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Die Erfindung betrifft ein Strömungsleitungssystem für Fluide geeignet für den Einsatz in einem Getränkebereiter, umfassend mindestens einen Wasser enthaltenden bzw. befüllbaren Wasserbehälter oder einen Wasseranschluss, wenigstens eine Pumpe zum Fördern des Wassers durch Leitungsabschnitte und Komponenten des Strömungsleitungssystems, mindestens eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Wassers, mindestens eine Ventilanordnung und wenigstens eine Entnahmeeinrichtung, und eine Entkalkungsvorrichtung mit einem Vorratsbehälter zur Vorhaltung eines wasserlöslichen oder eine Lösung bildenden Entkalkungsmittels, und eine weitere Ventilanordnung zur fluidischen Verbindung der Entkalkungsvorrichtung mit dem Strömungsleitungssystem.
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Wasser weist regional sehr unterschiedliche chemische Zusammensetzungen auf. Dabei stellen insbesondere Calciumcarbonat (CaCO3) und Magnesiumcarbonat (MgCO3) sowie deren chemische Verbindungen ein besonderes Problem dar, weil sich diese Stoffe in Fluiden und insbesondere in Wasser (H2O) führenden Leitungen und Aggregaten absetzen und die Leitungen beziehungsweise Aggregate über einen längeren Zeitraum betrachtet entweder außer Betrieb setzen oder eine ungehinderte Fluidströmung zumindest in entscheidendem Maße behindern. Dieses Problem besteht folglich nicht nur bei Wasser, sondern generell bei Fluiden, also auch bei gasförmigen Stoffen auf Wasserbasis. Somit sind Dampf führende Leitungen ebenso betroffen, wie Flüssigkeitsleitungen. Um beim Beispiel des Wassers zu bleiben, ist für die Bestimmung der Eigenschaften des Wassers dessen Karbonathärte maßgeblich. Die Karbonathärte des Wassers entsteht durch chemische Verbindungen zwischen Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat einerseits und dem im Wasser vorhandenen Kohlendioxid (CO2) („Kohlensäure“) andererseits. Calciumcarbonat reagiert nämlich in Wasser mit Kohlendioxid zu Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2). Bei Anwesenheit von Magnesium, lässt sich ferner feststellen, dass dieses mit dem im Wasser vorhandenen Kohlendioxid zu Magnesiumhydrogencarbonat (Mg(HCO3)2) umgesetzt wird. Calcium- beziehungsweise Magnesiumhydrogencarbonate sind ursächlich für die Karbonathärte im Wasser, die in der Einheit mmol/l gemessen wird. Um sie zu bestimmen, gibt es Tests, die nach dem Farbumschlagverfahren funktionieren. Dabei wird in eine abgemessene Menge Wasser ein Tropfen des Testmittels gegeben, was so lange wiederholt wird, bis ein Farbumschlag im Wasser erfolgt. Die Anzahl der Tropfen entspricht dabei dem Maß der Karbonathärte. Auf diese Weise kann jeder Anwender den Härtegrad des Wassers selbst bestimmen, wobei das Wasser in unterschiedliche Härtegrade unterteilt wird. Natürlich kann dieser Wert auch bei den zuständigen Wasserwerken angefragt werden. Man unterscheidet in Abhängigkeit von der Karbonathärte „weiches“ Wasser von „hartem“ Wasser. Umgangssprachlich wird jedoch weniger eine chemische Unterteilung zwischen den sich ablagernden Stoffen vorgenommen, sondern eher allgemein von "Kalkablagerungen" beziehungsweise „kalkhaltigem“ oder "kalkarmem“ Wasser oder Fluid gesprochen. Das Maß der Karbonathärte des Wassers oder eines Fluids lässt sehr genaue Rückschlüsse auf die Häufigkeit, mit der Fluide oder Wasser führende Leitungen oder Armaturen entkalkt werden müssen, zu. Um dem Problem der Kalkablagerungen in Strömungsleitungssystemen und technischen Geräten zu begegnen, sind bereits Entkalkungsmittel bekannt und im Einsatz, die auf Grund einer chemischen Reaktion in der Lage sind, „Kalk“ zu lösen. Da dieser Vorgang in Abhängigkeit von der bereits erwähnten Karbonat- oder Wasserhärte mehr oder weniger regelmäßig durchgeführt werden muss, sind verschiedene Ansätze und Lösungen bekannt, einen gewissen Automatismus der Entkalkung herbeizuführen.
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Aus der
EP 2 265 158 B1 geht beispielsweise eine Entkalkungsvorrichtung zur Entkalkung eines Strömungsleitungssystems für Fluide am Beispiel eines Getränkeautomaten hervor, bei dem ein über einen Wassereinlass mit Wasser beaufschlagbarer Vorratsbehälter vorhanden ist, in dem sich ein wasserlösliches Entkalkungsmittel befindet. Ein Gemischauslass des Vorratsbehälters sorgt dafür, dass das gelöste Entkalkungsmittel in das Strömungsleitungssystem abgeführt wird und dort seine gewünschte Wirkung erzielt. Hierbei wird das Prinzip der Durchlaufströmung genutzt. Dies bedeutet, das Wasser durchläuft vom Wassereinlass zum Gemischauslass die eingebrachte Dosis Entkalkungsmittel, löst dieses und wird als Gemisch am Gemischauslass in das Strömungsleitungssystem abgeführt. Dabei sorgt eine Steuereinheit für den eigentlichen Ablauf der Entkalkung. Nachteilig ist bei dieser Lösung allerdings, dass der Anwender vor dem Entkalkungsvorgang zunächst je eine vorgeschriebene Dosis Entkalkungsmittel sowie Wasser in den Vorratsbehälter einfüllen muss, um erst anschließend die Entkalkung durchführen zu können. Die Steuerungseinheit hat hierbei nur die Aufgabe, den eigentlichen Entkalkungsprozess, das heißt, die Zirkulation des gelösten Entkalkungsmittels im Strömungsleitungssystem, zu steuern. Mit anderen Worten wurde hier lediglich eine Teilautomatisierung erreicht. Darüber hinaus hat sich die beschriebene Durchlaufströmung als nachteilig herausgestellt, weil nicht immer sichergestellt ist, dass das in den Vorratsbehälter eingefüllte Wasser auch tatsächlich die gesamte Dosis Entkalkungsmittel löst. Die chemische Reaktion der Lösung ist nämlich sehr stark temperaturabhängig, sodass Schwankungen sich hier nachteilig auswirken können. Die Folgen eines nicht vollständig gelösten Entkalkungsmittels sind jedoch gravierend, da die Wirkung nicht in erforderlichem Maße einsetzt. Somit besteht der Bedarf, das Entkalkungsmittel sehr genau dosierbar einzusetzen und einen Vorrat bereitzustellen, der eine wirksame Entkalkung des Strömungsleitungssystems über einen langen Zeitraum hinweg ermöglicht.
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Aus der
WO 2006/090 183 A2 ist ferner ein Getränkeautomat bekannt, der dazu geeignet ist, einen automatischen Entkalkungszyklus für das Strömungsleitungssystem durchzuführen. Zur Durchführung des Entkalkungszyklusses wird Entkalkungsmittel in die Leitungen eingelassen und mit Wasser vermischt, wobei mittels Pumpen und Ventilen der Entkalkungszyklus entsprechend gesteuert wird.
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Insgesamt lassen sich hohe Schwankungen der Säurekonzentration bei den herkömmlichen automatischen Entkalkungsmethoden nicht vermeiden, sodass in der Regel die Entkalkungszyklen mit einer erhöhten Gesamtkonzentration an Entkalkungsmittel durchgeführt werden, um minimale Säurekonzentration in allen relevanten Leitungsabschnitten oder Komponenten zu gewährleisten. Das kann zu vorzeitiger Materialermüdung und damit Verschleiß von empfindlichen Komponenten oder Leitungsabschnitten führen und ferner wird ein erhöhter Verbrauch an Entkalkungsmittel bzw. Säure verursacht.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine effektive und materialschonende Entkalkung für ein Strömungsleitungssystem bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird unter anderem diese Aufgabe durch ein Strömungsleitungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 sowie einem Getränkebereiter gemäß Anspruch 14 oder 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
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Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass auf einfache Weise gezielt, für einen jeweiligen Leitungsabschnitt oder die zu entkalkende Komponente eine geeignete bzw. präzise eingestellte Säurekonzentration der Lösung bereitgestellt wird. Dadurch muss keine Überdosierung mehr vorgenommen werden, sodass insgesamt die zu entkalkenden Leitungsabschnitte und Komponenten einer schonenderen Behandlung während des Entkalkungsvorgangs, beispielsweise eines gesteuerten, automatisch durchgeführten Entkalkungsvorgangs, ausgesetzt werden. Ferner wird durch die gezielte Einstellung der Konzentration des Entkalkungsmittels in der Lösung auch ein sparsamer Umgang mit dem Mittel erreicht, wodurch einer offensichtlichen Verschwendung an Recourcen und einer daraus resultierenden Umweltbelastung Einhalt geboten wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Strömungsleitungssystem eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Pumpe, die dazu eingerichtet ist, die Pumpe während einer Phase bzw. eines zeitlichen Abschnitts zum Entkalken des Strömungsleitungssystems mit einer geringeren Förderleitung gegenüber der Nennförderleistung, wie sie für die Getränkezubereitung vorgesehen ist, zu betreiben. Die Förderleistung der Pumpe kann also gezielt eingestellt werden, sodass die sich daraus ergebende Konzentration an Entkalkungsmittel, bevorzugt eine Säurekonzentration, im Strömungsleitungssystem und in den betreffenden Komponenten beeinflusst werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführung wird auf einfache Weise ein optimaler Entkalkungsvorgang dadurch erreicht, dass durch eine Herabsetzung der Pumpenleistung für das Fluid im Strömungsleitungssystem auch die Menge bzw. der Anteil an zugemischter Entkalkerlösung in das Strömungsleitungssystem beeinflusst wird. Ferner wird durch das Herabsetzen der Pumpenleistung, also der Förderleistung, gegenüber der Förderleistung für einen betriebsgemäßen Getränkebezug, eine gleichmäßige Konzentration im betreffenden Strömungsleitungssystem und den darin eingebundenen Komponenten erreicht.
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In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung umfasst das Strömungsleitungssystem eine Brühkammer zur Vorhaltung einer Substanz, beispielsweise eines pulverförmigen Substrats zur Zubereitung eines Getränks, die fluidtechnisch in dem Strömungsleitungssystem eingebunden ist, um im Zusammenwirken mit der Steuereinrichtung eine optimale Getränkezubereitung bereitzustellen. Auch eine solche Komponente kann in den vorstehend optimierten Entkalkungsvorgang eingebunden werden.
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In einer weiteren, insgesamt vorteilhaften Ausführung ist der Vorratsbehälter für das Entkalkungsmittel über einen Wassereinlass mit Wasser beaufschlagbar und die Lösung über einen Gemischauslass des Vorratsbehälters in einen Leitungsabschnitt des Strömungsleitungssystems abführbar. Damit lässt sich mittels steuerbarer Ventile, die den Wassereinlass und den Gemischauslass bedarfsweise freigeben und sperren können, auf sehr komfortable und einfache Weise ein automatischer Entkalkungszyklus durchführen.
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In einer Vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet bzw. programmiert, die Pumpe hinsichtlich der Förderleistung in Abhängigkeit des Fortschritts der Zuführung der Lösung in das Strömungsleitungssystem anzusteuern bzw. zu aktivieren und zu deaktivieren. Damit kann auf einfache Weise die Menge bzw. die im Wasser gelöste Konzentration an Entkalkungsmittel bzw. die Säurekonzentration, die dem Leitungssystem zugeführt wird, optimal eingestellt oder bedarfsweise verändert werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, eine etwa konstante Förderleistung der Pumpe einzustellen, die in einem Bereich von 25 bis 65 % der Nennförderleistung liegt, bezogen auf die Nennförderleistung für die Getränkebereitung. Mit einer insgesamt weitgehend konstanten Förderleistung wird eine gleichmäßige Konzentration des Entkalkungsmittels bzw. der Säure in der Entkalkungslösung erreicht, hohe Konzentrationsspitzen im Leitungssystem werden vermieden und das Leitungsmaterial wird geschont.
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In einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, in zeitlicher Abfolge unterschiedliche Förderleistungen der Pumpe einzustellen, wobei die kleinste Förderleistung im Bereich von 25 bis 40 % und die größte Förderleistung im Bereich von 50 bis 100 % liegt. Damit wird in den einzelnen Leitungsabschnitten und Komponenten des Strömungsleitungssystems Entkalkungslösung mit jeweils vorbestimmten unterschiedlichen Konzentrationen zugeführt. Dadurch werden Bereiche, in denen eine hohe Verkalkung oder Kalkablagerung herrscht, mit einer hohen Säure- bzw. Entkalkungsmittelkonzentration und Bereiche mit einer geringen Verkalkung mit einer geringeren Säure- bzw. Entkalkungsmittelkonzentration beaufschlagt. Damit wird neben einer materialschonenden Wartung auch ein sparsamer Umgang mit Entkalkungsmittel bzw. Säure erreicht.
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Für die Bestromung bzw. Energiezuführung der gesteuerten Pumpe ist es zweckmäßig, dass die Steuereinrichtung einen steuerbaren Umrichter oder eine steuerbare Phasenanschnittssteuerung umfasst zur Bestromung eines elektrischen Motors der Pumpe.
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In einer insgesamt vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Strömungsleitungssystem zumindest einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Entkalkungsmittel oder der Entkalkungslösung, wobei die Steuereinrichtung mit dem Temperatursensor signaltechnisch verbunden und dazu eingerichtet ist, die Pumpe hinsichtlich der Förderleistung in Abhängigkeit der erfassten Temperatur zu steuern.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Temperatursensor im Bereich des Vorratsbehälters, vorzugsweise am oder im Vorratsbehälter angeordnet bzw. angebracht, wodurch eine zuverlässige Erfassung des Entkalkungsmittels bzw. der in das Wasser einzulassenden Säure bereitgestellt wird, wodurch die vorbestimmte Säurekonzentration in der Entkalkungslösung zuverlässig eingestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Getränkebereiters mit einem Strömungsleitungssystem, wie vorstehend beschrieben, zur Durchführung einer automatischen Entkalkung, umfassend die Schritte
- – zuführen der Entkalkungslösung in das Strömungsleitungssystem durch Öffnen von Ventilen
- – Aktivieren der Pumpe zum Fördern des mit Entkalkungslösung versetzten Wassers in das Strömungsleitungssystem,
- – Pumpe wird mit einer geringeren Förderleistung betrieben, gegenüber der Nenn-Förderleistung für eine Getränkezubereitung.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass für einen vorgegebenen Zeitabschnitt eine durch die Pumpe förderbare Fördermenge Entkalkungslösung zumindest dem Volumen des zu entkalkenden Strömungsleitungssystems entspricht. Damit kann auf einfache Weise, ohne Hinzunahme von empfindlichen Ventilen, eine definierte Konzentration in den einzelnen mit Kalk behaftenden Leitungsabschnitten und /oder Komponenten des Strömungsleitungssystems eingestellt werden.
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In einer weiteren, vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Temperatur des Entkalkungsmittels oder der Entkalkungslösung, vorzugsweise in oder an dem Vorratsbehälter, erfasst und der Steuereinrichtung zugeführt, bevor das Entkalkungsmittel oder die Entkalkungslösung dem Leitungssystem bzw. den Komponenten zugeführt wird, wobei die Förderleistung der Pumpe in Abhängigkeit der erfassten Temperatur eingestellt wird. So wird erreicht, dass ungefähr immer dieselbe Konzentration im Fluidsystem dosiert wird, da die Das hat den Vorteil, dass ziemlich genau berechnet werden kann, wie lange die Kartusche bzw. Vorratsbehälter halten wird und mit welcher Konzentrationshöhe die Materialien belastet werden. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass in Abhängigkeit der Temperatur die Viskosität der Säure bzw. des Entkalkungsmittels oder der Enkalkungslösung unterschiedlich ist, was zur Folge hat, dass bei hoher Temperatur mehr Säure bzw. Entkalkungsmittell (= höhere Säurekonzentration) in das Fluidsystem gedrückt wird, als bei niedriger Temperatur.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird die temperaturabhängige Ansteuerung der Pumpe dahingehend eingestellt, dass die Pumpe mit einer Förderleistung im Bereich von 70 % bis 80% betrieben bzw. entsprechend angesteuert wird, wenn die erfasste Temperatur einen Wert im Bereich von 15 bis 35 °C aufweist und dass die Förderleistung auf einen niedrigeren Wert, vorzugsweise im Bereich von 30 % bis 60 % bezogen auf die Nennförderleistung bei einer Getränkebereitung, eingestellt wird, wenn die erfasste Temperatur einen höheren Wert als 35° C aufweist. Bei einer derartigen temperaturabhängigen Regelung kann eine zumindest annähernd gleichmäßige Säurekonzentration bzw. Entkalkungsmittelkonzentration von ca. 30mmol/l, zumindest im Bereich von 20 bis 40 mmol/l im Leitungssystem und den zu entkalkenden Komponenten sichergestellt werden.
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Die Erfindung betrifft auch einen Getränkebereiter, wie Kaffeevollautomat oder Teevollautomat, umfassend ein Gehäuse und zumindest ein Strömungsleitungssystem mit einer Entkalkungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben, ferner umfassend eine Brühkammer zur Vorhaltung einer Substanz, beispielsweise eines pulverförmigen Substrats zur Zubereitung eines Getränks, die fluidtechnisch in dem Strömungsleitungssystem eingebunden ist, und mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer im Strömungsleitungssystem eingebundenen Pumpe zur Zubereitung eines ausgewählten Getränkes, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Pumpe während einer Phase zum Entkalken des Strömungsleitungssystems mit einer geringeren Förderleitung gegenüber der Nennförderleistung, wie sie für die Getränkezubereitung vorgesehen ist, zu betreiben.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Getränkebereiter, wie Kaffeevollautomat oder Teevollautomat, umfassend ein Gehäuse und zumindest ein Strömungsleitungssystem mit einer Entkalkungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben, ferner umfassend eine Brühkammer zur Vorhaltung einer Substanz, beispielsweise eines pulverförmigen Substrats zur Zubereitung eines Getränks, die fluidtechnisch in dem Strömungsleitungssystem eingebunden ist, und einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer im Strömungsleitungssystem eingebundenen Pumpe, einer Heizeinrichtung und Ventilen zur Zubereitung eines ausgewählten Getränkes, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet und programmiert ist, die Pumpe zur Durchführung eines automatischen Entkalkungszyklus gemäß einer Ausführung des oben genannten Verfahrens zu betreiben
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
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1: einen Getränkebereiter bzw. Kaffeevollautomaten;
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2: eine bevorzugte Ausführung des Strömungsleitungssystems in einer schematischen Ansicht und
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3: ein Diagramm zur Darstellung der Förderleistung und der Säurekonzentration im Leitungssystem.
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Die 1 zeigt am Beispiel eines als Standgerät ausgebildeten Getränkeautomaten 1 die Möglichkeit, der Unterbringung des Strömungsleitungssystems 2 und Vorratsbehälter 6 zur Bevorratung eines Reinigungsmittels in einem derartigen Getränkeautomaten 1. In der gezeigten Ausführung ist seitlich im Gehäuse 15 des Getränkeautomaten 1 ein Seitenfach 31 vorhanden, dass dem Einsetzen beziehungsweise dem Auswechseln des Vorratsbehälters 6 dient, der im Geräteinneren, hinter diesem Seitenfach 30 angeordnet ist. Im Frontbereich des Getränkeautomaten 1 verfügt dieser über einen Vorbau 31, in dem sichtgeschützt mehrere Entnahmeeinrichtungen 21, 22 untergebracht sind. Bei der Entnahmeeinrichtung 22 handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Dampfdüse zur Abgabe heißen Wasserdampfes oder heißem Wasser, beispielsweise zur Verdünnung eines fertigen Kaffees oder zur Zubereitung eines Teegetränks. Die Entnahmeeinrichtung 21 stellt eine Ausgabeleitung oder Ausgabedüse zur Abgabe von Kaffeegetränken dar. Eine Brüheinheit mit einer Brühkammer 3 im Inneren des Gerätes 1 dient zur Zubereitung des Getränkes, wobei in die Brühkammer 3 das Kaffeepulver eingebracht und anschließend mit heißem Wasser durchflutet wird, sodass zur Ausgabeleitung und durch die Ausgabedüse 21 das fertige Kaffeegetränk ausgegeben wird. Bei dieser Ausführung sind die Ausgabedüsen 21, 22 in der Höhe verschiebbar angeordnet, so dass sie der Höhe eines auf der Abstellfläche 33 abgestellten Trinkgefäßes angepasst werden kann, ohne dass bei der Abgabe des Getränkes ein Verspritzen erfolgt. Den oberen Abschluss der Abstellfläche 33 bildet ein Abtropfblech 32, das mit Öffnungen und Schlitzen versehen ist, um Flüssigkeitsreste in einen hierfür unterhalb des Abtropfbleches 32 vorhandenen Auffangbehälter abzuführen. Das Gerät 1 umfasst gem. 1 und 2 ferner eine Steuereinrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, die einzelnen Funktionsbaugruppen, wie Pumpen 20, Ventile und Heizeinrichtung 9 und Mahlwerk 30, soweit vorhanden, zu steuern, wie es für die Zubereitung des jeweils ausgewählten Getränkes notwendig ist. Die Steuereinrichtung 18 ist in dieser Ausführung ferner dazu eingerichtet, die Ventile des Strömungsleitungssystems 2 so anzusteuern, dass eine vollautomatische Entkalkung des Strömungsleitungssystems 2, insbesondere der mit Kalk oder anderen Ablagerungen beaufschlagten Leitungsabschnitte bzw. Komponenten, wie beispielsweise Flowmeter, Pumpe oder Ventile, stattfindet.
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2 zeigt einen vereinfachten Schaltplan eines Strömungsleitungssystems 2 innerhalb eines Getränkeautomaten 1. Von einer Wasserquelle 14, in diesem Beispiel ein Wassertank, wird das Strömungsleitungssystem 2 mit frischem Wasser versorgt. Das Strömungsleitungssystem 2 umfasst zwei Teile, wobei ein erster Teil der Zubereitung von Getränken dient und der andere Teil als Bypass 4 von diesem ersten Teil des Strömungsleitungssystems 2 abgezweigt ist. Der Bypass 4 enthält den Vorratsbehälter 6 mit dem darin enthaltenen Entkalkungsmittel 60 oder Säure, welche geeignet ist zum Einsatz in dem Strömungsleitungssystem 2, welches flüssig, pulverförmig, granulatförmig oder als wasserlöslicher Block ausgebildet ist. Als wasserlöslicher Block kommen Ausführungen als Pille/Kugel, gegebenenfalls mit einem Überzug gegen Verkleben bei Dampfeinwirkung in Frage und welche mittels der Ventile V1 und V2 aktiviert werden können, so dass dieser Leitungsabschnitt 4 eine Entkalkungsvorrichtung 5 bildet, die bei Bedarf an den wasserführenden Teil des Strömungsleitungssystems 2 angeschlossen werden kann. Zur Verbindung des Bypasses 4 mit oder zur Trennung des Bypasses 4 von dem ersten Teil des Strömungsleitungssystems 2 dient auf der Eingangsseite des Bypasses 4 das Mehrwegventil V1, und auf der Ausgangsseite, zum Leitungsabschnitt L1 das Mehrwegventil V2. Zur Erzeugung der Strömung innerhalb des Strömungsleitungssystems 2 sowie des erforderlichen Druckaufbaus dient eine Pumpe 20. Darüber hinaus weist der zur Zubereitung der Getränke genutzte Teil des Strömungsleitungssystems 2 eine Heizeinrichtung 9 zur Erwärmung des Wassers 2a sowie mehrere Entnahmeeinrichtungen 21, 22, sowie Leitungsabschnitte L1, L2, L3, L3 zur Verbindung der einzelnen Komponenten miteinander auf, wobei die Dampfdüse 22 zur Ausgabe von Dampf und zur Ausgabe von heißem Wasser und/oder die Kaffeedüse 21 zur Ausgabe des zubereiteten Kaffeegetränkes oder Teegetränkes, je nachdem, welches Pulver oder Substrat der Brühkammer zugeführt wurde, vorgesehen ist. Zur selektiven Ansteuerung der Entnahmeeinrichtungen 21, 22 dienen die Mehrwegeventile V3 und V4, die den Entnahmeeinrichtungen 21, bzw. der Brühkammer 3 in Strömungsrichtung betrachtet vorgeschaltet sind. Darüber hinaus kann das Strömungsleitungssystem 2 ein Messgerät zur Volumenstrommessung, das als Flowmeter 10 bezeichnet wird, aufweisen, das hilfreich ist, um eine genaue Menge frischen Wassers zu bestimmen, die für die Zubereitung eines Getränkes erforderlich ist. Darüber hinaus lässt sich mit einer derartigen Messeinrichtung 10 auch die Anzahl der hergestellten Getränke bestimmen.
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Eine Steuereinrichtung 18 dient zur Durchführung einer Getränkezubereitung, wobei hierbei die Aktivierung der Heizeinrichtung, der Ventile V1, V2, V3 und V4 sowie der Pumpe 20, der Brühkammer 3 und bedarfsweise weiteren Komponenten, wie einem Mahlwerk 30 durch entsprechende Signalverbindungen 31 erfolgt. In 2 ist die Signalverbindung 31 zum Motor der Pumpe 20 skizziert, wobei die Ansteuerung der Pumpe 20 derart erfolgt, dass verschiedene Förderleistungen D (3) eingestellt werden können.
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Das Strömungsleitungssystem 2 umfasst in einer bevorzugten Weiterbildung einen Temperatursensor 25, der vorzugsweise an oder in dem Vorratsbehälter 6 angebracht ist und die Temperatur des Entkalkungsmittels bzw. der im Behälter 6 vorgehaltenen Lösung erfasst und zur Steuereinrichtung 18 übermittelt. Je nach Umgebungstemperatur, Art und Anzahl der Getränkebezüge, Ort der Kartusche (nahe am Heizer oder entfernt davon) erfährt der Inhalt der Kartusche Temperaturen von ca. 15 bis 70 °C.
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Unter bestimmten Umständen (bestimmte Benutzervoreinstellung am Gerät) wird die Säure unter diesen verschiedenen Temperaturen in das Fluidsystem dosiert. Nun ändert sich jedoch mit der Temperatur die Viskosität der Säure, was zur Folge hat, dass bei hoher Temperatur mehr Säure (= höhere Säurekonzentration) in das Fluidsystem gedrückt wird, als bei niedriger Temperatur. Ideal wäre es, wenn die Säure immer in einem Temperaturbereich zwischen ca. 20 und 35 °C zudosiert würde.
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Dies wird zweckmäßigerweise dadurch gelöst, indem im Gerät in der Nähe der Kartusche bzw. des Vorratsbehälters 6 ein Temperaturfühler 25 angebracht wird. Wenn der Benutzer nun z.B. bestimmt hat, dass das Gerät 1 beim Spülvorgang nach dem Abschalten die Säuredosierung durchführen soll, misst das Gerät 1 die Temperatur und führt den als Entkalkungsvorgang modifizierten Spülgang erst durch, wenn das Gerät den o. g. Temperaturbereich erreicht hat.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist in der Bypassleitung 4 eine weitere Pumpe 26 eingesetzt, die zur Förderung von Frischwasser durch den Vorratsbehälter 6 oder Kartusche dient, um Entkalkungsmittel aus dem Behälter in die freigeschalteten Leitungsabschnitte des Strömungsleitungssystems 2 vorgesehen ist. Diese Pumpe 26 wird dabei von der Steuereinrichtung 18 ebenfalls so gesteuert, dass sich vorbestimmte Förderleistungen einstellen, um eine vorbestimmte Säurekonzentration bzw. Entkalkungsmittelkonzentration im Strömungsleitungssystem 2 bzw. in den einzelnen Leitungsabschnitten L1, L2, L3, L4 und den daran angeschlossenen Komponenten 10, 20, 9, V2, V3, 22, oder 10, 20, 9, V2, V4, L4, 3, 21 zu erreichen.
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3a und 3b zeigen Diagrammdarstellungen beispielhaft einen automatisch gesteuerten Entkalkungszyklus für ein Strömungsleitungssystem 2 bzw. für die Strömungsleitungen L1, L2, L3, und/oder L4 und Komponenten in einem Getränkebereiter 1. In 3a ist beispielhaft die eingestellte Förderleistung D der Pumpe 20 im zeitlichen Verlauf skizziert. 3b zeigt die sich daraus einstellende Konzentration Conz, hier in mmol/l Säurekonzentration bezüglich der Teilvolumina Vol1 bis Vol7, die jeweils einzelnen Abschnitten des Strömungsleitungssystems 2 aufgenommen werden. Alle Teilvolumina Vol1 bis Vol7 zusammengezählt ergeben das Gesamtvolumen Volges des zu entkalkenden Strömungsleitungssystems 2. Zu erkennen ist hierbei, dass vom Zeitpunkt t = 0 bis t = 1 die Pumpe 20 für eine Förderleistung im Bereich von 30 % bezogen auf die Nennförderleistung für eine Getränkebereitung angesteuert wird. Es stellt sich in dieser Zeit eine Entkalkungsmittelkonzentration von ca. 35 mmol/l für einen Flüssigkeitsvolumen Vol6 und Vol7 ein, die den Leitungsabschnitten L3, L4 und dem Ventil V3 zugeführt wird. Ab dem Zeitpunkt t = 1 bis zum Zeitpunkt t = 2 wird die Förderleitung auf ca. 60% erhöht, sodass sich in dieser Zeit für das Volumen Vol5 eine erhöhte Entkalkungsmittelkonzentration Conz von ca. 85 mmol/l einstellt. Dieses Flüssigkeitsvolumen Vol5 wird der als Durchlauferhitzer ausgebildeten Heizeinrichtung 9 zugeführt. Anschließend, ab dem Zeitpunkt t = 3 bis t = 4 wird die Förderleistung D der Pumpe 20 wieder auf etwa 30 % gesenkt, sodass sich für diesen Zeitraum eine verminderte Entkalkungsmittelkonzentration von ca. 35mmol/l in den Teilvolumina Vol1 bis Vol4, die den Leitungsabschnitten 2a, Pumpe 20, 2b und dem Flowmeter 10 zugeordnet sind bzw. durch diese Komponenten bestimmt sind. Auf diese Weise lässt sich der Abschnitt bzw. die Komponente, in diesem Beispiel die Leitungen der Heizeinrichtung 9 mit der stärksten Verkalkung gezielt mit der höheren Entkalkungsmittelkonzentration beaufschlagen, alle anderen Leitungsabschnitte und Komponenten, die in der Regel weniger verkalkt sind, werden mit einer geringeren Entkalkungsmittelkonzentration beaufschlagt und somit geschont.
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Die Ausführung, bei der während des gesamten Entkalkungsvorgangs den zu entkalkenden Leitungsabschnitten und Komponenten eine überwiegend kontinuierliche Entkalkungsmittelkonzentration zugeführt wird, ist mit der gestrichelten Linie skizziert. Hierbei ist die Förderleistung der im gesamten Zeitraum für die Entkalkung t = 0 bis t = 3 nicht erhöht, sondern verbleibt auf dem Wert im Bereich von etwa 30 % oder 20 bis 40 % der Nennförderleistung. Daraus ergibt sich im gesamten Volumen Volges des Strömungsleitungssystems 2 eine etwa gleichbleibende Entkalkungsmittelkonzentration von ca. 35 mmol/l Säurekonzentration wobei auch die zweckmäßigen Konzentrationen im Bereich zwischen 20 und 45 mmol/l Säurekonzentration eingestellt werden können.
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Für alle Ausführungen gilt, dass die Zeiten für das Aktivieren der Pumpe 20 auf das jeweils zu fördernde Teilvolumen Vol1 bis Vol7 abgestimmt bzw. eingestellt sind.
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Insgesamt kann die Funktion wie folgt erläutert werden.
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Wenn das Trinkwasser aus dem Wassertank 14 mit der 100 %igen Pumpleistung durch die Säurekartusche bzw. Vorratsbehälter 6 gefördert wird, entstehen durch Pumpschwankungen über den Durchfluss von ca. 30 ml Volumen im Gesamtfluidsystem 2 an den verschiedenen Orten unterschiedliche Säurekonzentrationen mit extrem hohen Spitzen. Dies erkennt man, wenn man das Gemisch aus Trinkwasser und Säure in kleinen Mengen aus dem Fluidsystem 2 auffängt und die Säurekonzentration bestimmt. Um bei stark kalkhaltigem Wasser und täglichem Dampfbezug das Fluidsystem von Kalk zu befreien, benötigt man eine Säurekonzentration von ca. 30 mmol. Je höher die Konzentration wird, umso mehr werden die Materialien im Fluidsystem 2 angegriffen. Bei einer regelmäßigen Entkalkung, wie sie heutzutage üblich ist, beträgt die Konzentration ca. 220 mmol/l. Dies ist für geeignete Materialien für die Leitungsabschnitte L1 bis L4 und die Komponenten unkritisch, da sie relativ selten mit der Säure in Kontakt kommen. Da bei dem neuen System die Säure jedoch täglich auf die Materialien einwirkt, müssten entweder beständigere, und damit jedoch auch teurere Materialien eingesetzt werden, oder die Konzentration muss unter einen Wert von z. B. 100 mmol/l gehalten werden.
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Für eine bevorzugte Ausführung wird das Strömungsleitungssystem 2 abschnittsweise mit unterschiedlichen Konzentrationen Entkalkungsmittel 60 beaufschlagt. Das Fluidsystem 2 setzt sich aus verschiedenen Komponenten wie Ventile, Pumpe, Heizer, Flowmeter, Abzweigstellen und Leitung zusammen.
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An bestimmten Stellen, wie z. B. in der Heizung oder in engen Ventilstellen, setzt sich der Kalk verstärkt ab, während in der Kunststoffleitung selbst die Kalkablagerung geringer ist.
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Unter Kenntnis der starken Säurekonzentrationsspitzen, verursacht durch unterschiedliche Pumpansteuerungen, kann der Entkalkungsvorgang so gesteuert werden, dass an den stark verkalkenden Stellen eine höhere Konzentration einwirkt und an Stellen, die weniger kritisch sind, eine schwächerer Säure einwirkt. Mit den Kenntnissen über das vorhandene Volumen im Fluidsystem 2 und den Orten der kritischen Bauteile lässt sich über die geregelte bzw. nach einem vorgegebenen Muster der Leistugszuführung gesteuerte Pumpenansteuerung die Säure so reproduzierbar einspülen, dass z. B. im Heizer 9 immer die Spitze von z. B. 70 mmol/l einwirkt und in der Leitung nur eine schwache Säure von 20 mmol/l. So erhält man ein optimales Ergebnis bzgl. Kartuschenverbrauch, Materialbelastung und Entkalkungsvorgang.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2265158 B1 [0003]
- WO 2006/090183 A2 [0004]
