Brühdruck

Einleitung

Der Brühdruck bezeichnet denjenigen Druck, der bei einer Espressomaschine beim Extraktionsvorgang auf dem Espressopulver lastet.

Aufgebracht wird er durch Dampfdruck (veraltet), einen Handhebel (immer noch in Gebrauch), Hydraulik, eine Vibrations- oder eine Rotationspumpe.

Bei vielen Espressomaschinen wird mit der Angabe "15 Bar Pumpendruck" (oder sogar 18 Bar) geworben. Dies ist aber nur der Höchstdruck der Pumpe, nicht der tatsächliche Brühdruck. Diese Angabe ist in etwa so nützlich wie die P.M.P.O.-Angabe auf Lautsprechern.

Der tatsächliche Brühdruck wird einerseits durch die Leistungsdaten der Pumpe (Maximaldruck, maximale Fördermenge) bestimmt, die sich an der Kennlinie ablesen lassen, und anderseits durch den Widerstand, den der Kaffeepuck bietet. Dieser wird durch die Fläche, die Höhe, die Verdichtung und den Mahlgrad bestimmt und baut sich erst beim Quellen des Pulvers wirklich auf. Zusätzlich beeinflussen verschiedene Ventile den Brühdruck.

Kennlinie

Kennlinie einer E5

Die Kennlinie der Pumpe sagt aus, bei welchem Druck sie welche Förderleistung erbringen kann. Der Druck ist antiproportional zur Förderleistung. So kann man z.B. ablesen, dass eine EX5, die keinen Widerstand überwinden muss, etwa 650ml/min pumpen kann. Diese Situation liegt etwa beim Beginn eines Bezugs vor, wenn sich noch kein nennenswerter Druck aufgebaut hat und das Kaffeepulver noch trocken ist.

Sobald es jedoch feucht wird, beginnt es zu quellen und bremst das durchfließende Wasser. Dadurch baut sich im System zwischen Pumpe und Puck ein Druck auf. Dieser Druck lastet ebenso auf dem Kolben der Pumpe und verringert dessen Hub. Dadurch fördert die Pumpe immer weniger Wasser und der Druck nimmt immer langsamer zu. Gleichzeitig fließt das Wasser durch den Druck wieder schneller durch das Kaffeepulver. Bleibt der Widerstand des Kaffeepulvers konstant, so erreicht der Druck bald einen Wert, bei dem die Förderleistung der Pumpe mit der Menge des abfließenden Wassers übereinstimmt. Dies ist unser effektiver Brühdruck.

Fließt gar kein Wasser ab, so steigt der Druck bis auf etwa 15Bar. Bei diesem Wert kann die Pumpe kein weiteres Wasser fördern, er ist also der Maximaldruck der Pumpe.

Druckreduktion

Die ideale Flussgeschwindigkeit für einen doppelten Espresso liegt bei etwa 1,5g/s (z.B. 17g Kaffemehl, 34g Espresso in 25s ab dem ersten Tropfen). Schaut man sich aber die Kennlinien der verbreiteten Vibrationspumpen an, so stellt man fest, dass der dabei entstehende Druck bei etwa 12 Bar beträgt. Bei diesem Druck muss aber sehr sorgfältig befüllt werden und außerdem werden mehr Bitterstoffe gelöst. Der ideale Druck liegt je nach Sorte bei 9-10bar und muss daher reduziert werden.

Bei einfachen Maschinen ist dazu ein Brühgruppenventil eingebaut, das im Prinzip nur eine kleine Dichtung auf einer Feder entgegengesetzt dem Wasserweg ist und einen gewissen Druck braucht, um geöffnet zu werden. Das Ventil ist also ein zusätzlicher Widerstand im Wasserweg, der überwunden werden muss und senkt so die Flussrate der Pumpe um einen bestimmten Wert. Als Resultat davon kann baut sich am Puck weniger Druck auf. Vor dem Ventil herrscht jetzt ein höherer Druck als dahinter. Hat man z.B. bei 1ml/s an der Pumpe 13Bar, so zieht das Ventil davon 3Bar ab und im Sieb herrschen nur noch 10Bar.

Bei einem doppelten Espresso fließen jedoch 2ml/s, was nach der Kennlinie meist etwa 1-2Bar weniger entspricht. Das heißt also, man hat bei einem doppelten immer einen niedrigeren Druck als bei einem einzelnen Espresso. Aus diesem Grund werden bei besseren Espressomaschinen Ventile verbaut, die nicht den Brühdruck konstant verringern, sondern ab einem einstellbaren Druck öffnen und soviel Wasser ableiten, dass der Druck nicht weiter steigt. Sie begrenzen also den Brühdruck ab einem bestimmten, oft einstellbaren Wert. Dabei ist es egal, ob ein doppelter oder ein einzelner gebraut wird, solange der nötige Öffnungsdruck erreicht wird. Vom Prinzip her sind diese Ventile Expansionsventile, leiten sie jedoch das überschüssige Wasser nicht in einen Ablaufbehälter, sondern zurück in die Leitung oder den Tank vor der Pumpe, so spricht man von Bypassventilen.

Rotationspumpen brauchen in jedem Fall ein solches Ventil, weil sie viel größere Mengen fördern können, etwa ab dem 3fachen einer Vibrationspumpe (gebräuchliche Rotationspumpen in eingruppigen Maschinen liefern etwa 150l/h). Daher hat dieser Pumpentyp ein solches Ventil gleich mit eingebaut. Damit dabei keine allzu großen Abwassermengen produziert oder sinnlos durch die Maschine gepumpt werden, wird das abgeleitete Wasser auf kürzestem Wege wieder zum Pumpeneingang geschafft, noch innerhalb des Pumpenkopfes. Dieses Ventil nennt man nur Bypass.

In vielen Heimespressomaschinen sind zwar Expansionsventile eingebaut, die sich zur Druckreduktion nutzen lassen, doch in der Regel sind sie so eingestellt, dass sie lediglich nach dem Bezug die thermische Ausdehnung des Wassers ausgleichen und beim Bezug selbst inaktiv sind. Stellt man den Öffnungsdruck niederiger ein, begrenzen sie wirksam den Brühdruck, produzieren aber unter Umständen Abwasser und können je nach Einbauort auch der Brühtemperatur negativ beeinflussen.

Handhebel

Bei Handhebelmaschinen ist der Druck direkt abhängig von der Kraft, mit der der Benutzer am Hebel zieht bzw. wie stark die Feder ist. Maschinen ohne Feder sind also bei richtig bemessener Kraft immer in der Lage, den passenden Brühdruck zu erzeugen. Bietet das Pulver aber zu wenig Widerstand, so rauscht das Wasser bei diesem Druck sehr schnell durch. Gleicht man dies durch weniger Kraft aus, so fällt der Druck zu stark ab. Maschinenseitig steht dem korrekten Brühdruck nichts im Weg, der Bediener kann diesen durch die passende Wahl von Mahlgrad, Pulvermenge und Anpressdruck immer erreichen.

Etwas anders ist dies bei Hebelmaschinen mit Feder. Hier lastet auf dem Pulver immer der Druck, der durch die aktuelle Federspannung vorgegeben ist. Ist die Feder zu weich, wird der passende Brühdruck möglicherweise gar nicht erreicht. Außerdem nimmt die Federkraft ab, je näher sie sich entspannt. Am Ende des Bezugs ist der Druck also immer niedriger als am Anfang. Hier kann ein Tausch der Feder notwendig sein, um den Brühdruck anzupassen. Eine falsch bediente Hebelmaschine liefert in der Regel einen noch schlechteren Espresso als eine Pumpenmaschine, weil die Durchflusszeit bei zu grobem Mahlgrad extrem kurz wird.

Düsen

Viele Espressomischungen reagieren negativ auf einen schnell ansteigenden Brühdruck, wie man ihn beispielsweise bei Rotationspumpen mit ihren hohen Förderleistungen sieht. Die meisten Espressomaschinen besitzen daher eine Düse im Brühkopf. Diese Düse setzt dem Wasser gerade bei hohen Flussraten, wie sie beim Leerbezug oder zu Bezugsanfang herrschen, einen Widerstand entgegen. So baut sich innerhalb der Maschine ein Druck auf und die Flussrate sinkt bzw. wird gebremst. So füllt sich der Brühraum langsamer mit Wasser, der Druck kann sich darin langsamer aufbauen. Je kleiner der Durchmesser der Düse ist, desto flacher wird der Anstieg des Brühdrucks und desto besser kann das Pulver vorquellen. Allerdings kann eine zu kleine Düse auch dazu führen, dass bei Produkten wie Cafe Creme oder Schümli, die eine wesentlich höhere Flussrate erfodern als Espresso, der nötige Brühdruck nicht mehr erreicht oder auch bei sehr grobem Mahlgrad die Durchlaufzeit unnötig lang wird. Hier werden deshalb eher größere Düsen verbaut. Will man beide Getränkearten an ein und der selben Brühgruppe herstellen können, so braucht man eine andere Art der Preinfusion.