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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Getränkebereiters mit einem Strömungsleitungssystem zum Durchleiten von Fluiden, wie Wasser, zur Durchführung einer automatischen Entkalkung, umfassend die Schritte
- – Zuführen der Entkalkungslösung in das Strömungsleitungssystem durch Öffnen von Ventilen;
- – Fördern des mit Entkalkungslösung versetztem Wassers in das 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 wasserführenden 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 dampfführende 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.
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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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Es hat sich jedoch aufgrund des Verhaltens, zumindest des Strömungsverhaltens der Entkalkungslösung gezeigt, dass große Schwankungen hinsichtlich der Konzentration auftreten. Somit ist nicht immer sichergestellt, dass stark verkalkte Stellen mit genügend Entkalkungsmittel bzw. Säure beaufschlagt werden, sodass eine vollständige, restlose Entkalkung nicht immer sichergestellt ist. Ferner kann es im Zuge einer ständigen Überdosierung zu einer erhöhten Materialbelastung der mit Entkalkungslösung beaufschlagten Oberflächen kommen, was zur erhöhtem Teileverschleiß bzw. Verminderung der Lebensdauer des Leitungssystems führt. Ferner wird bei dieser Methode mehr Entkalkungsmittel verbraucht, was zu einer erhöhten Kosten- und Umweltbelastung führt.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, auf einfache Weise ein Verfahren zum Betreiben eines Getränkebereiters bereitzustellen, mit dem langfristig ein zuverlässiger Betrieb des Getränkebereiters aufgrund einer zuverlässigeren und verbesserten Entkalkung sichergestellt ist.
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Erfindungsgemäß wird unter anderem diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch einen Getränkebereiter gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils nachfolgenden abhängigen Ansprüchen.
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Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass auf einfache Weise der automatische Entkalkungsvorgang von den jeweils herrschenden Bedingungen abhängig durchgeführt wird. Anders ausgedrückt, das jeweils momentan zu erwartende Verhalten der Entkalkungslösung bestimmt, wofür der momentan gestartete Entkalkungszyklus bestimmt ist. Dazu wird die Temperatur des Entkalkungsmittels oder der Entkalkungslösung, die sich vorzugsweise in einem Vorratsbehälter für mehrere Entkalkungszyklen befindet, erfasst und in Abhängigkeit der erfassten Temperatur die Konzentration des Entkalkungsmittels oder der Entkalkungslösung festgelegt, die dem Leitungssystem bzw. Leitungsabschnitten und Komponenten zugeführt wird. Dabei kann auch alternativ oder in Kombination die Dauer der Einwirkung der Entkalkungslösung im Leitungssystem festgelegt werden. Dabei werden einerseits die Viskosität des Mittels und das daraus resultierende Mischverhalten berücksichtigt sowie vorzugsweise auch die Reaktionsintensität, die sich auf das Einwirken des Mittels, vorzugsweise einer verdünnten Säure, in die Kalkablagerungen bezieht berücksichtigt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren folgende Schritte
- – Zuführen einer hohen Konzentration Entkalkungsmittel oder Entkalkungslösung zur Durchführung einer intensiven Entkalkung, wenn die Temperatur einen ersten vorbestimmten Wert überschritten hat und
- – Zuführen einer niedrigeren Konzentration Entkalkungsmittel oder Entkalkungslösung zur Durchführung einer schwachen Entkalkung, wenn die Temperatur einen ersten vorbestimmten Wert unterschritten hat. Somit stellt sich das Gerät selbständig auf einen intensiven oder einen sanften Entkalkungszyklus ein, je nach Temperatur des Entkalkungsmittels oder der Entkalkungslösung. Eine stets eingeprägte Überdosierung ist damit nicht mehr notwendig.
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In einer insgesamt vorteilhaften Ausführung wird die Entkalkungslösung für alle automatisch durchgeführten Entkalkungszyklen mit einer einzigen, vorbestimmten Dauer dem Strömungsleitungssystem zugeführt bzw. in das Strömungsleitungssystem gefördert. Somit sind keinerlei komplizierte Maßnahmen, die eine geregelte Förderung der Entkalkungslösung bereitstellen, notwendig.
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In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung wird das Wasser bzw. die in das Strömungsleitungssystem geförderte Entkalkungslösung auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, wenn der erfasste Temperaturwert einen unteren Grenzwert, beispielsweise 25 °C, unterschreitet. Somit wird die Entkalkungslösung, wenn sie kalt und träge ist, auf eine für die Lösung günstige Betriebstemperatur gebracht, in der sie reaktiver ist und ein automatischer Entkalkungszyklus mit einer bekannten, vorbestimmten Intensität durchgeführt werden kann.
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In einer weiteren, insgesamt zweckmäßigen Ausführung wird das Wasser bzw. die in das Strömungsleitungssystem geförderte Entkalkungslösung auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt, beispielsweise durch Zirkulieren durch kalte Leitungen oder durch Abwarten, wenn der erfasste Temperaturwert einen oberen Grenzwert, beispielsweise 40 °C, überschreitet. Damit kann die Intensität der Entkalkung etwas abgemildert werden, wenn eine zu hohe Aggressivität der Lösung im Strömungsleitungssystem zu erwarten ist. Leitungen und Komponenten im Strömungsleitungssystem werden somit auf extrem einfach Art und Weise geschont.
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In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung erfolgt das Fördern des mit Entkalkungsmittel oder Entkalkungslösung versetzten Wassers mittels einer durch eine Steuereinrichtung aktivierbaren und deaktivierbaren Pumpe. Die Pumpe und die Steuereinrichtung sind ohnehin zur Durchführung der Aktivitäten einer Getränkebereitung vorhanden, sodass hier keine weiteren Komponenten hinzugefügt werden müssen. Ferner lässt sich eine Pumpe sehr durch eine Steuereinrichtung aktivieren und wieder abschalten, je nach programmgemäßer Vorgabe der Steuereinrichtung, die vorzugsweise einen programmierten Mikrocontroller umfasst.
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Die Erfindung betrifft auch einen Getränkebereiter, wie Kaffeevollautomat oder Teevollautomat, umfassend ein Gehäuse und zumindest einem darin angeordneten Strömungsleitungssystem mit einer Entkalkungsvorrichtung mit einer 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 und/oder Heizeinrichtung zur Durchführung eines automatischen Entkalkungszyklus gemäß zumindest dem Verfahren, wie vorstehend beschrieben, zu betreiben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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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 Zustandsübergänge für einen Entkalkungszyklus
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Die 1 zeigt am Beispiel eines als Standgerät ausgebildeten Getränkeautomaten 1 die Möglichkeit der Unterbringung des Strömungsleitungssystems 2 und des Vorratsbehälters 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 10, Pumpe 20 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 es in dieser Ausführung vorgesehen ist, die Pumpe 20 für eine volle oder einer bruchteiligen Förderleistung, bezogen auf eine Getränkebereitung, zu betreiben.
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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 6 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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In 3 ist sind die Zustandsübergänge für ein Beispiel der Erfindung in einem sogenannten Zustands-Diagramm skizziert, in dem die Entkalkung in Abhängigkeit der Temperatur T des Entkalkungsmittels 60 bzw. der am Sensor 25 erfassten Temperatur durchgeführt wird. Im normalen Betrieb, in dem das Gerät für die Getränkezubereitung bereit steht, befindet sich das Gerät bzw. die Steuerung im Normalzustand G. Nach einer Bedienhandlung oder automatisch, wenn aufgrund einer zeitlichen Bedingung oder nach einer vorbestimmten Anzahl Getränkebezügen eine Entkalkung durchgeführt werden muss, wird in den Zustand E gewechselt, der allgemein für die Durchführung eines Entkalkungszyklus steht. Zu Beginn des Entkalkungszyklus, also zeitlich vor der Zuführung der Entkalkungslösung in das Strömungsleitungssystem 2, wird die Temperatur T des Entkalkungsmittels 60 oder der Entkalkungslösung im Behälter 6 erfasst oder ermittelt. Liegt die Temperatur T oberhalb oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert TG, der für die gängigsten säurehaltigen Mittel einen Wert im Bereich von 35 bis 45 °C aufweisen kann, so wird in den Zustand ES gewechselt, in dem eine intensive Entkalkung durchgeführt wird. Liegt die Temperatur T unterhalb dem vorbestimmten Grenzwert TG, der für die gängigsten säurehaltigen Mittel einen Wert im Bereich von 35 bis 45 °C aufweisen kann, so wird in den Zustand EL gewechselt, in dem eine Entkalkung geringer Intensität durchgeführt wird. Nach Ablauf des Entkalkungszyklus, beispielsweise nach einer vorbestimmten Zeit im Bereich von 10 bis 40 Minuten, wird das Leitungssystem 2 mit Wasser gespült, um gelösten Kalk und Entkalkungsmittel aus dem Leitungssystem 2 zu entfernen. Danach wird in den Grundzustand G gewechselt, sodass das Gerät 1 wieder für die Getränkebereitung bereit steht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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