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Die
Erfindung betrifft eine Filterkartusche zum Einsetzen in einen Wassertank
einer Getränkemaschine,
mit einem Gehäuse,
einem im Inneren des Gehäuses
angeordneten Ionenaustauscher, einem Einlass zum Zuführen von
Wasser aus dem Wassertank in das Gehäuse und einem Auslass zum Abführen von
Wasser aus dem Gehäuse
in die Getränkemaschine.
Die Erfindung betrifft weiter eine Getränkemaschine mit einem Wassertank
und einer darin eingesetzten Filterkartusche.
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Filterkartuschen
der eingangs genannten Art werden vorwiegend in Getränkeautomaten
zur Zubereitung von Heißwassergetränken, wie
Tee und Kaffee, eingesetzt, um das Rohwasser im Wassertank vor seiner
Zufuhr in die Getränkemaschine
aufzubereiten.
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Die
Europäische
Patentschrift
EP 1
340 442 B1 beschreibt einen solchen Getränkeautomaten
mit einem Wasserbehälter,
in dem eine Filterkartusche der eingangs genannten Art angeordnet
ist. Die Filterkartusche weist ein Gehäuse auf, das an seinem Boden
mit einem Einlass versehen ist und ein Filtergemisch aus einem Ionenaustauscherharz
und Aktivkohle enthält,
durch welches das gesamte aufzubereitende Rohwasser von unten nach
oben hindurchgesaugt wird, bevor es durch ein Fallrohr zum Auslass
und aus diesem in den Getränkeautomaten strömt.
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Die
Aufbereitung des Rohwassers in der Filterkartusche dient dazu, Geruchs-
und Geschmacksstoffe, Schwermetalle, organische Verunreinigungen und
Schwebstoffe zu entfernen, sowie ggf. die Wasserhärte zu reduzieren.
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Zur
Entfernung von Geruchs- und Geschmacksstoffen ist die aus der
EP 1 340 442 B1 bekannte
Verwendung eines Gemischs aus einem Ionenaustauscherharz und Aktivkohle
jedoch nicht besonders gut geeignet, da dem Wasser nicht genügend Kontaktzeit
mit der Aktivkohle gegeben wird. Wenn das Rohwasser Chlor oder andere
Halogene enthält,
können
sich außerdem
hohe Auslasswerte von gebundenem Chlor oder anderen Halogenen ergeben,
da diese in der bekannten Filterkartusche mit dem Ionenaustauscherharz
reagieren. Bei dieser Reaktion können äußerst problematische
Verbindungen entstehen, wie zum Beispiel Chloroform oder andere Haloforme,
die zu einer deutlichen Verschlechterung der Wasserqualität des aufbereiteten
Wassers führen.
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Zur
Reduzierung der Wasserhärte
umfasst der Ionenaustauscher in bekannten Filterkartuschen schwach
saure Ionenaustauscherharze, in denen im Betrieb der Getränkemaschine
ein Austausch der Härtebildner
Calcium und Magnesium gegen Wasserstoff-Ionen aus den Austauscherharzen
stattfindet, so dass die Gesamt- und die Karbo nathärte verringert
wird, wodurch Steinbildner aus dem Rohwasser entfernt werden, die
zu einem Verkalken der Getränkemaschine
führen
würden.
Beim Austausch von Calcium- und Magnesium-Ionen gegen Wasserstoff-Ionen
entsteht jedoch Kohlensäure,
wodurch der pH-Wert des aufbereiteten Wassers, das nach einem Hindurchtritt
durch einen schwach sauren Kationenaustauscher immer ungepuffert
vorliegt, auf weniger als 4.0 absinkt. Noch niedrigere pH-Werte
im Auslass ergeben sich bei sehr großen Unterschieden zwischen
Gesamt- und Karbonathärte
im Rohwasser, in welchem Fall der pH-Wert unter 3.0 liegen kann.
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Dieser
geringe pH-Wert des aufbereiteten Wassers ist jedoch von Nachteil,
da er zu einer Korrosion von metallischen Bauteilen der Getränkemaschine
führt,
die mit dem Wasser in Berührung
kommen. Infolge dieser Korrosion bzw. infolge einer dadurch verursachten
Auflösung
der metallischen Bauteile können
hinter der Filterkartusche wieder Schwermetalle in das aufbereitete
Wasser gelangen.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Filterkartusche
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine
Korrosion von metallischen Bauteilen der Getränkemaschine beim Kontakt mit
dem aufbereiteten Wasser und ein dadurch verursachter Eintrag von Schwermetallen
in das Wasser verhindert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zwischen dem Einlass und dem Auslass der Filterkartusche ein
Bypass angeordnet ist, durch den ein Teil des ins Gehäuse zugeführten Wassers
ohne Enthärtung
oder ohne vollständige Enthärtung zum
Auslass strömen
kann.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den in die Filterkartusche
eintretenden Rohwasserstrom in zwei Teilströme aufzuteilen, von denen der eine,
vorzugsweise der größere, zur
vollständigen Enthärtung durch
den Ionenaustauscher hindurch geleitet wird, während der andere, vorzugsweise
der kleinere, zweckmäßig vollständig am
Ionenaustauscher vorbei geleitet und dem beim Hindurchtritt durch
den Ionenaustauscher entcarbonisierten Wasser hinter dem Ionenaustauscher
wieder zugemischt wird. Alternativ wäre es jedoch auch denkbar,
auch den zweiten Teilstrom durch einen Abschnitt des Ionenaustauschers
hindurchzuleiten, jedoch ohne dass er vollständig enthärtet wird.
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Durch
diese Zumischung des durch den Bypass strömenden nicht oder nur teilweise
enthärteten Wassers
werden Hydrogencarbonat-Ionen in das im Ionenaustauscher entcarbonisierte
Wasser zugeführt.
Dies bewirkt eine gezielte Pufferung des entcarbonisierten Wassers
vor dem Austritt des aufbereiteten Wassers durch den Auslass der
Filterkartusche, so dass eine Korrosion von im Kontakt mit dem Wasser
stehenden metallischen Bauteilen der Getränkemaschine infolge eines niedrigen
pH-Werts und ein dadurch verursachter Eintrag von Schwermetallen
in das aufbereitete Wasser vermieden werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die längere Standzeit
der Filterkartusche, da aufgrund des Bypass nur ein Teil des durch
die Filterpatrone strömenden
Wassers im Ionenaustauscher enthärtet
und dadurch die Zeit bis zur Erschöpfung des Ionenaustauschers
verlängert
wird.
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Überraschenderweise
wurde auch eine geschmackliche Verbesserung insbesondere des zubereiteten
Kaffees bei Vorhandensein einer geringen Resthärte festgestellt.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Einlass
der Filterkartusche am unteren Ende einer Steigleitung angeordnet
ist, die am Ionenaustauscher vorbei zum oberen Ende des Gehäuses führt und
oberhalb des Ionenaustauschers in das Gehäuse mündet, so dass der Ionenaustauscher
von oben nach unten vom Wasser durchströmt wird.
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Wenn
der Ionenaustauscher in bekannter Weise ein Bett oder eine Schüttung aus
einem Ionenaustauschergranulat umfasst, kann durch diese Betriebsweise
vermieden wer den, dass das Bett wie bei der Filterpatrone aus der
EP 1 340 442 B1 bei
jeder Entnahme von Wasser aus der Getränkemaschine angehoben wird
und nach der Entnahme erneut absinkt, was eine Verwirbelung und
Durchmischung der Harzkörner
und damit eine Verschlechterung des Stoffübergangs und der Ionenaustauscherkapazität zur Folge
hat, weil keine klare Trennung zwischen einem erschöpften Teil
und einem unverbrauchten Teil des Ionenaustauscherbetts vorhanden
ist.
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Zur
Vermeidung einer mikrobiologischen Kontamination des Ionenaustauscherbetts
wird dem Ionenaustauscher vorteilhaft ein Silberharz zugemischt.
Die Abgabe von Silber-Ionen trägt
gleichzeitig zur internen Konservierung der Filterkartusche bei.
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Der
Bypass zweigt vorzugsweise unterhalb des Ionenaustauschers von der
Haupt- bzw. Steigleitung ab und mündet in eine mit dem Auslass
kommunizierende Mischkammer, in der sich das durch den Bypass strömende Rohwasser
mit dem vorzugsweise von oben nach unten durch den Ionenaustauscher strömenden entcarbonisierten
Wasser mischt. Um die Herstellung der Filterkartusche zu vereinfachen, ist
der Bypass zweckmäßig eine Öffnung in
der Wand der durch die Mischkammer hindurchgeführten Steigleitung, deren lichte
Weite so an die lichte Weite der Steigleitung angepasst ist, dass
der Strömungsquerschnitt
der Öffnung
weniger als ein Viertel und vor zugsweise zwischen einem Fünftel und
einem Zehntel des Strömungsquerschnitts
der Steigleitung beträgt.
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Dadurch
strömt
der größte Teil
des aufzubereitenden Wassers trotz des größeren Strömungswiderstands durch den
Ionenaustauscher, so dass trotz der Zumischung von Rohwasser in
der Mischkammer die Karbonat- und die Gesamthärte des Wassers insgesamt um
mehr als 50% verringert wird, was zur Verhinderung einer Steinbildung
in der Getränkemaschine
ausreichend ist.
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Um
eine Verschmutzung des Ionenaustauschers durch im Rohwasser mitgeführte Partikel
oder Schwebstoffe zu verhindern, wird das Wasser aus der Steigleitung
vorzugsweise durch einen Feinfilter geleitet, der zweckmäßig am oberen
Ende der Steigleitung angebracht ist und von dem aus der Steigleitung
austretenden Rohwasser durchströmt
wird. Zur Filtration des gesamten, durch die Filterkartusche hindurchtretenden
Wassers kann zweckmäßig ein weiterer
Feinfilter zwischen der Mischkammer und dem Auslass angeordnet sein.
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Am
unteren Ende des Ionenaustauscherbetts ist ein Feinsieb im Gehäuse angebracht,
das einen Ringraum zwischen der mittigen Steigleitung und einer
Umfangswand des Gehäuses überbrückt und die
Ionenaustauscherkörner
im Ionenaustauscherbett zurückhält. Das
Feinsieb bildet vorzugsweise die Decke der Mischkammer, in der das
im Io nenaustauscherbett entcarbonisierte bzw. teilentsalzte Wasser mit
dem Rohwasser aus dem Bypass vermischt wird.
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Zur
Entfernung von Geschmacks- und Geruchsstoffen wird das Wasser in
der Filterkartusche über
Aktivkohle geleitet, die vorzugsweise als Aktivkohlefilter zwischen
der Mischkammer und dem Auslass angeordnet ist, so dass sowohl der
Hauptstrom durch den Ionenaustauscher als auch der Teilstrom durch
den Bypass durch den Kontakt mit Aktivkohle aufbereitet wird. Falls
erwünscht,
kann oberhalb des Ionenaustauschers ein zusätzlicher Aktivkohlefilter vorgesehen
sein, der ebenso wie der zwischen der Mischkammer und dem Auslass
angeordnete Aktivkohlefilter vorteilhaft aus einem Gewebe oder Vlies aus
Aktivkohlefasern besteht und zur Entfernung von oxidierend wirkenden
Wasserinhaltsstoffen, wie Chlor oder anderen Halogenen dient.
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Der
Auslass befindet sich vorzugsweise wie der Einlass am Boden des
Gehäuses,
so dass in der Filterkartusche kein Totraum vorhanden ist. Vorzugsweise
wird der Auslass von einem über
den Boden des Gehäuses überstehenden
Rohrstutzen gebildet, der beim Einsetzen der Filterkartusche in
den Wassertank in eine komplementäre Aufnahme auf dem Boden des
Wassertanks eingeführt
wird und mit dieser Aufnahme eine flüssigkeitsdichte Steckverbindung
bildet, um jegliches Ansaugen von nicht aufbereitetem Rohwasser
aus dem Wassertank in die Getränkemaschine
zu verhindern.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Filterkartusche in einem Wassertank
eines Getränkeautomaten;
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2 eine
schematische Seitenansicht einer etwas modifizierten erfindungsgemäßen Filterkartusche
in einem Wassertank eines anderen Getränkeautomaten bei abgenommenem
Deckel.
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Die
in der Zeichnung dargestellte, in einen Wasserbehälter 2 eines
Getränkeautomaten
(nicht dargestellt) eingesetzte Filterkartusche 4 dient
zur Aufbereitung des in den Wasserbehälter 2 eingefüllten Rohwassers
vor dessen Zufuhr bzw. Eintritt in den Getränkeautomaten.
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Die
in 1 dargestellte Filterkartusche 4 besteht
im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 6, das an seinem
oberen Ende geschlossen ist und an seinem ebenfalls geschlossenen
Boden 8 mit einem Einlass 10 und einem Auslass 12 versehen
ist. Beim Einsetzen der Filterkartusche 4 in den Wasserbehälter 2 wird
der Einlass 10 in einem geringen Abstand über dem
Boden 14 des Wasserbehälters 2 positioniert,
während
der in Form eines Rohrstutzens nach unten über den Boden 8 der
Filterkartusche 4 überstehende
Auslass 12 in eine nach tusche 4 überstehende
Auslass 12 in eine nach oben offene Aufnahmebuchse 16 am
Boden 14 des Wasserbehälters 2 gesteckt
wird, die einen mit einer Pumpe (nicht dargestellt) des Getränkeautomaten verbundenen
Ansaugkanal 20 umschließt, so dass bei Inbetriebnahme
der Pumpe Rohwasser aus dem Wasserbehälter 2 durch die Filterkartusche 4 hindurch
angesaugt und im Inneren der Filterkartusche 4 einer Aufbereitung
unterzogen werden kann. Eine Ringdichtung 22 zwischen dem
Rohrstutzen 12 und der Aufnahmebuchse 16 verhindert,
dass Rohwasser an der Filterkartusche 4 vorbei aus dem
Wassertank 2 angesaugt wird.
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Der
Einlass 10 befindet sich an dem nach unten über den
Boden 8 des Gehäuses 6 überstehenden
unteren Ende eines Steigrohrs 24, das sich im Inneren des
Gehäuses 6 koaxial
zu dessen Längs- oder
Mittelachse bis in die Nähe
des oberen Endes der Filterkartusche 4 erstreckt und in
einem Abstand über
dem Boden 8 mit einer die Wand 26 des Steigrohrs 24 durchsetzenden
kleinen Bypassbohrung 28 versehen ist, die in eine das
Steigrohr 24 umgebende Mischkammer 30 mündet.
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Der
Durchmesser der Bypassbohrung 28 beträgt zwischen 0,5 und 2 mm, während der
Innendurchmesser des Steigrohrs 24 etwa 6 bis 10 mm beträgt, so dass
der Strom des in die Filterkartusche 4 eintretenden Rohwassers
in zwei Teilströme
durch das Steigrohr 24 bzw. durch die Bypassbohrung 28 aufgeteilt
wird, von denen der erstere mindestens etwa 70% und der letztere
höchstens
etwa 30% der gesamten Rohwassermenge umfasst.
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Oberhalb
der Bypassbohrung ist das Steigrohr von einem Bett 32 aus
einem Granulat von schwach saurem Ionenaustauscherharz umgeben, dem
zur Verhinderung einer mikrobiologischen Kontamination ein Silberharz
zugemischt ist. Das Granulat ist als Schüttung in einen Ringraum 34 zwischen dem
Steigrohr 24 und einer zylindrischen Umfangswand 36 des
Gehäuses 6 eingefüllt und
wird von einem die Mischkammer 30 nach oben begrenzenden Feinsieb 38 getragen,
das einen Austrag von Granulat aus dem Ionenaustauscherbett 32 nach
unten in die Mischkammer 30 verhindert.
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Das
Steigrohr 24 ist an seinem oberen Ende mit einem aufgesetzten
Feinfilter 40 versehen, der Schwebstoffe und Partikel aus
dem im Betrieb der Pumpe durch das Steigrohr 24 aufsteigenden
Teilstrom des Rohwassers entfernt, bevor dieser nach seinem Austritt
aus dem Steigrohr 24 zur Beseitigung von Schwermetallen
sowie zur Entcarbonisierung, d.h. zur Entfernung der Karbonat- und
Gesamthärte, von
oben nach und durch das Ionenaustauscherbett 32 in die
Mischkammer 30 geleitet wird, wo sich das im Ionenaustauscherbett 32 aufbereitete
Wasser wieder mit dem durch die Bypassbohrung 28 in die Mischkammer 30 eintretenden
Rohwasser mischt.
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Durch
die Vermischung des nach seinem Hindurchtritt durch das Ionenaustauscherbett 32 entcarbonisierten
bzw. teilentsalzten Wassers mit dem durch die Bypassbohrung 28 in
die Mischkammer 30 eintretenden Rohwasser werden in das
entcarbonisierte Wasser, das infolge des Austauschs von Calcium-
und Magnesium-Ionen gegen Wasserstoff-Ionen einen niedrigeren pH-Wert
aufweist, wieder Hydrogencarbonat-Ionen zugeführt. Dies bewirkt eine gezielte
Pufferung des Wassers, so dass eine Korrosion von metallischen Bauteilen
des Getränkeautomaten vermieden
werden kann, die nach dem Austritt des aufbereiteten Wassers aus
der Filterkartusche 4 mit diesem in Berührung kommen.
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Zwischen
der Mischkammer 30 und dem Auslass 12 sind ein
Aktivkohlefilter 42 und ein Feinfilter 44 hintereinander
angeordnet, von denen der oben befindliche Aktivkohlefilter 42 aus
einem Vlies oder Gewebe aus Aktivkohlefasern besteht und zur Entfernung
von Geruchs- und Geschmacksstoffen sowie von oxidierend wirkenden
Chemikalien im Wasser dient, während
der unten befindliche Feinfilter 44 eventuell in das Wasser
gelangte Schwebstoffe und Partikel zurückhalten soll.
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Die
Befestigung der Filterkartusche 4 im Wassertank erfolgt
zum einen durch die Steckverbindung zwischen dem Auslass 12 und
der Aufnahmebuchse 16 sowie zum anderen mit Hilfe eines
Deckels 46 des Wassertanks 2, über dessen Unterseite ein längenvariabler
Adapter 48 über steht,
der eine an die Querschnittsform des oberen Endes der Kartusche 4 angepasste,
nach unten offene Ausnehmung 50 zur Aufnahme des oberen
Endes der Kartusche 4 aufweist.
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Die
in 2 dargestellte Filterkartusche 4 dient
insbesondere zum Einsatz in Rohwasser mit oxidierend wirkenden Inhaltsstoffen,
wie zum Beispiel Chlor oder anderen Halogenen. Im Unterschied zur
Filterkartusche 4 aus 1 weist
die Filterkartusche 4 einen zusätzlichen Aktivkohlefilter 52 auf,
der oberhalb des Ionenaustauscherbetts 32 und unterhalb
des oberen Endes der Steigleitung 24 im Ringraum 34 angeordnet
ist. Dieser Aktivkohlefilter 52 dient zur Entfernung des
Chlors oder der anderen Halogene aus dem Rohwasser vor dessen Eintritt
in das Ionenaustauscherbett 32, wodurch eine sogenannte
Chlorzehrung des Ionenaustauschers vermieden und die Bildung von
Haloformen infolge einer Reaktion der Halogene mit dem Harz des
Ionenaustauschers deutlich verringert werden kann.
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Darüber hinaus
ist die Filterkartusche aus 2 mit einem
seitlichen Auslass 12 in Form einer Aufnahmebuchse 54 versehen,
in die sich beim Einsetzen der Filterkartusche 4 in den
Wassertank 2 das freie Ende eines nach innen über einen
Umfangswandteil 56 des Wassertanks 2 überstehender,
mit der Pumpe des Getränkeautomaten
kommunizierender Rohrstutzens 58 einführen lässt.
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Auf
der Oberseite des Gehäuses 6 ist
zudem eine Datumsanzeige angebracht, die nach der Abnahme des Deckels 46 sichtbar
ist.