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Die Erfindung betrifft eine Heißgetränkezubereitungseinrichtung für Haushaltszwecke, insbesondere einen Kaffeevollautomaten, die eine Anzahl von Ausläufen umfasst, welche einen Zulauf und zwei Teilausläufe mit je einem Zuflussquerschnitt umfassen.
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Üblicherweise wird der Kaffee bzw. Espresso in einer Brüheinheit aufgebrüht und über eine Auslaufeinheit auf zwei Tassen verteilt. Dabei werden üblicherweise unter Verwendung von aus der Praxis bekannten Kaffeevollautomaten bisher lediglich zwei gleiche Getränke in die Tassen ausgegeben. Die
DE 10 2012 217 006 A1 beschreibt einen derartigen Kaffeeautomaten, mit einer Verteilereinheit zum Beruhigen und Aufteilen des Kaffees und einer Auslaufeinrichtung, wobei die Verteilereinheit im Gehäuse des Kaffeeautomaten angeordnet und über Leitungen mit der Auslaufeinrichtung verbunden ist, die außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Weitere Getränkebereiter und Verteilereinheiten sind z. B. aus
DE 20 2004 014 061 U1 ,
US 5 123 458 A ,
DE 58 771 A ,
DE 31 24 642 C2 ,
AT 407 431 B und
DE 20 2005 011 203 U1 bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Heißgetränkezubereitungseinrichtung anzugeben, mit der eine regulierte Flüssigkeitsverteilung auf Teilausläufe erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Heißgetränkezubereitungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, indem sie eine Anzahl von Ausläufen umfasst, welche einen Zulauf und zwei Teilausläufe mit je einem Zuflussquerschnitt umfassen. Dabei weisen die Ausläufe jeweils ein Wippenventil mit zwei Hebelarmen auf, das einen Volumenstrom vom Zulauf zu den Teilausläufen reguliert, indem es durch eine Position eines Hebelarms den Zuflussquerschnitt eines Teilauslaufs verkleinert.
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Bei der Heißgetränkezubereitungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Kaffee- oder Espressomaschine handeln. Bevorzugt ist sie jedoch als Kaffeevollautomat, also als vollautomatisierte Maschine zur Zubereitung dieser und auch anderer Heißgetränke, ausgebildet. Zumindest ein Teil des gewünschten Getränks wird in einer Brüheinheit dieser Einrichtung zubereitet, die gegebenenfalls über unterschiedliche Zuläufe mit einer Auslaufeinheit fluidisch verbunden ist, in der die Anzahl von Ausläufen angeordnet ist. Nicht alle Zuläufe der einzelnen Ausläufe müssen mit der Brüheinheit verbunden sein, sondern können beispielsweise auch an Vorratsbehälter und/oder andere Zubereitungseinheiten wie Milchaufschäumer oder dergleichen gekoppelt sein.
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Der Zulauf eines Auslaufs mündet in eine einfache Gabelung, an der er in zwei Teilausläufe untergliedert wird. Die Teilausläufe können dabei grundsätzlich in jedem Winkel zueinander stehen, es sind also spitzwinklige und stumpfwinklige Gabelungen aber auch eine Anordnung der Teilausläufe im gestreckten Winkel von 180° möglich. Die Teilausläufe weisen an dieser Verbindungsstelle jeweils einen Zuflussquerschnitt auf. Der Zuflussquerschnitt bezeichnet die Fläche der Öffnung am Verbindungsansatz eines Teilauslaufs. Über das Wippenventil kann dieser Zuflussquerschnitt variiert werden. Das Wippenventil ist dabei nach Art einer Wippe ausgebildet. Das heißt, es weist zwei Hebelarme auf, die je einem Teilauslauf zugeordnet sind, und ist um eine Rotationsachse drehbar gelagert. Die Hebelarme sind bevorzugt in einem zur Gabelung passenden Winkel angeordnet. Das Wippenventil ist über eine Positionierung durch Rotation einstellbar. Die Einstellung erfolgt aber nicht diskret auf Maximal- bzw. Minimalpositionen, sondern die Wippe kann auch jede Zwischenposition einnehmen. Das Wippenventil ist somit als stetiges Wegeventil mit einem stetigen Übergang zwischen möglichen Schaltstellungen ausgebildet. Nachdem eine Einstellung vorgenommen wurde, verbleibt das Wippenventil zum Beispiel durch einen geeigneten Reibungswiderstand in der eingestellten Position.
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Der maximale Zuflussquerschnitt ist durch den Querschnitt des entsprechenden Teilauslaufs an der Verbindungsstelle gegeben. Die Fläche dieser Öffnung kann dadurch, dass das Wippenventil in Verschlussrichtung des Teilauslaufs gedreht wird, verkleinert werden, indem ein Hebelarm einen Teil der Öffnung versperrt. Durch diese Blockade wird der Zuflussquerschnitt eines Teilauslaufs verringert. Die Wirkungsweise des Wippenventils ist dabei asymmetrisch. Asymmetrisch heißt hier, dass eine Drehung des Ventils in Verschlussrichtung eines Teilauslaufs zugleich in einer Drehung in Öffnungsrichtung des anderen Teilauslaufs resultiert und umgekehrt. Sobald der maximale Zuflussquerschnitt erreicht worden ist, führt eine fortgesetzte Drehung in Öffnungsrichtung zu keiner weiteren Vergrößerung des Zuflussquerschnitts, sondern der maximale Zuflussquerschnitt bleibt folgend konstant. Somit kann also das Verhältnis der Zuflussquerschnitte der beiden Teilausläufe zueinander eingestellt werden.
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Im Betrieb wird ein Volumenstrom oder auch Flüssigkeitsstrom in den Zulauf eingeleitet. Der Volumenstrom beschreibt die Rate des Flüssigkeitsvolumens, das hier den Zulauf passiert. Er wird je nach Stellung des Wippenventils auf die Teilausläufe verteilt und strömt schließlich durch deren Auslauföffnungen in ein bereitgestelltes Trinkgefäß aus. Dabei können über einen Auslauf seriell, d. h. nacheinander, unterschiedliche Flüssigkeiten nach Bedarf auf die Tassen ausgegeben werden und so in den Trinkgefäßen die benötigten Mischverhältnisse für die gewünschten Getränke erzielt werden. Es können aber auch über eine Anordnung von Ausläufen unterschiedliche Flüssigkeiten gleichzeitig in den benötigten Mischverhältnissen für die gewünschten Getränke ausgegeben werden. In beiden Fällen lassen sich aber zwei unterschiedliche Getränke innerhalb einer Zubereitungszeit bereitstellen, die kürzer ist als die Zeit, die benötigt wird, um zwei unterschiedliche Getränke nacheinander zuzubereiten.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist das Aufteilungsverhältnis leicht an der Position des Wippenventils erkennbar, zum Beispiel direkt bei einem durchsichtigen Gehäuse oder über einen einfachen starr mit dem Ventil verbundenen, von außen sichtbaren Zeiger. Ein Benutzer kann so intuitiv feststellen, aus welcher Auslauföffnung mehr und aus welcher weniger Flüssigkeit ausgegeben wird, sodass er beispielsweise problemlos die Größe der Trinkgefäße richtig zuordnen kann. Die Positionierung des Ventils kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung vorteilhafterweise intuitiv zum Beispiel über einen nach außen geführten und starr mit dem Wippenventil verbundenen Hebel von Hand durch einen Benutzer vorgenommen werden.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung können die Ausläufe jeweils eine umgekehrte T-Form aufweisen. An den Zulauf schließen sich also senkrecht zum Zulauf und zueinander diametral zumindest die ersten Abschnitte der zwei Teilausläufe an, sodass sich eine T-Form in diesem Bereich des Auslaufs ergibt. Die Auslauföffnungen der Teilausläufe weisen jedoch bei einer für den Betrieb aufgestellten Heißgetränkezubereitungseinrichtung bevorzugt nach unten, um zubereitete Getränke in Richtung der Schwerkraft auszugeben. An einem horizontalen Abschnitt des Teilauslaufs an der Verbindungsstelle zum Zulauf schließt sich dementsprechend wieder ein vertikaler Abschnitt des Teilauslaufs an.
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Das Wippenventil wird zweckmäßig im Bereich der Gabelung eines T-förmigen Auslaufs angeordnet. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung kann das Wippenventil in einer halbkreisförmigen Ausnehmung im Auslauf angeordnet sein. Die Ausnehmung ermöglicht eine freie Rotation des Wippenventils bis zu den Anschlagpunkten. Durch die vorteilhafte Form eines Halbkreises nimmt die Ausnehmung gerade nur jenen Raum ein, den die Hebelarme des Wippenventils benötigen, um um die Rotationsachse gedreht werden zu können. Die halbkreisförmige Ausgestaltung spart also Platz im Bereich des Auslaufs.
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Das Wippenventil kann beispielsweise halbschalenförmig oder V-förmig ausgestaltet sein. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung kann das Wippenventil auch einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere in Kombination mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ergibt sich, dass das Wippenventil in einer Neutralstellung in der Ausnehmung angeordnet ist und so beide Teilausläufe den maximalen Zuflussquerschnitt aufweisen. Zugleich entsteht dadurch in der Neutralstellung kein nicht durchspülter Totraum im Ausfluss, sondern es werden alle Bereiche des Ausflusses möglichst laminar durchströmt.
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Das Wippenventil ist über eine Positionierung durch Rotation, vorzugsweise zwischen zwei Maximalpositionen einstellbar, die Anschlagpunkte der Wippe darstellen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung kann das Wippenventil so ausgebildet sein, dass es in einer Maximalposition den Volumenstrom in einem Teilauslauf auf null reguliert. Eine Maximalposition des Wippenventils stellt somit jeweils die Position dar, in der ein Teilauslauf vollständig verschlossen, also der Zuflussquerschnitt auf null reduziert ist. In dieser Position wird die Flüssigkeit also nur über einen, nämlich den anderen Teilauslauf ausgegeben. Es kann dadurch beispielsweise ein Trinkgefäß nur unter die eine entsprechende Teilauslauföffnung gestellt werden.
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In einem anderen Beispiel kann dadurch zusätzlich gleichzeitig ein Kaffee mit Milch und ein Kaffee ohne Milch zubereitet werden. Denn nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung kann die Heißgetränkezubereitungseinrichtung zwei Ausläufe umfassen, die jeweils über ein erfindungsgemäßes Wippenventil verfügen. Hierdurch können zwei Flüssigkeiten gleichzeitig auf bereitgestellte Trinkgefäße verteilt werden. Abgesehen von der Zeitersparnis ist dies besonders vorteilhaft, wenn unterschiedliche Getränkebestandteile wie beispielsweise Kaffee und Milch in der Heißgetränkezubereitungseinrichtung vorbereitet werden. Zum einen kann dadurch für die Getränkebestandteile jeweils ein eigenes Leitungssystem ausgebildet sein, das zum Beispiel an separate Vorratsbehälter angeschlossen ist und auch separat gereinigt werden kann. Zum anderen kommt es hierdurch nicht zu geschmacklichen Einbußen, die bei einem gemeinsamen Auslauf gegebenenfalls bei Rückständen einer anderen als der gewünschten Flüssigkeit aus einem vorherigen Zubereitungsvorgang auftreten können.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung kann das Wippenventil manuell betätigbar sein. Wie bereits weiter oben beschrieben lässt sich die Positionierung mit dem erfindungsgemäßen Wippenventil vorteilhafterweise besonders intuitiv vornehmen, da der Benutzer optisch und/oder haptisch direkt nachvollziehen kann, in welche Position er das Wippenventil bringt und wie daher der Flüssigkeitsstrom aufgeteilt wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung kann das Wippenventil motorisch positionierbar und elektronisch steuerbar sein. Diese automatische Positionierung des Wippenventils eignet sich insbesondere für den Einsatz in Kaffeevollautomaten. Eine vom Kaffeevollautomaten umfasste Steuereinheit kann somit vollständig automatisch Programme für die Zubereitung der gewünschten Getränke ausführen. Darüber hinaus steuert sie mit geeigneten elektronischen Mitteln beispielsweise das Zusammenwirken von Brüheinheit, Pumpen, weiteren Ventilen und dergleichen so, dass gleichzeitig bevorzugt zwei gegebenenfalls unterschiedliche Heißgetränke zubereitet werden. Die Programme sind dafür bevorzugt vorprogrammiert, in einer Speichereinheit der Steuereinheit hinterlegt und können von einem Bediener über entsprechende Bedienelemente zur Ausführung angewählt werden.
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Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand von drei Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Auslaufs einer erfindungsgemäßen Heißgetränkezubereitungseinrichtung mit Wippenventil in Neutralposition,
- 2: den Auslauf aus 1 mit Wippenventil in einer Maximalposition und
- 3: den Auslauf aus 1 mit Wippenventil in einer Zwischenposition.
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In 1 ist schematisch eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Auslaufs 1 einer erfindungsgemäßen Heißgetränkezubereitungseinrichtung dargestellt. Der umgekehrt T-förmige Auslauf 1 umfasst einen Zulauf 2, der in einer Auslaufrichtung angeordnet ist. Der Zulauf 2 ist in einem Gabelungsbereich 11 mit einem ersten Teilauslauf 3 und einem diesem gegenüberliegenden zweiten Teilauslauf 4 verbunden. Die Teilausläufe 3, 4 sind jeweils in einem ersten Abschnitt senkrecht zum Zulauf 2 angeordnet. Der Zulauf 2 und die beiden Teilausläufe 3, 4 bilden somit die T-Form. Die Teilausläufe 3, 4 sind zu einem zweiten Abschnitt hin um 90° abgewinkelt, sodass sie im zweiten Abschnitt in Auslaufrichtung angeordnet sind. Endseitig weisen sie jeweils eine Auslauföffnung 12, 13 auf.
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Im Gabelungsbereich 11 ist in Auslaufrichtung anschließend an den Zulauf 2 eine im Wesentlichen halbkreisförmige Ausnehmung 10 und darin ein Wippenventil 7 mittig zwischen den beiden Teilausläufen 3, 4 angeordnet. Das Wippenventil 7 weist einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und ist im Mittelpunkt des Halbkreises drehbar um eine Rotationsachse R gelagert, die sowohl senkrecht zum Zulauf 2 als auch zu den Teilausläufen 3, 4 verläuft. An der Rotationsachse R ist die Sehne des Halbkreises in einen ersten Hebelarm 8 und einen zweiten Hebelarm 9 geteilt. Damit schließt das Wippenventil 7 bündig an die Teilausläufe 3, 4 an. Diese Position des Wippenventils 7 ist die Neutralposition NP. Darin fügt sich das Wippenventil in die Ausnehmung 10 ein. Die Teilausläufe 3, 4 weisen jeweils in dem Bereich, in dem sie mit dem Zulauf 2 verbunden sind, einen Zuflussquerschnitt 5, 6 auf. Er beschreibt die Fläche der Öffnung vom Zulauf 2 zum Teilauslauf 3, 4, die im Betrieb von einer Flüssigkeit durchströmt werden kann. In der Neutralposition NP ist der Zuflussquerschnitt 5, 6 beider Teilausläufe 3, 4 maximal und entspricht dem Querschnitt der Teilausläufe 3, 4.
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Im Betrieb wird nun der Auslauf 1 von einer hier nicht dargestellten Brüheinheit der Heißgetränkezubereitungseinrichtung mit einem Heißgetränk oder einem Getränkebestandteil beliefert. Die Flüssigkeit wird in den Zulauf 2 eingeleitet und durchströmt ihn in Auslaufrichtung bis sie den Gabelungsbereich 11 erreicht. Dort wird sie auf die beiden Teilausläufe 3, 4 verteilt. Da sich das Wippenventil 7 in Neutralposition NP befindet erfolgt die Verteilung gleichmäßig in zwei Teilströme, also zu gleichen Teilen auf die beiden Teilausläufe 3, 4. Die Teilströme der Flüssigkeit fließen in den ersten Abschnitten der Teilausläufe 3, 4 in entgegengesetzte Richtungen. Nach der Abwinkelung zum jeweils zweiten Abschnitt der Teilausläufe 3, 4 strömen sie wieder parallel in Auslaufrichtung AR und verlassen schließlich den Auslauf durch die Auslauföffnungen 12, 13.
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2 zeigt den Auslauf 1 aus 1 mit Wippenventil 7 in einer Maximalposition MP. Das Wippenventil 7 ist hier also so weit wie möglich in eine Richtung aus der Neutralposition NP ausgelenkt. In der Position MP schlägt es mit seinem Hebelarm 9 an einer Wand des Auslaufs 1 an und kann dadurch nicht mehr weiter in diese Richtung gedreht werden. Der zweite Hebelarm 9 sperrt dabei den zweiten Teilauslauf 4 für den Volumenstrom, indem er dessen Zuflussquerschnitt 6 auf null reduziert. Es verbleibt also keine Öffnungsfläche mehr, durch die die Flüssigkeit zur Auslauföffnung 13 des zweiten Teilauslaufs 4 gelangen könnte. Der Zuflussquerschnitt 5 des ersten Teilauslaufs 3 ist in der Maximalposition MP jedoch weiterhin so weit wie möglich geöffnet. Der Volumenstrom fließt bei dieser Stellung des Wippenventils 7 also vollständig durch die Auslauföffnung 12 des ersten Teilauslaufs 3 ab.
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In 3 ist der Auslauf 1 aus 1 mit dem Wippenventil 7 in einer Zwischenposition ZP dargestellt. Über die Drehung ist das Wippenventils 7 zwischen einer Maximalposition MP und der Neutralposition NP stetig auf eine beliebige Zwischenposition ZP einstellbar. Hier ist eine Zwischenposition ZP eingestellt, in der der Zuflussquerschnitt 6 des zweiten Teilauslaufs 4 durch den zweiten Hebelarm 9 des Wippenventils 7 auf etwa die Hälfte verringert ist. Der Zuflussquerschnitt 5 des ersten Teilauslaufs 3 ist hingegen unverändert maximal. Bei homogenem Druck läuft dementsprechend ein doppelt so hoher Anteil des Volumenstroms aus der Auslauföffnung 12 des ersten Teilauslaufs 3 wie aus der Auslauföffnung 13 des zweiten Teilauslaufs. Es werden also ca. 66% der Flüssigkeit über die Auslauföffnung 12 des ersten Teilauslaufs und 33% über die Auslauföffnung 13 des zweiten Teilauslaufs abgegeben.
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Analog zur Beschreibung der 2 und 3 ist es selbstverständlich auch möglich den Zuflussquerschnitt 5 des ersten Teilauslaufs 3 zu reduzieren und somit hier den Volumenstrom zu verringern. Dementsprechend können die zubereiteten Getränkebestandteile beliebig über die Teilausläufe 3, 4 auf zwei jeweils unter einer Auslauföffnung 12, 13 positionierte Trinkgefäße verteilt werden. Der in ein Trinkgefäß abgefüllte Anteil eines ausgegebenen Getränkebestandteils kann je nach Wunsch zwischen 0% und 100% betragen. Dabei können grundsätzlich unterschiedliche Getränkebestandteile über jeweils zugeordnete und ggf. auch über gemeinsame Ausläufe einer erfindungsgemäßen Heißgetränkezubereitungseinrichtung ausgegeben werden. Somit können vorteilhafterweise gleichzeitig zwei Getränke bereitgestellt werden, die sich anteilig und/oder der Art nach in ihren Bestandteilen unterschieden.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Einrichtung lediglich um ein Ausführungsbeispiel handelt, welches vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrmals bzw. mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einheit“ oder „Einrichtung“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Auslauf
- 2
- Zulauf
- 3
- erster Teilauslauf
- 4
- zweiter Teilauslauf
- 5, 6
- Zuflussquerschnitt
- 7
- Wippenventil
- 8
- erster Hebelarm
- 9
- zweiter Hebelarm
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Gabelungsbereich
- 12, 13
- Auslauföffnung
- R
- Rotationsachse
- NP
- Neutralposition
- MP
- Maximalposition
- ZP
- Zwischenposition
