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Die
Erfindung betrifft eine Schäumeinrichtung
für Brühgetränkemaschinen
zur Schaumerzeugung aus Milch und heißem Wasserdampf mit einem feststehenden
Gehäuseteil
und einem rotierenden Schäumelement.
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Aus
der
DE 197 19 784
C1 ist eine Schaumvorrichtung zum Aufschäumen von
Milch bekannt, die einen Vorratsbehälter für Milch und eine Schäumanlage
mit einer Schäumkammer
umfasst, in die eine Dampfleitung mündet. Die Schäumanlage
ist über eine
Milchleitung mit dem Vorratsbehälter
verbunden. Der unter Überdruck
durch die Dampfleitung in die Schäumkammer einströmende Wasserdampf saugt
durch den dadurch entstehenden Unterdruck in der Milchleitung kalte
Milch an. Dampf und Milch werden in der Schäumkammer miteinander vermischt und
verlassen die Schäumanlage
als warmer Milchschaum.
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Derartige
Milchschaumeinrichtungen finden sich nicht nur an professionell
betriebenen Brühgetränkemaschinen,
sondern auch an Kaffeevollautomaten für den Privatgebrauch. Für den Betrieb
dieser Schäumeinrichtungen
ist also die Erzeugung von heißem
Wasserdampf erforderlich, der einerseits die aus Haltbarkeitsgründen in
der Regel kalte Milch erwärmt
und andererseits den Schäumvorgang
zum Beispiel durch den Antrieb eines Schäumelements bewirkt. Sowohl
zum Erwärmen
der kalten Milch als auch beim Antrieb des Schäumelements verliert der heiße Dampf
an Energie. Es kommt zur Abkühlung und
damit zur Kondensation des Dampfes. Das entstehende Kondenswasser
verwässert
den Milchschaum, reduziert seine Temperatur und beeinträchtigt dadurch
seine Standfestigkeit und Haltbarkeit in der Tasse.
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Viele
Milchschäumeinrichtungen
verfügen darüber hinaus über Düsenöffnungen
geringen Durchmessers und/oder filigrane Bauteile, sei es zur Erzeugung
einer starken Druckdifferenz zur Beförderung des Aufschäumens oder
zur Verbesserung des Wärmeübergangs
zwischen der kalten Milch und dem heißen Wasserdampf. Diese Bauteile
sind in der Regel schwierig zu reinigen. Ihre Verschmutzung führt zur
Funktionsbeeinträchtigung.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Milchschäumeinrichtung
anzugeben, die zuverlässig
warmen und standfesten Milchschaum erzeugt.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Milchschäumeinrichtung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Schäumelement motorisch
angetrieben ist. Die Erfindung beruht also auf dem Prinzip des Zwangsmischens,
bei dem den miteinander zu vermischenden Komponenten zusätzlich noch
von außen
Energie zugeführt
wird, um zuverlässig
ein gutes Mischungsergebnis zu erzielen. Die Erfindung wendet sich
also ab von dem Gedanken, die Energie für den Mischvorgang aus dem Heißdampf zu
beziehen. Dadurch steht bei der erfinderischen Konstruktion die
Energie des heißen
Wasserdampfs vollständig
zur Erwärmung
der Milch bzw. des Milchschaums zur Verfügung. Er kühlt also weit weniger ab, wodurch
eine Kondenswasserbildung und eine Verwässerung des Milchschaums infolgedessen
weitgehend vermieden sind. Durch die Unabhängigkeit des Mischvorgangs
von der Energie des Heißdampfs
lässt sich
auch die Verweildauer der beiden zu vermischenden Komponenten bzw.
des Milchschaums in der Milchschäumeinrichtung
leichter dampfdruckunabhängig
steuern. Dadurch lässt sich
das Schäumergebnis
positiv beeinflussen.
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Milchschäumeinrichtungen
weisen in der Regel eine Schäumkammer
auf, in der die Milch und der heiße Wasserdampf ggf. durch das
Schäumelement miteinander
vermischt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
begrenzt das rotierende Schäumelement
die Schäumkammer
teilweise und stellt damit einen Bestandteil der Schäumkammer
dar, die im weiteren von einem feststehenden Gehäuseteil begrenzt ist. Als Teil
der Schäumkammerwandung
kann das Schäumelement
sehr großflächig ausgebildet
werden. Es gewinnt dadurch nicht nur eine besonders hohe Effektivität, sondern
kann der Schäumkammer
an sich einen kompakten Aufbau verleihen, da es einen Teil der Schäumkammerwand
erübrigt.
Dieser Platzgewinn ist insbesondere bei Kaffeevollautomaten für den privaten
Bereich von Bedeutung, da besonders dort auf geringe Geräteabmessungen
geachtet wird.
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Auch
das erfindungsgemäße Schäumelement
vollführt
im Betrieb eine Drehbewegung. Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung weist die Schäumkammer Stege auf, die von
einem Außenrand
in die Schäumkammer
hinein und bezüglich
der Drehachse des Schäumelements
im Wesentlichen radial einwärts
gerichtet verlaufen. Die Stege können
sowohl an dem feststehenden Gehäuseteil
als auch an dem Schäumelement
angeordnet sein und sie sorgen für
eine gute Verwirbelung. Die Verwirbelung und mit ihr das Mischungsergebnis können durch
die konkrete Ausgestaltung der Stege und ihres Verlaufs, zum Beispiel
durch Abwinkelung oder Abbiegung von der radialen Richtung, durch
gegenseitigen Versatz, durch unterschiedliche Länge, Durchbrüche oder Ähnliches
optimiert werden.
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Als
Bestandteil der Gehäusewandung
der Schäumkammer
muss das rotierende Schäumelement
gegenüber
dem feststehenden Gehäuseteil dichtend
angeordnet sein. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung beruht die Dichtung zwischen dem feststehenden Gehäuseteil und
dem rotierenden Schäumelement
lediglich auf einer dichtenden Anlage entlang eines Anlageabschnitts
beider Bauteile. Weil sich das Schäumelement um eine Drehachse
bewegt, ist der Anlageabschnitt ringförmig ausgebildet. Der Anlageabschnitt übernimmt
zusätzlich
die Funktion eines guten Gleitens des rotierenden Schäumelements
gegenüber dem
feststehenden Gehäuseteil.
Eine dichtende Anlage kann generell durch einen besonders ebenflächigen Schliff
erzielt werden. Bei Verwendung von Keramik als Material sowohl für das Schäumelement als
auch für
das feststehende Gehäuseteil
kann die dichtende und die gleitende Eigenschaft leichter durch
eine geeignete Materialzusammensetzung erzielt werden. Dafür ist der
für die
Dichtung verantwortliche Traganteil der Keramik in einem geeigneten Verhältnis zu
der für
ein gutes Gleiten verantwortlichen Porosität der Keramik zu wählen. Die
Abstimmung zwischen diesen beiden Parametern muss sorgfältig vorgenommen
werden, weil es sowohl auf die Dichtheit im Bereich des Anlageabschnitts
als auch auf dessen gute Gleiteigenschaften ankommt, da das Schäumelement
mit hohen Drehzahlen betrieben wird.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Milchschäumeinrichtung einen
axialen Milcheinlass und/oder einen axialen und achsfernen Ablauf
für den
Milchschaum auf. Der Begriff „axial" bezieht sich auf
die Antriebsachse des rotierenden Schäumelements. Der axiale Milcheinlass
stellt eine günstige
Konstruktion dar, weil er keinem Gegendruck durch Fliehkraft ausgesetzt
ist. Denn im Betrieb wird die Milch bzw. der Milchschaum infolge
Fliehkraft an den Rand der Schäumkammer bzw.
an deren Innenumfang gedrängt.
Die Milch kann der Schäumkammer
also drucklos zugeführt
werden.
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Die
in der Schäumkammer
verlaufenden feststehenden oder am Schäumelement angebrachten rotierenden
Stege verwirbeln die Milch und vermischen sie intensiv mit dem Heißdampf.
Die Wirkung der Fliehkraft kann bei einem axialen und achsfernen Milchschaumauslass
dazu genutzt werden, den fertigen Milchschaum zum Ablauf und durch
ihn hinaus zu transportieren. Auch dafür wird also nicht etwa die Energie
des Heißdampfs
mit den oben genannten Nachteilen der Kondensatbildung benötigt. Mit
der Antriebskraft des Schäumelements
ist also die Fliehkraft und damit die für den Transport des Milchschaums
verantwortliche Kraft regelbar.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Ablauf im Anlageabschnitt angeordnet. Er nimmt dort einen kreissegmentförmigen Bereich
sowohl in der rotierenden Scheibe als auch in dem feststehenden
Gehäuse
ein. Der Milchschaum muss also sowohl einen entsprechenden Ablaufbereich
im rotierenden Schäumelement
als auch im feststehenden Gehäuseteil
passieren. Dies ist im Betrieb der Schäumeinrichtung nur zu denjenigen
Zeitpunkten möglich,
in denen und solange die beiden Bereiche zur Deckung kommen. Bei
hohen Drehzahlen ist dies pro Zeiteinheit häufiger und kürzer als
bei geringeren Drehzahlen der Fall. Zudem ist die Fliehkraft bei
hohen Drehzahlen höher
als bei niedrigen. Der Milchschaumfluss ist daher über die Drehzahl
beeinflussbar. Da der Ablauf in einem Umfangsbereich der Schäumkammer
angeordnet ist, transportiert die Fliehkraft den fertigen Milchschaum zuverlässig zum
Ablauf. Über
die geometrische Gestaltung des Ablaufs, also zum Beispiel über die
Breite, seine Tiefe oder auch die Anzahl von Abläufen lässt sich der Milchschaumabfluss
ebenfalls beeinflussen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung unterteilt
sich der Anlageabschnitt in radialer Richtung in einen ringförmigen ersten Dichtungsbereich,
einen Ablaufbereich und einen zweiten Dichtungsbereich. Durch diese
Gestaltung des Anlageabschnitts lassen sich seine drei wesentlichen
Funktionen zuverlässig
sicherstellen, nämlich die
Dichtung zwischen dem rotierenden Schäumelement und dem feststehenden
Gehäuse,
der Ablauf des fertigen Milchschaums aus der Milchschäumeinrichtung
und schließlich
gute Gleiteigenschaften zwischen dem rotierenden Schäumelement
und dem Gehäuseteil.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der
Auslass an dem rotierenden Schäumelement
eine Auslasskante auf, die die Schäumkammer vom Ablauf trennt
und am Ablauf einen schmalen Spalt zwischen dem Schäumelement
und dem feststehenden Gehäuse
bildet. Ausfließender
Milchschaum muss also diesen schmalen Spalt passieren. Er generiert
einen Rückstau
vor dem Ablauf, der den Schaum in der Schäumkammer zurückhält und erneut
verwirbelt. Der Rückstau
zusammen mit der entgegengesetzt gerichtet wirkenden Fliehkraft
sorgt für
einen Druckaufbau vor dem Ablauf, mit dem der Milchschaum durch
den schmalen Spalt gepresst wird. Hinter dem Spalt erfährt der Milchschaum
eine Entspannung, die das Schäumergebnis
positiv beeinflusst.
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Die
erfindungsgemäße Milchschäumvorrichtung
ermöglicht
prinzipiell einen kompakten und Platz sparenden Aufbau. Nach einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das feststehende Gehäuseteil
und das rotierende Schäumelement
als zwei durchmessergleiche Scheiben ausgebildet. Dadurch wird ein
noch kompakterer, flacher Aufbau erzielt, der die Milchschäumeinrichtung
leicht etwa an einer Gehäuseaußenseite
einer Getränkemaschine integrieren
lässt.
An der Gehäuseaußenseite
kann die Milchschäumeinrichtung
leicht zugänglich
sein und dadurch von außen
einfach gereinigt werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das
feststehende Gehäuseteil
und das rotierende Schäumelement
von einer Getränkemaschine
abnehmbar ausgebildet und/oder zerlegbar miteinander verbunden.
Das Schäumelement
und das feststehende Gehäuseteil
sind dabei günstigerweise
entlang ihres Anlageabschnitts lösbar.
Damit werden alle Schäumrelevanten
Bauteile zugänglich
und leicht zu reinigen. Der einzige geringe Querschnitt der Milchschäumeinrichtung,
nämlich der
Spalt an der Auslasskante, wird beim Zerlegen geöffnet. Dieser funktionsrelevante
Abschnitt wird dadurch besonders leicht zugänglich. Aufgrund des einfachen
Aufbaus der Milchschäumvorrichtung
und ihrer Konstruktion aus lediglich zwei gut handhabbaren Teilen
besteht beim Zerlegen bzw. Reinigen der Milchschäumvorrichtung nicht die Gefahr
des Verlusts von wesentlichen Bestandteilen. Sie ist daher auch
für eine
Spülmaschinenreinigung
geeignet.
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Das
Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber
noch näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines Details eines Kaffeevollautomaten mit einer
Milchschäumeinrichtung,
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2 das
feststehende Gehäuse
der Milchschäumeinrichtung
in einer Draufsicht,
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3 das
Gehäuse
in einer perspektivischen Darstellung,
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4 das
Schäumelement
in einer Draufsicht
-
5 das
Schäumelement
in einer perspektivischen Ansicht und
-
6 eine
Teilschnittansicht des Schäumelements.
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Die
geschnittene Teilansicht gemäß 1 stellt
einen Ausschnitt eines Gerätegehäuses eines Kaffeevollautomaten
dar, in dem die erfindungsgemäße Milchschäumeinrichtung 1 angeordnet
ist. Stromauf der Milchschäumeinrichtung 1 befinden sich
ein Anschluss 2 zu einem Milchvorrat und eine Zuleitung 3 für heißen Wasserdampf.
Der Anschluss 2 und die Zuleitung 3 münden in
eine Mischkammer 4, die zu einer ersten Stirnseite 5 einer
als Gehäuseteil
feststehenden und durchbrochenen Anlaufscheibe 6 offen
ist. Deren zweite Stirnseite 7 liegt an einem drehbaren
und ebenfalls scheibenförmigen
Schäumelement 8 unmittelbar
an. Das Schäumelement 8 wird über eine
Welle 9 von einem nicht dargestellten Motor im Kaffeevollautomaten
angetrieben. Die Anlaufscheibe 6 und das Schäumelement 8 bilden
in ihrem Inneren eine in 1 verdeckte und weiter unten genauer
dargestellte Schäumkammer 10 aus.
Die Schäumkammer 10 mündet in
einen Ablauf 11, der ebenso wie die Mischkammer 4 und
der Anschluss 2 in einem Gehäuseabschnitt 12 des
Kaffeevollautomaten ausgebildet ist.
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In
den 2 und 3 ist die Anlaufscheibe 6,
das feststehende Gehäuseteil,
separat und im Detail erkennbar. Die Anlaufscheibe 6 ist
bezüglich
der Blattebene der 2 symmetrisch aufgebaut, ihre beiden
Stirnseiten 5, 7 entsprechen sich also. Die Anlaufscheibe 6 besteht
aus einem breiten ringförmigen Anlageabschnitt 61,
von dessen Umfang zwei einander gegenüberliegende Positionierzapfen 62 abstehen.
Sie haben lediglich bei der Montage der Anlaufscheibe 6 zu
deren Lagedefinition innerhalb der Milchschäumeinrichtung 1 eine
Bedeutung. Der ringförmige
Anlageabschnitt 61 umgibt einen kreisförmigen Durchbruch 63,
den ein Steg 64 in zwei gleichgroße halbkreisförmige Durchlässe 65 teilt
und der die Anlaufscheibe 6 stabilisiert.
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Im
Bereich eines Kreissegments ist der Anlageabschnitt 61 von
einer gebogenen schlitzförmigen Ablauföffnung 66 durchbrochen.
Die Ablauföffnung 66 teilt
den Anlageabschnitt 61 in einen inneren, ersten Dichtbereich 67,
einen Auslassbereich 68 und einen äußeren, zweiten Dichtbereich 69.
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Anhand
der 4 und 5 lässt sich der Aufbau des Schäumelements 8 verdeutlichen.
Es hat ebenfalls eine scheibenförmige
Grundstruktur, in die eine im Wesentlichen topfförmige Vertiefung 81 eingesenkt
ist. An zwei einander radial gegenüberliegenden Rändern der
Vertiefung 81 erweitert sie sich in segmentförmige Ablaufabschnitte 82,
die eine gebogene Ablaufrippe 83 in zwei nahezu gleich
große Abschnitte
unterteilt, in einen Ablaufeingang 90 und einen Ablaufausgang 91.
Die Abmessungen des Ablaufausgangs 91 in der Draufsicht
entsprechen denen der Ablauföffnung 66 in
der Anlaufscheibe 6 (2 und 3).
Von zwei ebenfalls einander gegenüberliegenden Abschnitten des
Umfangs der Vertiefung 81, die gegenüber den Ablaufabschnitten 82 in
etwa um jeweils 90 Grad versetzt angeordnet sind, verlaufen zwei
gebogene Schäumstege 84 im
wesentlichen radial nach innen. Sie lassen einen zentralen Bereich
der Vertiefung 81 frei.
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Die
Vertiefung 81 umzieht ein ringförmiger Anlageabschnitt 85,
der ähnlich
wie der Anlageabschnitt 61 der Anlaufscheibe 6 in
einen inneren ersten Dichtbereich 86, einen Auslassbereich 87 und
einen äußeren zweiten
Dichtbereich 88 unterteilt ist. Der erste Dichtbereich 86 und
der Auslassbereich 87 grenzen auf der Höhe der Ablaufrippe 83 des
Ablaufabschnitts 82 aneinander an. Auf der nicht dargestellten
Rückseite
des Schäumelements 8 greift
die Welle 9 zum Antrieb des Schäumelements 8 an.
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Die
genaue Ausbildung des Ablaufabschnitts 82 zeigt die vergrößerte Schnittdarstellung
gemäß 6.
Der Ablaufabschnitt 82 erweitert die Vertiefung 81 in
radialer Richtung bis hin zu der Ablaufrippe 83. Sie unterteilt
den Ablaufabschnitt 82 in die zwei etwa gleich großen Abschnitte,
den Ablaufeingang 90 und den Ablaufausgang 91.
In Fliehkraftrichtung bzw. in radialer Richtung nach außen schließt die Ablaufrippe 83 den
Ablaufeingang 90 und der äußere zweite Dichtbereich 88 den
Ablaufausgang 91 ab. Der Scheitel 89 der Ablaufrippe 83 ist
geringfügig niedriger
ausgebildet als das Niveau des Anlageabschnitts 85. Bei
Anlage des Schäumelements 8 an der
Anlaufscheibe 6 entsteht hier ein Spalt zwischen dem Scheitel 89 der
Ablaufrippe 83 und dem ersten Dichtungsbereich 67.
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Im
Betrieb liegen das Schäumelement 8 und die
Anlaufscheibe 6 im Bereich ihrer Anlageabschnitte 85 bzw. 61 dichtend
aneinander an. Dann bilden die Vertiefung 81 des Schäumelements 8 und
die Durchlässe 65 der
Anlaufscheibe 6 die Schäumkammer 10 gemäß 1.
Zum Schäumen
gelangt Milch über
den Anschluss 2 in die Mischkammer 4 und trifft dort
auf den heißen
Wasserdampf aus der Zuleitung 3. Bereits in der Kammer 4 vermischen
sich Milch und Dampf, die Milch wird vom Heißdampf zugleich erwärmt. Das
Gemisch aus Milch und Dampftritt durch die Durchlässe 65 in
die Schäumkammer 10 ein.
Das rotierende Schäumelement 8 verwirbelt
mit seinen Schäumstegen 84 das
Milch-Dampfgemisch und
schäumt
es auf. Durch die Fliehkraft gelangen die Schaumteile an den äußeren Rand
der Vertiefung 81 und dort auch in den Ablaufeingang 90 des
Ablaufabschnitts 82. Solange der Ablaufabschnitt 82 des
Schäumelements
nicht mit der Ablauföffnung 66 der
Anlaufscheibe zur Deckung kommt, kann der Schaum die Schäumkammer 10 nicht
verlassen. Zum Beispiel über
die Gestalt der Schäumstege 84, die
Dimensionierung des Ablaufs 82 und der Ablauföffnung 66 oder
der Ablaufrippe 83 kann die Verweildauer des Milchschaums
in der Schäumeinrichtung 1 konstruktiv
beeinflusst werden.
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Kommt
der Ablaufabschnitt 82 mit der Ablauföffnung 66 zur Deckung,
so wird der Schaum gegen die Ablaufrippe 83 und unter Druck
durch den schmalen Spalt über
den Scheitel 89 der Ablaufrippe 83 in den Ablaufausgang 91 des
Ablaufabschnitts 82 gepresst. Hat er den Scheitel 89 der
Ablaufrippe 83 passiert, so entspannt sich der Schaum im
Ablaufausgang 91 schlagartig und kann über die Ablauföffnung 66 ausfließen.
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Der
Gehäuseabschnitt 12 gemäß 1 ist abnehmbar,
sodass dann der Anschluss 2, die Kammer 4, die
Anlaufscheibe 6, das Schäumelement 8 und der
Ablauf 11 frei liegen und bequem zu reinigen sind. Dazu
sind insbesondere die Anlaufscheibe 6 und das Schäumelement 8 entnehmbar,
sodass sie von Hand oder in einer Spülmaschine gereinigt werden
können.
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Da
es sich bei der vorhergehenden, detailliert beschriebenen Milchschäumeinrichtung
um ein Ausführungsbeispiel
handelt, kann es vom Fachmann in üblicher Weise in einem weiten
Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Insbesondere können
die konkreten Ausgestaltungen der Schäumelemente 84 und
des Ablaufs 82 in anderer Form als in der hier beschriebenen
folgen. Ebenso können
zum Beispiel der Anschluss 2, die Zuleitung 3 und
der Ablauf 11 in einer anderen Form ausgestaltet werden,
wenn dies aus Platz- oder designerischen Gründen notwendig ist. Weiterhin
schließt
die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht aus, dass die betreffenden Merkmale
auch mehrfach vorhanden sein können.
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- 1
- Milchschäumeinrichtung
- 2
- Milchanschluss
- 3
- Dampfzuleitung
- 4
- Mischkammer
- 5
- erste
Stirnseite
- 6
- Anlaufscheibe
- 7
- zweite
Stirnseite
- 8
- Schäumelement
- 9
- Welle
- 10
- Schäumkammer
- 11
- Ablauf
- 12
- Gehäuseabschnitt
- 61
- Anlageabschnitt
- 62
- Positionierzapfen
- 63
- kreisförmiger Durchbruch
- 64
- Steg
- 65
- halbkreisförmige Durchlässe
- 66
- schlitzförmige Ablauföffnung
- 67
- erster
Dichtungsbereich
- 68
- Auslassbereich
- 69
- zweiter
Dichtungsbereich
- 81
- topfförmige Vertiefung
- 82
- segmentförmige Ablaufabschnitte
- 83
- Ablaufrippe
- 84
- Schäumstege
- 85
- Anlageabschnitt
- 86
- erster
Dichtbereich
- 87
- Auslassbereich
- 88
- zweiter
Dichtbereich
- 89
- Scheitel
der Ablaufrippe 83
- 90
- Ablaufeingang
- 91
- Ablaufausgang