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Die
Erfindung betrifft einen Heißgetränkeautomaten,
mit einem Füllstandssensor
zur Erfassung eines Füllstandes
an Restwasser in einer entnehmbaren Restwasserschale.
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Ein
Heißgetränkeautomat,
insbesondere ein Kaffeevollautomat, wird für die Zubereitung von Kaffee
aus Wasser und extrahierbarem Material, das gemahlene Kaffeebohnen
umfasst, verwendet. Unter einem Auslasselement zum Ablassen von
frisch gebrühtem
Kaffee befindet sich eine Restwasserschale, auch unter der Bezeichnung
Tropf-, Auffangoder Abwasserschale bekannt, die nach einem Kaffeebezug nachlaufenden
Kaffeetropfen aufzunehmen vermag. Zudem wird Abwasser, das nach
einem, insbesondere die Brühkammer
reinigenden Spülvorgang
anfällt, in
die Restwasserschale eingebracht. Gegebenenfalls wird weiterhin
Wasser, das bei der Drainage der Brühkammer oder eines Durchlauferhitzers
oder Thermoblocks anfällt
in diese Schale abgelassen.
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Ein
erster Teilbereich einer einstückig
ausgebildeten Restwasserschale gemäß dem Stand der Technik reicht
horizontal über
die Frontseite des Heißgetränkeautomaten
hinaus und ist mit einem Deckel zum Abdecken versehen. Der Deckel
dient als Träger
für eine
Kaffeetasse und umfasst Löcher, um
die Aufnahme von Kaffeetropfen in die Restwasserschale zu gewährleisten.
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Ein
weiterer Teilbereich der einstückig
ausgebildeten Restwasserschale ist bis in den Innerraum eines Heißgetränkeautomaten
einschiebbar. Von diesem Teilbereich wird in der Regel Spül- und Drainagenwasser
aufgenommen. Die Teilbereiche sind miteinander verbunden. Die Restwasserschale ist
entnehmbar ausgebildet.
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Die
Restwasserschale muss nach einer bestimmten Anzahl von Kaffeebezügen vom
Benutzer entleert werden um nicht überzulaufen.
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Der
Füllstand
wird dem Benutzer beispielsweise über eine Schwimmerfahne, die
mit steigendem Füllstand
immer weiter aus einer Öffnung
in dem Deckel herausragt angezeigt (visuelle Anzeige).
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Die
DE 103 30 734 A1 offenbart
eine Restwasserschale an der zur Füllstandsmessung ein erstes
und ein zweites elektrisches Kontaktmittel angeordnet sind, die
voneinander elektrisch isoliert sind und mit einer in dem Gehäuse angeordneten
Steuereinrichtung, die eine Auswerteschaltung und einen Speicher
aufweist, verbunden sind, und mittels der der elektrische Leitwert
eines zwischen den elektrischen Kontaktmittel befindlichen Mediums
messbar ist (elektrische Anzeige).
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Weitere
im Stand der Technik bekannte Füllstandsmeßmethoden,
wie beispielsweise Schwimmermagnete oder kapazitive Sensoren sind
für die Restwasserfüllstandsmessung,
aufgrund der geringen Wasserstandsänderungen von 0,1 bis 10 mm und/oder
der im Restwasser schwimmenden Kaffeepartikel ungeeignet.
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Die
visuelle Anzeige mittels einer einfachen Schwimmerfahne hat den
Nachteil, dass sie nicht an die elektrische Steuereinrichtung des
Heißgetränkeautomaten
anschließbar
ist. Damit entfällt
die Möglichkeit
weitere Kaffeebezüge
mittels der elektrischen Steuereinrichtung zu unterbinden, um ein Überlaufen der
Restwasserschale zu verhindern. Der Benutzer muss selbst entscheiden,
wann er die Schalen leert.
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Zudem
ergibt sich bei Schwimmern die Gefahr, dass sie bei Gebrauch hängen bleiben
und daher nicht mehr den aktuellen Füllstand anzeigen. Bei hygienisch
kritischen Anwendungen ist es zusätzlich erforderlich, dass der
Schwimmer aus einem unbedenklichen Material hergestellt ist. Bei
einem nur der visuellen Beobachtung zugänglichen Schwimmer fehlt die
Möglichkeit
einer automatischen Überwachung
des Füllstandes.
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Die
elektrische Anzeige mittels zweier Elektroden hat den Nachteil,
dass häufig
fehlerhafte Messergebnisse an die Steuereinrichtung übermittelt werden.
Insbesondere die Bildung von Flüssigkeitsfilmen
oder von Schäumen
und das Absetzen von im Restwasser aufschwimmenden Kaffeepartikeln
im Bereich der Elektroden sind dafür verantwortlich.
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Nachteilig
ist auch, dass die entnehmbare, mit Elektroden versehene Restwasserschale
für eine einfache,
benutzerfreundliche Reinigung in einer handelsüblichen Geschirrspülmaschine
nicht geeignet ist. Vielmehr müssen
die Elektroden regelmäßig von
Hand gereinigt werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher einen Heißgetränkeautomaten mit einem an die
Umgebung Rest- oder Schmutzwasser angepassten, mit einer elektronischen
Steuereinrichtung des Heißgetränkeautomaten
verbunden Füllstandssensor
zur Erfassung eines Füllstandes
an Restwasser bereitzustellen. Zudem sollte eine einfache Reinigung
und Handhabung gewährleistet
sein.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe von einem Heißgetränkeautomaten,
insbesondere einem Kaffeevollautomaten mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die
mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen neben der Möglichkeit
bereits kleinste Füllstandsänderungen
in der Restwasserschale auch bei verschmutztem Restwasser sicher
zu detektieren, insbesondere darin, dass der erfindungsgemäße Füllstandssensor
keine freiliegenden Elektroden benötigt. Lediglich ein, vorzugsweise
aus Kunststoff gefertigtes Schaltelement, das von einem Schwimmer und
einem Aufbau gebildet ist, steht in unmittelbarem Kontakt mit dem
verschmutzten, zum Teil mit Kaffeepartikeln versetzten Restwasser.
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Das
Schaltelement ist über
eine Führungseinrichtung
lösbar
am Boden der Restwasserschale befestigt. Die Führungseinrichtung selbst ist
vorzugsweise ebenfalls lösbar
am Boden der Schale befestigt. Dies ermöglicht eine einfache, gegebenenfalls getrennt
voneinander ausführbare
Reinigung der einzelnen Teile. Erfindungsgemäß sind Schale, Schaltelement
und Führungseinrichtung
spülmaschinenfest.
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Ein
weiteres wesentliches Element des erfindungsgemäßen Füllstandssensors ist neben dem Schaltelement
eine Lichtschranke, die als Einweg- oder Reflexionslichtschranke
ausgebildet sein kann, und eine elektronische Steuereinrichtung.
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Das
Schaltelement ist beispielsweise über ein Drehbalkenlager ortsgebunden
oder einen Führungskäfig ortsungebunden
am Schalenboden der Restwasserschale rotatorisch bzw. translatorisch
bewegbar befestigt. Die lösbaren
Verbindungen zwischen Schalenboden, Führungseinrichtung und Schaltelement
sind beispielsweise als Rast- oder Steckverbindungen ausgeführt.
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Die
Lichtschranke ist an Gehäuseteilen
im Innenraum des Heißgetränkeautomaten
angebracht. Der Empfänger
der Lichtschranke registriert, entsprechend der im folgenden beschriebenen
Ausführungsformen,
abhängig
vom Füllstand
der Restwasserschale, entweder ein Signal oder aber kein Signal, und
wandelt das Messergebnis (Signal ja/nein) in einen Schaltvorgang
um, der zur Steuereinrichtung weitergeleitet wird. Mittels Auswertschaltung,
Speicher und Display oder akustischer Einrichtung wird dem Nutzer
des Heißgetränkeautomaten
mitgeteilt, dass die Restwasserschale einen bestimmten Füllstand
erreicht hat und entleert werden muss.
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Der,
bevorzugt flächig
ausgebildete Aufbau des Schaltelements, der sich immer oberhalb
der Restwasseroberfläche
befindet, unterbricht in einer leeren Restwasserschale den Strahlengang
einer Lichtschranke. Auch wenn sich während des Betriebes des Heißgetränkeautomaten
die Restwasserschale stetig mit Restwasser füllt und der Aufbau, getrieben
durch den Schwimmer, seine Position verändert, bleibt der Strahlengang
unterbrochen.
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Sobald
jedoch die Auftriebskraft auf den Schwimmer eine bestimmte Größe erreicht,
beispielsweise so groß ist,
dass der Schwimmer frei aufzuschwimmen vermag, wird der Aufbau des
Schaltelements derart ausgerichtet, dass der Lichtstrahl einen Durchbruch
oder eine Aussparung in der Fläche des
Aufbaus durchtritt, und somit nicht länger unterbrochen wird.
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Der
Empfänger
der Lichtschranke registriert ein Signal, und wandelt dies in einen
Schaltvorgang um, der zur elektronischen Steuereinrichtung weitergeleitet
wird. Mittels Auswertschaltung, Speicher und Display oder akustischer
Einrichtung wird dem Nutzer des Heißgetränkeautomaten mitgeteilt, dass
die Restwasserschale einen bestimmten Füllstand erreicht hat und entleert
werden muss.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Aufbau des Schaltelements invers zu der zuvor beschriebenen
Ausführungsform
ausgebildet, dergestalt, dass der sich oberhalb der Restwasseroberfläche befindende
Aufbau den Lichtstrahl solange nicht unterbricht solange die Restwasserschale
einen bestimmten Füllstand
noch nicht erreicht hat.
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Der,
bevorzugt flächig
ausgebildete Aufbau des Schaltelements, der sich immer oberhalb
der Restwasseroberfläche
befindet, weist zumindest einen Durchbruch oder eine Aussparung
auf, durch den bzw. durch die der Lichtstrahl hindurch tritt. Auch wenn
sich während
des Betriebes des Heißgetränkeautomaten
die Restwasserschale stetig mit Restwasser füllt und der Aufbau, getrieben
durch den Schwimmer, seine Position verändert, wird der Lichtstrahl
durch den Aufbau nicht unterbrochen, dadurch dass der Strahl durch
den Durchbruch oder die Aussparung hindurch tritt.
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Sobald
jedoch die Auftriebskraft auf den Schwimmer eine bestimmte Größe erreicht,
beispielsweise so groß ist,
dass der Schwimmer frei aufzuschwimmen vermag, wird der Aufbau derart
ausgerichtet, dass der Strahl auf einen Flächenabschnitt des Aufbaus trifft.
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Der
Empfänger
der Lichtschranke registriert kein Signal mehr, und wandelt das
Fehlen eines Signals in einen Schaltvorgang um, der zur elektronischen
Steuereinrichtung weitergeleitet wird.
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Die
Lichtschranke mit einem optischen/elektronischen System, d. h. mit
einem Sender, beispielsweise einer LED und einem Sensor, beispielsweise einer
Photozelle, ist als Einweglichtschranke ausgebildet. Die Lichtquelle
und die Photozelle sind in voneinander getrennten Gehäuseteilen
im Innenraum des Heißgetränkeautomaten
untergebracht. Vorzugsweise verläuft
der Strahlengang parallel zur Frontfläche des Heißgetränkeautomaten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Heißgetränkeautomaten
ist die Lichtschranke als Reflexionslichtschranke ausgebildet. Lichtquelle
und Empfänger
sind beispielsweise an einer Innenfläche des Innenraums zur Aufnahme der
Restwasserschale angebracht. Der Lichtstrahl verläuft parallel
oder rechtwinklig zur Frontfläche
des Heißgetränkeautomaten.
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Der,
bevorzugt flächig
ausgebildete Aufbau des Schaltelements, der sich immer oberhalb
der Restwasseroberfläche
befindet, reflektiert den Lichtstrahl der Lichtquelle. Der Empfänger registriert
ein Signal. Auch wenn sich während
des Betriebes des Heißgetränkeautomaten
die Restwasserschale stetig mit Restwasser füllt und der Aufbau, getrieben
durch den Schwimmer, seine Position verändert, wird der Lichtstrahl
weiterhin von einem Flächenabschnitt
des Aufbaus reflektiert.
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Sobald
jedoch die Auftriebskraft auf den Schwimmer eine bestimmte Größe erreicht,
beispielsweise so groß ist,
dass der Schwimmer frei aufzuschwimmen vermag, wird der Aufbau derart
ausgerichtet, dass der Lichtstrahl einen Durchbruch oder eine Aussparung
in der Fläche
des Aufbaus durchtritt, und somit nicht länger reflektiert wird.
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Der
Empfänger
der Lichtschranke registriert kein Signal mehr, und wandelt das
Fehlen eines Signals in einen Schaltvorgang um, der zur Steuereinrichtung
weitergeleitet wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Aufbau des Schaltelements invers zu der zuvor beschriebenen
Ausführungsform
ausgebildet, dergestalt, dass der sich oberhalb der Restwasseroberfläche befindende
Aufbau den Lichtstrahl solange nicht reflektiert, solange die Restwasserschale
einen bestimmten Füllstand
noch nicht erreicht hat.
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Der,
bevorzugt flächig
ausgebildete Aufbau des Schaltelements, der sich immer oberhalb
der Restwasseroberfläche
befindet, weist zumindest einen Durchbruch oder eine Aussparung
auf, durch den bzw. durch die der Lichtstrahl hindurch tritt. Auch wenn
sich während
des Betriebes des Heißgetränkeautomaten
die Restwasserschale stetig mit Restwasser füllt und der Aufbau, getrieben
durch den Schwimmer, seine Position verändert, wird der Lichtstrahl
nicht reflektiert.
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Sobald
jedoch die Auftriebskraft auf den Schwimmer des Schaltelements eine
bestimmte Größe erreicht,
beispielsweise so groß ist,
dass der Schwimmer frei aufzuschwimmen vermag, wird der Aufbau derart
ausgerichtet, dass der Lichtstrahl von einen Flächenabschnitt des Aufbaus reflektiert
wird.
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Der
Empfänger
der Lichtschranke registriert ein Signal, und wandelt dies in einen
Schaltvorgang um, der zur Steuereinrichtung weitergeleitet wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Heißgetränkeautomaten
mit einem Füllstandssensor
weist der, bevorzugt flächig ausgebildete
Aufbau des Schaltelements, der sich immer oberhalb der Restwasseroberfläche befindet, zumindest
einen Durchbruch oder eine Aussparung und zumindest zwei Langlöcher auf.
Die Langlöcher sind
vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich
vertikal im wesentlichen über
die gesamte Höhe
des Aufbaus. Die Langlöcher
dienen der sensorischen Erfassung einer Schalenentnahme mittels
einer Einweglichtschranke oder einer Reflexionslichtschranke.
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Verläuft der
Lichtstrahl einer Einweg- oder einer Reflexionslichtschranke parallel
zur Frontfläche des
Heißgetränkeautomaten
registriert der Sensor bei einer Schalenentnahme durch die translatorische,
im rechten Winkel zum Lichtstrahl ausgeführte Bewegung des Aufbaus,
der sich immer oberhalb der Restwasseroberfläche befindet, ein typisches
Signalmuster, beispielsweise ein Ein-, Aus-, Ein-, Aus-Muster.
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Das
Signalmuster wird in einen Schaltvorgang umgewandelt, der zur elektronischen
Steuereinrichtung weitergeleitet wird. Mittels Auswertschaltung,
Speicher und Display oder akustischer Einrichtung wird dem Nutzer
des Heißgetränkeautomaten mitgeteilt,
dass die Restwasserschale entnommen wurde. Wird die Restwasserschale
anschließend wieder
in den Innerraum eines Heißgetränkeautomaten
eingeschoben, registriert der Sensor ein inverses Signalmuster,
das entsprechend verarbeitet wird.
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Die
elektronische Steuereinrichtung des Heißgetränkeautomaten ist in einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
derart programmiert, dass kein weiteres Heißgetränk mehr bezogen werden kann,
wenn "Restwasserschale
voll" oder "Restwasserschale
entnommen" detektiert
wurde. In vorteilhafter Weise werden hierdurch Schäden durch
ein Überlaufen
der Restwasserschale am Heißgetränkeautomaten
und/oder Einrichtungsgegenständen vermieden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen 1, 2 und 3 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Füllstandssensors
zur Erfassung des Füllstandes
an Restwasser in der Restwasserschale eines Heißgetränkeautomaten. In allen drei
Figuren bezeichnet die Figuren a eine Restwasserschale mit geringem
Wasserstand ("Schale
leer") und die Figuren
b eine Restwasserschale mit hohem Wasserstand ("Schale voll"). Der Heißgetränkeautomat und die entnehmbare
Restwasserschale sind der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt.
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1a zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Füllstandssensors
umfassend ein Schaltelement 1, das einen Schwimmer 2 und
einen Aufbau 3 aufweist, einen Sender 4 und einen
Empfänger 5 einer
Lichtschranke. Der Aufbau 3 weist einen Durchbruch 6 und
drei Langlöcher 7 auf.
Die Langlöcher 7 sind
parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich vertikal, im
wesentlichen über
die gesamte Höhe
des Aufbaus 3. Sie dienen der sensorischen Erfassung einer
Schalenentnahme mittels der Lichtschranke.
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Der
Sender 4 und der Empfänger 5 der
Lichtschranke sind an gegenüberliegenden
Gehäuseteilen
im Innenraum des Heißgetränkeautomaten
(nicht gezeigt) angebracht. Das Schaltelement 1 ist über ein
Drehbalkenlager mit Wippfunktion 8 lösbar am Schalenboden der Restwasserschale
befestigt und rotatorisch bewegbar gelagert. Solange die Restwasserschale
einen bestimmten Füllstand 9 noch
nicht erreicht, wird der Strahlengang durch den Aufbau 3 (Durchgangssperre 10)
unterbrochen. Der Empfänger 5 registriert
kein Signal.
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Wie
in 1b dargestellt, registriert der Empfänger 5 der
Lichtschranke ein Signal sobald die Auftriebskraft auf den Schwimmer 2 so
groß ist,
dass dieser aufzuschwimmen vermag. Der Aufbau 3 des Schaltelements 1 wird
dabei derart ausgerichtet, dass der Lichtstrahl die Aussparung 6 in
der Fläche des
Aufbaus 3 durchtritt. Das Signal wird in einen Schaltvorgang
umgewandelt und zur elektronischen Steuereinrichtung weitergeleitet.
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2a zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Füllstandssensor
umfassend ein Schaltelement 1, das einen Schwimmer 2 und
einen Aufbau 3 aufweist, und eine Reflexionslichtschranke 11.
Der Aufbau 3 weist eine Aussparung 6 und drei
Langlöcher 7 auf.
Die Langlöcher 7 sind
parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich vertikal im wesentlichen über die
gesamte Höhe des
Aufbaus 3. Sie dienen der sensorischen Erfassung einer
Schalenentnahme mittels der Reflexionslichtschranke 11.
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Die
Lichtschranke ist an Gehäuseteilen
im Innenraum des Heißgetränkeautomaten
(nicht gezeigt) angebracht. Das Schaltelement 1 ist über ein Drehbalkenlager
mit Wippfunktion 8 lösbar
am Schalenboden der Restwasserschale befestigt und rotatorisch bewegbar
gelagert.
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Solange
die Restwasserschale einen bestimmten Füllstand 9 noch nicht
erreicht, wird der Lichtstrahl nicht durch einen Flächenabschnitt
des Aufbaus 3 unterbrochen. Der Empfänger der Reflexionslichtschranke 11 empfängt kein
Signal.
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Wie
in 2b gezeigt, registriert der Empfänger der
Reflexionslichtschranke 11 ein Signal sobald die Auftriebskraft
auf den Schwimmer 2 so groß ist, dass dieser aufzuschwimmen
vermag. Der Aufbau 3 des Schaltelements 1 wird
dabei derart ausgerichtet, dass der Lichtstrahl von einem Flächenabschnitt
des Aufbaus 3 (Reflexionsfläche 10) reflektiert wird.
Das Signal wird in einen Schaltvorgang umgewandelt und zur elektronischen
Steuereinrichtung weitergeleitet.
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3a zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Füllstandssensor
umfassend ein Schaltelement 1, das einen Schwimmer 2 und
einen Aufbau 3 aufweist, und eine Reflexionslichtschranke 11.
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Der
Aufbau weist eine Aussparung 6 und drei Langlöcher 7 auf.
Die Langlöcher 7 sind
parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich vertikal, im wesentlichen über die
gesamte Höhe
des Aufbaus 3. Sie dienen der sensorischen Erfassung einer
Schalenentnahme mittels der Lichtschranke. Die Reflexionslichtschranke 11 ist
an Gehäuseteilen
im Innenraum des Heißgetränkeautomaten
(nicht gezeigt) angebracht. Das Schaltelement 1 ist über einen
Führungskäfig 12 lösbar am
Schalenboden der Restwasserschale befestigt und translatorisch bewegbar
gelagert.
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Solange
die Restwasserschale einen bestimmten Füllstand 9 noch nicht
erreicht, reflektiert ein Flächenabschnitt
des Aufbaus 3 (Reflexionsfläche 10) den Lichtstrahl,
so dass der Empfänger
stets ein Signal registriert.
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Wie
in 3b gezeigt, registriert der Empfänger der
Reflexionslichtschranke 11 kein Signal mehr sobald die
Auftriebskraft auf den Schwimmer 2 so groß ist, dass
der Schwimmer aufzuschwimmen vermag. Der Aufbau 3 des Schaltelements 1 wird
dabei derart ausgerichtet, dass der Lichtstrahl durch die Aussparung 6 in
der Fläche
des Aufbaus 3 hindurch tritt. Das Fehlen des Signals wird
in einen Schaltvorgang umgewandelt und zur elektronischen Steuereinrichtung
weitergeleitet.
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Alle
erfindungswesentlichen Merkmale, jedoch insbesondere die Verwendung
einer Einweg- oder einer Reflexionslichtschranke in Verbindung mit der
Ausführungsform
des Aufbaus (invers, Durchbruch oder Aussparung) lassen sich beliebig
kombinieren, ohne aus der erfindungsgemäßen Lehre herauszuführen.
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- 1
- Schaltelement
- 2
- Schwimmer
- 3
- Aufbau
- 4
- Sender
- 5
- Empfänger
- 6
- Durchbruch/Aussparung
- 7
- Langlöcher
- 8
- Drehbalkenlager
- 9
- Füllstand
in der Restwasserschale
- 10
- Durchgangssperre
für den
Lichtstrahl/Reflektionsfläche
- 11
- Reflexionslichtschranke
- 12
- Führungskäfig