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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einer Anzahl an Stößelventilen, die unabhängig voneinander betätigbar sind, und mit einer Steuerungseinrichtung mit Steuermitteln zur Betätigung von Stößeln der Stößelventile sowie ein Heißgetränkegerät, insbesondere für Haushaltszwecke, mit einer derartigen Ventilanordnung samt Steuerungseinrichtung.
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Die
EP 2 062 512 B1 beschreibt eine Kaffeezubereitungsmaschine mit einer Ventilanordnung mit mehreren Ventilen, die unabhängig voneinander betätigbar sind, wobei die Ventile je einen Stößel zum Betätigen aufweisen, der mit einem Nocken auf einer Nockenschiene aktivierbar ist und wobei der Nocken im Betrieb linear bewegbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine alternative Ventilsteuerung zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Ventilanordnung durch eine kurvige Anordnung der Steuermittel gelöst, wobei zumindest ein Steuermittel relativ zu den Stößelventilen bewegbar ist. Sind mehrere Steuermittel vorhanden, kann zumindest eines von ihnen oder können alle gemeinsam relativ zu den Stößelventilen bewegbar angeordnet sein. Bei mehreren Stößelventilen können das oder die Steuermittel zumindest relativ zu einem Stößelventil bewegbar angeordnet sein. Die Erfindung wendet sich also davon ab, die Steuermittel linear anzuordnen. Sie verfolgt vielmehr das Prinzip einer kurvigen Anordnung der Steuermittel. Dazu können sie entweder auf der Scheibenfläche einer Steuerscheibe oder auf dem Mantel einer Steuerwalze angebracht sein. Dadurch lässt sich die Steuerungseinrichtung nicht nur sehr kompakt ausbilden, insbesondere wenn sie mit vorhandenen rotatorischen Getriebeteilen, beispielsweise einer Spindelbrüheinheit, kombiniert werden kann. Sondern es ergeben sich auch größere prozesstechnische Freiheiten, weil eine kurvige Anordnung im Gegensatz zu einer linearen Anordnung der Steuermittel keiner Beschränkung des Steuerwegs unterliegt. Er lässt sich quasi unendlich ausdehnen.
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Wie bei einer linearen Anordnung auch, kann die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung sowohl einen Hinweg, nämlich in einer ersten Drehrichtung, als auch einen Rückweg in einer entgegengesetzten Drehrichtung bieten. Durch die Bewegbarkeit von Steuermitteln und Stößelventilen relativ zueinander lässt sich erfindungsgemäß drehrichtungsabhängig eine unterschiedliche Ansteuerung der Stößelventile erreichen.
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Grundsätzlich lassen sich die Steuermittel als Erhebungen oder Vertiefungen bzw. Senken bezüglich einer Bezugsfläche ausbilden. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise eine Nockenscheibe oder Lochscheibe mit der Scheibenfläche als Bezugsfläche bzw. eine Nockenwalze oder eine Lochwalze mit der Mantelfläche der Walze als Bezugsfläche umfassen. Sowohl die Scheibe als auch die Walze können mehrere nebeneinander angeordnete gekrümmte und koaxiale Steuer- oder Kulissenbahnen aufweisen, auf denen sich Erhebungen und Senken zur Ansteuerung der Stößelventile abwechseln können. Dabei brauchen die Kulissenbahnen nicht zwingend über eine volle Umdrehung der Scheibe oder Walze ausgebildet zu sein, sondern können jeweils auch nur abschnittsweise eine Höhenprofilierung gegenüber der Bezugsfläche bieten. Die Stößel lassen sich zumindest in einer Stellung und insbesondere beim Schaltwechsel beispielsweise federvorgespannt gegen die Kulissenbahn drücken.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Ventilanordnung eine drehbare Steuerscheibe als Bestandteil der Steuerungseinrichtung mit kreisförmig bzw. in konzentrischen Kreisen unterschiedlichen Durchmessers angeordneten Kulissenbahnen als erste Steuermittel aufweisen, wobei die Kulissenbahnen mit den Stößeln der Stößelventile zusammenwirken und in Umfangsrichtung der Steuerscheibe eine Höhenprofilierung zur Ansteuerung der Stößel aufweisen. Die Höhenprofilierung ergibt sich aus den oben erwähnten Erhebungen und/oder Senken gegenüber der Scheibenfläche der Steuerscheibe, beispielsweise in Form von erhabenen Plateaus gegenüber der im Übrigen planen Scheibenfläche oder als eingetiefte Senken oder durch Kombination sowohl von Plateaus bzw. Erhebungen als auch von Senken und Abschnitten der höhenmäßig dazwischen liegenden Scheibenfläche. Zusätzlich können zwischen den höhenmäßig differenzierten Abschnitten, also an den Übergängen der Erhebungen und der Senken untereinander und zur Scheibenfläche, anstelle von Stufen auch geneigte Rampen angeordnet sein. Sie ermöglichen eine kontinuierliche statt einer diskontinuierlichen Lageänderung der Stößel als Ansteuerung des betreffenden Stößelventils. Die drehbare Steuerscheibe mit Erhebungen und/oder Senken gegenüber ihrer Scheibenfläche ermöglicht einen besonders flachen Aufbau, der sich zudem mit ohnehin vorhandenen Getriebeteilen einer Ansteuerung beispielsweise einer Heißgetränkeeinrichtung, platzsparend kombinieren und konstruktiv günstig antreiben lässt.
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Erfindungsgemäß ist zumindest ein Steuermittel relativ zu einem oder mehreren Stößelventilen bewegbar. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Ventilanordnung über wenigstens ein relativ zur Steuerscheibe verlagerbares zweites Steuermittel in einer Kulissenbahn verfügen, das eine unterschiedliche Ansteuerung des der Kulissenbahn zugeordneten Stößelventils bewirkt. Das verlagerbare zweite Steuermittel ist selbst also Bestandteil einer Kulissenbahn und dreht sich auf der Steuerscheibe mit. Durch seine Verlagerung bewirkt es eine Änderung der Höhenprofilierung der Kulissenbahn. Es kennt also mindestens zwei Positionen, nämlich eine Grundposition und eine Verlagerungsposition. In der Grundposition kann es beispielsweise eine Erhebung bilden oder die seiner Kulissenbahn fortsetzen, in der verlagerten Position dagegen das Niveau der Kulissenbahn auf das der Scheibenfläche herabsetzen oder in eine Senke führen. Dadurch lässt sich die Höhenprofilierung derjenigen Kulissenbahn variieren, die das verlagerbare zweite Steuermittel enthält. Denn je nach Lage des zweiten Steuerelements in seiner Grundposition oder in seiner Verlagerungsposition erfolgt eine andere Auslenkung bzw. Lageänderung des Stößels des der Kulissenbahn zugehörigen Stößelventils. Durch die Integration eines verlagerbaren zweiten Steuermittels in eine Kulissenbahn bietet die Steuerungsvorrichtung also eine Variabilität in der Ansteuerungslogik der Ventilanordnung.
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Grundsätzlich kann das verlagerbare zweite Steuermittel durch einen eigenen Aktor angetrieben sein, beispielsweise durch ein eigenes Getriebe, um von seiner Grundposition in seine Verlagerungsposition zu gelangen und/oder umgekehrt. Zumindest eine Bewegungsrichtung kann durch eine Feder erfolgen, die bei der angetriebenen Verlagerung in der Gegenrichtung vorgespannt wird. Damit lässt sich die Verlagerung des zweiten Steuermittels vollkommen unabhängig beispielsweise von einer Stellung der tragenden Steuerscheibe schalten und damit das Höhenprofil der betreffenden Kulissenbahn beeinflussen.
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Nach einer dazu alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann das zweite Steuermittel in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Steuerscheibe die unterschiedliche Ansteuerung des der Steuerscheibe zugeordneten Stößelventils bewirken. Dazu kann das mit der Steuerscheibe mitdrehende verlagerbare zweite Steuermittel über einen Ansatz verfügen, der mit einem gehäusefesten Schaltmittel der Steuerungseinrichtung kinematisch zusammenwirkt, so dass das zweite Steuermittel in Abhängigkeit von der jeweiligen rotatorischen Position der Steuerscheibe in seiner Grundposition gehalten oder in seine Verlagerungsposition verbracht wird. Der Ansatz kann beispielsweise stiftförmig ausgebildet sein und in eine gehäusefeste Schiene eingreifen. Jenseits der drehbaren Steuerscheibe und des verlagerbaren zweiten Steuermittels erfordert eine derartige Vorrichtung keine weiteren bewegten und daher konstruktiv aufwändigen Teile, sondern ermöglicht einen äußerst kompakten und robusten Aufbau für eine Ansteuerung des zweiten Steuermittels.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Ventilanordnung einen beweglichen und in einer Grundstellung vorgespannt gelagerten Abschnitt einer Kulissenbahn als zweites Steuermittel umfassen, der in einer ersten Drehrichtung der Steuerscheibe aus der Grundstellung und der Federkraft entgegen in die Verlagerungsstellung bewegbar und in einer zweiten Drehrichtung unbewegt und in der Grundstellung gehalten ist. Selbstverständlich kann der federvorgespannt gelagerte Abschnitt statt in seiner Grundstellung auch in seiner Verlagerungsstellung vorgespannt sein. Seine Verlagerung kann in einer Verdrehung, einer Verschwenkung oder in einer Verschiebung bestehen. Die Federvorspannung in einer der beiden Stellungen erfordert einen Antrieb des federvorgespannt gelagerten Abschnitts in nur einer Richtung, beispielsweise per gehäusefestem und damit gegenüber der drehbaren Steuerscheibe feststehendem Stift.
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Alternativ dazu und in einer noch einfacheren Ausführungsform können die Kulissenbahn und der darin enthaltene federvorgespannt gelagerte Abschnitt derartig gestaltet sein, dass der der Kulissenbahn zugehörige Ventilstößel selbst den federvorgespannt gelagerten Abschnitt in einer ersten Drehrichtung entgegen der Federkraft auslenken kann, wohingegen er in der entgegengesetzten Drehrichtung der Steuerscheibe insofern wirkungslos bleibt. Dazu kann der federvorgespannt gelagerte Abschnitt beispielsweise über eine Anlauffläche verfügen, gegen die der Ventilstößel in der ersten Drehrichtung anläuft und den Abschnitt bei fortgesetzter Drehung verlagert. Damit erfährt der im Betrieb ebenfalls in eine seiner Stellungen vorgespannte Ventilstößel eine Lageänderung, sobald er den Abschnitt verlagert. Gelingt ihm dies nicht, so bleibt auch der Ventilstößel in der bisherigen Position, die ihm die Kulissenbahn vorgibt.
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Der federvorgespannt gelagerte Abschnitt kann beispielsweise ein Schieber sein, der durch Verschiebung in radialer Richtung von einer Grundposition in eine Verlagerungsposition wechseln kann. Er kann einen Kreisbahnabschnitt einer kreisförmigen Kulissenbahn und dort in seiner Grundstellung beispielsweise eine Erhebung fortsetzen. In seiner Verlagerungsstellung dagegen bietet die Kulissenbahn dann das Niveau der Scheibenfläche, das sich an den Schieber anschließt. In der einen Drehrichtung gleitet der Ventilstößel dann über die Erhebung der Kulissenbahn auf den nicht verlagerten Schieber und erfährt seine Lageänderung erst jenseits des Schiebers. In der Gegenrichtung dagegen gleitet der Stößel bereits auf dem tieferen Niveau der Scheibenfläche auf den Schieber zu. Jener kann auf dieser dem Stößel zugewandten Seite eine schräge Anlauffläche aufweisen, so dass bei einer Verdrehung der Steuerscheibe der Ventilstößel den Schieber an der Anlauffläche entlanggleitend aus seiner Grund- in seine Verlagerungsstellung drängt. Der Ventilstößel bleibt aber weiterhin auf dem niederen Niveau der Scheibenfläche. Noch im Bereich des Schiebers kann eine Rampe den Stößel auf das höhere Niveau der Erhebung anheben. Dort angekommen, verliert der Stößel seinen Kontakt zum Schieber, der federvorgespannt aus seiner Verlagerungsstellung in seine Grundstellung zurückkehrt. Damit ergeben sich unterschiedliche Stößelstellungen, die davon abhängen, aus welcher der beiden Drehrichtungen kommend der Ventilstößel auf den Schieber stößt. In beiden Fällen erfährt der Ventilstößel bei Kontakt mit dem Schieber zunächst keine Lageänderung, sondern erst anschließend. Der Zeitpunkt für die eintretende Lageänderung ist jedoch in Bezug auf die Stellung der Steuerscheibe unterschiedlich. Damit gelingt eine mechanisch äußerst einfache Ventilsteuerung, die jedoch durch die änderbare Drehrichtung der Steuerscheibe eine drehrichtungsabhängige Varianz bietet. Bei mehreren anzusteuernden Ventilen kann diese Anordnung in jeder der zugehörigen Kulissenbahnen vorgesehen sein, womit alle Ventile zusammen oder jeweils einzeln eine unterschiedliche, drehrichtungsabhängige Ansteuerung erfahren können.
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In den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung war zumindest ein Steuermittel relativ zu den Stößelventilen in der Weise bewegbar, dass das Steuermittel verlagerbar und das zugehörige Stößelventil unbewegbar gehalten waren. Nach einer dazu alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung kann die Ventilanordnung eine bewegbare Halterung zumindest eines Stößelventils relativ zur Steuerscheibe und mindestens ein drittes Steuermittel umfassen, das eine Relativbewegung des Stößelventils gegenüber der ortsfesten Steuerscheibe bewirkt. Die bewegbare Halterung des Stößelventils oder der Stößelventile kann zum Beispiel aus einer Schiebe- oder einer Schwenkhalterung bestehen. Wiederum kann jedes einzelne Stößelventil oder können alle Stößelventile zusammen und konstruktiv gemeinsam verlagerbar gehalten sein. Zu jedem verlagerbaren Stößelventil existiert jedenfalls ein drittes Steuermittel, das die Relativbewegung des Stößelventils gegenüber der Steuerscheibe in einer ersten Richtung bewirkt. Erfolgt diese Bewegung nicht entgegen z.B. einer Federkraft, kann ein weiteres drittes Steuermittel die Gegenbewegung hervorrufen. Das erste Steuermittel bleibt weiterhin die Kulissenbahn, die eine Lageänderung des Stößels des jeweiligen Stößelventils bei Drehung der Steuerscheibe hervorruft. Ein zweites Steuermittel im obigen Sinne kann entbehrlich sein.
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Bei den zuletzt beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wirkte ein verlagerbares zweites Steuermittel innerhalb einer Kulissenbahn auf den der Kulissenbahn zugeordneten Stößel eines gehäusefest angeordneten Stößelventils. Nach einer dazu alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung kann die Ventilanordnung über eine bewegbare Halterung zumindest eines Stößelventils relativ zur Steuerscheibe und über mindestens ein drittes Steuermittel verfügen, das eine Relativbewegung des Stößelventils gegenüber der Steuerscheibe bewirkt. Die drehbare Steuerscheibe bleibt weiterhin das erste Steuermittel. Ein zweites Steuermittel im obigen Sinne kann ebenfalls entbehrlich sein. Die bewegbare Halterung des Stößelventils kann eine Verschiebe- oder eine Schwenkhalterung sein. Wiederum kann nur ein einziges Stößelventil oder können bei mehreren Stößelventilen alle zusammen und konstruktiv gemeinsam oder jedes für sich allein bewegbar gehalten sein. Dementsprechend kann nur ein drittes oder können mehrere dritte Steuermittel erforderlich sein. Die Steuerscheibe jedenfalls weist im Prinzip mindestens zwei Kulissenbahnen auf, weil für jedes Stößelventil mindestens zwei konzentrische Kulissenbahnen vorhanden sein können, denen gegenüber das Stößelventil radial verschiebbar oder verschwenkbar sein kann. Bei mehreren Stößelventilen müssen nicht zwingend jeweils zwei Kulissenbahnen für jedes Ventil vorhanden sein, weil eine Kulissenbahn auch von zwei nebeneinanderliegenden Ventilen gemeinsam, wenn auch nicht gleichzeitig, benutzt werden kann. Jede Kulissenbahn kann in der oben beschriebenen Weise eine Höhenprofilierung aus Erhebungen und/oder Senken und/oder der Scheibenfläche als Bezugsniveau aufweisen. Damit lässt sich insgesamt ein äußerst robuster Aufbau erreichen, der auch geringe Herstellungskosten bedingt.
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Das dritte Steuermittel dient dazu, eine Relativbewegung des Stößelventils gegenüber der Steuerscheibe zu bewirken. Die Bewegung des Stößelventils kann durch einen externen Aktor erfolgen, beispielsweise durch ein mechanisches Getriebe, womit eine Bewegung des Stößelventils möglich ist, die von anderen Bewegungsabläufen innerhalb der Ventilanordnung unabhängig sein kann. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Ventilanordnung jedoch über wenigstens eine Schaltnocke auf dem Steuerrad als drittem Steuermittel zur Bewegung, also Auslenkung oder Verschiebung, des Stößelventils verfügen. Zwar ist damit die Bewegung des Stößelventils an die Stellung und Bewegung der im Übrigen ortsfest gelagerten Steuerscheibe gekoppelt, andererseits ergibt sich damit aber eine besonders einfache Konstruktion durch den Wegfall eines separaten Antriebs für die Bewegung des Stößelventils.
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Nach einer dazu alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung kann die Ventilanordnung über eine gegenüber zumindest einem ortsfesten Stößelventil bewegbare Lagerung der Steuerscheibe und über wenigstens eine Schaltnocke auf dem Steuerrad als drittem Steuermittel zur Bewegung der Steuerscheibe verfügen. Anstelle des Stößelventils, das nun ortsfest angeordnet ist, kann auch die Steuerscheibe bewegbar sein und sich durch eine Schaltnocke gegenüber dem Stößelventil bewegen, beispielsweise verschieben oder verschwenken lassen. Dazu kann sich die Schaltnocke an einem gehäusefesten Teil oder auch direkt am Stößelventil selbst abstützen. Wie bei der vorherigen Ausführungsform der Erfindung ergibt sich eine günstige Anordnungsmöglichkeit unterschiedlicher konzentrischer Kulissenbahnen, die durch eine Bewegung der Steuerscheibe gegenüber dem Stößelventil stark variierbare Ansteuerungsmöglichkeiten bieten.
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Weitere Variationsmöglichkeiten von Kulissenbahnen bieten nach einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltungsform der Erfindung eine laterale und/oder axiale Verlagerbarkeit der Steuerscheibe gegenüber einem Stößelventil. Die laterale und die axiale Verlagerbarkeit können entweder die Steuerscheibe oder das Stößelventil betreffen. Alternativ kann entweder das Stößelventil lateral und die Steuerscheibe axial oder umgekehrt verlagerbar sein. Damit bieten sich weitere konstruktive Varianten, um eine breitere Variationsmöglichkeit der Kulissenbahnen und damit vielfältige Möglichkeiten zur Ansteuerung eines oder mehrerer Stößelventile auszubilden. Sie lassen sich je nach baulichen bzw. räumlichen oder anderen konstruktiven Gegebenheiten auswählen oder anpassen. Damit steht eine breite Ansteuerungsmöglichkeit für Stößelventile zur Verfügung. Sie dient der Vermeidung unerwünschter oder unnötiger Ventilbetätigungen, was der Lebensdauer der Stößelventile zugutekommt.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Heißgetränkegerät insbesondere für Haushaltszwecke mit einer Ventilanordnung samt Steuerungseinrichtung nach einer der obigen Ausführungsformen gelöst. Insbesondere bei Kaffeevollautomaten besteht der Bedarf, Stößelventile für die Definition von Fluidwegen zu öffnen und zu schließen oder zu belüften, beispielsweise um Heißwasser und Dampf von einer Heizeinrichtung ausgehend zu einer Brüheinheit, einer Drainage, einer Dampfdüse oder einem Milchschäumer zu verteilen oder wenn alle Ventile geschlossen sind (sog. Blockstellung), den Kaffeevollautomaten unter Druck aufzuheizen. Dabei kommt es darauf an, dass die jeweiligen Schaltstellungen der Stößelventile nur für die gewünschte Funktion und zur definierten Zeit des Bezuges geöffnet sind. Die Kulissenbahnen müssen also eine exakte Schaltstellung des Stößelventils ermöglichen. Werden die Ventile und eine Brüheinheit über ein gemeinsames Getriebe angesteuert, sind die Positionen der Stößelventile einerseits und der Brüheinheit andererseits mechanisch gekoppelt. Da die Brüheinheit in einer Hin- und Rückbewegung angesteuert wird, erfahren auch die Stößelventile prinzipiell die gleiche Ansteuerung. Um jedoch eine unterschiedliche Ansteuerungsreihenfolge für den Hinweg gegenüber dem Rückweg zu ermöglichen, erweist sich die beschriebene Ventilanordnung mit ihrer Steuerungseinrichtung als vorteilhaft.
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Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltungsform,
- 2: eine Draufsicht auf zwei Stellungen gemäß 1,
- 3: eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A in 2a,
- 4: eine Untersicht,
- 5: eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausgestaltungsform in einer Grundposition,
- 6: eine vergleichbare Ansicht in einer Verlagerungsposition, und
- 7: eine Teilschnittansicht der 6.
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1 bis 4 zeigen eine erste Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung mit vier Stößelventilen 1a bis 1d und einer Steuerungseinrichtung 2 zur voneinander unabhängigen Betätigung der Stößelventile 1a bis 1d. Die Steuerungseinrichtung 2 besteht aus einer Steuerscheibe 3 als erstem Steuermittel mit einer Scheibenfläche 4, auf der mehrere Stößelbahnen 5a bis 5f konzentrisch um die Achse 6 der Steuerscheibe 3 herum angeordnet sind. Die Steuerscheibe 3 ist ein Zahnrad mit Stirnverzahnung, das über ein Ritzel 7 angetrieben wird. Das Ritzel 7 ist drehfest mit einem weiteren Zahnrad 8 verbunden, das seinerseits wiederum den Antrieb für eine Brüheinheit eines Kaffeevollautomaten darstellt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 7 und der Steuerscheibe 3 beträgt 3 : 1, so dass drei Umdrehungen des Ritzels 7 eine Umdrehung der Steuerscheibe 3 bewirken.
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Die Stößelventile 1 sind gemeinsam auf einem Träger 10 angeordnet, der um eine Schwenkachse 11 schwenkbar gelagert ist, so dass sich die Stößelventile 1 im Wesentlichen radial gegenüber der Steuerscheibe 3 verschieben lassen. 2a zeigt eine Position der Stößelventile 1 nach einer Verschiebung nach innen, in 2b sind die Stößelventile 1 nach außen verschoben. Für eine Verschiebung nach innen gemäß 2a sorgt eine äußere Betätigungsnocke 14 als drittem Steuermittel, die an einem Innenumfang 15 der Steuerscheibe 3 radial nach innen ragend angebracht ist. In vergleichbarer Weise sorgt eine innere Betätigungsnocke 16, die nahe der Achse 6 auf der Steuerscheibe 3 angebracht ist, als weiterem dritten Steuermittel für eine Verschiebung der Stößelventile 1 nach außen.
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Jede Kulissenbahn 5 setzt sich aus Abschnitten der Scheibenfläche 4 zusammen, die quasi das Bezugsniveau der Kulissenbahn 5 darstellt. Von ihm ausgehend, senkt sich jede Kulissenbahn 5 über eine Rampe 12 kontinuierlich auf das Niveau einer Niederung 13 hinab, die in jeder Kulissenbahn 5 eine unterschiedlich lange Erstreckung in Umfangsrichtung einnehmen kann, um über eine weitere Rampe 12 wieder auf das Niveau der Scheibenfläche 4 anzusteigen. Dadurch erhält jede Kulissenbahn 5 eine Höhenprofilierung, mit der sie auf Stößel 9 (nur 3) der Stößelventile 1 wirkt. Je nach deren Stellung gelangt ein Fluid, das an einem Fluideinlass 17 anliegt, über einen der Fluidauslässe 18 in eine Brüheinheit, in eine Milchschaumdüse oder einen Dampfauslass. Der Fluideinlass 17 und die Fluidauslässe 18 sind an einem gemeinsamen Ventilgehäuse 19 angeordnet, das einstückig mit dem Träger 10 ausgebildet ist.
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Unter seinem Zahnkranz 20 trägt die Steuerscheibe 3 nach außen abstehende radiale Nocken 21, die auf einen ortsfest angebrachten radialen Positionssensor 22 wirken. Zusätzlich trägt die Steuerscheibe 3 auf ihrer Unterseite (siehe 4) ringförmig angeordnete axiale Positionsnocken 23, die mit einem axialen Positionssensor 24 zusammenwirken. Ebenfalls unterseitig trägt die Steuerscheibe 3 einen Anschlag 25, um eine Initialstellung von 0° für einen Getriebeblock zu definieren und eine maximale Drehbegrenzung unterhalb von 360° zu bieten.
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Das Ritzel 7 treibt einerseits über das Zahnrad 8 eine nicht dargestellte Brüheinheit und über die Steuerscheibe 3 die Steuerungseinrichtung 2 für die Stößelventile 1 an. Sobald also die Brüheinheit beispielsweise geschlossen wird, bewegt sich parallel dazu die Steuerscheibe 3 mit und schaltet über die Kulissenbahnen 5 die Stößelventile 1, so dass dort Fluidwege freigegeben oder gesperrt werden. Solange sich ein Stößel 9 innerhalb der ihm zugeordneten Kulissenbahn 5 auf dem Niveau der Scheibenfläche 4 bewegt, ist das zugehörige Stößelventil 1 geschlossen. Dies zeigt die Schnittansicht der 3, deren Schnitt durch die Ventile 1b und 1d die Stößel 9b und 9d freilegt. Der Stößel 9b läuft auf der Kulissenbahn 5b, der Stößel 9d auf der innersten Kulissenbahn 5f. Beide Kulissenbahnen 5b, 5f bieten in der 3 auf der bezüglich der Achse 6 rechten Seite auf der Schnittlinie das Niveau der Scheibenfläche 4, bei dem die Stößel 9b und 9d maximal nach oben verschoben sind und so ihr zugehöriges Stößelventil 1b, 1d verschließen. Kurz vor einem Brühvorgang verschwenkt nun die innere Betätigungsnocke 16 die Stößelventile 1 nach außen in eine verschwenkte Position, wie sie 2b zeigt. Nach Abschluss des Brühvorgangs wird die Brüheinheit geöffnet, wofür das Ritzel 7 eine Drehrichtungsänderung vornimmt. Folglich ändert sich auch die Drehrichtung der Steuerscheibe 3. Die Reihenfolge des Öffnens und Schließens der Stößelventile steuern nun die äußeren Kulissenbahnen, deren Höhenprofil von dem der inneren Kulissenbahnen abweichen Nun laufen die Stößel 9 nicht mehr in den Stößelbahnen 5b, 5d und 5f, sondern in den Stößelbahnen 5a, 5c und 5e.
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Damit ergibt sich eine geänderte Schaltlogik, so dass sich das Öffnen und Schließen der Stößelventile 1 in der entgegengesetzten Drehrichtung der Steuerscheibe 3 geeignet abändern lässt. Beispielsweise wird in einer ersten Drehrichtung der Steuerscheibe 3 zum Schließen der Brüheinheit nach einer Initialstellung, nämlich der Drainagestellung, eines der Stößelventile 1 als Dampfventil geöffnet und anschließend mit einem weiteren Stößelventil 1 ein Fluidweg in Richtung der Brüheinheit geöffnet. In der entgegengesetzten Drehrichtung dagegen ist das erneute Öffnen des Dampfventils nicht erwünscht. Daher kann nach Ausschwenken der Stößelventile 1 der betreffende Stößel 9 auf eine andere Kulissenbahn 5 gelenkt werden, auf der er nicht betätigt und das Dampfventil folglich nicht geöffnet wird.
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Vielmehr kann sofort nach Abschluss der Brühung die Drainagestellung aktiviert und bis zum Ende der Drehbewegung der Steuerscheibe 3 in dieser Richtung geöffnet bleiben. Abschließend verschwenkt die äußere Betätigungsnocke 14 die Stößel 1 wieder nach innen, damit sie für den nächsten Getränkebezug bereit stehen.
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Somit ist ein kontrolliertes Abkühlen der Brüheinheit möglich und unkontrolliertes Herausspritzen von Wasser durch eine Dampfleitung verhindert. Vor allem aber lässt sich die mechanische Belastung des Stößels 9 des Dampfventils reduzieren, weil er nicht unnötig betätigt werden muss, was seiner und der Lebensdauer seiner Dichtungen zugutekommt.
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Zur Überprüfung und Kontrolle der jeweiligen Stellung der Steuerscheibe 3 dient der Positionssensor 22, der über die radialen Nocken 21 die genaue Position der Steuerscheibe 3 detektiert.
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5 bis 7 zeigen eine alternative Ausführungsform für eine drehrichtungsabhängige Ansteuerung von Stößelventilen: Auch die hier gezeigte Steuerungseinrichtung 2 beruht auf einer Steuerscheibe 3, die als Zahnrad in einem Träger 27 drehbar gelagert und über ihre Stirnverzahnung angetrieben ist. Auf ihrer Scheibenfläche 4 trägt sie drei Kulissenbahnen 5a, 5b, 5c, deren Höhenprofilierung sich ausgehend vom Niveau der Scheibenfläche 4 aus abwärts führenden Rampen 12 und Senken 13 ergibt. Beispielhaft ist nur ein Stößel 9c dargestellt, der auf der innersten Kulissenbahn 5c läuft. In der dargestellten Position verschließt er das zugehörige und nicht dargestellte Stößelventil. Gelangt er dagegen in den Bereich einer Senke 13, erfährt er eine vertikale Lageänderung, wodurch er das Stößelventil öffnet.
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Abweichend von der ersten Ausführungsform umfasst die Steuerscheibe 3 einen radial verlagerbaren Schieber 30 als zweites Steuermittel, der sich über die zweite und die dritte Kulissenbahn 5b, 5c erstreckt. Er liegt auf dem Niveau der Scheibenfläche 4 und hält in seiner Grundposition gemäß 5 den Stößel 9c bei einer Verdrehung der Steuerscheibe 3 weiterhin in der dargestellten Schließposition. In 6 ist der Schieber radial nach außen verschoben in seiner Verlagerungsposition dargestellt.
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Von einer Unterseite des Schiebers 30 ragt gemäß 7 ein Zapfen 31 ab, der an einer rippen- und bogenförmigen Kontur 32 des Trägers 27 entlanggleitet. Eine radial nach außen wirkende Druckfeder 33 sorgt für die Anlage des Zapfens 31 an der Kontur 32. Die Kontur 32 bildet einen Kreisbogen mit einem kleineren Radius r1. Sie verläuft in einer zur Scheibenfläche 4 parallelen Ebene und geht an ihrem rechten Ende in eine federnd gelagerte und radial ausgeschwenkte Zunge 34 über, die mit einem größeren Radius r2 endet und sich radial einwärts drücken lässt.
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Diese Situation zeigt 7. Wird die Steuerscheibe 3 nun im Uhrzeigersinn verdreht, drückt die federnde Zunge 34 den Zapfen 31 radial nach innen und die anschließende feststehende Kontur 32 hält ihn dort, so dass der Schieber 30 aus der dargestellten ausgelenkten Position gemäß 6 entgegen der Federkraft der Druckfeder 33 in seine eingerückte Grundposition gemäß 5 gelangt. Wird die Steuerscheibe 3 in der Gegenrichtung gedreht, verliert der Zapfen 31 den Kontakt zur Zunge 34 und gelangt nach einer halben Umdrehung auf eine Außenseite der Kontur 32. Nach einer weiteren halben Umdrehung gleitet er auf der Außenseite der Zunge 34 entlang und drückt jene radial einwärts, so dass der Schieber 30 in der Verlagerungsstellung verbleibt.
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Damit ergibt sich in derselben Stellung der Steuerscheibe 3 in Abhängigkeit von ihrer Drehrichtung eine unterschiedliche Stellung des Schiebers 30: In seiner ausgelenkten Position gemäß 6 und 7 gibt der Schieber 30 eine Senke 13 in der Kulissenbahn 5c frei, wohingegen die Kulissenbahn 5b unbeeinflusst bleibt. Damit wird nur der Stößel 9c verlagert, sein Stößelventil also geöffnet, sobald sich der Schieber 30 in seiner ausgelenkten Position befindet. Alle anderen, nicht dargestellten Stößel erhalten aufgrund ihrer unveränderten Kulissenbahnen 5a, 5b keine drehrichtungsabhängig abweichende Ansteuerung.
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Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Ventilanordnungen samt Steuerungseinrichtungen um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die konkreten Ausgestaltungen und Anordnungen der Steuermittel auch in anderer - statt in scheibenförmiger beispielsweise in walzenartiger - Form erfolgen. Ebenso kann die Verlagerung der Steuermittel in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. 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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- 1a bis 1d
- Stößelventil
- 2
- Steuerungseinrichtung
- 3
- Steuerscheibe (erstes Steuermittel)
- 4
- Scheibenfläche
- 5a bis 5f
- Kulissenbahn
- 6
- Achse
- 7
- Ritzel
- 8
- Zahnrad
- 9b, 9c, 9d
- Stößel
- 10
- Träger
- 11
- Schwenkachse
- 12
- Rampe
- 13
- Senke
- 14
- äußere Betätigungsnocke (drittes Steuermittel)
- 15
- Innenumfang
- 16
- innere Betätigungsnocke (drittes Steuermittel)
- 17
- Fluideinlass
- 18
- Fluidauslass
- 19
- Ventilgehäuse
- 20
- Zahnkranz
- 21
- radiale Nocke
- 22
- radialer Positionssensor
- 23
- axiale Nocke
- 24
- axialer Positionssensor
- 25
- Anschlag
- 27
- Träger
- 30
- Schieber (zweites Steuermittel)
- 31
- Zapfen
- 32
- Kontur
- 33
- Druckfeder
- 34
- Zunge
- r1
- kleinerer Radius
- r2
- größerer Radius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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