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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zubereiten von
Heißgetränken in einer Heißgetränkemaschine,
bei welchem in einem ersten Schritt eine bestimmte Wassermenge aus
einem Wassertank in eine Heizeinrichtung gepumpt wird. In einem
zweiten Schritt wird diese Wassermenge in der Heizeinrichtung erhitzt.
In einem dritten Schritt wird die erhitzte Wassermenge aus der Heizeinrichtung
in eine Brühkammer und gleichzeitig eine weitere Wassermenge
aus dem Wassertank in die Heizeinrichtung gepumpt. In einem vierten
Schritt wird eine in der Brühkammer befindliche Brühsubstanz
zu einem Heißgetränk aufgebrüht. Die
Schritte müssen dabei nicht zwingend in voneinander getrennten
Intervallen ablaufen, sondern können auch einander zeitlich überlagernd
oder gleichzeitig stattfinden. Die Schritte sind also im Wesentlichen
als Definition jeweils eines Verfahrensbestandteils zu verstehen. Während
eines Zubereitungsvorgangs können die Schritte auch mehrmals
ausgeführt werden. Bei der Heißgetränkemaschine
kann es sich zum Beispiel um eine Pad-Kaffeemaschine handeln.
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Aus
der
US 6,405,637 B1 ist
eine Filterkaffeemaschine bekannt, die prinzipiell nach dem oben dargestellten
Verfahren arbeitet. Ein Ventil am Filterausgang, das nur bei untergestellter
Kaffeekanne geöffnet ist, verhindert ein Nachtropfen von
Kaffee aus dem benutzten Filter.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heißgetränkemaschine
derart weiterzubilden, dass ein Nachlaufen am Getränkeauslauf
am Ende eines Brühvorgangs auch ohne Ventil vermieden wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs
1, wonach bei einer gattungsgemäßen Heißgetränkemaschine
die Leistung der Pumpe und/oder die Leistung der Heizeinrichtung
am Ende des Zubereitungsvorgangs eines Getränks gezielt
derart gesteuert wird, dass die zuletzt in die Heizeinrichtung gepumpte
Wassermenge nahezu vollständig in Dampf umgewandelt wird.
Zum Abschluss des Zubereitungsvorgangs wird also gezielt die letzte
Wassermenge möglichst vollständig in Dampf umgewandelt.
Das Verfahren lässt sich vorzugsweise mit Durchlauferhitzern
durchführen, die in der Regel mit einer hohen Oberflächentemperatur von über
100° Celsius betrieben werden. Fördert nämlich
die Pumpe kein kaltes Wasser nach und kühlt damit die erhitzte
Oberfläche nicht ab, verdampft das letzte Wasser in der
Heizeinrichtung. Die mit der Dampfbildung einhergehende Expansion drückt
dann zumindest mit einem Teil des entstandenen Dampfs sämtliche
Flüssigkeiten wie Wasser und/oder Reste des Heißgetränks
aus allen der Heizeinrichtung nachgeschalteten fluidführenden
Komponenten der Heißgetränkemaschine hinaus. Dadurch
kann nach Abschluss der Zubereitung kein Getränk oder Wasser
am Getränkeauslauf nachlaufen oder -tropfen.
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Während
des gesamten Zubereitungsvorgangs ist die Heizeinrichtung bevorzugt
dauerhaft eingeschaltet. Dies erspart unnötige Schaltvorgänge der
Heizeinrichtung. Die Pumpe kann entweder impulsweise in Zeitintervallen
arbeiten, also in einem Impuls-Pausenverhältnis. Demnach
folgt abwechselnd ein Betriebsintervall (Impuls), in der die Pumpe läuft,
einem Pausenintervall (Pause). Während der Pausenintervalle
erhitzt die Heizeinrichtung die in ihr befindliche Wassermenge auf
eine bestimmte Brühtemperatur. Durch eine entsprechende
Ansteuerung fördert die Pumpe das brühheiße
Wasser rechtzeitig aus der Heizeinrichtung in die Brühkammer
und gleichzeitig neues kaltes Wasser aus dem Wassertank in die Heizeinrichtung.
Denn eine Erzeugung von Dampf während des Brüh-
bzw. Zubereitungsvorgangs ist an sich nicht erwünscht.
Das beste Brühergebnis wird nämlich bei einer
Brühtemperatur des Wassers deutlich unter der Siedetemperatur
erreicht; Temperaturen oberhalb der optimalen Brüh- oder
gar Siedetemperatur können dagegen einen negativen Einfluss
auf die Geschmacksentfaltung des Heißgetränks
haben.
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Die
Pumpe kann bei eingeschalteter Heizeinrichtung alternativ auch kontinuierlich
arbeiten. Die Pumpleistung bewirkt dann eine Wassergeschwindigkeit
durch die Heizeinrichtung, die eine Erhitzung des Wassers auf die
erforderliche Temperatur ermöglicht. Die Pumpe transportiert
das Wasser anschließend kontinuierlich weiter von der Heizeinrichtung
in die Brühkammer. Der kontinuierliche Pumpenbetrieb erübrigt
unnötige Schaltvorgänge der Pumpe und erhöht
damit deren Lebensdauer. Die Heizleistung ist demzufolge abhängig
von der Ausgangstemperatur des Wassers, von der gewünschten
Brühtemperatur und vom Volumenstrom des Wassers. Zur Anpassung
der Heizleistung an Veränderungen dieser Parameter kann
ihre Leistungsabgabe entsprechend geregelt oder die Heizeinrichtung getaktet
betrieben werden.
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Am
Ende des Zubereitungsvorgangs wird die Heizeinrichtung nicht gezielt
leer gepumpt, sondern die Pumpe und die Heizeinrichtung werden im
Wesentlichen gleichzeitig abgeschaltet. In der Heizung kann folglich
eine Restmenge an Wasser verbleiben. Da die Heizeinrichtung aufgrund
ihrer hohen Betriebstemperatur jetzt noch über eine ausreichende
Restwärme verfügt, wird die letzte in der Heizeinrichtung befindliche
Wassermenge vollständig über den Siedepunkt hinaus
erhitzt. In der Heizeinrichtung entsteht daher Wasserdampf und infolge
der damit einhergehenden Volumenvergrößerung Druck,
der zu einem kurzen Dampfstoß führt. Aufgrund
des Drucks werden sämtliche Flüssigkeitsreste
aus der Heizeinrichtung selbst und aus den stromab davon angeordneten
Leitungen sowie der Brühkammer und einem Pad bzw. einer
Kapsel darin hinausgedrückt. Sofern die Maschine weitere
Komponenten, wie z. B. eine Aufschäumkammer oder einen
Auslauf aufweist, werden auch diese vollständig entleert.
Da die gesamte Wassermenge in der Heizeinrichtung verdampft und
die stromab liegenden Leitungen leerdrückt, kann nach Abschluss
der Getränkezubereitung kein Wasser mehr nachtropfen. Außerdem
wird jedes Getränk mit frisch erhitztem Wasser gebrüht. Die
Verwendung von u. U. mit Keimen belastetem Restwasser aus der Getränkemaschine
für die Getränkezubereitung kann so gut wie ausgeschlossen werden.
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Neben
der Flüssigkeitsentleerung hat die Durchleitung von Wasserdampf
auch einen reinigenden bzw. desinfizierenden Effekt. Das führt
insbesondere bei längerer Nichtbenutzung der Kaffeemaschine
zu einer verbesserten Hygiene.
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Ein
weiterer Vorteil ist der Trocknungseffekt. Der Dampf bläst
aus den Leitungen der Brühkammer und vor allem aus dem
darin befindlichen Pad bzw. der Kapsel bisher verbliebene Flüssigkeitsreste
aus. Da der Austausch des Pads bzw. der Kapsel durch einen Bediener
von Hand erfolgt, ist damit eine erhebliche Komfortverbesserung
verbunden, da bei der Entnahme des Pads bzw. der Kapsel kein Restwasser
mehr vorhanden ist und die Entnahme insbesondere eines getrockneten
Pads angenehmer als die eines nassen ist. So wird eine Verschmutzung,
wie sie z. B. beim Transport eines nassen tropfenden Pads von der
Kaffeemaschine bis in einen Müllbehälter aufträte,
weitgehend ausgeschlossen.
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Das
Verfahren kann sowohl bei Padmaschinen als auch bei Maschinen für
Getränkekapseln eingesetzt werden. Wie Pads können
die Kapseln eine feste pulverförmige Brühsubstanz
enthalten. Alternativ können sie mit einem flüssigen
Brühkonzentrat oder einem löslichen Pulver befüllt
sein. Das Heißgetränk entsteht dann durch Verdünnung
des Konzentrats bzw. der Lösung des Pulvers mit heißem
Wasser. Es wird bei der Getränkezubereitung in die Kapsel geleitet
und spült das Konzentrat oder das Pulver aus.
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Durch
den Zeitpunkt der Abschaltung der Heizung relativ zur Pumpe kann
die Intensität des Dampfstoßes gesteuert werden.
Eine Steigerung kann dadurch erzielt werden, dass die Heizung zeitverzögert
gegenüber der Pumpe abgeschaltet wird. Nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung kann die Pumpe zeitverzögert
gegenüber der Heizeinrichtung abgeschaltet werden. Dadurch
kann der Dampfstoß in seiner Wirkung gemildert werden,
so dass ausgetriebenes Wasser weniger schnell aus dem Auslauf schießt
und infolgedessen spritzt.
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Die
Intensität des Dampfstoßes kann dann außerdem
noch über die Charakteristik der Heiz- bzw. Pumpleistung
beim Abschalten beeinflusst werden. Wird beispielsweise die Heizung
sofort und die Leistung Pumpe nicht sofort vollständig,
sondern langsam zurückgefahren, so lässt sich
dadurch der Dampfstoß ebenfalls abmildern. Umgekehrt lässt
er sich steigern, wenn die Heizleistung ab dem Zeitpunkt der Abschaltung
der Pumpe kontinuierlich zurückgefahren wird. Durch beide
Steuerungen lässt sich also der Dampfstoß noch
differenzierter steuern als nur über die Zeitpunkte der
Abschaltung von Heizung und Pumpe.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann am
Ende des Brühvorgangs die Dampfdurchleitung auch dazu verwendet
werden, ein oder mehrere Siebe zu reinigen, die sich in der Flüssigkeitszuleitung
vor, nach oder in der Brühkammer befinden. Die regelmäßige
Reinigung solcher Siebe verlängert deren Standzeit und
reduziert zugleich die Anzahl der Wartungsintervalle. Insbesondere
bei Anordnung von mehreren Sieben hinter- oder übereinander
bzw. bei mehrlagigen Sieben wird dabei neben der Reinigung auch
die Entleerung von Kammern zwischen den Sieben am Ende jedes Zubereitungsvorgangs
sichergestellt.
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Der
Ablauf des erfindungsgemäßen Zubereitungsverfahrens
einer Getränkemaschine wird im Folgenden beispielhaft anhand
einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung
zeigen:
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1:
ein Blockschaltbild für einen Impuls-Pausenbetrieb der
Pumpe, und
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2:
ein Blockschaltbild für einen kontinuierlichen Betrieb
der Pumpe.
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Das
Blockschaltbild gemäß 1 zeigt fünf Verfahrenschritte
Sa), Sb), Sc), Sd) und Se) eines Arbeitsverfahrens einer Getränkemaschine.
Ein zusätzlicher Verfahrensschritt, der während
Schritt Se) ausgeführt wird, ist
als Si) bezeichnet. Da Schritt Si) nur erfolgt, wenn die Maschine auch Siebe
aufweist, ist er von einer strichlierten Linie umgeben.
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In
Schritt Sa ) wird
nach Eingabe eines Getränkewunsches von einer Steuerungseinrichtung
das Einschalten einer Pumpe veranlasst. Sie pumpt Wasser aus einem
Wassertank in eine Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung wird ebenfalls
eingeschaltet. Danach wird die Pumpe wieder ausgeschaltet, während die
Heizeinrichtung eingeschaltet bleibt.
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Während
Schritt Sb) wird das Wasser in der Heizeinrichtung
auf eine Brühtemperatur erhitzt. Die Temperatur in der
Heizeinrichtung wird dabei von der Steuerungseinrichtung mittels
eines NTC-Widerstands überwacht, der in oder an der Heizeinrichtung angeordnet
ist. Für verschiedene Getränke können unterschiedliche
Brühtemperaturen in der Steuerungseinrichtung hinterlegt
sein.
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Nach
dem Erreichen der Brühtemperatur schaltet die Steuerungseinrichtung
die Pumpe wieder ein (Schritt Sc)), wobei
die Heizeinrichtung eingeschaltet bleibt. Dadurch wird das brühheiße
Wasser aus der Heizeinrichtung in eine Brühkammer gepumpt.
Währenddessen wird die Heizeinrichtung wieder mit kaltem
Wasser aus dem Wassertank gefüllt. Sobald die Heizeinrichtung
gefüllt ist, wird die Pumpe wieder abgeschaltet.
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In
der Brühkammer hat das brühheiße Wasser
nun Zeit mit einer darin befindlichen Brühsubstanz zu reagieren.
Es erfolgt das Aufbrühen der Brühsubstanz zu einer
ersten Teilmenge Heißgetränk (Schritt Sd)), die die Brühkammer durch einen
Auslauf in einen Getränkebehälter hinein verlässt.
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Die
Schritte Sb), Sc) und
Sd) werden solange wiederholt, bis eine
in der Steuerungseinrichtung für das gewünschte
Getränk hinterlegte Wassermenge erreicht ist. Die Wiederholung
ist durch den Pfeil A symbolisiert.
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Am
Ende des Zubereitungsvorgangs, in Schritt Se), ändert
die Steuerung die Ansteuerung von Pumpe und Heizung; sie werden
beide dauerhaft abgeschaltet. Aufgrund der Restwärme in
der Heizeinrichtung und des ausbleibenden Abpumpens des erhitzten
Wassers steigt seine Temperatur in der Heizeinrichtung jetzt über
die Brühtemperatur hinaus bis zu und über den
Siedepunkt weiter an.
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In
der Heizeinrichtung entsteht dadurch Wasserdampf, wodurch sich zugleich
der Systemdruck erhöht. Dieser Effekt wird genutzt, um
noch in den Leitungen befindliches Wasser oder in der Brühkammer
befindliche Reste des Heißgetränks vollständig
durch den Auslauf hinauszudrücken. Außerdem können
dabei Siebe gereinigt werden (Schritt Si)),
die z. B. in den Leitungen oder im Bereich der Brühkammer
angeordnet sein können.
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Es
verbleiben somit keine Flüssigkeitsreste in der Maschine,
die gerade bei langen Stillstandszeiten zu Ablagerungen führen
können. Der heiße Wasserdampf reinigt und desinfiziert
die von ihm durchströmten Komponenten und trocknet sie
dabei zugleich. Das Trocknen verbessert zudem die Handhabung des
verbrauchten Brühsubstanz-Pads, das getrocknet leichter
und angenehmer entsorgt werden kann, da ein störendes Tropfen
entfällt. Außerdem verringert sich durch die Dampffunktion
am Ende des Brühvorgangs die Nachtropfzeit am Auslauf,
sofern nicht das Nachtropfen völlig entfällt.
Der mit dem Heißgetränk befüllte Behälter
kann dadurch schneller aus der Maschine entnommen werden, was den Komfort
wesentlich verbessert.
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Nach
der erneuten Auswahl eines Getränks wiederholt sich die
Abfolge des oben beschriebenen Verfahrens, symbolisiert durch Pfeil
B.
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Demgegenüber
stellt das Blockschaltbild gemäß 2 ein
Verfahren mit kontinuierlichem Pumpenbetrieb dar. Im Gegensatz zum
oben dargestellten Verfahren nach 1 pumpt jetzt
die Pumpe im Schritt Sa ) kontinuierlich
Wasser in die eingeschaltete Heizung. Die Pumpe schaltet erst wieder
ab, wenn die gesamte Wassermenge gefördert ist, die für
die Zubereitung eines gewählten Getränks erforderlich ist.
Der gepumpte Wasserstrom ist also so bemessen, dass das Wasser beim
Durchfluss durch die Heizung vollständig auf die erforderliche
Temperatur erhitzt wird. Demzufolge wird das brühheiße
Wasser zum Aufbrühen des Getränks in Schritt Sd) kontinuierlich in einen Brühkammer
gefördert, womit die Zubereitung des Getränks
in der oben beschriebenen Weise fortgesetzt wird. Auch der Aufbrühvorgang
Sd) erfolgt also nicht intervallweise oder
schwallweise wie in dem in 1 beschriebenen
Verfahren, sondern ist durch einen durchgehenden Zustrom an Wasser in
die Brühkammer charakterisiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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