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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zubereiten von Getränken, wobei
die Konstruktion mit der Lichtdurchlässigkeit des Getränkes korreliert,
insbesondere zum Zubereiten von Kaffee sowie einen entsprechenden
Getränkebereiter,
insbesondere eine Kaffeemaschine.
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Im
Folgenden wird allgemein von Kaffee gesprochen, jedoch können auch
andere Getränke,
wie etwa Tee etc., auf diese weise zubereitet werden.
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Einen „guten
Kaffee" mit Hilfe
etwa einer Filter-Kaffeemaschine
herzustellen, ist durch eine Vielzahl nicht erfasster Parameter
und auch durch Unzulänglichkeiten
bei der Zubereitung des Getränkes mehr
oder weniger ein Zufallsprodukt.
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Es
gibt eine Vielzahl von Verfahren für die Zubereitung von Getränken, insbesondere
eines Kaffeegetränkes
aus gerösteten
oder gemahlenen Kaffeebohnen. Durchgesetzt hat sich, zumindest im
Bereich der preiswerteren Haushaltskaffeemaschinen das anstehende
Brühprinzip
bei dem in einem V-förmigen
Papierfilter eine dosierte Menge gemahlenen Kaffees mit heißem Wasser
aufgebrüht
wird. Bei solchen Kaffeemaschinen wird das heiße Wasser durch eine Öffnung in
den Filter mit dem gemahlenen Kaffee geleitet. Die zufließende Wassermenge
ist so abgestimmt, dass lediglich die Menge zugegeben wird, die
durch eine kleine Öffnung
am Filterboden in einen Behälter,
zum Beispiel in eine Glaskanne oder in eine Thermokanne abfließt.
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Das
Ergebnis ist durch die anfängliche
große Wasseraufnahme
des Kaffeepulvers und die relativ kleine Abflussöffnung am Boden des Filters
ein Gleichgewicht, sodass das gesamte Mahlgut mit Wasser umgeben
ist und so relativ gleichmäßig ausgewaschen
werden kann.
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Die
Praxis hat gezeigt, dass dieses Verfahren der Zubereitung einige
Nachteile aufweist:
Durch die je nach der örtlich vorhandenen Wasserhärte in Zeitabständen auftretende
Verkalkung des Getränkebereiters
verkocht zunehmend viel Wasser, welches eigentlich für die Herstellung
des Kaffees benötigt
wird. Das Ergebnis ist ein zu konzentrierter Kaffee.
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Das
Kaffeepulver wird üblicherweise
mit Messlöffeln
in den Filter eingefüllt,
wobei durch unterschiedliche Dosierung, zum Beispiel durch unterschiedlich
gehäufte
Messlöffel
sich ebenfalls unterschiedliche Konzentrationen des Kaffees ergeben.
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Die
häufigste
Ursache, den Kaffee nicht in der gewünschten Konzentration zu erhalten,
ist eine falsche Einsetzung der benötigten Portionsmengen in Bezug
auf die gewünschte
Kaffeekonzentration, zum Beispiel einen schwachen, mittleren oder
starken Kaffee.
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Ebenso
müssen
je nach der geplanten Trinkmenge unterschiedliche Pulvermengen je
Tasse eingesetzt werden, wobei bei geringen Kaffeemengen durch die
Art der Filtertechnik anteilig mehr Kaffeepulver pro Tasse eingesetzt
werden muss als bei größeren Trinkmengen.
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Es
ist bereits vorgeschlagen worden, die Konzentration des Kaffees
unabhängig
von den erwähnten
Parametern zu gestalten.
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Hierzu
wird in das Getränk
Licht eingestrahlt, wobei das durch das Getränk abgeschwächte und vom Empfänger unmittelbar
empfangene Licht gemessen wird. Der Zubereitungsvorgang für das Getränk wird
unterbrochen, wenn der gemessene Wert für das abgeschwächte Licht
eins vorgegebenen Getränkes
erreicht.
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Gemäß dem US-Patent
5,724 882 wird hierbei eine im roten beziehungsweise infraroten
Licht strahlende Lichtquelle und ein Fotodetektor verwendet, wobei
die Lichtquelle und der Fotodetektor auf die gegenüberliegenden
Seiten eines transparenten Behälters
für den
Kaffee angeordnet sind.
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Mit
annehmbaren Lichtleistungen ist jedoch eine Durchstrahlung des gesamten
Behälters
nicht möglich.
Ein starker Kaffee erlaubt beim gerichteten Licht, zum Beispiel
dem Licht einer Laserdiode, eine Durchleuchtungsstrecke von einigen
Zentimetern, zum Beispiel 4 Zentimetern, was deutlich unterhalb des
Durchmessers von üblichen
Behälterkannen
für den
Kaffee unterschreitet.
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Aufgrund
dieser Erkenntnis wird in der US-A-3 560 714 vorgeschlagen, die
Durchleuchtungsstrecke zu reduzieren. Hierzu wird der Kaffeebehälter, d.
h. die Kaffeekanne im Bodenbereich mit einem vorspringenden nasenartigen
Einsatz versehen, der nur eine geringe Dicke aufweist. Lediglich dieser
Einsatz wird von dem Sender durchstrahlt, wobei das durch den Kaffee
geschwächte
Licht auf der gegenüberliegenden
Seite von dem Empfänger
empfangen wird.
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Dieses
System benötigt
allerdings eine Sonderkonstruktion des Kaffeebehälters beziehungsweise der Kaffeekanne,
wobei noch hinzu kommt, dass der nasenförmige Ansatz schlecht zu reinigen
ist, wodurch auch die erhaltenen Messergebnisse beeinflusst werden
können.
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In
der US-A-3 576 646 ist erwähnt,
dass lange Durchleuchtungsstrecken in Kaffee oder anderen Getränken wegen
der hohen Absorption der Lichtstrahlung nicht möglich sind. Aus diesem Grunde wird
gemäß dem erwähnten US-Patent
ein Reflektionsspiegel in der Kaffeekanne installiert, wodurch ein erforderlicher
geringer Durchleuchtungsweg ermöglicht
wird.
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Auch
diese Lösung
ist für
die Praxis nicht geeignet, da der Spiegel in der Kanne eine gründliche Reinigung
kaum ermöglicht
und bei Verschmutzung des Spiegels die erreichten Messergebnisse
unbrauchbar werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
beziehungsweise einen Getränkebereiter
zum Bereiten von Getränken anzugeben,
mit denen unabhängig
von äußeren Einflüssen die
Konzentration des Getränkes
stets zuverlässig
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch
die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
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Demnach
wird das in dem Getränk
gestreute Licht des eingestrahlten Lichtes gemessen, wobei bei Erreichen
eines vorgegebenen Sollwertes für
den Messwert die Zubereitung des Getränkes unterbrochen wird. Hierzu
sind ein Sender und ein Empfänger benachbart
gelegen und so angeordnet, dass der Empfänger das durch das Getränk gestreute
Streulicht empfängt,
wobei bei Erreichen des Sollwertes ein Steuermodul die Zubereitung
des Getränkes
unterbricht. Bei bestimmten Wellenlängen kann ggf. auch Fluoreszenzlicht
auftreten, dessen Streuung ebenfalls wahrgenommen wird.
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Sender
und Empfänger
können
zum Beispiel bei einem transparenten Behälter für das Getränk, zum Beispiel einer Kaffeekanne,
in dem Handgriff der Kanne integriert sein, zum Beispiel auf einem
Querriegel in der Nähe
des Bodens der Kanne. Entscheidend ist, dass die Funktionselemente
der gesamten Messeinrichtung so angeordnet sind, dass einerseits eine
relativ kurze Durchleuchtungsstrecke entsteht und andererseits diese
Positionierung einwandfreien Zugang zu den einzelnen Funktionselementen
ermöglicht,
um eine für
die optimale Funktion erforderliche gründliche Reinigung dieser Bauteile
und Funktionsbereiche zu gewährleisten.
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In
jedem Falle sind die Funktionselemente außerhalb des Behälters für das Getränk angeordnet,
sodass Spezialkonstruktionen für
diese Behälter nicht
notwendig sind.
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Es
ist ebenfalls möglich,
für die
Messung Laserstrahlung zum Messen der Lichtdurchlässigkeit beziehungsweise
der Absorption des Getränkes
einzusetzen. Hierzu wird das Licht in das Getränk eingestrahlt und verlässt das
Getränk
nach kurzer gerader Wegstrecke, wobei dann dieses abgeschwächte Licht
gemessen und bei Erreichen des vorgegebenen Sollwertes die Zubereitung
des Getränkes
unterbrochen wird.
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Für das Messverfahren
kann auch das Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion verwendet werden:
Fällt Licht
durch ein Medium mit einem relativ hohen Brechungsindex, in diesem
speziellen Falle zum Beispiel der Glasboden einer Kaffeekanne, unter
einem größeren als
dem kritischen Einfallswinkel für
die Totalreflexion auf die Grenzfläche zu einem Medium mit kleinerem
Brechungsindex, in diesem Falle dem Brechungsindex des Getränkes, so
wird die Strahlung in das optisch durchlässigere Material, dass heißt in den
Boden des Glasbehälters
zurückreflektiert.
Ein Teil der Strahlung dringt geringfügig in das optisch undurchlässigere
Medium, dass heißt das
Getränk
beziehungsweise den Kaffee ein, und wird dort absorbiert. Die Intensitätsänderung
der Lichtstrahlung wird gemessen, wodurch Rückschlüsse auf die Konzentration des
Getränkes
gezogen wer den können.
Sobald ein vorgegebener Sollwert für das abgeschwächte Licht
erreicht wird, wird die Zubereitung des Getränkes unterbrochen.
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Es
ist möglich,
das an der Grenzschicht reflektierte Licht mehrfach in Richtung
auf die Grenzschicht zurückzureflektieren,
bevor die Intensität
des mehrfach reflektierten und abgeschwächten Lichtes gemessen wird.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die
Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
In dieser stellen dar:
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1 eine
herkömmlich
Filterkaffeemaschine mit einem Sender und einem Empfänger zur
Messung der Konzentration des Kaffee;
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2 eine
schematische Draufsicht auf den Sender und den Empfänger bei
der Kaffeemaschine gemäß 1;
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3 nochmals
eine schematische Darstellung vom Sender und Empfänger;
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4 eine
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles mit einem
Sender und Empfänger
für eine
Streulichtmessung gemäß der Erfindung;
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5 eine
schematische Aufsicht auf den Sender und Empfänger gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4;
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6 einen
Teilschnitt durch eine Kaffeemaschine mit einem Sender und einem
Empfänger
für eine
Durchlichtmessung gemäß der Erfindung;
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7 eine
schematische Darstellung der Anordnung in 6;
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8 eine
schematische Darstellung einer Kaffeekanne mit einem Meßsystem
mit abgeschwächter
Totalreflektion;
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9 eine
schematische Darstellung der Anordnung in 8 mit einem
mehrfach reflektieren Lichtstrahl;
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10 eine
schematische Darstellung einer Kaffeemaschine mit dem Messprinzip
der abgeschwächten
Totalreflektion.
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Der
Ablauf der erfindungsgemäßen Messung
der Kaffeekonzentration und die Steuerung der Wasserzugabe beim
Brühprozess,
soll anstehend stellvertretend für
alle anderen Herstellungsverfahren von Kaffee- und Teegetränken, an
Hand einer handelsüblichen
elektrischen Haushaltskaffeemaschine mit Papierfilter erklärt werden.
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Die
Darstellungen (1) der Heißwasserproduktion und des Brühvorgangs
repräsentieren
lediglich den aktuellen Stand der Technik. Das Verfahren gemäß der Erfindung
kann im Prinzip mit allen gängigen
Kaffeemaschinen oder Kaffeeautomaten eingesetzt werden.
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Die 1 zeigt
das Prinzip der Kaffeemaschine in seiner Gesamtheit. Das Wasserreservoir 1 sollte
so konstruiert sein, dass es leicht der Maschine entnommen werden
kann, damit neben der einfachen Befüllung, auch der nicht benötigte Wasserüberschuss
auf einfache Weise wieder entsorgt werden kann.
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Eine
komfortable Alternative wäre
in diesem Zusammenhang ein direkter Anschluss der Maschine an die
Hauswasserversorgung. Durch die immer gleichen Füllmengen, gibt es hierfür relativ
einfache Installationslösungen,
insbesondere dann, wenn die Kaffeemaschine in der Nähe einer
Zapfstelle für
die Hauswasserversorgung aufgestellt werden kann.
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Mit
Hilfe der dargestellten Anordnung Heizwiderstand und Rückschlagventil 2 wird
das aus dem Wasserreservoir 1 entnommene Wasser erhitzt
und über
die Rohrleitung 15 in den Kaffeefilter 14 geleitet. Diese
zufließende
Wassermenge ist so abzustimmen, dass sie durch die rel. kleine Öffnung am
Filterboden ausreichend abfließt,
ohne dass der Filter überläuft. Durch
die zunächst
große
Wasseraufnahme des Kaffeepulvers stellt sich sehr schnell ein in etwa
gleich bleibender Füllungsgrad
im Filter ein, durch den das gesamte Mahlgut mit Wasser umgeben
wird und so relativ gleichmäßig ausgewaschen werden
kann.
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Anfänglich fließt ein sehr
dunkelfarbiger Kaffeeextrakt in den Kannenbehälter 12, der dann
langsam, jedoch zunehmend heller wird.
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Der
zunächst
Licht undurchlässige,
jedoch zunehmend heller werdende Kaffee hat irgendwann zwischen
der Lichtdiode 9 und dem Transistor 9b, z.B. einem
CMOS-Transistor, eine Lichtdurchlässigkeit erreicht, die der
zuvor eingestellten Kaffeekonzentration 7, d.h. einem ersten
Sollwert entspricht. Dieser Messwert wird nun vom Steuermodul 5 erfasst,
welches über
den Schalter 3 den Heizwiderstand ausschaltet. Alternativ
könnte
allerdings der Wasserzulauf durch ein entsprechendes Ventil 13 direkt
gestoppt werden. Die Leitung der Steuerimpulse erfolgt in der Beispielzeichnung
analog der elektrischen Energieversorgung der Funktionsteile über den
Kannenfuß 8.
Hierzu gibt es wiederum auch mehrere Alternativen.
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So
kann z.B. sowohl die Stromversorgung als auch die elektrische Steuerung
mit Hilfe direkter Kontaktstecker über Federkontakte, wie man
es von den Heißwasserkochern
her kennt, bewerkstelligt werden.
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Weiterhin
wäre aber
auch an einer geeigneten Stelle eine induktive Übertragung der elektrischen
Energie und der Messwerte bzw. Steuerungsimpulse denkbar.
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Wenn
ein Herstellungsverfahren gewählt wird,
bei dem der Kaffeefilter ständig
auf vollem Niveau zu halten ist, muss die Wasserzufuhr vorher abgeschaltet
werden, da der Filterinhalt noch nachläuft. Es sei denn, die Steuerung
des Zulaufes aus dem Filter erfolgt direkt durch ein Schließventil
unterhalb des Filters 13.
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Die
Füllmengen
des Kaffeepulvers und die dazugehörigen Wassermengen sind so
festzulegen, dass genügend
Spielraum für
Schätzfehler
bleibt. Eine normale Kaffeetasse hat ein Füllvolumen von ca. 125 ml. Wenn
die Kaffeemaschine z.B. für
6 Tassen ausgelegt werden soll, wird ein Wasserreservoir von 1 Liter
vorgeschlagen. Bei 6 Tassen a 125 ml wären genau 750 ml Wasser erforderlich.
250 ml Überschuss
erlauben es, auch sehr grobe Schätzfehler
zu korrigieren.
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Eine
zweite Messmarke könnte
am Wasserreservoir bei einem halben Liter Wasser angebracht sein,
die für
max. 3 Tassen zugeordnet wird. Hier wäre der Wasserüberschuss
mit 125 ml völlig
ausreichend.
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Die
Orientierung an der maximalen Füllmenge
des Kaffeepulvers wird dann möglich,
wenn der trichterförmige
Einsatz zur Aufnahme der Filtertüte aus
einem transparenten Kunststoff hergestellt ist. Da das eingefüllte Kaffeemehl
durch den Papierfilter zu sehen ist, kann mit Hilfe einer Markierungslinie
die äußerst zulässige Füllmenge
angezeigt werden.
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Im
Folgenden werden die Messmethoden gemäß der Erfindung vorgestellt:
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Einsatz von Streulicht:
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Im
Kannengriff 11 ist eine Version der erfindungsgemäßen Einrichtung
im Bodenbereich der Kanne installiert: Sie besteht zunächst aus
einer Lichtschranke, die durch eine Streulichtquelle 9 als Emitter,
z.B. eine Lichtdiode, und einen lichtempfindlichen Detektor 9b als
Empfänger
gebildet wird (sh. zusätzlich
hierzu 2 und 3). Die elektrische Versorgung
der Lichtdiode und des Detektors erfolgt durch den Niederspannungstransformator 4 über den Kontakt 6 und
den Kontakt im Kannenfuß 8, über die auch
die Steuerungssignale übertragen
werden.
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Alternativ
zur elektrischen Versorgung sowie des Signaltransfers der Funktionsteile,
kann jedoch auch mit Hilfe von Lichtleitern wie es in der 9 (Pos.29)
dargestellt ist, der Emitter direkt mit Licht versorgt werden, das
im Gehäuse
der Kaffeemaschine erzeugt wurde. Über Steckadapter 30,
kann sowohl die Lichtversorgung der Lichtschranke erfolgen, als
auch das Durchlicht (emittierte Streulichtintensität – Absorptionsmenge)
zurückgeleitet
und in der Kaffeemaschine ausgemessen bzw. ausgewertet werden.
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Die
Vorteile des Einsatzes von Lichtleitern liegen insbesondere darin,
dass bei offenen Zugängen
zu elektrischen Kontakten die potentiellen Risiken, wie sie im Küchenbereich
in dem mit Wasser hantiert wird, ausgeschlossen werden können.
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Die 4 und 5 zeigen
noch einmal das gleiche Prinzip in einer anderen Positionierung
der Lichtschranke. Bei dieser Anordnung der Funktionselemente im
Fußteil
der Kaffeemaschine sind Steckkontakte sowie optische Adaptionen
zur Kanne überflüssig. Emitter-
sowie Detektorgehäuse
bekommen zur optimalen Ausrichtung der Kanne konische Außenkonturen 16,
die sich im Bodenbereich der Kannenisolierung wiederholen.
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Die
Figuren zeigen weiterhin, dass der mittlere Bereich des Kannenbodens
etwas nach innen gewölbt
ist, damit Kaffeereste, die angetrocknet den Messbereich verunreinigen
würden,
in die dadurch entstehende Rinne 17 am Rand der Kanne abfließen können.
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Auf
eine weitere Anordnungsmöglichkeit
der Lichtschranke bzw. der entsprechen Funktionsteile weist der
mit „X" (4)
bezeichnete Bereich gegenüber
des Kannengriffes hin. Auch hier bleiben die Funktionsteile der
Lichtschranke, wie bei der vorherigen Lösung, im bzw. am Gehäuse der
Kaffeemaschine.
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Einsatz von Laserlicht:
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Der
Einsatz von Laserlicht erlaubt eine präzise Erfassung der Lichtdurchlässigkeit
des Messmediums. Eine handelsübliche, äußerst preisgünstige Laserdiode 20,
wie man sie z.B. vom Laser-Pointer her
kennt, wird als Lichtquelle installiert (sh. hierzu 6 und 7).
Ein Glaskörper 18 mit
einer reflektierenden Fläche 23 dient
an einer geeigneten Stelle auf der Kannen-Stellfläche zur Umlenkung des Lichtstrahls
zum Lichtdetektor 19.
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Durch
eine relativ enge Anordnung der Funktionsteile zueinander, kann
die geforderte geringe Messstrecke realisiert werden.
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Anstatt
des Reflexionsspiegels ist es auch denkbar, an dieser Stelle den
Lichtdetektor 24 direkt einzusetzen, wodurch die Durchleuchtungsstrecke noch
halbiert wird.
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Auch
hier gibt es die Möglichkeit,
die Lichtdiode und ggf. den Empfangstransistor gegenüber des Kannengriffes
in das Gehäuse
der Kaffeemaschine zu verlegen.
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Damit
der Glaskörper
mit seiner Spiegelfläche
oder der Lichtdetektor auf die Kannen-Stellfläche der Kaffeemaschine platziert
werden kann, ist es erforderlich, den mittleren Kannenboden 22 in
den Kannenraum zu verlegen. Der Laserstrahl oder alternativ ein
fokussiertes Licht wird dadurch zwangsläufig das Bodenglas 21 der
Kanne durchleuchten, wodurch eine Richtungsänderung des Lichtstrahles erfolgt,
die entsprechend berücksichtigt
werden muss.
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Abgeschwächte Totalreflexion
(ATR):
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Die 8, 9 und 10 zeigen
den Einsatz eines Messverfahrens, bei dem die Lichtabsorption von
außen
gemessen werden kann.
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Fällt Licht
durch ein Medium mit einem relativ hohen Brechungsindex (hier der
Glasboden der Kanne 25) unter einem größeren als dem kritischen Einfallswinkel
auf die Grenzfläche
zu einem Medium mit kleinerem Brechungsindex (hier das Kaffeegetränk), so
wird die Strahlung in das optisch durchlässigere Material (Kannenboden
aus Glas) zurückreflektiert. Ein
Teil der Strahlung dringt geringfügig in das optisch undurchlässigere
Medium (Kaffee) ein und wird dort absorbiert. Die Intensitätsänderung
der Lichtstrahlung wird gemessen, wodurch Rückschlüsse zur Kaffeekonzentration
gezogen werden können.
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In
der 9 wird das Licht 27 mehrfach unter einem
vorgegebenen Winkel vom Spiegel 28 bzw. der Grenzfläche Kannenboden/Kaffee
reflektiert. Die Summe der Reflektionsverluste, ermöglicht eine
sehr genaue Aussage über
die Konzentration des Kaffees.
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Als
Ausführungsbeispiel
kann die Licht Ein- und Auskopplung durch Lichtleiter 29 über so genannte
SMA-Stecker (stright medium adapter) 30 erfolgen.
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Eine
sehr vereinfachte Version dieses Prinzips wird in der 10 dargestellt.
Hier sind sowohl die Laserdiode als auch der Lichttransistor unter
einem geeigneten Winkel unterhalb des Kannenbodens im Kaffeemaschinengehäuse 32 installiert.
Das Licht unterliegt bei dieser Konzeption einem weiteren Brechungsindex,
so dass abgeschwächte
Totalreflexionen in den Grenzbereichen der Medien Luft/Glas/Kaffee
stattfinden.
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Durch
ein Fenster 31 ist in der thermischen Kannenisolierung
ein optischer Zugang zum Messmedium geschaffen. Es ist davon auszugehen,
dass die Absorptionsmenge ausreicht, um ein zufrieden stellende
Bestimmung der Kaffeekonzentration zu erreichen.
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Alle
Verfahren bzw. Methoden, ob sie nun mit „Streulicht", „Laserlicht" oder der „Abgeschwächten Totalreflektion" funktionieren, sind
prinzipiell für
den geplanten Zweck ausreichend präzise; insbesondere dann, wenn
am Anfang eines jeden Brühprozesses ein
kalibrierender Null-Abgleich des jeweiligen Systems erfolgt. Ob
die Kaffeemaschine nun verkalkt ist oder zuviel oder zuwenig Kaffeepulver
in den Filter eingefüllt
wurde, die zuvor eingestellte Kaffeekonzentration (schwach, mittel,
stark) wird in jedem Fall gleich bleibend hergestellt.
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Da
immer mit einem Wasserüberschuss
gearbeitet wird, kann z.B. ein zu starker Kaffee auch im Nachhinein
durch einfaches Nachstellen am Einstellknopf 7 entsprechend
verdünnt
werden.
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Grundsätzlich ist
es bei allen Verfahren möglich,
die Kaffeekanne als offenen Glasbehälter einzusetzen, oder auch
als Licht undurchlässige
Isolierkanne zu verwenden. Mit Hilfe intelligenter elektronischer
Regelkreise kann sowohl der Fremdlichteinfluss als auch der Verschmutzungsgrad
automatisch kompensiert werden.
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Damit
durch das Messlicht keine gesundheitlichen Risiken entstehen, und
das gilt für
alle Messprinzipien, sollte eine entsprechende Schaltung dafür sorgen,
dass nur dann die Messeinrichtung funktioniert, wenn die Lichtstrahlung
keinen Schaden anrichten kann.
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Automaten und Gastronomiebereich:
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Gemä0 der Erfindung
kann auch im Automaten- und Gastronomiebereich eine Konzentrationsmessung
nach einem oder mehreren dieser Messprinzipien direkt in einer Portionierungseinrichtung oder
aber an einer anderen geeigneten Stelle z.B. unmittelbar vor der
Zapfstelle durchgeführt
werden. um den Kaffee- bzw. Wasserzulauf entsprechend zu steuern.
Die vorher eingestellte Kaffeekonzentration (schwach-mittel-stark)
würde so
auf relativ einfache Weise individuell hergestellt werden können, was auch
für kommerzielle
Verkaufsautomaten interessant ist.
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Die
Möglichkeit.
nach diesen Prinzipien Getränke
mit immer gleich bleibender Qualität einzustellen, ist natürlich nicht
nur auf Kaffee beschränkt. Grundsätzlich ist
es für
alle Getränke
geeignet, deren Lichtdurchlässigkeiten
sich beim Herstellungsprozess verändern.
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Die
Vorzüge
der Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik sind unter anderen folgende:
Die Kaffeekonzentration
(schwach-mittel-stark) kann individuell eingestellt werden.
Die
eingestellte Kaffeekonzentration bleibt, unabhängig von der Kaffeemehlmenge
und dem Verkalkungsgrad der Kaffeemaschine, immer gleich.
Wurde
z.B. zuwenig Kaffeemehl für
die eingestellte Kaffeekonzentration und die geplante Herstellungsmenge
in die Maschine eingefüllt,
fällt die
Trinkmenge entsprechend kleiner aus. Die eingestellte Konzentration
wird in jedem Fall eingehalten.
Möglich wird dieser Komfortzuwachs
durch kontinuierliche Messung der Lichtdurchlässigkeit des Kaffeegetränks und
einem grundsätzlichen
Wasserüberschuss
beim Herstellungsprozess.
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Wichtig
in diesem Zusammenhang ist, dass ohne großen technischen Aufwand die
Kaffeestärke sehr
genau eingestellt und gleich bleibend reproduziert werden kann.
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Weitere
Verbesserungen der Herstellung und der Vorhaltung:
- 1. Da bei herkömmlichen
Kaffeemaschinen die Wärmezufuhr
durch die Warmhalteplatte unabhängig
von der warm zu haltenden Kaffeemenge immer gleich ist, wird zur
Schonung des Kaffeearomas vorgeschlagen, neben der individuellen Einstellbarkeit
die Warmhaltetemperatur der jeweiligen Kaffeemenge anzupassen.
- 2. Weiterhin kann z.B. durch ein im Kannengriff installiertes
Display sowohl die Kaffeetemperatur als auch die Kaffeemenge, wie
viele Tassen in einer Thermoskanne noch zur Verfügung stehen, kontinuierlich,
in Zeitabständen
oder abrufbar angezeigt würden.
- 3. Beim Einsatz eines Kondensators oder elektrischen Akkumulators
und/oder mit Hilfe des Peltiereffektes kann die elektrische Energie
für die Anzeige
der Kaffeetemperatur und Kaffeemenge ohne umständlichen Batterieaustausch
dauerhaft sichergestellt werden.
- 4. Wenn das Kaffeegetränk
lange vorgehalten werden muss, ist es bei der Isolierkanne sinnvoll, den
Kannenboden wärmedurchlässig zu
machen und den Wärmeverlust
durch eine sehr geringe Wärmezufuhr
zu kompensieren.
- 5. Weil in der Küche
häufig
Flüssigkeitsmengen gemessen
werden, kann das abnehmbare Wasserreservoire diese Aufgabe zusätzlich übernehmen.
Neben der Messeinteilung für
die Herstellung von Kaffee z.B. einem halben Liter (bis zu 3 Tassen)
und einem Liter für
(bis ca. 6 Tassen), kann das Wasserreservoir dann eine weitere Mengeneinteilung
aufweisen und könnte
somit, ggf. mit einer geeigneten Ausgussnase versehen, als Messgefäß für Flüssigkeiten
und auch für Schüttgut eingesetzt
werden.
- 6. Damit Hörbehinderte
problemloser das Ende der Kaffeezubereitung wahrnehmen, kann zu
dem akustischen noch ein optisches Signal aktiviert werden.
- 7. Um nur ein Kaffeemaschinen-Chassis sowohl für Thermokannen
als auch für
eine Glaskannen einsetzen zu können,
kann die Kannenstellfläche der
Kaffeemaschine so konstruiert werden, dass z.B. durch Entfernen
eines Blinddeckels eine Warmhalteplatte eingesetzt werden kann.
Beide Optionen, sowohl Glaskanne als auch Isolierkanne einsetzen
zu können,
sind auf diese Weise mit einem Kaffeemaschinengehäuse möglich
- 8. Zur weiteren Vereinfachung der Kaffeemaschinen-Produktion
ist es sinnvoll, wenn der Handgriff zum Abnehmen des Wasserreservoirs
mit dem Griff der Kanne hinsichtlich Form, Material und Abmaßen identisch
ist.
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Die
Messverfahren gemäß der Erfindung sind
auch einsetzbar, um Fehler bei der Zubereitung von Kaffe festzustellen.
So kommt es z.B. vor. dass der gefüllte Filter etwa beim Einschwenken
des Filtergehäuses
in die Kaffeemaschine verformt wird, sodass eine nicht unerhebliche
Wassermenge außerhalb
des Filters in die Kanne fließt,
ohne das Kaffeemehl zu durchströmen.
Die Folge ist, dass der anfangs in die Kanne fließende Kaffee
durch diese Wassermenge bereits sehr verdünnt ist. Wenn durch das Messverfahren
festgestellt wird, dass die Kaffeekonzentration anfänglich zu
schwach ist und nicht einen für
eine fehlerlose Kaffeebereitung erwarteten Wert erreicht, kann die
Zubereitung unterbrochen und etwa ein Alarmsignal abgegeben werden.
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1, 2, 3
- 1
- Wasserreservoir
- 2
- Rückschlagventil
- 3
- Schalter
- 4
- Niederspannungstransformator
- 5
- Steuermodul
- 6
- Kontakt
- 7
- Einstelleinrichtung
(Kaffeekonzentration)
- 8
- Kannenfuß
- 9
- Lichtdiode
- 9b
- Transistor
- 10
- Elektrische
Anschlüsse
- 11
- Kannengriff
- 12
- Kannenbehälter
- 13
- Schließventil
- 14
- Kaffeefilter
- 15
- Heißwasserzuleitung
-
4, 5, 6, 7
- 16
- Positionierungskonus
- 17
- Rinne
für Restmengen
- 18
- Glaskörper mit
Reflektionsspiegel
- 19
- Lichtdetektor
(Empfänger)
- 20
- Laser-Lichtdiode
- 21
- Glassteg
(ringförmig)
- 22
- Nach
innen gewölbter
Kannenboden
- 23
- Spiegelfläche
- 24
- Lichtdetektor,
alternativ zum Spiegel
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8, 9, 10
- 25
- Kannenboden
(Glas)
- 26
- Grenzfläche Kannenboden/Kaffeegetränk
- 27
- Lichtstrahl
- 28
- Reflektionsspiegel
- 29
- Lichtleiterkabel
- 30
- Steckadapter
für Kannenfuß
- 31
- Optisches
Kannenfenster
- 32
- Sockel
(Kaffeemaschine)
- 33
- Laserlicht