mit einem Teil des bereits in der Emul- gierkammer befindlichen Gemischs zu einer guten Emulsion ver- mischen soll. Damit soll ein cremiges Gemisch feinen Schaums erzeugt werden, welches durch eine seitliche Öffnung der Emul- gierkammer austritt und von dort in eine weitere zylindrische Kammer, die zu der Emulgierkammer seitlich versetzt ist, strö- men kann. Dort tritt eine Beruhigung der Emulsion ein, während überschüssiger Dampf durch eine obere Öffnung der zusätzlichen Kammer austreten kann.-Die mit dieser Vorrichtung angestreb- ten Ziele werden jedoch noch nicht vollständig erreicht.

Zur besseren Vormischung der in die Unterdruckkammer angesaug- ten Milch mit Luft ist es bereits bekannt, zwischen der Unter- druckkammer und der Milchzuleitung eine Vormischkammer anzu- ordnen, in die der Luftkanal mündet (EP 0 858 757 A1). Hiermit wird zwar in der Unterdruckkammer ein weitgehend homogenes Dampf-Milch-Luftgemisch gebildet, jedoch kann dieses Gemisch

noch zu großporig sein.

Zum weiteren Stand der Technik gehört eine Vorrichtung zum Aufschäumen und Heizen von Flüssigkeiten wie Milch oder der- gleichen, die mit Längskanälen zum Ansaugen von schaumbilden- der Luft um eine Beruhigungskammer verhältnismäßig großen Querschnitts und großer Länge ausgestattet ist (EP 0 813 834 AI). In einer Unterdruckkammer dieser Vorrichtung wird zu- nächst nur die angesaugte Milch mit Dampf zum Vorschäumen versetzt. Dieses Gemisch wird in eine sich an die Unterdruck- kammer stromabwärts anschließenden Beschleunigungsstrecke, in der sich Öffnungen befinden, die mit den luftführenden Längs- kanälen in Verbindung stehen, geleitet, wobei der gewünschte Schaum entsteht. Die Milch und der Schaum werden in der zylin- drischen Kammer verhältnismäßig groin Durchmessers und großer Länge beruhigt und homogen verteilt.-Hiermit wird aber nicht ohne weiteres die in vielen Fällen gewünschte Feinporigkeit erreicht.

Bei einer ähnlichen Vorrichtung schließt sich an die Unter- druckkammer der ersten Düsenanordnung eine zweite Düsenanord- nung an, die Lufteintrittsöffnungen aufweist, welche direkter als über die Längskanäle der voranstehenden Anordnung mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung (EP 0344 859 B1) stehen.

In der zweiten Düsenanordnung wird Luft angesaugt und mit der Milch zur Schaumbildung versetzt, die mit der ersten Düsen- anordnung angesaugt wird. Der Schaum strömt aus einer sich an die zweite Düsenanordnung anschließenden Kammer verhältnis- mäSig großen Durchmesser und roser Länge durch untere ins- besondere seitliche Öffnungen in dieser letztgenannten Kammer und ist demzufolge beruhigt und gleichförmig verteilt. Der Boden dieser Kammer ist so geformt, daß er einen direkten Austritt des Schaums bei hoher Geschwindigkeit verhindert. Er weist hierzu eine abgerundete Erhebung auf. Der Boden ist nahe dem Rand mit einzelnen Tropflöchern durchbrochen. Auch mit dieser Vorrichtung wird nicht das gewünschte feinporig homogen emulgierte Dampf-Milch-Luftgemisch erzielt.

Der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich- tung zur Erzeugung von Milchschaum für Cappuccino zu schaffen, mit welcher der Milchschaum feinporig homogen emulgiert wird.

Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Lösungsvarianten sind in den An- sprüchen 4 und 7 angegeben. Die Lösung und Lösungsvarianten beruhen auf dem gemeinsamen Prinzip, daß das in der Unter- druckkammer nach Vormischung der Milch mit Luft gebildete Dampf-Milch-Luftgemisch in der Emulgierkammer nochmals inten- siv vermischt und verwirbelt wird, während das Gemisch mög- lichst lange in der Emulgierkammer verweilt, wobei das Gemisch durch die ständig nachströmende Dampfenergie feinporig emul- giert wird.

Im einzelnen wird nach Anspruch 1 durch die in der Emulgier- kammer stromabwärts gestuft vergrößerten Querschnitte der Emulgierkammer das Dampf-Milch-Luftgemisch stark verwirbelt.

Die Verweildauer des Dampf-Milch-Luftgemischs in der Emulgier- kammer wird durch die zentrale strömungsumleitende Erhebung um die Austrittsöffnung in dem Boden der Emulgierkammer, die als Strömungsfalle geformt ist, verlängert, indem die Strömungs- falle das im wesentlichen in Hauptströmungsrichtung auf sie auftreffende Dampf-Milch-Luftgemisch im wesentlichen entgegen der Hauptströmungsrichtung umlenkt. Die Hauptströmungsrichtung ist durch die Düsenanordnung der Unterdruckkammer definiert, die stromabwärts in die Emulgierkammer übergeht. Erst an diese speziell ausgebildete Emulgierkammer schließt sich die Beru- higungsstrecke über eine Austrittsöffnung in dem Boden der Emulgierkammer an. Die Beruhigungsstrecke mit der Austritts- öffnung kann einfach als durchgehende Bohrung ausgebildet sein.

Ein zusätzlicher Vorteil dieser Vorrichtung ist deren kompakte Ausbildung.

Für die erfindungsgemäße Ausbildung der Emulgierkammer nach Anspruch 1 genügen bereits zwei in Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte, von denen der erste Abschnitt gegenüber einer Austrittsöffnung der Unterdruckkammer abge- stuft erweitert ist und von denen der zweite Abschnitt einen gegenüber dem ersten Abschnitt abgestuft erweiterten Quer- schnitt aufweist, in Verbindung mit der Strömungsfalle in dem Boden, d. h. dem stromabwärts gelegenen Ende der Emulgierkam- mer.

Noch signifikant besser wird die angestrebte feinporige Emul- gierung gemäß Anspruch 2 erreicht, wonach die Emulgierkammer drei Abschnitte aufweist, deren Querschnitte gegenüber dem Querschnitt der Austrittsöffnung der Unterdruckkammer bzw. des stromaufwärts benachbarten Abschnitts abgestuft erweitert sind. Auch hier ist die Strömungsfalle am Boden der Emulgier- kammer vorgesehen.

Die Strömungsfalle ist gemma$ Anspruch 3 im einzelnen als Sack- ring mit einer ringförmigen entgegen der Hauptströmungsrich- tung des Dampf-Milch-Luftgemischs offenen Wanne ausgebildet.

Die Wanne ist dabei so geformt und orientiert, daß sie das im wesentlichen in Hauptströmungsrichtung auftreffende Dampf- Milch-Luftgemisch im wesentlichen entgegen der Hauptströmungs- richtung umlenkt. Dadurch wird das Gemisch nochmals verwirbelt und länger in der Emulgierkammer gehalten.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist gemme Anspruch 4 in der Emulgierkammer im Abstand zu deren Boden eine Strömungs- umlenkeinheit angeordnet, die derart geformt ist, daS eine Strömungsumlenkung im wesentlichen entgegen der Hauptströ- mungsrichtung des Dampf-Milch-Luftgemischs eintritt. Durch diese Strömungsumlenkung wird wiederum eine gewünschte Ver- wirbelung des nachströmenden Gemischs verursacht, und zwar unter anderem zusätzlich zu der Verwirbelung durch die erfin- dungsgemäß stets vorgesehene Strömungsfalle in dem Boden der Emulgierkammer.

Die Strömungsumlenkeinheit kann gemäß Anspruch 5 zweckmäßig mit einer, eine zentrale, im wesentlichen kegelförmige Erhe- bung umgebenden ringförmigen offenen Wanne ausgebildet sein, die ähnlich, aber flacher geformt sein kann als die ringförmi- ge offene Wanne der Strömungsfalle in dem Boden.

Gemme Anspruch 6 wird die Strömungsumlenkeinheit zweckmäßig durch radiale Stege in der Emulgierkammer im Abstand zu deren Innenwand gehalten, so daß sich die Strömung in Hauptströ- mungsrichtung im Bereich der Innenwand ausbilden kann.

In einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 7 weist die Emulgierkammer an den Stufen zwischen deren Abschnitten Blenden auf, welche den benachbarten jeweils kleineren Querschnitt zusätzlich verengen. Diese Blenden bzw.

Verengungen bilden ausgeprägte Störkanten, die eine noch star- kere Verwirbelung des Dampf-Milch-Luftgemischs hervorrufen als die Abstufungen der Querschnitte selbst.

Insbesondere zur besseren Reinigung, aber auch, um die Emul- gierkammer und die benachbarten Bereiche unkompliziert herzu- stellen, umfaßt Emulgierkammer gemäß Anspruch 8 einzelne, außen im wesentlichen zylindrische Elemente, die innen mit wenigstens einem der abgestuften Querschnitte ausgeformt sind und durch eine gemeinsame Hülse zusammengehalten sind. Sämtli- che Elemente sind dabei in der außen glattflächigen Hülse konzentrisch angeordnet.

Gemäß Anspruch 8 können die Elemente der Emulgierkammer weiter fertigungsgünstig aus halbhartem Kunststoffmaterial, insbeson- dere Chloropren-Kautschuk (Marke"Neopren"), bestehen. Dieses Kunststoffmaterial weist auch eine venügende Formbeständigkeit unter Dampfeinfluß auf.

Als Kombinationsmerkmal der erfindungsgemä$en Vorrichtung ist gemäß Anspruch 10 bevorzugt zwischen der Unterdruckkammer und der Milchzuleitung eine Vormischkammer angeordnet, in die der

Luftkanal mündet. Dadurch wird die homogene Luftverteilung der Emulsion gefördert, indem bereits ein gut vorgemischtes Milch- Luftgemisch in die Unterdruckkammer eintritt, bevor dort die weitere Gemischbildung mit Dampf erfolgt und anschließend die zusätzliche Verwirbelung in der Emulgierkammer eintritt.

Drei Varianten der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit vier Figuren erläutert. Es stellen dar : Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erste Variante der Vorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die zweite Variante der Vorrichtung, Fig. 3 einen Querschnitt in der Ebene A-B in Fig. 2 der zweiten Variante der Vorrichtung und Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine dritte Variante der Vorrichtung.

In sämtlichen Figuren sind übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Längsschnitte liegen sämtlich in einer in Gebrauchslage senkrechten Ebene. Alle Varianten gemäß den Fig. 1-4 umfassen eine Düsenanordnung 1,2 mit einer Unterdruckkammer 3. Die Düsenanordnung 1,2 ist mit einer Dampfzuleitung 4 verbunden, die von einem Dampfgenerator einer Espressomaschine gespeist wird. Die Unterdruckkammer 3 steht über einen Flußmengenbe- grenzer 5 mit einer Milchzuleitung 6 in Verbindung, die von einem externen Milchgefäß ausgeht. Zwischen der Unterdruckkam- mer und dem Flu$mengenbegrenzer 5 ist im Strömungsweg der Milch eine Vormischkammer 7 an einer Stirnseite eines zylin- drischen Ansatzes 21 des FluSmengenbegrenzers gebildet, in welche ein Luftkanal 8 mündet.

Die Unterdruckkammer 3 geht an ihrem stromabwärts liegenden Ende in eine nicht bezeichnete Bohrung aber, die zu einer

Emulgierkammer 9 führt. Die Hauptströmungsrichtung ist mit einem Pfeil 10 bezeichnet. Das Querschnitt-Längenverhältnis der nicht bezeichneten Bohrung liegt wesentlich näher an 1 als 1 : 10, wie aus der Zeichnung ersichtlich.

Die Bohrung reicht in einen ersten Abschnitt 11 verhältnis- mäßig kleinen lichten Querschnitts bzw. Durchmessers der Emul- gierkammer. Diese ist insgesamt coaxial zu der Düsenanordnung 1,2 angeordnet. Stromabwärts geht der erste Abschnitt 9 bei einer Stufe 12 in einen zweiten konzentrischen Abschnitt 13 der Emulgierkammer über, die stromabwärts der Stufe 12 eine größere Querschnittsfläche bzw. einen größeren Durchmesser aufweist. Die Längen des ersten Abschnitts 11 und des zweiten Abschnitts 13 in Hauptströmungsrichtung 10 können dabei gruger als die Durchmesser dieser Abschnitte sein, jedoch ist das Verhältnis der Länge der Abschnitte zu deren Durchmesser er- heblich kleiner als bei einer Beruhigungsstrecke, wo 10 : 1 typisch ist. Die Innenwände 14, 15 des ersten Abschnitts 11 und des zweiten Abschnitts 13 sind ohne Lufteintrittsöffnungen ausgebildet.

Konzentrisch in einem nicht bezeichneten Boden des zweiten Abschnitts 13 der Emulgierkammer 9 sitzt eine Bohrung, die als Beruhigungsstrecke 16 wirkt. Die Bohrung der Beruhigungs- strecke 16 ist von einem Sackring 17 als Strömungsfalle umge- ben, die, wie im einzelnen aus Fig. 1 ersichtlich, als ring- förmige, entgegen der Hauptströmungsrichtung 11 oben offene Wanne ausgebildet ist.

Der erste Abschnitt 11 der Emulgierkammer 9 ist in dem Element 2 der Düsenanordnung ausgeformt, während ein zusätzliches annähernd als Hohlzylinder mit Boden geformtes Element 18 den zweiten Abschnitt 13 der Emulgierkammer 9, die Beruhigungs- strecke 16 in dem Boden und den die Beruhigungsstrecke umge- benden Sackring 17 enthält. Das Element 2 und das zusätzliche Element 18 werden durch eine Hülse 19 für Reinigungsszwecke voneinander lösbar zusammengehalten. Zur Abdichtung zwischen

den ineinandersteckbaren Elementen 1 und 2 der Düsenanordnung dient ein 0-Ring 22.

Mit einem Bezugszeichen 20 ist ein Griff bezeichnet, an dem der Flußmengenbegrenzer 5 erfaßt werden kann, um ihn in eine Aufnahme der Düsenanordnung zu stecken oder aus dieser her- auszuziehen.

Wenn die Milchzuleitung 6 mit einem Milchgefäß verbunden ist und aber die Dampfzuleitung 4 Dampf in die Düsenanordnung 1,2 einströmt, werden durch den in der Unterdruckkammer 3 gebilde- ten Unterdruck Milch und Luft in die Vormischkammer 21 ge- saugt, wo eine Luft-Milchvormischung erfolgt. Dieses Luft- Milchgemisch strömt in die Unterdruckkammer 3, in welcher Dampf zugemischt wird. Das dadurch entstehende Dampf-Luft- Milchgemisch strömt über die nicht bezeichnete Austrittsöff- nung bzw. Bohrung stromabwärts der Unterdruckkammer in den ersten Abschnitt 11 der Emulgierkammer 9, wobei zwischen der Bohrung und dem ersten Abschnitt mit gegenüber der Bohrung gröerer Querschnittsfläche bereits eine Stufe gebildet ist, an der eine zusätzlich Verwirbelung des Gemisches eintritt.

Wenn das Gemisch in Hauptströmungsrichtung 11 den ersten Ab- schnitt 11 der Emulgierkammer 9 über die Stufe 12 in den zwei- ten Abschnitt 13 der Emulgierkammer 9 verläßt, tritt eine erneute zusätzliche Verwirbelung unter dem anhaltenden Einfluß der Dampfenergie ein. Das dergestalt zusätzlich verwirbelte und emulgierte Dampf-Milch-Luftgemisch verweilt infolge der Gestaltung des Bodenbereichs des zweiten Abschnitts der Emul- gierkammer wesentlich länger als bei einer Bodengestaltung mit einer oder mehreren einfachen Austrittsöffnungen. Hier ist die Austrittsöffnung, die durch die Bohrung der Beruhigungsstrecke 16 in dem Boden gebildet wird, durch den Sackring 17 umgeben, der eine Ausflußfalle darstellt, durch die das Gemisch von der Austrittsöffnung weg in das Innere des zweiten Abschnitts der Emulgierkammer geleitet wird, wo eine erneute Verwirbelung und Durchmischung mit dem in den zweiten Abschnitt einströmenden Dampf-Milch-Luftgemisch erfolgt.

Insgesamt wird das in die Emulgierkammer eintretende, vorge- mischte Dampf-Milch-Luftgemisch mehrfach in der Emulgierkammer intensiv vermischt und verwirbelt, bevor es die Emulgierkammer feinporig emulgiert verlassen kann.

Die Variante der Vorrichtung gemäß den Fig. 2 und 3 unter- scheidet sich von der voranstehend besprochenen ersten Varian- te dadurch, daß in der allgemein mit 23 bezeichneten Emulgier- kammer, und zwar in deren zweitem Abschnitt 24, mit gegenüber dem ersten Abschnitt 11 an der Stufe 12 vergröSertem freien Querschnitt eine zusätzliche Strömungsumlenkeinheit 25 ange- ordnet ist, die Bestandteil eines zusätzlichen Elements 26 ist und sich an dessen stromabwärts gelegenen Ende befindet. Sie umfaßt eine nach oben offene ringförmige Wanne, die eine im wesentlichen kegelförmige Erhebung umgibt, siehe Fig. 2, und das in den zweiten Abschnitt der Emulgierkammer 23 einströmen- de Dampf-Mich-Luftgemisch ähnlich dem Sackring 10 in dem Boden im wesentlichen nach oben umlenkt, um eine zusätzlich Verwir- belung und Durchmischung herbeizufuhren, bevor das Dampf- Milch-Luftgemisch in den Raum unmittelbar über dem Sackring 17 und und dann in die Beruhigungsstrecke 16 strömen kann. Damit diese Strömung gewährleistet ist, sind radiale Stege 17-29 zwischen der Strömungsumlenkeinheit 25 und einer Innenwand 30 des Elements 26 ausgeformt, wie aus Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 2 ersichtlich.

Der zweite Abschnitt 24 der Emulgierkammer 23 wird hier nicht nur durch das zusätzliche Element 26 gebildet, sondern durch ein weiteres zusätzliches Element 31, welches die Beruhigungs- strecke 16 und den Sackring 15 beinhaltet. Die Elemente 2,26 und 31 werden wiederum durch die Hülse 19 konzentrisch zusam- mengehalten.

Die in Fig. 4 dargestellte dritte Variante der Vorrichtung entspricht, in Strömungsrichtung 10 gesehen, bis einschließ- lich dem ersten Abschnitt 11 der hier insgesamt mit 32 be- zeichneten Emulgierkammer der ersten und der zweiten Variante.

In der dritten Variante schließen sich an den ersten Abschnitt 11 der Emulgierkammer 32 ein zweiter Abschnitt 33 und ein dritter Abschnitt 34 an, wobei der zweite Abschnitt 33 und der dritte Abschnitt 34 aus einem einstückigen zusätzlichen Ele- ment 35 ausgeformt sind. Der erste Abschnitt 11, der zweite Abschnitt 33 und der dritte Abschnitt 34 der Emulgierkammer 32 folgen in Hauptströmungsrichtung 10 jeweils mit sprunghaft vergrößerter freier Querschnittsfläche aufeinander. Anstelle der dadurch zwischen den Abschnitten gebildeten Stufen sind hier runde Blenden 36,37 ausgeformt, die noch kleinere Quer- schnitte als die benachbarten Abschnitte aufweisen und die damit in den Strömungsweg des Dampf-Milch-Luftgemischs hinein- ragende Störkanten bilden, die im Vergleich zu den Stufen der ersten Variante und der zweiten Variante ein erhöhte Verwirbe- lung erzeugen. Die Verwirbelung wied also infolge der drei kaskadenförmigen Abschnitte mit jeweils in Hauptströmungsrich- tung abgestuft vergrößertem Durchmesser insgesamt verstärkt.

Die drei Abschnitte sind dabei in Strömungsrichtung so kurz, daß die Wirbelbildung durch die ständig nachströmende Dampfer- nergie aktiviert ist und kein Beruhigungseffekt eintritt. Erst das feinporig emulgierte Dampf-Milch-Luftgemisch, welches durch die Beruhigungsstrecke 16 am Boden des Elements 35 strömt, nachdem es die durch den Sackring 17 gebildete Strö- mungsfalle überwunden hat, wird beruhigt.

Bezugszeichenliste : 1 Düsenanordnung (Element) 2 Düsenanordnung (Element) 3 Unterdruckkammer 4 Dampfzuleitung 5 Flußmengenbegrenzer 6 Milchzuleitung 7 Vormischkammer 8 Luftkanal 9 Emulgierkammer 10 Hauptströmungsrichtung 11 1. Abschnitt der Emulgierkammer 12 Stufe 13 2. Abschnitt der Emulgierkammer 14 Innenwand 15 Innenwand 16 Beruhigungsstrecke 17 Sackring 18 zusätzliches Element <BR> <BR> 19 Hülse<BR> 20 Griff 21 zylindrischer Ansatz des Flußmengenbegrenzers 22 O-Ring 23 Emulgierkammer 24 2. Abschnitt 15 Strömungsumlenkeinheit 16 zusätzliches Element 17 radialer Steg 18 19" 30 Innenwand 31 weiter zusätzliches Element 32 Emulgierkammer 33 2. Abschnitt 34 3. Abschnitt 35 zusätzliches Element 36 Blende 37 Blende