DE102012103861A1

DE102012103861A1 - Getränkezubereitungsmaschine sowie Verfahren zum Ermitteln des Füllvolumens eines unterhalb des Auslaufes einer Getränkezubereitungsmaschine positionierten Trinkgefäßes

Info

Publication number: DE102012103861A1
Application number: DE201210103861
Authority: DE
Inventors: Jens Martin Nehring
Original assignee: WIK Far East Ltd
Current assignee: WIK Far East Ltd
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-11-07

Abstract

Bei einer Getränkezubereitungsmaschine 1 mit einem Auslauf 3, 3' zum Ausgeben eines bereiteten Getränks oder von Bestandteilen desselben, falls diese nacheinander ausgegeben werden, und mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Kenngröße eines zum Zwecke des Auffangens des Getränks unterhalb des Auslaufes 3, 3' positionierten Trinkgefäßes 6, ist vorgesehen, dass die Trinkgefäßerfassungseinrichtung über einen die Ausbereitungseigenschaften von Licht nutzenden, an eine Steuer- und Auswerteeinheit angeschlossenen Abstandsensor 12 umfassend einen optischen Flächensensor 16 als Empfängereinheit 14 und eine von dem Flächensensor 16 beabstandet angeordnete Beleuchtungseinheit als Sendeeinheit 13 verfügt, wobei die Sendeeinheit 13 und die Empfängereinheit 14 dergestalt zueinander angeordnet sind, damit von der Sendeeinheit 13 emittiertes Licht als Reflektion sowohl an dem oberen Rand eines unterhalb des Auslaufes 3, 3' positionierten Trinkgefäßes als auch an der Oberseite seines Bodens empfangbar ist. Beschrieben ist des Weiteren ein Verfahren zum Ermitteln des Füllvolumens eines unterhalb des Auslaufes einer Getränkezubereitungsmaschine zum Auffangen eines Getränkes oder von Bestandteilen desselben, falls diese nacheinander ausgegeben werden, positionierten Trinkgefäßes.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Getränkezubereitungsmaschine mit einem Auslauf zum Ausgeben eines bereiteten Getränks oder von Bestandteilen desselben, falls diese nacheinander ausgegeben werden, und mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Kenngröße eines zum Zwecke des Auffangens des Getränks unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes. Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zum Ermitteln des Füllvolumens eines unterhalb des Auslaufes einer Getränkezubereitungsmaschine positionierten Trinkgefäßes.
Bei Getränkezubereitungsmaschinen handelt es sich beispielsweise um als so genannte Vollautomaten ausgeführte Kaffeemaschinen. Mit diesen wird portionsweise Kaffee frisch bereitet. Dieses umfasst in vielen Fällen auch ein Mahlen der für die Kaffeebereitung benötigten Kaffeebohnenmenge. Ausgegeben werden mit derartigen Kaffeevollautomaten auch Kaffee Milch Mischgetränke, wie beispielsweise Cappuccino oder Latte Macchiato. Herkömmliche Kaffeevollautomaten verfügen über eine Vorwahlmöglichkeit zum Einstellen der verwendeten Tassengröße. Zu wählen ist typischerweise zwischen drei Größen: klein, mittel, groß. Durch diese Vorwahl wird das Volumen des ausgegeben Getränkes bestimmt. Dieses gilt auch für Mischgetränke, beispielsweise Kaffee-Milch-Mischgetränke, bei denen unabhängig von der Wahl der Tassengröße das Mischungsverhältnis der Bestandteile Milch und Kaffee unverändert bleibt.
Neben Getränkezubereitungsmaschinen, wie vorbeschrieben, die über eine manuelle Vorwahl bezüglich der mit dem Getränk zu befüllenden Tasse verfügen, sind auch solche Maschinen bekannt geworden, die über eine Einrichtung zum Erfassen insbesondere der Höhe des Trinkgefäßes aufweisen. In DE 10 2004 050 365 A1 wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, eine Getränkezubereitungsmaschine mit einem Füllstandssensor und mit einer Tassenhöhenerkennungseinrichtung auszurüsten. Aus der erfassten Höhe wird im Abgleich mit gespeicherten Referenzdaten auf das Volumen des unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes geschlossen. Anhand des auf diese Weise abgeschätzten Trinkgefäßvolumens wird das Getränk bereitet. Bekannt ist auch die Tassenhöhenerfassung zu nutzen, um einen höhenverstellbaren Auslauf hinsichtlich seines Abstandes von dem oberen Rand des Trinkgefäßes zu positionieren. Auf diese Weise sollen über das Trinkgefäß hinausgehende Spritzer bei einer Getränkeausgabe vermieden werden. Beschrieben ist eine solche Getränkezubereitungsmaschine beispielsweise in DE 10 2008 029 835 A1 .
Den vorbekannten Getränkezubereitungsmaschinen ist gemein, dass diese über mehrere und zumeist unterschiedliche Sensoren verfügen müssen, um die gewünschten Kenndaten zu ermitteln. Überdies kann bei den vorbekannten Getränkezubereitungsmaschinen zwar die Tassenhöhe und gegebenenfalls der aktuelle Füllstand ermittelt werden. Zudem offenbart DE 10 2004 050 365 A1 , dass, wenn die Getränkezubereitungsmaschine zusätzlich mit einer Wiegeeinrichtung zum Erfassen des Gewichtes des unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes ausgerüstet ist, das Gewicht als Kenngröße in die Auswertung und damit in die Abschätzung des Trinkgefäßvolumens einfließen kann. Gleichwohl erlaubt auch dieses keine hinreichende Bestimmung des tatsächlichen Füllvolumens eines unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes. Dieses wäre allerdings wünschenswert, wenn bei einer Verwendung hinsichtlich ihres Füllvolumens unterschiedlicher Trinkgefäße die auszugebenden Getränke unabhängig vom Füllvolumen mit gleich bleibender Qualität ausgeben werden sollen.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Getränkezubereitungsmaschine sowie ein eingangs genanntes Verfahren dergestalt auszubilden, dass die Erfassung des Füllvolumens einer unterhalb des Auslaufes einer Getränkezubereitungsmaschine positionierten Trinkgefäßes bereits vor der tatsächlichen Bereitung des Getränks und dessen Ausgabe zuverlässig möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Getränkezubereitungsmaschine, bei der die Trinkgefäßerfassungseinrichtung über einen die Ausbereitungseigenschaften von Licht nutzenden, an eine Steuer- und Auswerteeinheit angeschlossenen Abstandssensor umfassend einen optischen Flächensensor als Empfängereinheit und eine von dem Flächensensor beabstandet angeordnete Beleuchtungseinheit als Sendeeinheit verfügt, wobei die Sendeeinheit und die Empfängereinheit dergestalt zueinander angeordnet sind, damit von der Sendeeinheit emittiertes Licht als Reflektion sowohl an dem oberen Rand eines unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes als auch an der Oberseite seines Bodens empfangbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe ferner durch ein Verfahren zum Ermitteln des Füllvolumens eines unterhalb des Auslaufes einer Getränkezubereitungsmaschine zum Auffangen eines Getränkes positionierten Trinkgefäßes, mit dem das Trinkgefäß befüllt werden soll, umfassend folgende Schritte:

– Bestimmen des Abstandes zwischen dem oberen Rand des Trinkgefäßes von der Oberseite seines Bodens im Wege einer die Ausbreitungseigenschaften von Licht nutzenden Abstandsmessung unter Verwendung eines Flächensensors, der zum Erfassen zumindest eines Segmentes des oberen Randes sowie der Oberfläche des Bodens des Trinkgefäßes angeordnet ist,
– Bestimmen der durch den oberen Rand des Trinkgefäßes eingeschlossenen Querschnittsfläche durch Erfassen zumindest eines Segmentes des oberen Randes des Trinkgefäßes und Bestimmen der von dem Rand eingeschlossenen Querschnittsfläche,
– Ermitteln des von dem Trinkgefäß eingeschlossenen Volumens anhand der durch die Abstandsbestimmung und die Querschnittsflächenbestimmung ermittelten Daten und
– Bestimmen des in das Trinkgefäß auszugebenden Getränkevolumens oder Bestimmen der in das Trinkgefäß auszugebenden Getränkevolumenbestandteile, falls mehrere Getränkebestandteile nacheinander ausgegeben werden.

Das besondere bei dieser Kaffeemaschine und bei diesem Verfahren ist, dass mittels einer optischen Abstandsbestimmung das von dem Trinkgefäß eingefasste Volumen ermittelt wird, und zwar vor dem Vorgang des Bereitens bzw. der Ausgabe des Getränkes oder des oder der Getränkebestandteile. Die Abstandsermittlung erfolgt unter Verwendung eines Flächensensors, ausgeführt beispielsweise als CMOS, sodass unter Hinzuziehung der Abstandsermittlung die für die Berechnung des Füllvolumens erforderlichen Kennwerte aus einem durch die Messdaten erzeugbaren dreidimensionalen Modell abgeleitet bzw. berechnet werden können. Im Unterschied zu vorbekannten Getränkezubereitungsmaschinen wird hierfür lediglich ein Sensor benötigt. Dieser verfügt über eine Beleuchtungseinheit als Sendeeinheit und über den vorbeschriebenen Flächensensor als Empfängereinheit. Die Abstandsmesseinrichtung arbeitet unter Ausnutzung der Ausbreitungseigenschaften von Licht. Mithin handelt es sich um einen optischen Abstandssensor. Erfasst werden von dem Flächensensor Reflektionen des durch die Sendeeinheit des Sensors emittierten Lichtes, und zwar an dem oberen Rand des unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes und an der Oberseite seines Bodens. Hieraus lässt sich die maximale Füllhöhe des unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes bestimmen. Somit geht in die weitere Auswertung bei dieser Ausführung die tatsächlich mögliche maximale Füllhöhe und nicht, wie bei vorbekannten Getränkezubreitungsmaschinen die Gesamttrinkgefäßhöhe ein.
Typischerweise lassen sich bei diesem Konzept diffuse Reflektionen von spiegelnden Reflektionen unterscheiden, was sich günstig auf die Auflösung von geometrischen Strukturen auswirkt.
Die Verwendung eines Flächensensors erlaubt eine zweidimensionale Aufnahme eines unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes oder, für den Fall, dass eine vollständige Erfassung des Trinkgefäßes nicht möglich ist, nur eines Ausschnittes bzw. eines Segmentes desselben. Der Sensor selbst ist typischerweise oberhalb des Trinkgefäßes positioniert. Die zweidimensionale Aufnahme ist aufgrund der vorgenommenen Abstandsmessung über die Lichtlaufzeit in Bezug auf ihren Abstand von dem Sensor abstandskodiert. Somit kann bei einer solchen Ausgestaltung die Abstandsinformation, d. h.: insbesondere der Verlauf des oberen Randes des Trinkgefäßes durch eine kürzere Laufzeit, den das emittierte Licht von der Sendeeinheit zum Flächensensor benötigt hat anders, beispielsweise anders farbkodiert, dargestellt werden, als eine Reflektion mit einer länge ren Laufzeit, etwa wenn dieses von anderen Teilen des Trinkgefäßes, beispielsweise der Oberseite des Bodens des Trinkgefäßes zum Flächensensor hin reflektiert wird. Somit kann auf diese Weise der Verlauf des oberen Randes des Trinkgefäßes hinreichend genau erfasst werden.
Da der obere Rand eines Trinkgefäßes regelmäßig eine Ringstruktur ausbildet und da Trinkgefäße in aller Regel eine gleichförmige Umfangsgeometrie ihres oberen Randes aufweisen, ist es zur Ermittlung der von dem oberen Rand eingeschlossenen Querschnittsfläche ausreichend, wenn von dem oberen Rand lediglich ein Segment erfasst wird. Bei Tassen mit einem kreisrunden oberen Rand braucht daher das von dem Flächensensor erfasste Segment nur so groß zu sein, dass sich daraus der Krümmungsradius bestimmen lässt. Aus diesem kann ohne Weiteres die von dem oberen Rand des Trinkgefäßes eingefasste Querschnittsfläche berechnet werden. Aus diesen Daten lässt sich sodann das von dem Trinkgefäß eingeschlossene Volumen berechnen. In einer ersten Ausgestaltung wird bei dieser Berechnung davon ausgegangen, dass der Rand zylindrisch ist. Bei Trinkgefäßen mit einem geneigten Rand kann mit der vorbeschriebenen Sensorik ebenfalls der Übergang von dem Boden in Rand erfasst werden. Bei einer solchen Ausgestaltung wird sodann die Geometrie dieses Überganges zur Bestimmung der Querschnittsfläche des Bodens des Trinkgefäßes mit ausgewertet und in die Volumenberechnung eingebracht. Bei einer solchen Ausgestaltung kann von einer linearen Zunahme von der kleineren Querschnittsfläche im Bereich des Bodens des Trinkgefäßes zu der größeren Querschnittsfläche im Bereich des oberen Randes ausgegangen werden. Auch ist es möglich, in eine solche Berechnung eine Korrekturgröße einzubinden, durch die ein in vertikaler Richtung gekrümmter Tassenverlauf berücksichtigt wird.
Betrieben wird die vorbeschriebenen Abstandssensorik vorzugsweise mit IR Licht, welches wiederum vorzugsweise durch IR-LEDs zur Verfügung gestellt wird. Dabei ist es zweckmäßig mehrere LEDs in einem LED-array anzuordnen, wobei diese einen unterschiedlichen Abstand zu dem Flächensensor aufweisen. Auf diese Weise kann das Auflösungsvermögen hinsichtlich der Abstandsmessung verbessert werden. Die Abstandsmessung selbst erfolgt in sehr kurzen Zeittakten mit gepulst emittierten Licht.
Es versteht sich, dass mit der beschriebenen Sensorik sowie mit dem beschriebenen Verfahren auch der Befüllungsvorgang eines unterhalb des Auslaufes positionierten Trinkgefäßes beobachtet werden kann, und zwar hinsichtlich des Nach oben Wanderns des Flüssigkeitsspiegels. Mithin ist auf diese Weise zugleich ein besonders wirksamer Füllstandssensor bereitgestellt, vor allem ohne eine zusätzlich Sensorik zu benötigen.
Bei der beschriebenen Sensorik und bei dem beschriebenen Verfahren werden die Ausbreitungseigenschaften von Licht genutzt. Zu diesen zählt auch das unterschiedliche Reflektionsverhalten an unterschiedlich strukturierten Oberflächen, an unterschiedlichen Materialien oder auch an Flüssigkeiten. Mit einer solchen Sensorik, eingesetzt im Rahmen einer Füllstandssensorik lässt sich beispielsweise unterscheiden, ob sich an der Oberfläche des Füllstandes innerhalb des Trinkgefäßes Kaffee, Milch oder Milchschaum befindet. Dieses kann zur Betriebskontrolle der Ausgabe eines Getränkes verwendet werden. Gleichermaßen hat sich gezeigt, dass Trinkgefäße aus unterschiedlichen Materialien aufgrund unterschiedlichen Reflektionsverhaltens unterschieden werden können. Die unterschiedlichen Materialien unterscheiden sich vor allem durch Unterscheidungen hinsichtlich der Anzahl von diffusen und spiegelnden Reflektionen. Insofern können Verhältnisse dieser Reflektionen zueinander typische Kenngrößen für bestimmte, unterhalb des Sensors platzierte Trinkgefäße sein. Ohne Weiteres lassen sich etwa Glasgefäße von Porzellangefäßen unterscheiden. Diese Daten können für die Getränkebereitung genutzt werden.
Durch die Auflösung zumindest eines Segmentes des Trinkgefäßes in der Fläche kann, sollte dieses gewünscht sein, ebenfalls die Dicke des Randes bestimmt werden. Die Bestimmung der Dicke des Randes kann wiederum genutzt werden, um einen Tassenvorwärmvorgang entsprechend länger oder kürzer anzusteuern. Es versteht sich, dass man einen Trinkgefäßvorwärmvorgang bei Trinkgefäßen mit einem dickeren Rand länger durchführen wird als bei Trinkgefäßen mit einem dünneren Rand. Ein solches Vorwärmen kann beispielsweise durch ein oder mehrere, auch unterschiedlich lange aus dem Auslauf ausgegebene Heißdampfstöße erfolgen.
Die Auflösung in der Fläche unterhalb des Flächensensors gestattet es zudem, dass mit diesem bei einem Doppelauslauf auch die Positionierung von zwei nebeneinander befindlichen Trinkgefäßen erfasst werden kann, wobei mit demselben Sensor und mit demselben Verfahren die für die Getränkebereitung benötigten Daten für beide Trinkgefäße ermittelt werden können. Typischerweise wird man bei Verwendung eines Doppelauslaufes unter diesen zwei gleiche Trinkgefäße positionieren.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1: Eine schematisierte Frontansicht einer als Kaffeemaschine ausgeführten Heißgetränkezubereitungsmaschine,
2: eine schematisierte Teilquerschnittdarstellung der Kaffeemaschine der 1,
3: eine Draufsicht auf den Sensor einer Trinkerfassungseinrichtung und
4: eine Draufsicht auf die auf dem Tropfblech der Kaffeemaschine der 1 und 2 befindlichen Tassen.
Eine als Kaffeemaschine 1 konzipierte Heißgetränkezubereitungsmaschine ist als sogenannter Vollautomat ausgebildet. Dieser verfügt über einen Bohnenbehälter 2, ein Mahlwerk zum portionsweisen Mahlen von in dem Bohnenbehälter 2 enthaltenen Kaffeebohnen, eine Brüheinheit nebst Peripherieeinrichtungen sowie einen an den Ausgang der Brüheinheit angeschlossenen Getränkeauslauf, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Ausläufe 3, 3′ umfasst. Die Ausläufe 3, 3' sind als Doppelausläufe konzipiert, wobei aus dem einen Auslauf eines Doppelauslaufes Kaffee und aus dem anderen Dampf und/oder Milch ausgegeben werden kann. Unterhalb des Getränkeauslaufes befindet sich eine Tropfwanne 4, die oberseitig durch ein als Trinkgefäßstellfläche dienendes Tropfblech 5 verschlossen ist. Die Oberseite des Tropfbleches 5 dient somit zum Abstellen einer oder mehrerer Tassen für eine Getränkeausgabe. In 1 ist unter jedem Auslass 3, 3′ jeweils eine Tasse 6 zur Aufnahme eines zubereitenden Kaffeegetränks abgestellt. Die Stellfläche ist in 1 mit dem Bezugszeichen 7 markiert.
Über ein Bedienfeld 8 kann die Kaffeemaschine 1 hinsichtlich des zuzubereitenden Getränks angesteuert werden, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über entsprechende Tasten des Bedienfeldes 8 unter anderem die Zubereitung des gewünschten Kaffeegetränks eingestellt werden kann.
Maschinenseitig befindet sich, wie vor allem aus 2 ersichtlich, hinter den Ausläufen 3, 3′ ein Tresterbehälter 9, dessen Frontseite 10 in 1 erkennbar ist. Bei dem Tresterbehälter 9 handelt es sich um einen nach Art einer Schublade konzipierten Behälter, der aus dem Gehäuse der Kaffeemaschine 1 herausziehbar und umgekehrt in dieses einschiebbar ist. Der Tresterbehälter 9 dient zum Auffangen der aus der Brüheinheit 11 ausgestossenen, ausgelaugten Filterkuchen.
Die Kaffeemaschine 1 verfügt des Weiteren über eine Trinkgefäßerfassungseinrichtung. Diese ist, wie aus 1 und 2 erkennbar, und befindet sich oberhalb des Tropfbleches 5 und ebenfalls oberhalb und versetzt zu der Auslaufanordnung. Die Trinkgefäßerfassungseinrichtung umfasst einen die Ausbreitungseigenschaften von Licht nutzenden Sensor 12 mit einem Flächensensor 16 als Empfängereinheit und einer diesem vorgeschalteten Linse und einer aus einem IR-LED-Array gebildeten Beleuchtungseinheit als Sendeeinheit. Der Sensor 12 der Trinkgefäßerfassungseinrichtung ist in einer Draufsicht in 3 schematisiert gezeigt. Die Sendeeinheit ist darin mit dem Bezugszeichen 13 und die Empfangseinheit mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Die Sendeeinheit 13 des dargestellten Ausführungsbeispieles besteht aus mehreren nach Art eines Rasters angeordneten einzelnen IR-LEDs 15. Die Sendeeinheit 13 ist mit Abstand zu der Empfängereinheit 14 angeordnet. Diese umfasst den bereits vorerwähnten Flächensensor 15 und eine diesem vorgeschaltete Optik, typischerweise nach Art einer Einzellinse ausgeführt. Die Blickrichtung des Flächensensors 12 mit seiner Optik ist nach unten in Richtung zum Tropfblech 5 und darauf abgestellte Trinkgefäße gerichtet. In die gleiche Richtung ist die Abstrahlrichtung der LEDs 15 vorgesehen.
In nicht näher dargestellter Art und Weise ist der Sensor 12 mit seiner Sendeeinheit 13 und mit seiner Empfängereinheit 14 an eine Steuer- und Auswerteeinheit als weiterer Bestandteil der Trinkgefäßerfassungseinrichtung angeschlossen. Die Steuer- und Auswerteeinheit steuert den Betrieb des Sensors 12. Zudem werden die ermittelten Ergebnisse von dieser der Getränkebereitung zugeordneten Steuerung zur Verfügung gestellt.
Die einzelnen LEDs 15 des Sensors 12 sind einzeln gepulst ansteuerbar. Ebenso sind die Pixel des Flächensensors 14 einzeln auslesbar. Die Senseeinheit 13 und die Empfängereinheit 14 sind auf einer gemeinsamen Platine 17 angeordnet. Die Platine 17 befindet sich in einem Gehäuse 18, welches unterseitig durch eine Spritzschutzscheibe 19 verschlossen ist (siehe 2). Skizziert ist in 3 der Blickwinkel und damit der Erfassungsbereich 20 des Sensors 12 eingezeichnet. Der Erfassungsbereich 20 des Sensors 12 ist ausgelegt, einen Ausschnitt (ein Segment) eines unterhalb der Ausläufe 3, 3' positionierten Trinkgefäßes 6 zu erfassen. Befindet sich unter einem Auslauf 3 oder 3' nur ein Trinkgefäß, wird dementsprechend von dem Sensor 12 nur ein Segment eines Trinkgefäßes erfasst. Der von dem Sensor 12 erfasste Bereich ist in 4 mit dem Bezugszeichen 20 als Draufsicht auf die auf dem Tropfblech 5 befindlichen Trinkgefäße 6 erkennbar.
Die Trinkerfassungseinrichtung ist, wie die vorstehend Beschreibung bereits verdeutlicht, optisch arbeitend ausgelegt und wird zum Zwecke einer Abstandsbestimmung betrieben. Aufgenommen von dem Flächensensor 16 Lichtreflektionen, und zwar von den IR-LEDs 15 emittierten Licht. Zu diesem Zweck können die LEDs 15 insgesamt oder einzeln angesteuert Licht emittieren. Beim einzelnen Ansteuern der LEDs zum emittieren von Licht, wobei eine solche Beleuchtung gepulst mit sehr kurzen Pulszeiten durchgeführt wird, können unterschiedliche Laufzeiten, und zwar abhängig von dem Abstand der jeweiligen LED 15 von dem Flächensensor 16 durch Empfangen von Reflektionen an ein und derselben Oberfläche besonders gut aufgelöst dargestellt werden. Wie auch aus dem in 4 dargestellten Erfassungsbereich 20 des Sensors 12 deutlich wird, kann von jedem unterhalb eines Auslaufes 3 bzw. 3' positionierten Trinkgefäß 6 nur ein Ausschnitt erfasst werden. Aufgrund der durchgeführten Abstandsmessung ist der obere Rand 21 eines Trinkgefäßes 6 gegenüber dem Abstand des Bodens 22 des Trinkgefäßes 6 sehr deutlich ermittelbar und darstellbar. Mithin zeichnet sich der obere Rand 21 anhand einer prägnanten abstandskodierten Kontur von den bezüglich ihres Abstandes zu dem Sensor 12 weiter entfernt liegenden Teilen der Tasse 6 beispielsweise ihrem Boden 22 und auch gegenüber dem Tropfblech 5 deutlich ab. Durch Auswerten des Verlaufes des oberen Randes 21 ist sein Krümmungsradius ermittelbar. Aus diesem lässt sich die von dem oberen Rand 21 des Trinkgefäßes 6 eingeschlossene Querschnittsfläche ermitteln. Gleichermaßen ist mit der vorbeschriebenen Abstandssensorik der Abstand des oberen Randes 21 des Trinkgefäßes 6 von seinem Boden 22 ermittelbar, mithin die innere Füllhöhe des Trinkgefäßes 6 ermittelbar. Daraus kann das maximale Füllvolumen des Trinkgefäßes 6 berechnet werden. Das Interessante und vor allem Besondere an diesem Verfahren ist, dass eine Volumenbestimmung des Trinkgefäßes 6 mit einem einzigen Sensor und vor allem möglich ist, wenn nur, wie vorbeschrieben, ein Abschnitt bzw. Segment des Trinkgefäßes 6 erfassbar ist. Dieses Segment umfasst einen Abschnitt des oberen Randes sowie des Bodens des Trinkgefäßes.
Ist das von dem Trinkgefäß 6 eingefasste Volumen ermittelt, wird dieser Wert an die Steuereinheit zum Steuern der Getränkebereitung übermittelt, die wiederum in Abhängigkeit von dem ermittelten Volumen die Menge des oder der Getränkebestandteile bereitet. Dabei versteht es sich, dass die zu bereitende Getränkemenge naturgemäß unterhalb des ermittelten Getränkgefäßvolumens liegt, um ein Überlaufen zu vermeiden.
Mit der beschriebenen Abstandssensorik kann auch der Füllvorgang des Trinkgefäßes 6 überwacht werden, und zwar dadurch dass der Abstand der Füllstandshöhe gegenüber dem oberen Rand sich sukzessive bei einer Getränkeausgabe verringert. Somit kann mittels des Sensors 12 ebenfalls eine Füllstandskontrolle vorgenommen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 12 ortsfest gegenüber dem höhenverstellbar angeordneten Auslaufmodul mit den darin enthaltenen Ausläufen 3, 3' vorgesehen. Da die Trinkgefäßerfassung vorgenommen wird, nachdem ein Getränkewunsche eingegeben, jedoch bevor die Getränkebereitung selbst erfolgt und ein bereitetes Getränk ausgegeben wird, kann der ermittelte Abstand des oberen Randes des Trinkgefäßes von dem Sensor 12 auch zum Höheneinrichten des Auslaufmoduls verwendet werden. Bei einer solchen Ausgestaltung ist das Auslaufmodul servo motorisch verstellbar und wird in Abhängigkeit von der erfassten Höhe des Trinkgefäßrandes so eingestellt, dass die Ausläufe 3, 3' hinsichtlich ihrer Höhe im Bereich des oberen Randes des Trinkgefäßes positioniert werden. Da typischerweise unmittelbar nach Eingabe eines Getränkewunsches zunächst eine Vorerwärmung des Heizblockes erfolgt, wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel diese Vorwärmzeit genutzt, um das vorbeschriebene Verfahren durchzuführen.
Gemäß einer anderen, in den Figuren nicht dargestellten Ausgestaltung befindet sich der Sensor der Trinkgefäßerfassungseinrichtung an oder auch innerhalb des Auslaufmoduls und ist, für den Fall, dass dieses verstellbar ist, ebenfalls mit diesem hinsichtlich seiner Höhe verstellbar. Da das Tropfblech regelmäßig ortsfest verbleibt, kann an diesem die Abstandssensorik kalibriert werden.
Ebenfalls ist es möglich, den Sensor 12 innerhalb des Gehäuses einer solchen Getränkezubereitungsmaschine anzuordnen. Zum Umlenken des Strahlenganges, damit der obere Rand und der Boden zumindest eines Segmentes eines unterhalb eines Auslaufes positionierten Trinkgefäßes erfasst werden kann, werden sodann ein oder mehrere Spiegel oder Prismen eingesetzt, um mit Blickrichtung von oben den oberen Rand und den Boden eines Trinkgefäßes zumindest segmentweise erfassen zu können.
Möglich ist es auch, den Sensor anstelle in einer ortfesten Anordnung am Auslauf der Kaffeemaschine oder innerhalb oder an der Außenseite derselben an einem verstellbaren Halter anzuordnen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine nach Art eines Schwanenhalses gearbeiteten Halter handeln. Der Sensor kann dann in besonderem Maße an bestimmte Umstände und insbesondere hinsichtlich seiner Positionierung angepasst werden. Die Funktionalität des Sensors als Abstandssensor benötigt selbst bei einer solchen Ausgestaltung grundsätzlich keine geräteseitigen Referenzabstände oder -größen.
Die vorstehende Beschreibung verdeutlicht, dass mit einer solchen Getränkezubereitungsmaschine bzw. mit einem solchen Verfahren ebenfalls das Vorhandensein eines unterhalb eines Auslaufes positionierten Trinkgefäßes vorab geprüft werden kann.
Der Einsatz eines Flächensensors für die vorbeschriebene Abstandsermittlung gestattet es, dass bestimmte Pixel oder Pixelgruppen von einer nachgeschalteten Auswertung zum Ermitteln des Füllvolumens eines Trinkgefäßes nicht verwendet werden. Ausblenden von einer weiteren Auswertung wird man typischerweise diejenigen Pixel oder Pixelgruppen, auf denen auf der Spritzschutzscheibe befindliche Verunreinigungen abgebildet werden. Diese lassen sich durch ihre Unschärfe gut erkennen. Mithin ist es bei einer solchen Getränkezubereitungsmaschine möglich, eine bestimmungsgemäße Füllvolumenerfassung eines unter dem Auslauf positionierten Trinkgefäßes auch dann durchzuführen, wenn auf der Spritzschutzscheibe Verunreinigungen vorhanden sind. Mithin ist es bei einer solchen Getränkezubereitungsmaschine nicht erforderlich, in kurzen Abständen die Spritzschutzscheibe reinigen zu müssen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Inhalt der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche Ausgestaltungen, die Erfindung verwirklichen zu können, in welche Ausgestaltungen ebenfalls zum Offenbarungsgehalt dieser Ausführungen zählen, ohne dass diese jedoch explizit wiedergegeben werden müssten.
Bezugszeichenliste

1: Kaffeemaschine
2: Bohnenbehälter
3, 3': Auslauf
4: Tropfwanne
5: Tropfblech
6: Tasse
7: Stellfläche
8: Bedienfeld
9: Tresterbehälter
10: Frontseite
11: Brüheinheit
12: Sensor
13: Sendeeinheit
14: Empfängereinheit
15: IR-LED
16: Flächensensor
17: Platine
18: Gehäuse
19: Spritzerscheibe
20: Erfassungsbereich
21: Oberer Rand der Tasse
22: Boden der Tasse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004050365 A1 [0003, 0004]
DE 102008029835 A1 [0003]

Claims

Getränkezubereitungsmaschine mit einem Auslauf (3, 3') zum Ausgeben eines bereiteten Getränks oder von Bestandteilen desselben, falls diese nacheinander ausgegeben werden, und mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Kenngröße eines zum Zwecke des Auffangens des Getränks unterhalb des Auslaufes (3, 3') positionierten Trinkgefäßes (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Trinkgefäßerfassungseinrichtung über einen die Ausbereitungseigenschaften von Licht nutzenden, an eine Steuer- und Auswerteeinheit angeschlossenen Abstandsensor (12), umfassend einen optischen Flächensensor (16) als Empfängereinheit (14) und eine von dem Flächensensor (16) beabstandet angeordnete Beleuchtungseinheit als Sendeeinheit (13), verfügt, wobei die Sendeeinheit (13) und die Empfängereinheit (14) dergestalt zueinander angeordnet sind, damit von der Sendeeinheit (13) emittiertes Licht als Reflektion sowohl an dem oberen Rand (21) eines unterhalb des Auslaufes (3, 3') positionierten Trinkgefäßes (6) als auch an der Oberseite seines Bodens (22) empfangbar ist.
Getränkezubereitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächensensor (16) ausgelegt und ange ordnet ist, damit dieser nur ein Segment eines bestimmungsgemäß unterhalb des Auslaufes (3, 3') positionierten Trinkgefäßes (6) erfasst.
Getränkezubereitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit aus mehreren Einzellichtquellen (15) besteht, von denen zumindest einige mit unterschiedlichem Abstand gegenüber anderen zu dem Flächensensor (16) angeordnet sind.
Getränkezubereitungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen (15) nach Art eines Rasters zueinander angeordnet in einem Beleuchtungsfeld mit Abstand zu dem Flächensensor (12) zusammengefasst sind.
Getränkezubereitungsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen als LEDs, insbesondere IR-LEDs (15) ausgeführt sind.
Getränkezubereitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (13) und die Empfängereinheit (14) eine gemeinsame Baueinheit bilden.
Getränkezubereitungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die aus Sendeeinheit (13) und Empfängereinheit (14) gebildete Baueinheit außenseitig bezüglich des Auslaufes (3, 3') der Getränkezubereitungsmaschine (1) befindet.
Getränkezubreitungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit gegenüber dem höhenverstellbar ausgelegten Auslauf (3, 3') ortsfest ist.
Getränkezubereitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Flächensensor (16) aus Blickrichtung des Trinkgefäßes (6) hinter einer Spritzschutzscheibe (19) angeordnet ist.
Verfahren zum Ermitteln des Füllvolumens eines unterhalb des Auslaufes (3, 3') einer Getränkezubereitungsmaschine (1) zum Auffangen eines Getränkes oder von Bestandteilen desselben, falls diese nacheinander ausgegeben werden, positionierten Trinkgefäßes (6), mit dem das Trinkgefäß (6) befüllt werden soll, umfassend folgende Schritte: – Bestimmen des Abstandes zwischen dem oberen Rand (21) des Trinkgefäßes von der Oberseite seines Bodens (22) im Wege einer die Ausbreitungseigenschaften von Licht nutzenden Abstandsmessung unter Verwendung eines Flächensensors (16), der zum Erfassen zumindest eines Segmentes des oberen Randes (21) sowie der Oberfläche des Bodens (22) des Trinkgefäßes (6) angeordnet ist, – Bestimmen der durch den oberen Rand des Trinkgefäßes (6) eingeschlossenen Querschnittsfläche durch Erfassen zumindest eines Segmentes des oberen Randes (21) des Trinkgefäßes (6) und Bestimmen der von dem Rand (21) eingeschlossenen Querschnittsfläche, – Ermitteln des von dem Trinkgefäß (6) eingeschlossenen Volumens anhand der durch die Abstandsbestimmung und die Querschnittsflächenbestimmung ermittelten Daten und – Bestimmen des in das Trinkgefäß (6) auszugebenden Getränkevolumens oder Bestimmen der in das Trinkgefäß (6) auszugebenden Getränkevolumenbestandteile, falls mehrere Getränkebestandteile nacheinander ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Segmentes des oberen Randes (21) des Trinkgefäßes (6) mittels des für die Abstandsmessung verwendeten Flächensensors (16) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Flächensensor (16) abzubildende Trinkgefäßausschnitt mit gepulstem Licht, insbesondere gepulstem IR-Licht beleuchtet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Flächensensor (16) abzubildende Trinkgefäßausschnitt mit gepulstem Licht mit unterschiedlichem Abstand zum Flächensensor (16) angeordneten Lichtquellen beleuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass solche Pixel des Flächensensors (16) nicht in die Auswertung einbezogen werden, auf denen Verschmutzungen abgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Rahmen des Betriebs einer Getränkezubereitungsmaschine (1) zum Ausgeben eines Getränkes durchgeführt wird.