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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heißgetränkezubereitungsvorrichtung.
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Es ist eine Vielzahl von Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen auf dem Markt erhältlich. Insbesondere sind Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen in Form von Kaffeevollautomaten bekannt, die üblicherweise unter anderem über zumindest ein Mahlwerk, zumindest eine Brüheinheit, einen Milchschäumer und einen Ausgabebereich mit einem Getränkeauslauf zum Befüllen von zumindest einem Trinkgefäß verfügen. Die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung weist dabei üblicherweise zumindest eine Pumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten auf.
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Nachdem sich derartige Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen immer häufiger auch in Privathaushalten finden und Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen auch vermehrt für einen Einsatz z.B. in Privathaushalten ausgelegt werden, treten neben der geforderten Qualität der zubereiteten Heißgetränke auch immer mehr andere Aspekte, wie eine einfache Bedienbarkeit, eine einfache Reinigungsmöglichkeit, das Design und im Betrieb emittierte Geräusche, als wichtige zusätzliche Beurteilungskriterien in den Vordergrund. Insbesondere ein Mahlwerk und eine einer Brüheinheit zugeordnete Pumpe werden dabei von Nutzern häufig als Komponenten wahrgenommen, die störende Geräusche emittieren. Um die Geräuschemission von Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen zu verringern, werden üblicherweise Dämmmaterialien verwendet und/oder es wird versucht, schallerzeugende Komponenten, wie insbesondere ein Mahlwerk oder eine Pumpe, durch eine spezielle Lagerung von anderen Bauteilen und einem Gehäuse der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung zu entkoppeln.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Heißgetränkezubereitungsvorrichtung bereitzustellen. Insbesondere soll eine Heißgetränkezubereitungsvorrichtung bereitgestellt werden, die im Betrieb weniger Geräuschemissionen aufweist.
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Die Aufgabe wird durch eine Heißgetränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung weist ein Gehäuse, zumindest eine in dem Gehäuse angeordnete schallerzeugende Komponente, die im Betrieb Schallwellen emittiert, zumindest einen ansteuerbaren elektroakustischen Aktor zum Emittieren von Schall und ein Steuerung auf. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, den elektroakustischen Aktor derart anzusteuern, dass Gegenschall emittiert wird, der die emittierten Schallwellen zumindest teilweise durch destruktive Interferenz auslöscht.
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Da die Steuerung den elektroakustischen Aktor zum Emittieren von Gegenschall ansteuert, können störende Schallemissionen der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung zuverlässig reduziert werden. Insbesondere können störende Schallemissionen in einer Weise reduziert werden, die die Ergebnisse der bisher erzielten Reduktion von Schallemissionen durch Schalldämmung und/oder entsprechende Lagerung übertrifft. Neben der Reduzierung von Schallemissionen durch Gegenschall können ferner zusätzlich auch herkömmliche Maßnahmen, wie Schalldämmung und eine schwingungsunterdrückende Lagerung der schallerzeugenden Komponenten vorgesehen sein. Es ist dabei z.B. insbesondere möglich, die Reduzierung von Schallemissionen durch Gegenschall gezielt für solche Frequenzen bzw. Frequenzbänder vorzunehmen, die sich mit den anderen Maßnahmen nicht in dem erwünschten Maß unterdrücken lassen. Insbesondere lassen sich mittels Gegenschall tiefere Frequenzen gut auslöschen, wohingegen sich höhere Frequenzen auch durch herkömmliche Schalldämpfung oftmals unterdrücken lassen. Der elektroakustische Aktor kann z.B. durch einen oder mehrere Lautsprecher gebildet sein.
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Die Auslöschung von störenden Schallwellen durch Gegenschall beruht auf dem Prinzip der destruktiven Interferenz, bei der Schallwellen mit entsprechenden Schallwellen gleicher Frequenz aber um 180° verschobener Phasenlage überlagert werden, sodass sich die Wellen durch Interferenz gegenseitig auslöschen. Da in der Praxis nicht einzelne Frequenzen als störender Schall emittiert werden, sondern üblicherweise ein Spektrum an störenden Schallwellen auftritt, wird der Gegenschall derart gewählt, dass dieser möglichst dasselbe Spektrum an Frequenzen aufweist, wobei jeweils eine um zumindest im Wesentlichen 180° verschobene Phasenlage vorliegt. Auch wenn in dieser Weise ggfs. nicht das gesamte Spektrum des störenden emittierten Schalls ausgelöscht werden kann, so kann jedoch zumindest eine nennenswerte Reduzierung der Schallemissionen der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung erzielt werden.
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Die Technik der Emission von Gegenschall, um störende Schallwellen auszulöschen ist grundsätzlich bekannt. Diese Technik wird u.a. häufig als aktive Lärmkompensation, Active Noise Reduction (ANR), Active Noise Cancellation (ANC) oder Antischall bezeichnet. Die
GB 2 088 951 A beschreibt z.B. wie störender Schall durch eine entsprechende Emission von Gegenschall unterdrückt werden kann. Ferner beschreibt auch z.B. die
EP 0 233 717 A2 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur aktiven Auslöschung von störendem Schall durch Gegenschall. Die technische Realisierung der Emission von Gegenschall kann bei der vorliegenden Erfindung z.B. in einer der Arten erfolgen, die in den genannten Dokumenten beschrieben sind.
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Gemäß einer Weiterbildung ist zumindest ein elektroakustischer Sensor zum Erfassen der von der zumindest einen schallerzeugenden Komponente emittierten Schallwellen vorgesehen. In diesem Fall können die tatsächlich emittierten Schallwellen zuverlässig erfasst werden, sodass diese besonders effektiv durch destruktive Interferenz kompensiert werden können. Der elektroakustische Sensor kann z.B. bevorzugt durch ein Mikrofon gebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Steuerung dazu eingerichtet, basierend auf den erfassten Schallwellen zu emittierenden Gegenschall, der geeignet ist, die erfassten Schallwellen zumindest teilweise auszulöschen, zu berechnen und den elektroakustischen Aktor zum Emittieren des berechneten Gegenschalls anzusteuern. In diesem Fall können die tatsächlich in der konkreten Situation auftretenden Schallwellen zuverlässig durch Gegenschall kompensiert werden, sodass ein hohes Maß an Schallunterdrückung erreicht werden kann. Die Steuerung kann z.B. mit einem entsprechend eingerichteten Mikroprozessor versehen sein, um den zu emittierenden Gegenschall zu berechnen.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung, die alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein kann, ist die Steuerung dazu eingerichtet, den elektroakustischen Aktor zum Emittieren von vorgegebenem, in einem Speicher hinterlegtem Gegenschall anzusteuern. In diesem Fall kann ggfs. auf einen elektroakustischen Sensor zum Erfassen der von der schallerzeugenden Komponente emittierten Schallwellen verzichtet werden. Es ist z.B. möglich, dass der in dem Speicher hinterlegte Gegenschall dem Gegenschall entspricht, der geeignet ist typische im Betrieb auftretende Schallwellen zu kompensieren bzw. auszulöschen. Zu diesem Zweck können z.B. diese typischen Schallwellen vor der Auslieferung der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung ermittelt, der entsprechende Gegenschall berechnet und als Schallkennfeld für den zu emittierenden Gegenschall in dem Speicher hinterlegt werden.
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Um eine zuverlässige Emission von hinterlegtem Gegenschall bereitzustellen, kann die Steuerung dazu eingerichtet sein, den elektroakustischen Aktor abhängig von einem Steuersignal der zumindest einen schallerzeugenden Komponente anzusteuern. Da das Steuersignal der schallerzeugenden Komponente oftmals eine feste Beziehung zu der Phasenlage der zu kompensierenden Schallwellen aufweist, kann in dieser Weise zuverlässig eine Kompensation erfolgen, selbst wenn der emittierte Schall im Betrieb der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung nicht jedes Mal mit einem elektroakustischen Sensor ermittelt wird, sondern auf hinterlegte Schallkennfelder zurückgegriffen wird. Als Alternative oder zusätzlich ist es möglich, die Steuerung derart einzurichten, dass sie den elektroakustischen Aktor abhängig von zumindest einer charakteristischen Eigenschaft einer anliegenden Leistungsversorgung ansteuert. Die charakteristische Eigenschaft der anliegenden Leistungsversorgung kann dabei insbesondere eine Phasenlage der Leistungsversorgung aufweisen, da die Phasenlage der zu kompensierenden Schallwellen häufig eine feste Phasenbeziehung zu der Phasenlage der Leistungsversorgung aufweist.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die zumindest eine schallerzeugende Komponente ein Mahlwerk zum Mahlen von Kaffeebohnen auf. Da bei einer Heißgetränkezubereitungsvorrichtung, wie insbesondere einem Kaffeevollautomaten, das Mahlwerk eine Komponente bildet, deren Geräuschemissionen von Nutzern oftmals als störend empfunden werden, kann in diesem Fall eine besonders deutliche Verbesserung der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung erzielt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die zumindest eine schallerzeugende Komponente eine Pumpe zum Pumpen von zumindest einer Flüssigkeit auf. Da neben einem Mahlwerk bei einer Heißgetränkezubereitungsvorrichtung auch insbesondere die Pumpe störende Geräuschemissionen verursacht, wird auch in diesem Fall eine deutliche Verbesserung der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung erzielt. Bevorzugt kann insbesondere vorgesehen sein, dass sowohl die Geräuschemissionen von einem Mahlwerk als auch die Geräuschemissionen von zumindest einer solchen Pumpe durch Gegenschall kompensiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die zumindest eine schallerzeugende Komponente einen Milchschäumer zum Zubereiten von Milchschaum auf. Auch die Geräusche von einem Milchschäumer werden von Nutzern häufig als störend erfunden, sodass mit deren Kompensation durch Gegenschall eine deutliche Verbesserung der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung erzielt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung ist der elektroakustische Aktor durch einen Lautsprecher gebildet, der auch zur Informationsausgabe an einen Nutzer vorgesehen ist. In diesem Fall kann die Erzeugung des Gegenschalls in einer besonders kostengünstigen Weise mit einem Bauteil erfolgen, das oftmals bereits in einer Heißgetränkezubereitungsvorrichtung vorhanden ist. Folglich ist der Aufwand für die Realisierung minimiert. Es ist z.B. jedoch aber auch möglich, einen separaten Lautsprecher für die Erzeugung des Gegenschalls bereitzustellen. Insbesondere wenn der Lautsprecher in einer Anzeigeeinheit der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung angeordnet ist, ist eine besonders kompakte Ausgestaltung ermöglicht, bei der bereits vorhandene Komponenten genutzt werden können.
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Die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung kann bevorzugt durch einen Kaffeevollautomaten gebildet sein. Insbesondere Kaffeevollautomaten finden unter anderem vermehrt in Privathaushalten eine Anwendung, bei der die Geräuschemissionen von z.B. einem Mahlwerk, einer Pumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten und/oder einem Milchschäumer von Nutzern als störend empfunden werden.
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Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Heißgetränkezubereitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 durch einen Kaffeevollautomaten gebildet. 1 ist eine schematische Darstellung der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 von oben. Die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 weist in an sich bekannter Weise zumindest eine Brüheinheit (nicht dargestellt), einen Kaffeebohnenbehälter (nicht dargestellt), ein Mahlwerk 2, eine Pumpe 3 zum Pumpen von Flüssigkeiten, einen Milchschäumer (nicht dargestellt), eine Ausgabeeinheit (nicht dargestellt) zum Ausgeben von Heißgetränken, sowie weitere üblicherweise bei einer Heißgetränkezubereitungsvorrichtung, insbesondere einem Kaffeevollautomaten, vorgesehene Komponenten auf. Die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 weist ferner eine Steuerung 4 auf, die dazu ausgebildet ist, den Betrieb der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 zu steuern. Es ist eine Bedien- und Anzeigeeinheit 5 vorgesehen, die über eine entsprechende Verbindungsleitung 6 mit der Steuerung 4 verbunden ist. Die Bedien- und Anzeigeeinheit 5 ist dazu ausgebildet, dass ein Nutzer unter anderem zu bereitende Heißgetränke auswählen kann und dem Nutzer Informationen über den Betriebszustand der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 mitgeteilt werden können. Zu diesem Zweck kann die Bedien- und Anzeigeeinheit 5 z.B. mit einer Anzeige, insbesondere einem Display, und einem oder mehreren Eingabemitteln, wie insbesondere Schaltern, Knöpfen, einem Touchscreen o.ä. versehen sein. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Bedien- und Anzeigeeinheit 5 ferner einen ansteuerbaren elektroakustischen Aktor 7 zum Emittieren von Schall auf, der bei dem konkreten Ausführungsbeispiel durch einen Lautsprecher gebildet ist, der auch dazu eingerichtet ist, einem Nutzer Informationen über den Betrieb der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 zu vermitteln, was z.B. über Töne oder Tonfolgen erfolgen kann. Obwohl bei der Ausführungsform nur ein elektroakustischer Aktor 7 vorgesehen ist, ist es z.B. auch möglich, mehrere elektroakustische Aktoren vorzusehen, die z.B. alle durch Lautsprecher gebildet sein können.
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Die beschriebenen Komponenten bzw. Bauteile der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 sind alle in bzw. an einem Gehäuse 10 angeordnet, das in 1 ebenfalls schematisch dargestellt ist. Die Bedien- und Anzeigeeinheit 5 ist an einer Frontseite 11 des Gehäuses 10 der Heißgerätezubereitungsvorrichtung 1 derart angeordnet, dass ein Nutzer auf diese zugreifen kann.
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Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 ferner einen elektroakustischer Sensor 8 zum Erfassen von Schallwellen auf, der ebenfalls über eine Verbindungsleitung 9 mit der Steuerung 4 verbunden ist. Der elektroakustische Sensor 8 kann bei der Ausführungsform insbesondere durch zumindest ein Mikrofon gebildet sein. Es ist ferner ein weiterer elektroakustischer Sensor 12 vorgesehen, der ebenfalls über eine Verbindungsleitung 13 mit der Steuerung 4 verbunden ist und z.B. ebenfalls durch ein Mikrofon gebildet sein kann. Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei elektroakustische Sensoren 8 und 12 vorgesehen sind, ist es jedoch z.B. auch möglich, nur einen oder mehr als zwei elektroakustische Sensoren vorzusehen, die jeweils mit der Steuerung 4 verbunden sind. Der elektroakustische Sensor 8 und der weitere elektroakustische Sensor 12 sind ebenfalls in dem Gehäuse 10 angeordnet, wie in 1 schematisch dargestellt ist. Wenn eine Mehrzahl von elektroakustischen Sensoren vorgesehen ist, können diese bevorzugt an verschiedenen Stellen in dem Gehäuse 10 angeordnet sein, um eine möglichst genaue Erfassung der emittierten Schallwellen zu ermöglichen.
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Die Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 weist zumindest eine schallerzeugende Komponente auf, die im Betrieb Schallwellen erzeugt, insbesondere Geräusche emittiert, die von einem Nutzer als störend empfunden werden können. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet z.B. das Mahlwerk 2 eine erste schallerzeugende Komponente und die Pumpe 3 bildet eine zweite schallerzeugende Komponente. Es können auch allerdings auch andere und/oder weitere schallerzeugende Komponenten, wie z.B. insbesondere ein Milchschäumer etc., vorgesehen sein.
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Erste Variante
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Gemäß einer ersten Variante ist die Steuerung
4 derart eingerichtet, dass sie im Betrieb der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung
1 über den elektroakustischen Sensor
8 und/oder
12 die Schallwellen erfasst, die von der ersten schallerzeugenden Komponente und der zweiten schallerzeugenden Komponente emittiert werden. Basierend auf den erfassten Schallwellen berechnet die Steuerung
4 zu emittierenden Gegenschall, der dasselbe Frequenzspektrum aufweist, bei dem die Phasenlage der enthaltenen Frequenzen aber jeweils um 180° zu der Phasenlage bei den erfassten Schallwellen verschoben ist. Die Steuerung
4 steuert den elektroakustischen Aktor
7 derart an, dass der Gegenschall emittiert wird, sodass dieser die von den schallerzeugenden Komponenten emittierten Schallwellen zumindest teilweise durch destruktive Interferenz auslöscht. Die Emission des Gegenschalls kann dabei z.B. in einer Weise erfolgen, wie es in den eingangs genannten Druckschriften
GB 2 088 951 A oder
EP 0 233 717 A2 eingehend erläutert ist. Optimalerweise sollte die Steuerung
4 derart ausgelegt sein, dass Gegenschall emittiert wird, der die zum kompensierenden störenden Schallwellen möglichst vollständig durch destruktive Interferenz auslöscht. In der Praxis wird eine vollständige Kompensation jedoch nicht unbedingt erfolgreich möglich sein. Es sollte jedoch eine möglichst starke Geräuschreduktion erstrebt werden, wobei sich insbesondere tiefere Frequenzen zuverlässig auslöschen lassen.
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Bei der bevorzugten Ausgestaltung sind die schallerzeugenden Komponenten, wie insbesondere das Mahlwerk, die Pumpe und der Milchschäumer zusätzlich auch in herkömmlicher Weise schalldämpfend gelagert und mit schallisolierender Dämmung isoliert, sodass eine möglichst starke Unterdrückung der Schallemissionen in möglichst allen Frequenzbereichen erzielt wird.
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Zweite Variante
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Bei der zuvor beschriebenen ersten Variante werden die emittierten Schallwellen mittels dem zumindest einen elektroakustischen Sensor 8 (und 12) erfasst und die Steuerung 4 ist dazu ausgebildet, den zur Kompensation erforderlichen Gegenschall zu berechnen. Gemäß einer zweiten Variante, die alternativ zu der ersten Variante oder auch zusätzlich zu dieser realisiert sein kann, wird nicht Gegenschall zu unmittelbar erfassten emittierten Schallwellen bereitgestellt, sondern es wird vorgegebener und in einem Speicher hinterlegter Gegenschall emittiert. Falls die zweite Variante alternativ zu der ersten Variante realisiert ist (und nicht zusätzlich zu dieser), kann auf die elektroakustischen Sensoren 8 und 12 verzichtet werden.
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Gemäß der zweiten Variante wird ausgenutzt, dass die typischen schallerzeugenden Komponenten in einer Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 typischerweise jeweils Schall mit einem bestimmten vorgegebenen Spektrum emittieren, das z.B. vor einer Auslieferung der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung 1 ermittelt werden kann. Bei der zweiten Variante werden die typischerweise emittierten Schallwellen ermittelt und entsprechender Gegenschall wird in einem internen Speicher, der der Steuerung 4 zugeordnet sein kann, hinterlegt. Bei der zweiten Variante wird ferner ausgenutzt, dass die Phasenlage des emittierten Schallspektrums üblicherweise eine feste Phasenbeziehung zu einem Steuersignal der jeweiligen schallerzeugenden Komponente aufweist. Die Steuerung 4 ist dabei derart ausgebildet, dass der Gegenschall in Abhängigkeit von dem Steuersignal der schallerzeugenden Komponente emittiert wird, um eine Phasenverschiebung von zumindest annähernd 180° und somit eine effektive Schallkompensation zu erzielen. Da die von der schallerzeugenden Komponente emittierten Schallwellen oftmals eine feste Phasenbeziehung zu der Phasenlage einer anliegenden Leistungsversorgung aufweisen, kann gemäß einer Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass die Steuerung 4 den elektroakustischen Aktor 7 abhängig von zumindest einer charakteristischen Eigenschaft einer anliegenden Leistungsversorgung ansteuert, insbesondere in Abhängigkeit von einer Phasenlage der anliegenden Leistungsversorgung, um eine möglichst gute Kompensation zu erzielen.
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Der vorgegebene Gegenschall für eine oder mehrere schallerzeugende Komponenten kann z.B. als Kennfeld oder in Form von Algorithmen in einem Speicher hinterlegt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2088951 A [0009, 0026]
- EP 0233717 A2 [0009, 0026]
