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Die Erfindung betrifft ein Heißgetränkegerät insbesondere für Haushaltszwecke mit einem Fluidsystem, mit einem Über- oder Unterdruckventil zum Abbau von Über- oder Unterdruck im Fluidsystem, mit einer elastischen Membrane im Ventil, die bei Anlage von Überbzw. Unterdruck von ihr verdeckte Lufteintrittsöffnungen zur Ent- bzw. Belüftung des Fluidsystems freigibt. Die Erfindung betrifft außerdem das Über- bzw. Unterdruckventil an sich.
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Ein Unterdruckventil, das stromab einer Heizeinrichtung und stromauf einer Brühvorrichtung angeordnet ist, zeigt beispielsweise die
DE10 2011 084 839 A1 . Es ist mit einem Umbrella-Ventil ausgestattet und elastisch genug, um auch bei geringen Druckunterschieden zu öffnen und einen Druckausgleich durch eine Strömung in eine Einlassrichtung zu ermöglichen und umgekehrt bei einem Überdruck in einer Auslassrichtung dagegen zuverlässig zu schließen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau von Heißgerätezubereitungsgeräten unter Nutzung von Über- oder Unterdruckventilen zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Heißgetränkegerät mit einem Unterdruckventil erfindungsgemäß durch eine umfangsseitige Einspannung der Membrane in einem Gehäuse des Unterdruckventils, durch wenigstens einen Durchbruch in der Membrane und durch einen zwischen einer Unterdruckstellung und einer Druckstellung im Gehäuse axial verfahrbar und in die Unterdruckstellung vorgespannt gelagerten tellerförmigen Aktor gelöst, der die Lufteintrittsöffnungen aufweist, der in der Unterdruckstellung an der Membrane anliegt, der bei Anlage von Unterdruck von der Membrane beabstandet ist und der eine zumindest in der Druckstellung aktivierbare Schnittstelle aufweist, mit der er an eine Einrichtung des Heißgetränkegeräts angeschlossen ist. Die Membrane des erfindungsgemäßen Unterdruckventils kann beispielsweise zwischen einem Gehäusedeckel und einem Trägerteil als Gehäusebestandteile des Unterdruckventils umfangseitig vollständig und fluiddicht eingespannt sein. Erfindungsgemäß weist die Membrane einen vorzugsweise zentrischen Durchbruch auf, der von einem neuartigen, innerhalb des Gehäuses axial verfahrbaren Aktor verschließbar ist. Der Aktor kennt damit zumindest zwei Stellungen, nämlich seine Unterdruckstellung und seine Druckstellung. In der Unterdruckstellung liegt der Aktor zumindest im Bereich des Durchbruchs der Membrane und/oder im Bereich seiner Lufteintrittsöffnungen flächig und fluiddicht an, so dass entweder der Durchbruch oder die Lufteintrittsöffnungen oder beide fluiddicht verschlossen sind. Der Aktor ist in die Unterdruckstellung vorgespannt, so dass er sie sowohl bei isobaren Verhältnissen beidseits der Membrane als auch bei Unterdruck einnimmt. In der Unterdruckstellung und bei druckunbelasteter Membran ist ein Fluidweg von einer der Membrane abgewandten Seite des Aktors durch die Lufteintrittsöffnungen hindurch durch den Durchbruch in der Membrane hindurch auf die aktorabgewandte Seite der Membrane hin oder in Gegenrichtung verschlossen. Dazu genügt es, dass entweder die Lufteintrittsöffnungen oder der Durchbruch in der Membrane verschlossen sind/ist.
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In der Druckstellung des Aktors ist derselbe Weg für ein Fluid ebenfalls verschlossen. Denn ein Überdruck auf der dem Aktor abgewandten Seite der Membran verschiebt ihn und die an ihm anliegende Membran gemeinsam und in Anlage aneinander entgegen der Vorspannkraft.
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Beim Auftreten von Unterdruck im Fluidsystem auf der dem Aktor abgewandten Seite der Membrane dagegen erhält der Aktor zumindest abschnittsweise einen Abstand von der Membrane, so dass sowohl der Durchbruch als auch die Lufteintrittsöffnungen fluiddurchgängig sind.
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Der Aktor verfügt darüber hinaus über eine Schnittstelle, mit der eine weitere Einrichtung des Heißgetränkegeräts zumindest in der Druckstellung des Aktors betätigbar ist. Die Schnittstelle kann einen mechanischen, einen elektrischen, einen elektromagnetischen oder sonstigen Kontakt mit der Einrichtung jenseits bzw. außerhalb des Unterdruckventils aufbauen, um beispielsweise zumindest ein Steuerungssignal zumindest in seiner Druckstellung abzugeben.
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Die Erfindung wendet sich also davon ab, ein Unterdruckventil eines Heißgetränkegeräts ausschließlich mit der Funktion eines Unterdruckabbaus zu belegen. Sie verfolgt vielmehr das Prinzip, einem Unterdruckventil einen Mehrfachnutzen zu verleihen. So nutzt sie eine Unterdruckstellung des Unterdruckventils weiterhin zum Unterdruckabbau, lässt aber die Druckstellung des Unterdruckventils bei Überdruck nicht ungenutzt, sondern lässt das Unterdruckventil in einer Funktionenkombination zumindest im Überdruckfall beispielsweise ein Steuersignal abgeben. Damit kann folglich eine weitere Einrichtung des Heißgetränkegeräts im vorliegenden Beispiel im Überdruckfall gesteuert werden, ohne dass dafür ein separater Überdrucksensor und eine entsprechende Verarbeitungs- und Ausgabeeinheit für ein entsprechendes Signal vorgesehen werden müsste.
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Neben der Druckstellung des Aktors kann er dazu ausgebildet sein, auch in der Unterdruckstellung oder in Zwischenstellungen zwischen der Druck- und der Unterdruckstellung Signale abzugeben. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor als Antrieb einer Verriegelung einer Brühkammer des Heißgetränkegeräts ausgebildet. Damit sorgt der erfindungsgemäße Aufbau des Heißgetränkegeräts dafür, dass das Unterdruckventil im Unterdruckfall bestimmungsgemäß schließt, zugleich aber auch den Überdruckfall sensiert und dafür sorgt, dass die Brühkammer sicherheitshalber verriegelt wird. Das derartig ausgestaltete Unterdruckventil erhält damit die Funktion als Unterdruckwächter einerseits und als Überdruckwächter und als Auslöser für die Verriegelung der Brühkammer im Überdruckfall andererseits. Damit kann ein separater Überdruckwächter und eine separate Steuerung der Verriegelung der Brühkammer eingespart werden. Darin ist zudem eine besonders geschickte Funktionenkombination zu sehen, weil das erfindungsgemäße Unterdruckventil mit seiner zusätzlichen Aufgabe nicht seine ursprüngliche Funktion überlagert, sondern in einer Phase der Inaktivität als Unterdruckventil eine weitere Aufgabe erhält, nämlich diejenige der Überdruckerfassung und Weiterleitung der entsprechenden Information.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Aktor als Stößel mit einem tellerförmigen Stößelkopf und einem stiftförmigen Stößelstiel ausgebildet sein. Der Aktor kann in seinem Stößelkopf die Lufteintrittsöffnungen aufweisen und mit seinem Stößelstiel durch das Gehäuse des Unterdruckventils treten und an die Einrichtung des Heißgetränkegeräts angeschlossen sein. Der Stößelstiel stellt folglich einen Teil einer Führungseinrichtung des Aktors dar, der dessen axiale Verfahrbarkeit im Gehäuse des Unterdruckventils sicherstellt. Er ragt mit dem Stößelstiel sowohl in der Druckstellung als auch in der Unterdruckstellung durch das Gehäuse hindurch. Vorzugsweise außerhalb des Gehäuses kann er die Schnittstelle zum Anschluss an eine weitere Einrichtung des Heißgetränkegeräts bilden, beispielsweise indem er dort einen elektrischen Schalter betätigt oder selbst Teil eines elektrischen Schalters ist. Die Vorspannung des Stößels in seine Unterdruckstellung kann beispielsweise eine Schraubenfeder bewirken, die sich mit ihrem einen Ende am Stößelteller und mit ihrem anderen Ende an einer Innenseite des Gehäuses des Unterdruckventils abstützt. Damit die Lufteintrittsöffnungen im Stößelteller im Unterdruckfall eine Luftströmung durch den Durchbruch der Membrane hindurch ermöglichen, kann auch das Gehäuse des Unterdruckventils zumindest eine Lufteintrittsöffnung aufweisen, und zwar auf einer der Membrane abgewandten Seite des Stößeltellers. Mit der Ausbildung des Aktors als Stößel bzw. als Kolben lassen sich eine zuverlässige axiale Führung des Aktors im Gehäuse des Unterdruckventils einerseits und eine konstruktiv einfache Schnittstellenausbildung am Aktor andererseits bewerkstelligen.
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Der Aktor kann grundsätzlich jede beliebige Art von Schnittstellen aufweisen, beispielsweise die oben genannte elektrische Schnittstelle. Ihre Ausgestaltung richtet sich im Wesentlichen nach der Ansteuerung der weiteren Einrichtung, die zumindest in der Druckstellung durch den Aktor betätigt werden soll. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Stößel einen kinematischen Anschluss an die Einrichtung des Heißgetränkegeräts auf. Denn jedenfalls die Verriegelung einer Brüheinheit erfolgt in der Regel am zuverlässigsten über eine Mechanik, die der Aktor bzw. sein Stößel unmittelbar antreiben kann. Damit lässt sich eine besonders zuverlässige Konstruktion der sicherheitsrelevanten Verriegelung der Brüheinheit sicherstellen.
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Die Elastizität der umfangseitig eingespannten Membrane verleiht ihr einen gewissen axialen Bewegungsweg, auf dem sie dem Aktor zwischen dessen Druckstellung und dessen Unterdruckstellung folgt. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Membrane als Rollmembrane ausgebildet sein. Ihr axialer Bewegungsweg lässt sich damit deutlich vergrößern, so dass sich die Lage des Aktors in seiner Druckstellung deutlicher von seiner Unterdruckstellung unterscheidet. Damit kann eine kinematische Schnittstelle zuverlässiger arbeiten und zum Beispiel ohne Übersetzung auskommen. Eine elektronische Schnittstelle kann günstiger herstellbar sein, weil sie eine gröbere Auflösung zur Unterscheidung der beiden Stellungen bieten kann.
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Im Überdruckfall soll das Unterdruckventil nicht nur die Anlage eines Überdrucks sensieren und weitermelden, sondern auch selbst dem Überdruck dichtend standhalten. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann daher die Membrane zumindest im Bereich ihres Durchbruchs in Richtung auf den Aktor hin vorgespannt sein. Damit kann die dichtende Anlage des Aktors im Bereich des Durchbruchs der Membrane zuverlässiger gestaltet werden. Die Vorspannung ist andererseits derart auszulegen, dass sie ab einem bestimmten Schwellwert für den Unterdruck zuverlässig eine Ablösung der Membrane vom Aktor und damit eine fluidische Passage durch den Durchbruch der Membrane und damit auch durch die Lufteintrittsöffnungen hindurch zulässt.
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Grundsätzlich kann der Durchbruch in der Membrane weitgehend beliebig gestaltet sein, solange ihn der Aktor verschließt und der Durchbruch im geöffneten Fall einen Luftdurchtritt zulässt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchbruch als Schlitz in der Membrane ausgebildet, weil er damit selbst mit einer gewissen Vorspannung in seine Verschlussstellung ausgestattet werden kann. Als Variablen dafür stehen die Elastizität des Materials der Membrane einerseits und die Breite des Schlitzes andererseits zur Verfügung. Damit bietet sich ein weiterer konstruktiver Ansatz, auf die Dichtigkeit der Membrane im Überdruckfall Einfluss zu nehmen.
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Selbstverständlich soll das Unterdruckventil auch im Unterdruckfall zuverlässig öffnen und eine Passage vorzugsweise von Luft durch die Lufteintrittsöffnungen und durch den Durchbruch hindurch sicherstellen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann daher das Gehäuse einen Expansionsraum auf der dem Aktor abgewandten Seite der Membrane aufweisen, in den hinein sich die Membrane bei Unterdruck verformen kann. Damit ist sichergestellt, dass die Membrane im Unterdruckfall nicht eingeklemmt ist zwischen dem Aktor einerseits und dem Gehäuse andererseits, so dass der Durchbruch und/oder die Lufteintrittsöffnungen sich nicht oder nicht zuverlässig öffnen lassen. Der Expansionsraum gewährleistet vielmehr die Verformung der Membrane im Unterdruckfall, so dass sie sich vom Aktor in dessen Unterdruckstellung lösen und damit die Lufteintrittsöffnungen und den Durchbruch freigeben kann. Damit sind ein zuverlässiger Unterdruckausgleich und damit die bestimmungsgemäße Funktion des Unterdruckventils sichergestellt.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem bei dem oben genannten Unterdruckventil erfindungsgemäß durch eine umfangseitige Einspannung der Membrane im einem Gehäuse des Unterdruckventils, durch wenigstens einen Durchbruch in der Membrane und durch einen zwischen einer Unterdruckstellung und einer Druckstellung im Gehäuse axial verfahrbaren und in der Unterdruckstellung vorgespannt gelagerten tellerförmigen Aktor gelöst, der die Lufteintrittsöffnungen aufweist, der in der Unterdruckstellung an der Membrane anliegt und der bei Anlage von Unterdruck von der Membrane beabstandet ist und der eine zumindest in der Druckstellung aktivierbare Schnittstelle aufweist, mit der er an eine betätigbare Einrichtung des Heißgetränkegeräts anschließbar ist. Zu den Ausführungsdetails der Membrane, des Aktors, des Gehäuses, des Durchbruchs in der Membrane und der Schnittstelle des Aktors wird auf die obige Beschreibung verwiesen, die sinngemäß auch auf das Unterdruckventil an sich bzw. seine Bestandteile anwendbar ist.
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Das erfindungsgemäße Prinzip der Doppelnutzung des Unterdruckventils sowohl für den Unterdruckfall als auch für den Überdruckfall lässt sich auch kinematisch umkehren. Folglich lässt sich auch ein Überdruckventil entsprechend konstruieren, so dass es im Überdruckfall öffnet und einen Fluiddurchgang ermöglicht, um den Überdruck abzubauen und im Unterdruckfall eine weitere Einrichtung des Heißgetränkegeräts unmittelbar betätigt oder ein Steuersignal dafür abgibt. Die eingangs genannte Aufgabe wird folglich bei dem eingangs genannten Überdruckventil durch eine umfangsseitige Einspannung der Membrane in einem Gehäuse des Überdruckventils, durch wenigstens einen Durchbruch in der Membrane und durch einen zwischen einer Schließstellung und einer Unterdruckstellung im Gehäuse axial verfahrbar und in der Überdruckstellung vorgespannt gelagerten tellerförmigen Aktor gelöst, der die Lufteintrittsöffnungen aufweist, der in der Überdruckstellung an der Membrane anliegt, der bei Anlage von Überdruck von der Membrane beabstandet ist, und der eine zumindest in der Unterdruckstellung aktivierbare Schnittstelle aufweist, mit der er an eine betätigte Einrichtung eines Heißgetränkegeräts anschließbar ist. Zu den Ausführungsdetails der Membrane, des Aktors, des Gehäuses, des Durchbruchs in der Membrane und der Schnittstelle des Aktors wird auf die obige Beschreibung verwiesen, die sinngemäß auch auf das Überdruckventil bzw. seine Bestandteile anwendbar ist.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird schließlich auch durch ein Heißgetränkegerät mit einem derartigen Überdruckventil gelöst, das weitgehend die gleichen Vorteile wie ein solches mit dem erfindungsgemäßen Unterdruckventil bietet.
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Das Prinzip der Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Unterdruckventil.
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Das Unterdruckventil setzt sich aus einem weitgehend zylindrischen Gehäuse 2 mit einem Deckel 21 und einem Trägerteil 22 zusammen, die an einer umlaufenden Bördelung 23 umfangseitig fluiddicht miteinander gekoppelt sind. Das Trägerteil 22 schließt mit einem Fluidanschluss 24 an ein nicht dargestelltes Fluidsystem eines Heißgetränkegerätes an. Der Deckel 21 enthält auf seiner weitgehend flachen Oberseite Luftlöcher 25, die einen Luftzutritt aus der umgebenden Atmosphäre in das Innere des Gehäuses 2 erlauben. Im Gehäuse 2 ist ein Stößel 1 als Aktor verschiebbar gelagert, indem der Stößel 1 mit einem Stößelstiel 12 durch den Deckel 21 des Gehäuses 2 ragt und in einer axialen Führung 26 im Deckel 21 entlang der Achse a verschiebbar gelagert ist. Der Stößelstiel 12 trägt einen seitlich aufkragenden Stößelteller 11, der in radialer Richtung das Gehäuse 2 weitgehend ausfüllt und von einer Schraubenfeder 3 in Richtung des Fluidanschlusses 24 vorgespannt wird. Die Schraubenfeder 3 stützt sich auf einer Unterseite 13 des Stößeltellers 11 einerseits und auf einer Innenseite 27 des Deckels 21 andererseits ab. Der Stößelteller 11 enthält außerdem zwei Lufteintrittslöcher 14, die fluidisch mit den Luftlöchern 25 im Deckel 21 kommunizieren.
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Zwischen dem Stößelteller 11 und dem Trägerteil 22 liegt eine glockenförmige Roll-Membrane 5, die mit ihrem umfangseitigen Rand 51 in der Bördelung 23 des Gehäuses 2 fluiddicht eingespannt ist. Sie weist einen zentralen Durchbruch 52 auf, der in einer dargestellten Unterdruckstellung des Stößels 1 vom Stößelteller 11 verdeckt und damit fluiddicht geschlossen ist. Zugleich deckt die Membrane 5 die Lufteintrittslöcher 14 im Stößelteller 11 fluiddicht ab. Das Trägerteil 22 weist eine ringförmig umlaufende Schulter 29 auf, die einen Expansionsraum 28 mit einem geringeren Durchmesser als das übrige Gehäuse 2 an sich bildet. Der Expansionsraum 28 wird in der dargestellten Unterdruckstellung des Stößels 1 von der Membrane 5 und dem Stößelteller 11 oberseitig begrenzt und mündet in den Fluidanschluss 24. In der Unterdruckstellung des Stößels 1 liegt er an seinem Umfang auf der Membrane 5 und jene auf der Schulter 29 auf. Im Bereich des Expansionsraums 28 dagegen liegt die Membrane 5 einseitig am Stößelteller 11 an, auf der gegenüberliegenden Seite liegt sie dagegen im Bereich des Expansionsraums 28 frei.
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Bei Isobaren Verhältnissen beidseits der Membrane 5 sind ihre fluidischen Durchgänge, also der Durchbruch 52, und diejenigen im Stößelteller 11, also die Lufteintrittslöcher 14, in der dargestellten Unterdruckstellung des Stößels 1 verschlossen. Die Feder 3 sorgt für eine dichtende Anlage des Stößeltellers 11 an der Membrane 5. Die Unterdruckstellung ist erreicht, sobald entweder die Lufteintrittslöcher 14 oder der Durchbruch 52 verschlossen sind.
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Der Fluidanschluss 24 schließt das Unterdruckventil an das nicht dargestellte Fluidsystem eines Heißgetränkegeräts an, in dem Über- und Unterdruck auftreten kann. Er wirkt über den Fluidanschluss 24 im Expansionsraum 28 und veranlasst die Membrane 5 bei Unterdruck zu einer Verformung in den Expansionsraum 28 hinein. Dabei verliert die Membrane 5 ihre dichtende Anlage an den Stößelteller 11. Sie hebt sich zumindest in ihrem mittleren Bereich und damit im Bereich des Durchbruchs 52 vom Stößelteller 11 ab, wodurch nicht nur der Durchbruch 52, sondern anschließend auch die Lufteintrittslöcher 14 geöffnet werden. Nun kann der Unterdruck im Fluidsystem Luft über die Luftlöcher 25, die Lufteintrittslöcher 14 und den Durchbruch 52 ansaugen, um den Unterdruck im Fluidsystem abzubauen. Der Stößel 1 kann dieser Bewegung nicht nachgeben, weil er mit seinem Stößelteller 11 auf der Schulter 27 aufliegt und damit in eine Richtung auf den Fluidanschluss 24 hin begrenzt ist.
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Tritt im Fluidsystem dagegen ein Überdruck auf, wirkt er über den Fluidanschluss 24 ebenfalls in den Expansionsraum 28 hinein. Bei ausreichender Größe bzw. Überschreiten eines Schwellwerts für den Überdruck drückt jener den Stößel vom Fluidanschluss 24 weg und entgegen der Kraft der Feder 3 auf den Deckel 21 hin. Weil der Überdruck auch auf die Membrane 5 wirkt, verliert sie ihren dichtenden Kontakt zum Stößelteller 11 nicht, sondern folgt der Bewegung des Stößels 1 unter Abdichtung des Durchbruchs 52 bzw. der Lufteintrittslöcher 14. Als Roll-Membrane verfügt sie über genügend Bewegungsspielraum, um dem Stößel 1 bis zu dessen Druckstellung, nämlich bis zum Anschlag am Deckel 21 bzw. an der vollkommen komprimierten Schraubenfeder 3 zu folgen. Dabei wird der Stößelstiel 12 durch die Führung 26 hindurch aus dem Deckel 21 des Gehäuses 2 nahezu vollständig ausgefahren. Die Verschiebung des Stößelstiels 12 lässt sich kinematisch nutzen, um insbesondere eine Verriegelung einer Brühkammer des Heißgetränkegeräts zu betätigen. Damit erfüllt das erfindungsgemäße Unterdruckventil nicht nur seine bestimmungsgemäße Aufgabe, beim Auftreten von Unterdruck einen Druckausgleich im Fluidsystem zuzulassen, sondern sorgt im Überdruckfall für eine sicherheitsrelevante Verriegelung der Brühkammer des Heißgetränkegeräts.
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Da es sich bei dem vorhergehenden, detailliert beschriebenen Unterdruckventil um ein Ausführungsbeispiel handelt, kann es in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen und Anordnungen der Luftlöcher und der Lufteintrittslöcher in anderer Form als in der hier beschriebenen erfolgen. Ebenso können das Gehäuse und/oder der Stößel in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. konstruktiven oder designerischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrmals oder mehrfach vorhanden sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stößel (Aktor)
- 2
- Gehäuse
- 3
- Schraubenfeder
- 5
- Membrane
- 11
- Stößelteller
- 12
- Stößelstiel
- 13
- Unterseite
- 14
- Lufteintrittslöcher
- 21
- Deckel
- 22
- Trägerteil
- 23
- Bördelung
- 24
- Fluidanschluss
- 25
- Luftlöcher
- 26
- Führung
- 27
- Innenseite
- 28
- Expansionsraum
- 29
- Schulter
- 51
- umfangseitiger Rand
- 52
- Durchbruch
- a
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084839 A1 [0002]
