-
Die Erfindung betrifft einen Getränkeautomaten, umfassend ein Gehäuse und eine Steuerungseinrichtung, welcher dazu eingerichtet ist, in fluider Verbindung mit einem außerhalb des Gehäuses platzierten Vorratsbehälter zur Bevorratung einer flüssigen Zutat zu stehen.
-
Ein Getränkeautomat, der einen Vorratsbehälter, eine Steuerungseinrichtung und eine Füllstandsmessvorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes des Vorratsbehälters aufweist, ist beispielsweise aus der
EP 1 873 500 A1 bekannt. Zur Füllstandsmessung werden bei dieser Lösung in den Vorratsbehälter eingesetzte und bis auf den Boden des Vorratsbehälters reichende Elektroden verwendet, die einen elektrischen Stromfluss in dem darin vorhanden Fluid erzeugen. Das Fluid muss hierfür elektrisch leitend sein. Als nachteilig hat sich dabei insbesondere herausgestellt, dass das aus dem Vorratsbehälter abgesaugte Fluid zum Aufschäumen neigt, wenn sich der Vorratsbehälter seinem Leerzustand nähert. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass durch den Anwender des Getränkeautomaten ein Getränkebezug ausgewählt wird, für den nicht mehr genügend Fluid in dem Vorratsbehälter vorhanden ist, so dass das auf diese Weise hergestellte Getränk nicht den gewünschten Qualitätsansprüchen genügt. Würde es sich bei dem in dem Vorratsbehälter vorhandenen Fluid beispielsweise um Milch und bei dem Getränkeautomaten um einen Kaffeeautomaten handeln, so ist vorstellbar, dass zum Beispiel die Herstellung eines Milchkaffees nicht in der gewünschten Qualität möglich wäre, wenn die in dem Vorratsbehälter noch vorhandene Milch nicht mehr ausreichen würde. Ein mit diesem Kaffeeautomaten hergestellter Milchkaffee wäre folglich stärker, als vom Anwender gewünscht. Anders ausgedrückt besteht mit dem Einsatz von Elektroden als Füllstandsmessvorrichtung lediglich die Möglichkeit, anzuzeigen, dass sich in dem Vorratsbehälter überhaupt noch ein Fluid befindet oder dieser vollständig entleert ist. Die Ermittlung, ob beim nächstfolgenden Getränkebezug noch ausreichend Fluid in dem Vorratsbehälter vorhanden ist, um die gewünschten Qualitätsansprüche zu erfüllen, kann mit einer derartigen Lösung nicht gewährleistet werden. Zudem ist mit der in der
EP 1 873 500 A1 vorgestellten Ausführung keine Aussage möglich, wie viel Fluid sich überhaupt noch in dem Vorratsbehälter befindet.
-
Aus der
WO 2017/198 688 A1 ist eine Füllstandsanzeige bekannt, die einen optischen Sensor an der Geräteaußenseite umfasst. Der Füllstand im unteren Bereich eines durchsichtigen Tanks wird erfasst. Wenn im unteren Bereich das Licht durchgelassen wird, ist zu wenig Milch im Tank. Auch hierbei wird nur der Leerzustand des Tanks erfasst.
-
Grundsätzlich ist an dieser Stelle festzuhalten, dass der Vorratsbehälter geeignet sein kann, Fluide aufzunehmen, die für die Herstellung von Getränken verwendet werden, wie die bereits erwähnte Milch. Ein anderer Einsatzzweck des Vorratsbehälters kann jedoch auch darin bestehen, beispielsweise Reinigungs- oder Entkalkungsfluide zu enthalten.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Getränkeautomaten bereitzustellen, der eine Füllstandsmessvorrichtung aufweist, mit der auf einfache Weise jederzeit der exakte Füllstand in einem externen Vorratsbehälter erfasst werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird unter anderem diese Aufgabe durch einen Getränkeautomaten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein elektrisches Gerät gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
-
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass der Befüllungszustand des Vorratsbehälters stets sehr zuverlässig erfasst werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Hygieneanforderungen sehr einfach einzuhalten sind, weil keine Sensorbauteile in die zu messende Flüssigkeit eintauchen.
-
Ein Getränkeautomat, umfassend einen Vorratsbehälter, eine Steuerungseinrichtung und eine Füllstandsmessvorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes des Vorratsbehälters, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass die Füllstandsmessvorrichtung mindestens einen mit der Steuerungseinrichtung kapazitiven Sensor zur Erfassung des Flüssigkeitspegels innerhalb des Vorratsbehälters aufweist. Der Sensor ist dabei flächig an der Außenseite des Gerätegehäuses angebracht, wobei eine Erstreckung von kapazitiven Zellen in vertikaler Richtung an dem streifenförmigen Sensor angebracht sind. An diese Sensoranordnung kann eine handelsübliche, quaderförmige Verpackung nah platziert werden, sodass eine Berührung der Verpackungswand mit dem Sensor stattfindet oder nur ein enger Spalt, beispielsweise kleiner 1 mm, vorhanden ist.
-
Die Funktionsweise des kapazitiven Sensors ist dabei die, dass wasserhaltige Flüssigkeiten ein Dielektrikum darstellen, die gegenüber Luft eine andere Kapazität bewirkt. Damit werden einzelne Kapazitätswerte entlang der Behälterhöhe erfasst, wobei an dem Übergang von Flüssigkeit zur Luft eine Kapazitätsänderung stattfindet. An dieser Stelle befindet sich dann der erfasste Flüssigkeitspegel. Das bedeutet, der erfasste Übergang bzw. die Stelle, an der sich der Kapazitätswert ändert, wird als Pegelwert der Anzeigevorrichtung oder sonstigen Einrichtungen übertragen. Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darüber hinaus darin zu sehen, dass durch die genaue Erfassung des noch im Vorratsbehälter vorhandenen Fluids auch eine Aussage darüber getroffen werden kann, ob für die Anwahl eines zu erzeugenden Getränkes noch ausreichend Fluid bereitsteht oder der Vorratsbehälter zuvor neu befüllt beziehungsweise gegen einen neuen Vorratsbehälter ausgetauscht werden muss. Insgesamt ist es für alle Ausführungen wichtig, dass der Behälter bzw. die Behälterwand bzw. die Verpackung aus einem Nichtmetallmaterial besteht oder zumindest aus einem Material besteht, das als Dielektrikum wirkt und die Erfassung von Kapazitäten nicht verhindert.
-
In einer bevorzugten Ausführung ist Sensor an einer Seitenwand des Gehäuses des angebracht. Dies ist besonders zweckmäßig, bei einem als Standgerät ausgebildetem Getränkeautomaten, weil das Zusatzbehältnis dann rechts oder links neben dem Gerät aufgestellt werden kann. Der Frontbereich wird für die Handhabung mit dem Trinkgefäß nicht zugestellt und bleibt bequem zugänglich.
-
In einer vorteilhaften Ausführung ist der Sensor streifenförmig ausgebildet und in Längsrichtung vertikal ausgerichtet ist, um eine Erstreckung entlang der Behälterwand bereitzustellen, wenn der Behälter in die betriebsgemäße an oder in dem Getränkebereiter eingesetzt ist. Bevorzugt umfasst der streifenförmige Sensor eine Mehrzahl von einzelnen kapazitiven Zellen, die sich in vertikaler Richtung erstrecken.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der streifenförmige Sensor einen Träger, wie eine biegsame oder starre Folie, auf dem in Längsrichtungserstreckung eine Mehrzahl von einzelnen kapazitiven Zellen aufgebracht sind. Der Sensor ist dabei als Modul konzipiert und mit einer Auswerteschaltung versehen, um anhand der kapazitiven Messgrößen Signale zur Verarbeitung durch den Mikrocontroller der Steuereinrichtung bereitzustellen.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor behälterseitig mit einer Folie oder einem elastischen Belag abgedeckt. Dadurch wird ein gleichmäßiges Anschmiegen des Streifens mit den kapazitiven Zellen an der Behälterwand zu gewährleisten. Ferner werden Geräuschentwicklungen vermieden, wenn der Getränkebereiter bei der Aktivierung seiner Aktoren etwas vibriert.
-
In einer insgesamt vorteilhaften Weiterbildung aller Ausführungen umfasst das Gehäuse ein Haltemittel, um den außerhalb des Gehäuses platzierten Vorratsbehälter an die Sensorfläche anzudrücken. Damit wird sichergestellt, dass die Verpackung stets an die Sensoren der Sensoranordnung anliegt und diese berührt. Dadurch wird eine zuverlässige Messung der kapazitiven Eigenschaften bereitgestellt, wobei der kapazitive Unterschied aufgrund des Vorhandenseins von Flüssigkeit sehr gut erkannt wird.
-
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde bereits ausgeführt, dass in den Vorratsbehälter eine Fluidleitung mündet, die dazu dient, das in dem Vorratsbehälter enthaltene Fluid abzuführen und beispielsweise für eine Getränkezubereitung zu verwenden.
-
Der Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, eine softwaregestützte Auswertung der vom kapazitiven Sensor stammenden Signale bereitzustellen.
-
In einer bevorzugten Ausführung oder Weiterbildung ist die Steuerungseinheit ferner dazu eingerichtet und programmiert, eine Rechenoperation durchzuführen, um einen Pegel des Fluides im Vorratsbehälter der zwischen zwei kapazitiven Zellen oder außerhalb einer kapazitiven Zelle zu bestimmen. Damit können durch Interpolation und/oder Extrapolation sehr genaue Zwischenwerte für den Pegel berechnet oder bestimmt werden. Als Basis für diese Berechnungen kann die aus dem Behälter entnommene Fluidmenge dienen, welche anhand der Prozessparameter im Gerät bekannt ist. Zudem kann über eine mathematische Verknüpfung der entnommenen Fluidmenge und den vom kapazitiven Sensor gemessenen Pegelwerten die absolute verbleibende Füllmenge in dem Behälter ermittelt werden. Die einzige Voraussetzung ist dabei eine konstante Behältergeometrie. Ferner ist es dadurch möglich, den Sensor mit nur wenigen Messzellen zu bestücken, im Idealfall reicht nur eine einzige aus, die den Initialwert des Fluidpegels in der Packung erfasst, sodass alle anderen Pegelwerte, die außerhalb der erfassenden Messzellen liegen, anhand der genannten Berechnung, die auch eine Plausibilitätsbewertung ist, bestimmt werden.
-
In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung dienen die vom Sensor erzeugten Signale für eine Anzeige des Füllstandes des Vorratsbehälters in einer Anzeigeeinrichtung, bzw. die aufgrund der erfassten Sensorsignale vorgenommene Auswertung wird als Füllstandswert zur Anzeige gebracht. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verpackung undurchsichtig ist und der Inhalt von außen nicht erkennbar ist.
-
In einer insgesamt vorteilhaften Ausführung dienen die vom Sensor erzeugten Signale für die Steuerung des Zubereitungsprozesses eines Getränks. Ein sehr wesentlicher Vorzug besteht darin, dass nach erfolgter Programmwahl eines mit dem Getränkeautomaten zu erzeugenden Getränks innerhalb der Steuerungseinrichtung ein Abgleich des Bedarfs an aus dem Vorratsbehälter zu entnehmender Flüssigkeit in Abhängigkeit vom ermittelten Messwert des noch im Vorratsbehälter vorhandenen Flüssigkeitsvolumens erfolgt und ein ermitteltes Defizit des Flüssigkeitsvolumens angezeigt wird, ohne dass ein Getränk bereitet wird. Anders ausgedrückt erzeugt der Getränkeautomat immer nur dann ein angewähltes Getränk, wenn noch ausreichend Fluid in dem Vorratsbehälter vorhanden ist, dass bei der Zubereitung des Getränkes beigemischt werden soll. Damit kann zu jeder Zeit gewährleistet werden, dass das zu erzeugende Getränk die gewünschten oder erforderlichen Qualitätsmerkmale aufweist.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein System, umfassend einen Getränkeautomaten wie vorstehend beschrieben und einen in fluider Verbindung stehenden Vorratsbehälter zur Bevorratung einer flüssigen Zutat, der außerhalb des Gehäuses an der Gehäusewand an der der Sensorfläche anliegend platziert ist. Das entspricht einer betriebsgemäßen Situation eines Getränkeautomaten mit zumindest einem daran angeschlossenen externen oder außerhalb des Gehäuses platzierten Vorratsbehälter.
-
Der Getränkeautomat in allen vorstehend beschriebenen Ausführungen ist dabei bevorzugt ein Heißgetränkebereiter, wie Kaffeevollautomat, Teeautomat oder Kakaoautomat.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt dabei keine Einschränkung auf die dargestellte Variante dar, sondern dient lediglich der Erläuterung eines Prinzips der Erfindung. Gleiche oder gleichartige Bauteile werden stets mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind. Es zeigten:
- 1: einen Blick auf einen als Kaffeeautomaten ausgeführten Getränkeautomaten als Standgerät,
- 2: eine schematische Ansicht des Strömungsleitungssystems und
- 3: eine schematische Schnittdarstellung der Sensoranordnung am Vorratsbehälter.
-
Aus der 1 geht ein Blick auf einen als Kaffeeautomaten ausgeführten Getränkeautomaten 1 hervor, der als Standgerät mit einem Gehäuse 6 ausgeführt ist. Die frontseitige Darstellung dieses Getränkeautomaten 1 zeigt eine Blende 15, in der eine Bedien- und Anzeigeeinrichtung 12,13, die ein Display 13 zur Darstellung von Informationen und Eingabemittel 12 zur Bereitstellung von Bedieneingaben umfasst, vorhanden ist. Diese Bedien- und Anzeigeeinrichtung 12, 13 kann ebenfalls eine Tastatur aufweisen, mit der ein Anwender beispielsweise Daten und/oder Informationen eingeben und somit innerhalb einer in der 1 lediglich andeutungsweise dargestellten Steuerungseinrichtung 3 speichern kann. Der Getränkeautomat 1 weist ferner eine Vertiefung bzw. Nische 16 auf, die zum Abstellen eines Trinkgefäßes 21 dient. Etwa mittig der Ausgabenische 16, ist ferner eine in ihrer Höhe verstellbar ausgeführte Ausgabeeinrichtung 19 vorhanden, deren Ausgabedüsen 20a, 20b zur Abgabe des in dem Getränkeautomaten 1 erzeugten Getränks, wie Kaffeegetränk, Tee oder Milchgetränk, dienen. Unterhalb der Ausgabeeinrichtung 19 weist die Vertiefung bzw. Nische 16 einen Bodenbereich auf, der durch eine Abtropfplatte 17 abgedeckt ist. Unterhalb dieser Abtropfplatte 17 befindet sich ein Auffangbehälter 18, in den übertretende Flüssigkeitsreste, die bei der Getränkeerzeugung entstehen, ablaufen können. Hierfür weist die Abtropfplatte 17 mehrere Öffnungen 22 auf. An einer Seitenwand 9a des Gehäuses 9 ist die Sensoranordnung 41 einer Füllstandsmessvorrichtung 40 zur Bestimmung des Füllstandes des Vorratsbehälters 2 angebracht. Der Vorratsbehälter 2 ist in dem Beispiel eine Verpackung aus Pappe oder Plastik ohne Metallschicht. Der Behälter 2 ist hierbei an der Seitenwand 9a angelehnt bzw. so nah platziert, dass die geräteseitige Behälterwand die Sensoranordnung 41 berührt. Zu erkennen ist ferner der Schlauch 23, der im Gerät 1 in ein Venturirohr 36 (2) mündet und endseitig in das Innere des Behälters 2 eingefügt ist, damit Fluid oder Flüssigkeit, beispielsweise Milch, aus dem Behälter 2 zur Düse 20a gefördert werden kann.
-
2 zeigt schematisch das Strömungsleitungssystem 30. Dieses Strömungsleitungssystem 30 umfasst eine Wasserquelle 31, die mittels einer Leitung 32a mit einem Durchlauferhitzer 33 verbunden ist. In der Leitung 32 ist die Pumpe 34 angebracht, die das Wasser aus der Wasserquelle, hier ein Wassertank 31, zum Durchlauferhitzer 33 und durch diesen hindurch zur Brüheinheit 35 fördern kann. Das Kaffeepulver wird dabei mittels des Mahlwerks 70 in die Brüheinheit 35 eigelassen, wo es mit dem geförderten heißen Wasser aufgebrüht und als Kaffee aus der Ausgangsleitung 32b zur Auslassdüse 20b gefördert oder gepumpt wird. Das Mahlwerk 70 wird dabei elektromotorisch angetrieben, um die im Bohnenbehälter 73 bevorrateten Bohnen zu mahlen.
-
Um Milch M zu fördern oder Milchschaum zu erzeugen umfasst das Strömungsleitungssystem 30 ein Venturirohr 36, das saugseitig mit dem Schlauch oder Leitung 23 verbunden ist, der endseitig in den Vorratsbehälter 2 für das Fluid F, beispielsweise Milch, ragt. Die aus dem Behälter 2 herausgesaugte Milch F wird dann durch das Venturirohr 36 durch die Leitung 32c zur Düse 20a gefördert.
-
Mittels der Ventilanordnung 37 können die einzelnen Strömungswege 32b, 32c entsprechend freigegeben oder gesperrt werden. Alle Aktoren, wie Pumpe 34, Durchlauferhitzer 33, Mahlwerk 70 und Ventilanordnung 28 werden mittels der Steuerungseinrichtung 3 aktiviert und deaktiviert. Diese umfasst zweckmäßigerweise einen Mikrocontroller uC, der mit dem Speicher M zur Bereitstellung von ablauffähigen Programmen und Parametern zur Getränkezubereitung in Verbindung steht. Der Vorratsbehälter 2 ist berührend oder kontaktierend an dem Sensor oder der Sensoranordnung 41 platziert, sodass in Verbindung mit der Steuerungseinrichtung 3 die Füllstandsmessvorrichtung 40 zur Erfassung oder Bestimmung des Pegels L oder der Flüssigkeitsmenge in dem Vorratsbehälter 2 fungiert.
-
Der Sensor 41 ist dabei streifenförmig ausgebildet und derart an der Seitenwand 6a angeordnet, dass er sich entlang der zumindest nahezu gesamten Höhe des aufzunehmenden Behälters 2 erstreckt. Der Sensor 41 umfasst dabei bevorzugt eine Leiterplatte 43, die, wie in 2 skizziert, streifenförmig ausgebildet ist. In dem schmalen Leiterplattenstreifens 43 sind die einzelnen kapazitiven Zellen 44 aufgebracht. In einem Bereich des Streifens oder in einem breiter ausgebildeten Bereich der Leiterplatte 43 ist bevorzugt eine elektronische Schaltung 46 zur Aufbereitung bzw. zur Erzeugung der Messsignale angeordnet.
-
3 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau des Sensors 41, wie er an der Gerätewand 9b angebracht ist. Zunächst umfasst der Sensor 4 eine Leiterplatte 43, die hier als Träger zur Befestigung der einzelnen kapazitiven Zellen 44 und zur Bereitstellung der elektrischen Verbindung der darauf angebrachten Komponenten dient. Die einzelnen kapazitiven Zellen 44 dienen zur Erfassung von Kapazitätsunterschieden. Die Leiterplatte 43 ist ferner mit einer Auswerteschaltung 46 versehen, um Signale zu erhalten, die von dem Mikrocontroller uC der Steuereinrichtung 3 verarbeitet werden können. Die mit den kapazitiven Zellen 44 versehene Leiterplatte 43 ist auf der mit den Zellen 44 versehenen Seite mit einem Belag 47 versehen, der aus einer Folie besteht oder ein flaches Elastomermaterial umfasst. Die elektrischen Eigenschaften des Belags 47 sind dabei derart ausgebildet, dass es die kapazitiven Eigenschaften zur Messung des Flüssigkeitspegels nicht unterbricht oder nicht störend beeinflusst.
-
In der in 3 dargestellten Situation befindet sich in der Milchpackung 2 die Milch M bis zum Pegel L, etwa im mittleren Bereich und genau in der Mitte der vierten Messzelle 44 von unten ausgehend. Der Pegel L wird dabei errechnet, indem zusätzlich zum mit der Messzelle 44 erfassten Pegel L ein Wert ermittelt wird, der das Verbrauchsverhalten aufgrund der getätigten Getränkebezüge berücksichtigt. Damit kann eine kontinuierliche Abbildung des Pegels L nachgebildet werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1873500 A1 [0002]
- WO 2017/198688 A1 [0003]
