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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung von Getränken in Isolierbehältern.
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Der Genuss von Kaffeegetränken hat in den letzten Jahren eine Wandlung erlebt. Durch einfach zu bedienende und preislich für Haushalte und Büros erschwingliche Vollautomaten geht der Konsument dazu über, Einzelportionen zu bereiten und direkt zu konsumieren. Das übliche Aufbrühen von Filterkaffee und Vorrätighalten in einer Warmhaltekanne ist demgegenüber in den Hintergrund getreten. In Hotels, beim Catering und anderen Situationen, wo eine Vielzahl von Gästen gleichzeitig versorgt werden muss, ist die Bereitung von Einzelportionen im Vollautomaten aus Zeitgründen jedoch nicht möglich. Hier muss nach wie vor aufgebrühter Kaffee in Warmhaltekannen gelagert werden. Wegen der gestiegenen Ansprüche der Konsumenten muss darauf geachtet werden, stets einen von Temperatur und Aroma annehmbaren Kaffee anbieten zu können.
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Bei den bisher verwendeten Isolierkannen gibt es für das Bedienungspersonal keine Möglichkeit, von außen zu erkennen, wie lange ein Kaffeegetränk bereits im Warmhaltebehälter lagert und ob es noch genießbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Einrichtung zur Überwachung des Zustands, insbesondere Aromas, des in der Kanne aufbewahrten Getränks zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß einer ersten Ausführungsform durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder gemäß einer zweiten Ausführungsform durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
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Bei beiden Ausführungsformen werden mehrere Messwerte einzeln über der Zeit überwacht, dass heißt, es erfolgen nur in bestimmten Perioden oder auch kontinuierlich Messungen der realen Uhrzeit zur Ermittlung der ab dem Einfüllen des Getränks gemessenen Verweilzeit, oder es wird nach Art einer Stoppuhr ein Zeitwert laufend fortgeschrieben.
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Zugleich wird bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens ein Bereich in dem mindestens dreidimensionalen Kennfeld als Ausschlussbereich gekennzeichnet. Sobald entweder wenigstens einer der aufgenommenen Messwerte ein Ausschlusskriterium erreicht hat oder aber das Werte-Tripel in den Ausschlussbereich des Kennfeldes gelangt, erfolgt eine entsprechende Signalisierung am Isolierbehälter bzw. die Fernübertragung eines entsprechenden Aromaqualitätssignals an eine entfernte Empfängerstation, so dass dem Kunden oder dem Personal angezeigt wird, dass kein Getränk mit spezifiziertem Aroma mehr vorhanden ist.
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Die drei Messwerte sind:
- – die Verweilzeit,
- – das Volumen (Füllmenge) und
- – die Temperatur
des Getränks im Behälter.
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Hierzu werden beispielsweise folgende Ausschlusskriterien definiert:
- – Erstes Mindest-Füllvolumen: Fällt das Flüssigkeitsvolumen unter einen ersten Minimalwert, dann überwiegt das Luftvolumen innerhalb des Flüssigkeitsbehälters derart, dass von einer Zersetzung der Aroma bildenden Stoffe im Kaffeegetränk durch zu große Sauerstoffmengen auszugehen ist.
- – Zweites Mindest-Füllvolumen: Wird ein zweiter Minimalwert des Füllvolumens unterschritten, so gilt der Behälter als leer, und es erfolgt sofort die Abgabe eines Signals, durch welches signalisiert wird, dass kein zum Verzehr geeignetes Getränk mehr in dem Behälter vorhanden ist.
- – Mindesttemperatur: Bei der Temperatur wird ebenfalls mindestens ein unterer Grenzwert definiert. Wird dieser unterschritten, gilt das Getänk, z. B. der Kaffee, als ungenießbar, da unterkühlt. Weitere Grenzwerte können oberhalb dieser Minimaltemperatur definiert werden
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Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird einer der benutzten Werte, insbesondere die Zeit, oder ein virtueller Qualitätsindex als Referenzwert verwendet, aus dem einen Aussage über den Zustand des Getränks abgeleitet werden kann. Änderungen bei den anderen Messwerten, insbesondere das Erreichen der Grenzwerte, wird dann auf den Referenzwert abgebildet. Dabei kommen sowohl sprunghafte Änderungen in Frage, wie auch eine Änderung der Skalierung. Es gibt also bei dem Referenzwert eine Art Punktekonto, von dem mit Zeitablauf stets ein wenig abgezogen wird, und von dem es deutliche Abbuchungen gibt, wenn z. B. der Deckel geöffnet wird oder eine größere Getränkemenge entnommen wird. Sinkt der Wert auf dem Konto unter ein Minimum, so wird ein Signal abgegeben. Dieser Referenzwert kann eben ein virtueller Qualitätsindex sein, es kann aber auch einfach die Rest-Verweilzeit dafür herangezogen werden.
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Der Vorteil der Verwendung der Zeit als Referenzwert und der Abbildung der anderen Größen darauf besteht darin, dass zunächst die Verweilzeit ausgehend von einem Maximalwert einfach nach Art eines Countdowns abläuft.
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Die Verweilzeit wird ab dem Befüllen des Isolierbehälters gemessen. Sie wird von vorn herein auf eine maximale, Verweilzeit begrenzt und zwar auf einen Erfahrungswert, bei dessen Erreichen davon auszugehen ist, dass die Aroma bildenden Substanzen verändert sind, selbst wenn die Flüssigkeitstemperatur noch nicht unter den zulässigen Grenzwert abgesunken ist. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn der Isolierbehälter in der Sonne steht sodass die Wärmeabgabe vom Behälterinneren an die Umgebung stark reduziert ist.
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Zwischenzeitliche Minderungen der Zeit aufgrund von Änderungen bei den anderen Werten sind einfach zu berechnen. Durch die Anzeige nur einer charakteristischen Größe, der Verweilzeit, erhält der Benutzer eine klare Information über den Inhalt des Behälters.
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Beispielsweise wird eine maximale Verweilzeit von 60 Minuten festgelegt. Wird Kaffee entnommen, so wird schon aufgrund des Öffnens der Kanne und des Nachströmens von Sauerstoff die Restverweilzeit um einen fest gelegten Wert, z. B. um 20%, reduziert. Eine weitere Reduktion erfolgt proportional zur entnommenen Flüssigkeitsmenge.
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Die zulässige Restverweilzeit wird bei Unterschreiten eines untersten Grenzwertes für den Füllstand abrupt auf Null gesetzt, was zur Abgabe eines Signals führt.
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Gleiches gilt für die Temperatur: auch hier führt das Erreichen bestimmter Temperatur-Schwellwerte dazu, dass die zulässige Restverweilzeit reduziert wird.
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Wird eines der o. g. Kriterien bei Füllvolumen oder Temperatur erreicht, durch welches nur noch eine geringe Restlaufzeit verbleiben darf, dann wird der Zeitwert herabgesetzt. Möglich ist auch, einen Multiplikator einzuführen, so dass die real gemessene Zeitdauer um einen künstlichen Faktor erhöht schneller abläuft.
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Durch die Rückführung eines eigentlich mehrdimensionalen. Messfelds auf eine einzelne Größe wird das Verfahren nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung auch für den Benutzer einfacher parametrierbar. So kann er mittels einer Programmiereinrichtung z. B. folgende Werte selbst festlegen:
- – Maximale Verweilzeit im Ausgangszustand;
- – Unterste Grenzwerte für Temperatur und Füllstand;
- – Relativer oder absoluter Wert für Verweilzeitminderung beim Erreichen der Grenzwerte.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann bei dem Verfahren der Erfindung ein vierter Messwert aufgenommen werden, beispielsweise der pH-Wert. Es wird ein vierdimensionales Kennfeld aufgenommen bzw. Änderungen des pH-Wertes werden auf die Restverweilzeit abgebildet. Bei der Zersetzung der Aroma bildenden Stoffe im Kaffee bilden sich Säuren. Durch die Messung des pH-Werts kann daher ein Ausschlusskriterium definiert werden. Erreicht der pH-Wert einen bestimmten Grenzwert, dann gilt der Kaffee als übersäuert, und es soll signalisiert werden, dass kein genießbares Getränk mehr vorhanden ist. Wiederum ist es möglich, eine Zwischenstufe einzufügen, bei dessen Erreichen die verbleibende Restverweilzeit reduziert wird.
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Die Messung des Füllvolumens erfolgt über an sich bekannte Verfahren. Da der im Kennfeld definierte Ausschlussbereich lediglich auf empirischen Ermittlungen definiert ist und es keine zuverlässigen mathematischen Zusammenhänge zwischen den aufgenommenen Größen und der Beziehung zum Zustand des Getränks gibt, kann es genügen, wenn das Füllvolumen in einigen Stufen angegeben ist, beispielsweise in vier Stufen zwischen den Zuständen „ganz voll” und „ganz leer” angegeben wird.
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Vorzugsweise wird der Füllstand tassengenau angezeigt, wobei ein Normvolumen pro Tasse hinterlegt sein muss.
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Die Füllstandsmessung kann über Kontakte mit Goldelektroden erfolgen, die in verschiedenen Ebenen der Glaswand des Isolierbehälters eingelassen sind. Möglich ist auch, die Kontakte in einem Peilstab anzuordnen, der von der Unterseite des Deckels in den Behälter ragt. In einen Peilstab integriert werden können auch Temperatursensoren.
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Bei der Integration eines pH-Sensors kann über diesen eine zusätzliche Funktion vorgesehen sein durch welche die Art des eingefüllten Getränks erkannt wird und dementsprechend das Kennfeld ausgerichtet bzw. die Signalisierungsfunktionen programmiert werden.
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Durch eine zusätzliche Messung der optischen Trübung kann zwischen Getränken wie Kaffee, Tee und Heißwasser unterschieden werden. Im Falle von eingefülltem Heißwasser wird somit ein Signal nur dann abgegeben, wenn der Behälter entweder leer ist oder die Temperatur unter ein Minimum gesunken ist. Zwischenschritte und Neuberechnungen der Verweilzeit können hier entfallen, da hier keine Aroma bildenden Substanzen vorhanden sind.
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Bei Tee ist der Einfluss des in der Luftmenge im Behälter vorhandenen Sauerstoffs deutlich geringer auf die Aromaqualität. Deshalb können im Falle der Verwendung des Behälters mit Tee längere Verweilzeiten vorgegeben werden, bzw. die bei bestimmten Grenzpunkten vorgesehene Verkürzung der Restverweilzeit kann weniger einschneidend ausfallen als bei Kaffee.
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Die Zeitmessungen und der Start des erfindungsgemäßen Verfahrens werden insbesondere über Kontakte aktiviert, welche mit dem Deckel verbunden sind oder über Sensoren.
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Beispielsweise kann ein Peltier-Element vorgesehen sein. Bei einem starken Temperaturanstieg, wie er beim Einfüllen einer großen Menge von heißem oder kaltem Getränk zu beobachten ist, liegt hieran eine große messbare Spannung an. Dieser Spannungssprung kann als Kriterium für das Befüllen und den Start des erfindungsgemäßen Messverfahrens verwertet werden.
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Ist das erfindungsgemäße Verfahren dahin gehend abgeschlossen worden, dass das Signal „kein genießbares Getränk mehr im Behälter” bzw. „Restverweilzeit = 0” abgegeben wurde, oder wenn der Deckel vom Behälter abgenommen ist, kann ein Schlafzustand der Auswertungselektronik, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren implementiert ist, vorgesehen sein, um den Stromverbrauch gering zu halten. Die Wiedereinschaltung erfolgt in der vorgenannten beschriebenen Weise über Kontakte am Deckel oder einen Spannungsstoß an einem Peltier-Element.
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Die Erfindung wird nachfragend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1 ein dreidimensionales Kennfeld und
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2 zwei Messwerte, aufgetragen über der Zeit.
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In 1 sind das Füllvolumen V(t) und die Flüssigkeitstemperatur T(t) jeweils über der Zeit t aufgetragen, die ab der Triggerung, ausgelöst beispielsweise durch den Einfüllvorgang, gemessen werden. Die Zeit t entspricht hier der realen Verweilzeit des Getränks in der Kanne ab dem Einfüllen.
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Die Spitze kennzeichnet den Zeitpunkt des Einfüllens: Verweilzeit, Volumen und Temperatur sind hier maximal. Wird kein Getränk entnommen, so gilt die hinterste, sich von links nach rechts erstreckende Linie als Abkühlkurve. Bei geringerem Volumen, gilt eine der vorderen Kurven, denn je geringer das eingefüllte Volumen ist, desto schnelle erfolgt die Abkühlung und desto schneller werden die Aromastoffe oxidiert.
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Die strichpunktierte eingerahmte Fläche kennzeichnet eine beliebig definierte Grenzfläche. Gerät wenigstens einer der Werte in den Ausschlussbereich darunter, so wird von einer Auswerteinheit ein Signal abgegeben, dass kein genussfähiges Getränke mehr vorhanden ist. Die Grenzfläche ist hier als Ebene dargestellt; sie kann aber durch beliebige Wertepaare aufgespannt sein.
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2 zeigt eine zweidimensionale Grafik. Der obere Graph zeigt das auf einen Prozentwert normierte Füllvolumen V(t) über der Zeit. Die Stufen kennzeichnen eine Flüssigkeitsentnahme. Dadurch bedingt tritt auch eine abrupte Abkühlung ein, die an dem darunter dargestellten normierten Temperaturverlauf T(t) erkennbar ist.
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Aufgrund des Öffnens des Isolierbehälters zur Entnahme einer Getränkemenge und des damit verbundenen Sauerstoffzutritts einschließlich der Abkühlung verkürzt sich die Restverweilzeit tRest des Getränks im Behälter.
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Die Restverweilzeit tRest ist durch die gestrichelte Linie dargestellt und mindert sich zunächst mit dem Ablauf der Realzeit t kontinuierlich. An den Zeitpunkten t1, t2 der Flüssigkeitsentnahme wird die Verweilzeit künstlich vermindert, was in 2 durch die Stufen im Verlauf erkennbar ist.
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Die strichpunktierte horizontale Linie kennzeichnet eine Mindesttemperatur als untersten Grenzwert der Temperatur. Im dargestellten Beispiel wird die Mindesttemperatur zum Zeitpunkt t3 unterschritten, noch bevor die Restverweilzeit abgelaufen ist. Damit wird signalisiert, dass kein verzehrfähiges Getränk mehr in dem Behälter vorhanden ist.
