Technik der Espressomaschine

Espressomaschinentechnik

Espressomaschine


Klassische Espressomaschinenmodelle gibt es von zahlreichen Herstellern in verschiedensten Ausführungen, z.B. als ein oder mehrgruppige Modelle.
Sie werden in Einkreis- und Zweikreis-Systeme unterteilt und mit verschiedenen Brühgruppen betrieben.
Zahlreiche Fachbegriffe sollen hier erklärt werden, um Ihnen die Auswahl des für Sie passenden Espressomaschinentyps zu erleichtern.

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Eingruppig...

Eine eingruppige Espressomaschine ist mit einer Brühgruppe ausgestattet. Dies kann eine E61-Brühgruppe oder ein anderer Brühgruppenaufbau sein.
Da nur ein Siebträger in einer eingruppigen Espressomaschine Platz findet, kann auch nur ein Espressobezug an der Maschine durchgeführt werden.
Eingruppige Espressomaschinen finden v.a. im Haushaltsbereich ihren Einsatz, werden aber auch in der Gastronomie verwendet.

Mehrgruppig...

Eine mehrgruppige Espressomaschine besitzt zwei oder mehr Brühgruppen und ist bevorzugt in der Gastronomie anzutreffen. Eine Espressomaschine mit zwei Brühgruppen wird zweigruppig genannt, ebenso gibt es auch dreigruppige, viergruppige - also eben mehrgruppige - Espressomaschinen.
Durch mehrere Brühgruppen können an einer mehrgruppigen Espressomaschine mehrere Siebträger gleichzeitig für den Espressobezug eingesetzt werden. Damit ist der gleichzeitige Bezug mehrerer Espressi möglich.
Aus diesem Grund sind mehrgruppige Espressomaschinen in der Regel auch mit den leistungsfähigeren Rotationspumpen ausgestattet, damit es beim gleichzeitigen Bezug mehrerer Espressi nicht zu einem Druckabfall im System kommen kann.

E61-Brühgruppe...

E61-Brühgruppe bei ECM Espressomaschinen

Die E61-Brühgruppe wurde vom Espressomaschinenhersteller Faema entwickelt und erstmals in deren Espressomaschinenmodell E61 eingebaut, welches 1961 auf den Markt kam. Durch diese neuartige Espressomaschinentechnologie wurden die bis dahin die Espressobars dominierenden Handhabelmaschinen deutlich verdrängt.
Die technische Neuerung ist bis heute bei vielen Espressomaschinen-Modellen zu finden. V.a. seit dem Ablauf des Patentes auf die E61-Brühgruppe erfreut sie sich seit den 90er-Jahren einer steigenden Beliebtheit.
Die Faema E61 war nicht nur die erste Zweikreis-Espressomaschine mit Wärmetauscher, in ihr war erstmals auch eine Pumpe für den Druckaufbau eingebaut worden. Bei den bisher gängigen Handhabelmaschinen wurde der Druck durch deren Hebel erzeugt.
In der bis heute verwendeten E61-Brühgruppe übernimmt ein sogenanntes Thermosyphon-System das Beheizen der Brühgruppe und des in ihr - mittels Bajonette-Verschluß - eingesetzten Siebträgers. Durch den Wärmetauscher wird für den Espressobezug kein Kesselwasser, sondern Frischwasser verwendet.
Durch ausgeklügelte Technik wird der Druck im Siebträger nur langsam aufgebaut. Die sogenannte Preinfusion hat den Vorteil, daß das gepresste Kaffeemehl nicht durch den schlagartigen Druckaufbau in seiner Pressung zerstört wird. Nach dem langsamen Druckaufbau hatte das Kaffeemehl genug Zeit, um langsam aufzuquellen, um dann dem hohen Druck beim Brühvorgang standzuhalten. Die Espressoextraktion gelingt dadurch sehr viel besser.

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Preinfusion...

Bei der Preinfusion wird das Kaffeemehl vor der eigentlichen Espressoextraktion befeuchtet und bekommt Zeit, langsam aufzuquellen.
Dadurch gewinnt der Kaffeepuck zum einen an Stabilität und wird beim Auftreffen des relativ hohen Brühdrucks (bei Gastronomiegeräten in der Regel ca. 9 bar, bei Haushaltsgeräten auch zwischen 10-11 bar) nicht zerstört.
Als weiterer positiver Effekt können sich ätherische Öle und Aromastoffe schon vor der eigentlichen Espressoextraktion aus dem Kaffeemehl lösen und können später den Espressotrinker geschmacklich erfreuen.

Bei Espressomaschinen mit Vibrationspumpe baut sich durch die geringere Pumpenleistung der Brühdruck langsam auf, weshalb das Kaffeemehl ebenfalls etwas Zeit zum Aufquellen bekommt, bevor der endgültige Brühdruck darauf lastet.

Die Preinfusion fand in der Espressomaschinentechnik mit der Einführung der E61-Brühgruppe durch den Espressomaschinenhersteller Faema 1961 ihren Einzug.
Sie ist v.a bei Espressomaschinen mit leistungsfähigen Rotationspumpen notwendig, die schlagartig einen hohen Brühdruck aufbauen können. Der hohe Brühdruck würde die Pressung des Kaffeepucks zerstören und damit die Espressoextraktion in ihrer Qualität beeinträchtigen.

Natürlich kann auch manuell eine Preinfusion durchgeführt werden: der Espressobezug wird kurz gestartet und dann für einige Sekunden für das Aufquellen des Kaffeemehls unterbrochen und anschließend wieder fortgesetzt. Bei vielen und v.a. gleichzeitigen Espressobezügen wie z.B. in der Gastronomie ist das natürlich keine Lösung.

Daher wurden verschiedene Techniken für die Umsetzung der Preinfusion eingeführt. Entweder reduzieren dünne Düsen oder Ventile den Wasserdurchfluss und verursachen so einen verzögerten Druckaufbau, sodass der Kaffeepuck Zeit zum Aufquellen bekommt.
Eine andere Variante ist, dass erst ein Hohlraum befüllt werden muss, der mit einer Feder verschlossen ist. Erst wenn das Wasser durch den Füllstand den entsprechenden Druck aufgebaut hat, öffnet sich die Feder und das Wasser kann auf den Kaffeepuck strömen, der zuvor schon einige Zeit aufquellen konnte.

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Thermosyphon/Thermosiphon...

Die Brühgruppe und der Siebträger sollten für ein optimales Espressoergebnis gut erwärmt sein. Daher bleibt der gereinigte Siebträger zwischen den einzelnen Espressobezügen in der Brühgruppe eingesetzt. Die Brühgruppe erwärmt sich bei erreichter Betriebstemperatur ebenfalls. V.a. wenn sie im Gerät relativ nahe am Kessels verbaut ist können die Metallverbindungen zwischen Kessel und Brühgruppe die Erwärmung gut ermöglichen. Bei einem größeren Abstand ist jedoch eine separate Beheizung erforderlich.
Dies kann nun elektrisch erfolgen oder mit dem sogenannten Thermosyphon-System, in dem heißes Wasser zirkuliert.
Das heiße Wasser stammt aus dem Wärmetauscher im Kessel, der etwas tiefer liegt, als die Brühgruppe.
Das heiße Wasser aus dem Wärmetauscher zirkuliert in die Brühgruppe. Diese liegt höher und das abgekühlte Wasser sinkt von dort wieder nach unten in den tiefer gelegenen Wärmetauscher. Dort wird es wieder erhitzt und steigt wieder nach oben in die Brühgruppe und verdrängt dort das kältere Wasser. Dieser Kreislauf funktioniert nur aufgrund der physikalischen Dichteänderung und bedarf daher keiner Pumpe zur Umwälzung.
Bei Thermosyphonsystemen ist der Wärmetauscher daher immer leicht schräg verbaut, damit die Wärmezirkulation funktionieren kann.
Der Vorteil des Thermosyphon-Systems ist die Temperaturkonstanz im Brühkopf, auch bei sehr hohen Espressobezügen hintereinander - wie eben in der Gastronomie üblich. Durch das Entleeren und Wechseln des Siebträgers nach jedem Espressobezug und durch das erneute Befüllen mit kaltem Kaffeemehl würde sich diese ohne Beheizung mit der Zeit abkühlen und die Espressoqualität beeinträchtigen.
Bei nur wenigen Espressobezügen, wie z.B. im Haushalt, kann es durch die Erwärmung der Brühgruppe mittels Thermosyphon-System allerdings zu Überhitzung des Brühwassers kommen. Daher ist es bei längeren Pausen zwischen den Espressobezügen ratsam, einen Leerbezug zum Abkühlen des Brühwassers in der Brühgruppe durchzuführen, das sich im Wärmetauscher deutlich über die optimale Brühtemperatur erhitzt hat. Dies ist zwar auch bei Espressomaschinen ohne Thermosyphon ratsam, da sich auch dort das Wasser im Wärmetauscher über die optimale Brühtemperatur erhitzt hat. Da aber beim Thermosyphon-System das stark überhitzte Wasser bis in die Brühgruppe zirkuliert macht sich dieser Effekt hier besonders deutlich bemerkbar.

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Einkreis-Systeme...

ECM Einkreis-Modell Classika II

Espressomaschinenmodelle mit Einkreis-System besitzen nur einen Wasserkreislauf für die Heißwasser- und Dampfentnahme.
Damit kann nicht gleichzeitig zum Espressobezug Wasserdampf bzw. Heißwasser entnommen werden. Dies ist nur bei Zweikreis-Systemen möglich.
Ein Einkreiser besitzt nur einen (Kupfer- oder Edelstahl-)Kessel aus dem das Heißwasser oder der Wasserdampf entnommen werden kann.
Für den Espressobezug wird das heiße Wasser aus dem Kupferkessel entnommen, das durch den werksseitig eingestellten Druck im Kessel (vergleichbar einem Schnellkochtopf) die optimale Brühtemperatur besitzt.
Soll nun Wasserdampf entnommen werden, kann bei vielen Modellen mittels einem Schalter (Druckknopf oder Kippschalter) das Kesselwasser so weit erhitzt werden, dass die Dampfphase über dem Kesselwasser heiß genug für trockenen Wasserdampf wird. Die Größe des Kessels ist hierbei mit entscheidend, ob beim Milchaufschäumen bis zum Schluß ausreichend trockener Dampf mit gleichbleibendem Druck zur Verfügung steht, damit cremiger, feinporiger Milchschaum entsteht.

Nach dem Aufschäumen der Milch wird der Hebel/Druckknopf wieder betätigt und das höhere Aufheizen des Wassers im Kessel beendet. Bis zum nächsten Espressobezug sollte dann gewartet werden bzw. der ein oder andere Leerbezug erfolgen, damit das Brühwasser für den Espressobezug nicht zu heiß auf das Kaffeepulver trifft und der Espresso dadurch einen verbrannten Geschmack bekommt.

Zweikreis-Systeme...

ECM Zweikreis-Modell Technika IV Profi

Zweikreis-Espressomaschinen besitzen zwei Wasserkreisläufe für die Heißwasser- und Dampfentnahme. Parallel zum Espressobezug kann heißes Wasser z.B. für Tee oder Wasserdampf für das Aufschäumen von Milch entnommen werden.
Vergleichbar einem Schnellkochtopf befindet sich im Kupferkessel heißes Wasser und - da der Kessel nicht ganz mit Wasser gefüllt ist - darüber die Dampfphase. Die Temperatur des Wassers wird durch den werksseitig eingestellten Kesseldruck bestimmt. Aus der Dampfphase wird der Wasserdampf für das Aufschäumen der Milch entnommen. Für die Heißwasserentnahme zur Teezubereitung wird Wasser aus der Wasserphase im Kessel entnommen.
Im Kessel verläuft für den zweiten Wasserkreislauf zusätzlich ein Wärmetauscher: in der Regel ein Kupferrohr, das entweder waagerecht oder, um die Verkalkung im Wärmetauscher zu reduzieren, senkrecht verbaut ist (ähnlich wie in einem Heißwasserboiler).
Das Wasser im Wärmetauscher wird durch das Kesselwasser erhitzt - idealerweise auf die optimale Brühtemperatur für den Espressobezug. Der Espresso wird also aus frischem Wasser aus dem Frischwassertank zubereitet, während das heiße Wasser für Tee aus dem Kessel entnommen wird.
Damit kann aus beiden Wasserkreisläufen gleichzeitig Wasser bzw. Dampf/Heißwasser für Tee entnommen werden.
Bei mehrgruppigen Maschinen ist für jede Brühgruppe jeweils ein Wärmetauscher im Kessel verbaut, sodaß jede Brühgruppe für sich mit Wasser für den Espressobezug versorgt wird.

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Thermoblock...

Ein großer Nachteil der mit Kesseln ausgestatteten Espressomaschinen (also Zweikreiser oder Dual-Boiler-Systeme) ist deren relativ lange Aufheizzeit.
Je größer der Kessel, desto länger dauert es, bis das Gerät betriebsbereit ist und das Kesselwasser die ideale Temperatur erreicht hat.
V.a. im Haushaltsbereich ein Hauptauswahlkriterium, obwohl die Aufheizzeit durch die Verwendung von Zeitschaltuhren auch bei Geräten mit großen Kesseln gut in den Alltag integriert werden kann. Im Gastronomiebereich bleiben die Espressomaschinen sogar häufig rund um die Uhr an, damit sie immer und zu jeder Zeit den idealen Espresso ermöglichen.
Um die Aufheizzeit zu umgehen sind v.a. im Haushaltsbereich die sogenannten Thermoblock-Geräte sehr beliebt.
Das Aufheizen des Brühwassers erfolgt bei Thermoblock-Espressomaschinen ebenfalls in einem Wärmetauscher, der jedoch elektrisch in einem Durchlauferhitzer erhitzt wird. Dadurch sind diese Geräte in wenigen Minuten einsatzbereit! Sie arbeiten mit Vibrationspumpen - der Brühdruck kann in diesen Geräten jedoch nicht eingestellt werden.
Thermoblock-Geräte gibt es auch als Zweikreismodelle. Für die Dampferzeugung wird ebenfalls in einem elektrisch beheizten Wärmetauscher Wasser so weit erhitzt, dass es verdampft. Dies kann jedoch nur stoßweise erfolgen, sodaß der Dampf noch recht viel Wassertröpfchen enthält und zudem schwankend im Druck ausgegeben wird. Milchschaum wird daher bei Thermoblock-Geräten nicht so feinporig und cremig wie bei einem Dualboiler- oder Zweikreis-Gerät.

Wärmetauscher...

Durch Überdruck wird das Kesselwasser einer Espressomaschine auf ca. 120°C erhitzt - ähnlich wie in einem Schnellkochtopf. Da das heiße Wasser für die Teezubereitung direkt aus dem Kessel entnommen wird und auch der heiße Dampf für das Aufschäumen für Milch aus der Dampfphase im Kessel stammt, ist eine höhere Temperatur der Wasser- und der Dampfphase von Vorteil, denn so entsteht schön trockener Dampf für gut geschäumten cremigen Milchschaum. Da das Kesselwasser deutlich über der optimalen Brühtemperatur liegt, wird bei Zweikreis-Espressomaschinen wird im Kessel ein Wärmetauscher für die Erwärung des Brühwassers verbaut. Ähnlich wie in einem Heißwasserboiler erhitzt sich das im dünnen Kupferrohr durch den Kessel geführte Frischwasser aus dem Wassertank, das so die optimale Brühtemperatur von ca. 90°C für einen Espressobezug erreicht. Voraussetzung dafür ist, dass das im Kessel befindliche Wasser natürlich höher temperiert sein muss. Durch die Temperatur im Kessel, aber auch durch Querschnitt und Länge des Wärmetauschers und der Geschwindigkeit, mit der das Wasser durch den Wärmetauscher zirkuliert, läßt sich das Erreichen der optimalen Brühtemperatur regulieren.
Um die Brühtemperatur auch von außen regulieren zu können, ist in einigen Modellen ein sogenannter PID eingebaut worden. Durch die Einstellung des Kesseldrucks läßt sich die Brühtemperatur erhöhen (durch höheren Druck im Kessel steigt die Kesseltemperatur an) oder reduzieren (durch niedrigeren Druck im Kessel).

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Dual-Boiler-Systeme...

Die Dualboilertechnologie verbaut - wie es der Name schon sagt - zwei (oder mehr) Boiler. Ein großer Kessel erzeugt den Dampf für das Aufschäumen von Milch. Ein weiterer Boiler (oder bei mehrgruppigen Geräten entsprechend mehrere Boiler) ist unabhängig vom dampferzeugenden Kessel für die Erzeugung des Brühwassers zuständig.
Dieser zweite Boiler ist von der Temperatur des ersten Kessels völlig unabhängig und damit lassen sich die Temperaturen für Wasserdampf und für Brühwasser noch besser auf die jeweiligen Zwecke anpassen.
Ein weiterer Vorteil der Dualboiler-Technik ist die bessere Temperaturkonstanz des Brühwassers. Wird der Dampfkessel durch niedrigen Füllstand mit frischem (also kaltem) Wasser aufgefüllt, sinkt die Temperatur des Brühwassers durch die unabhängig Temperaturregulierung nicht mit ab. Gleichbleibende Brühtemperaturen beim Espressobezug trotz großer Entnahmemengen von Wasserdampf oder Heißwasser sind damit garantiert.
Bei Zweikreissystemen ist diese Temperaturkonstanz v.a. bei kleineren Kesseln ein kritischer Faktor. Hier kann es durchaus vorkommen, dass bei gleichzeitiger Entnahme von Heißwasser bzw. Wasserdampf der Kessel während des Espressobezuges aufgefüllt wird und damit auch die Temperatur des Brühwassers im Wärmetauscher mit absinkt, was entsprechende geschmackliche Einbussen beim Espresso in der Tasse zur Folge hat.

Vibrationspumpe...

Ob eine Espressomaschine mit einer Vibrationspumpe ausgestattet ist oder nicht hört man eigentlich sofort. Wie es der Name schon verrät schwingen und vibrieren die Espressomaschinen durch diese Pumpen und sind dadurch sehr viel lauter, als Geräte mit den leistungsfähigeren (aber auch teureren) Rotationspumpen.
Gute Gehäusedämmung und andere Möglichkeiten der Schalldämmung lassen solche Espressomaschinen jedoch erträglich "schnurren".
Ein großer Vorteil der Vibrationspumpen ist ihr günstigerer Preis im Vergleich zu einer Rotationspumpe. Sie machen viele Espressomaschinen für den Heimgebrauch erst erschwinglich.
Bei der Vibrationspumpe wird der Brühdruck durch das Kaffeemehl im Siebträger aufgebaut. Je feiner die Mahlung, je stärker die Pressung, je höher der Füllstand, desto höher kann der Druck während des Brühvorganges werden. Wie hoch dieser Druck beim jeweiligen Gerät tatsächlich werden kann ist entweder werksseitig voreingestellt oder kann bei einigen Modellen auch von außen zugänglich mittels Brühdruckregulierung selbst eingestellt werden.

Rotationspumpe...

Rotationspumpen sind sehr leistungsfähig und sind größer und schwerer als die preisgünstigeren Vibrationspumpen. Rotationspumpen erreichen meistens sehr schnell den Brühdruck, weshalb die sogenannte Preinfusion entwickelt wurde.
Rotationspumpen können das Mehrfache der für einen Espressobezug benötigten Wassermenge umwälzen und können somit ohne Druckabfall mehrere Brühgruppen gleichzeitig versorgen. Durch ihre Leistungsfähigkeit werden Rotationspumpen daher hauptsächlich in Gastronomiegeräten eingebaut.
Die Leistung dieser Pumpen wird zumeist gedrosselt und ist auf die Anzahl der Brühgruppen der Espressomaschine abgestimmt.
Allerdings sind diese Pumpen bei längeren Standzeiten anfällig und sind daher eher für den gastronomischen Dauerbetrieb geeignet und auch aus diesem Grund nicht in Haushaltsgeräten verbaut.

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