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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zubereitung eines Warmgetränks, ein Verfahren zur Zubereitung eines Warmgetränks sowie eine Verwendung einer hier vorgeschlagenen Vorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet bei Kaffeevollautomaten zum Einsatz zu kommen.
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Im Zusammenhang mit Kaffeevollautomaten ist es bekannt Pumpen einzusetzen, die einen konstanten Volumenstrom fördern. Hiermit ist es jedoch in der Regel nicht möglich wesentliche Zubereitungsparameter, wie etwa den an der Brüheinheit anliegenden Druck oder die Brühtemperatur im gewünschten Maße konstant zu halten. So konnte etwa beobachtet werden, dass der Druck während der Zubereitungsphase nur für sehr kurze Zeit einen maximalen Wert erreicht und dann merklich abfällt. Zudem war zu beobachten, dass bei den bekannten Kaffeevollautomaten die Brühtemperatur, insbesondere bei zeitnah hintereinander zubereiteten Kaffees, von Tasse zu Tasse bzw. von Brühvorgang zu Brühvorgang anstieg.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen eine Vorrichtung zur Zubereitung eines Warmgetränks und ein Verfahren zur Zubereitung eines Warmgetränks angegeben werden, die jeweils zumindest dazu beitragen, dass zumindest der an der Brüheinheit anliegende Druck oder die Brühtemperatur im gewünschten Maße konstant gehalten werden kann. Darüber hinaus soll insbesondere die Energiezufuhr passend zur Warmgetränk-Art und Warmgetränk-Menge einstellbar sein.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hier vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Zubereitung eines Warmgetränks, umfassend:
- - einen Druckbereich, in welchem unter Druck stehende Flüssigkeit zur Zubereitung des Warmgetränks bereitgestellt wird,
- - eine an den Druckbereich angeschlossene Brüheinrichtung, in der das Warmgetränk zubereitet werden kann,
- - eine an den Druckbereich angeschlossene Heizeinrichtung, eingerichtet zum Erwärmen einer Flüssigkeit stromauf der Brüheinrichtung,
- - eine Fördereinrichtung zum Fördern der Flüssigkeit in den Druckbereich, wobei die Fördereinrichtung eine Pumpe ist, die derart eingerichtet ist, dass ein Fördervolumenstrom unabhängig von einem Druck in dem Druckbereich variiert werden kann,
- - ein Druckanpassungsmittel, welches in dem Druckbereich vorgesehen ist und welches dazu eingerichtet ist den Druck in dem Druckbereich anzupassen.
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Die hier vorgeschlagene Lösung erlaubt in vorteilhafter Weise, dass zumindest der an der Brüheinrichtung bzw. Brüheinheit anliegende Druck oder die Brühtemperatur im gewünschten Maße konstant gehalten werden kann.
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Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Kaffeemaschine und ganz besonders bevorzugt um einen Kaffeevollautomaten. Bei dem Warmgetränk kann es sich beispielweise um Kaffee, Espresso, Tee, Brühe, Suppe oder ein Kapselerfrischungsgetränk handeln. Bei der Flüssigkeit handelt es sich in der Regel um Wasser.
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Die Vorrichtung hat einen Druckbereich, in welchem unter (Über-)Druck stehende Flüssigkeit zur Zubereitung des Warmgetränks bereitgestellt wird. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass in der Vorrichtung, beispielsweise mittels Flüssigkeitsleitungen, Rohren, mindestens einem (Ausgleichs-)Behälter, der Brüheinrichtung, der Heizeinrichtung, der Fördereinrichtung und/oder dem Druckanpassungsmittel ein Bereich gebildet ist, in dem die Flüssigkeit geführt ist und in dem die Flüssigkeit einen Druck aufweist, der (deutlich) oberhalb des Umgebungsdruck (Atmosphärendrucks) liegt. Das Bereitstellen der Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise derart, dass der Druck der Flüssigkeit in dem Druckbereich (unabhängig von einer Änderung des Fördervolumenstroms) konstant gehalten wird.
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Die Vorrichtung hat eine Brüheinrichtung, in der das Warmgetränk zubereitet werden kann. Zur Zubereitung des Warmgetränks kann in der Brüheinrichtung eine Warmgetränkezutat, wie etwa Kaffeepulver, Espressopulver oder Tee mit erwärmtem Wasser in Kontakt gebracht werden. Die Brüheinrichtung kann insbesondere in der Art einer sogenannten Brühgruppe eines Kaffeevollautomaten bzw. einer Brüheinheit ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Brüheinrichtung Mittel zum Bereithalten der Warmgetränkezutat auf. Bei solchen Mitteln kann es sich beispielsweise um ein Sieb, etwa Kaffeesieb oder Teesieb, einen Kapselhalter, eingerichtet zum Halten einer Getränkekapsel, oder einen Halter für einen sogenannten Siebträger handeln.
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Die Brüheinrichtung ist an den Druckbereich angeschlossen. Dabei kann zumindest ein Teil der Brüheinrichtung dazu beitragen, den Druckbereich zu bilden. Beispielsweise kann sich der Druckbereich bis hin zu einem innerhalb der Brüheinrichtung angeordneten Ventil erstrecken. Alternativ oder kumulativ kann die Brüheinrichtung beispielhaft mittels eines Ventils mit dem Druckbereich verbindbar sein bzw. steuerbar verbunden werden. Weiterhin bevorzugt kann ein (stromabwärtiges) Endstück des Druckbereichs eine Einströmstelle in die Brüheinrichtung bilden oder unmittelbar mit dieser verbunden sein.
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Die Vorrichtung hat weiterhin eine Heizeinrichtung, die zum Erwärmen einer Flüssigkeit stromauf der Brüheinrichtung eingerichtet ist. Die Heizeinrichtung kann hierzu beispielsweise ein elektrisches Heizelement umfassen, das sich entlang eines Abschnitts des Strömungswegs der Flüssigkeit erstreckt. Die Heizeinrichtung ist besonders bevorzugt regelbar. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass eine Heizleistung der Heizeinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit einer (Ist-)Zubereitungstemperatur und/oder eines (Ist-)Volumenstroms, etwa auf eine Soll-Zubereitungstemperatur, geregelt werden kann.
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Die Heizeinrichtung ist an den Druckbereich angeschlossen. Dabei kann zumindest ein Teil der Heizeinrichtung sich zumindest abschnittsweise entlang des Druckbereichs erstrecken. Beispielsweise kann ein Heizdraht derart entlang eines Abschnitts eine Flüssigkeitsleitung des Druckbereichs angeordnet sein, dass von dem Heizdraht abgestrahlte Wärme die den Abschnitt der Flüssigkeitsleitung durchströmende Flüssigkeit erwärmen kann. Weiterhin bevorzugt kann die Heizeinrichtung in der Art eines Wärmetauschers gebildet sein, wobei besonders bevorzugt ein durchströmbarer Bereich des Wärmetauschers einen Abschnitt des Druckbereichs bilden kann.
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Die Vorrichtung hat ferner eine Fördereinrichtung zum Fördern der Flüssigkeit in den Druckbereich, insbesondere hin zu der Brüheinrichtung. Hierbei hat die Fördereinrichtung eine Pumpe, die insbesondere eine Dosierpumpe ist bzw. die insbesondere als Dosierpumpe bezeichnet werden kann. Weiterhin ist die Pumpe derart eingerichtet, dass ein Fördervolumenstrom unabhängig von einem Druck in dem Druckbereich variiert werden kann. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass der Fördervolumenstrom bzw. die Durchflussmenge variabel ist. Vorzugsweist umfasst die Fördereinrichtung eine insbesondere nach dem Hubkolbenprinzip arbeitende Dosierpumpe. Darüber hinaus kann die Fördereinrichtung ein oder mehrere Ventile umfassen.
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Vorzugsweise ist die Fördereinrichtung eine Dosierpumpe. Dies bedeutet mit anderen Worte insbesondere, dass die Fördereinrichtung mit einer Dosierpumpe gebildet ist. Eine Dosierpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein durch sie gefördertes Flüssigkeitsvolumen in einem Arbeitsbereich unabhängig vom anliegenden Druck oder weiteren Quereinflüssen ist. Bei einer Dosierpumpe erfolgt in Reaktion auf ein bestimmtes Eingangssignal die Förderung und Abgabe eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens. Eine Regelung zur Anpassung des Eingangssignals, um eine Eliminierung von Quereinflüssen (insbesondere eine Eliminierung der Auswirkungen von unterschiedlichen Druckwerten auf der Druckseite der Pumpe) zu bewirken, ist nicht erforderlich. Eine Dosierpumpe kann allerdings pumpeninterne Maßnahmen aufweisen, mit welchen die Unabhängigkeit der Fördermenge (bzw. des geförderten Volumenstroms) von unterschiedlichen Druckwerten auf der Druckseite befördert wird. Üblicherweise ist eine Pumpe nur in einem bestimmten Arbeitsgebiet als Dosierpumpe verwendbar. Hier als Dosierpumpe werden beispielsweise Pumpen beschrieben, die in einem Arbeitsbereich (von bspw. zwischen 4 bar und 20 bar) eine Druckabhängigkeit in der Fördermenge bzw. des Volumenstroms von weniger als 20 Prozent, bevorzugt weniger als 10 Prozent und ganz besonders bevorzugt weniger als 5 Prozent aufweisen.
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Bevorzugt ist die Fördereinrichtung mit einer nach dem Hubkolbenprinzip arbeitenden Dosierpumpe gebildet, welche einen Hubkolben aufweist, der zur Förderung auf- und ab bewegt wird. Wenn der Hubkolben einmal auf- und ab bewegt wird, wird dies bevorzugt „Förderzyklus“ genannt. Eine solche Fördereinrichtung weist in der Regel eine Förderkammer auf, die an einer Seite von einer Hubkolbenfläche und/oder einer Membran begrenzt ist. Zum Fördern wird das Kammervolumen vergrößert (Ansaugphase) und wieder verkleinert (Ausstoßphase). Üblicherweise erfolgt die Einstellung eines bestimmten Fördervolumens im Vollhubbetrieb. Es wird eine bestimmte Anzahl an Hubbewegungen durchgeführt, um eine bestimmte Fördermenge bzw. einen bestimmten Volumenstrom mit der Dosierpumpe zu fördern. Eine Variation der Fördermenge, bzw. des Volumenstroms bzw. eine Anpassung der Dosiermenge kann also über eine Veränderung der Ansteuerungsfrequenz zur Ansteuerung der Pumpe, also eine Erhöhung der Frequenz der Förderzyklen, erfolgen. In weiteren Ausführungsvarianten ist die Dosierpumpe so ausgebildet, dass zum Einstellen eines bestimmten Fördervolumens das maximale Kammervolumen während einer Förderbewegung angepasst wird. Dies kann beispielsweise durch eine Einstellung der Kolben- bzw. Membranbewegung während eines Förderzyklus erfolgen. Die Kolben- bzw. Membranbewegung wird gegenüber einer maximalen Kolben- bzw. Membranbewegung reduziert. Man spricht vom Teilhubbetrieb. Bevorzugt wird für einen Teilhubbetrieb eine Einschaltzeit und/oder ein Betriebsstrom zur Ansteuerung der Dosierpumpe gegenüber einem Vollhubbetrieb reduziert.
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Die Fördereinrichtung ist besonders bevorzugt regelbar bzw. umfasst eine regelbare Dosierpumpe. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass ein Fördervolumenstrom der Fördereinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit eines (Ist-)Volumenstroms und/oder einer (Ist-)Zubereitungstemperatur, etwa auf einen Soll-(Zubereitungs-)Volumenstrom, geregelt werden kann.
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Die Vorrichtung hat ferner ein Druckanpassungsmittel, welches in dem Druckbereich vorgesehen ist und welches dazu eingerichtet ist den Druck in dem Druckbereich anzupassen. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass zusätzlich zu der Fördereinrichtung eine weitere in Kontakt mit der Flüssigkeit stehende technische Einrichtung (hier als Druckanpassungsmittel bezeichnet) vorgesehen ist, die derart eingerichtet ist, dass sie Druck in dem Druckbereich beeinflussen und damit anpassen kann.
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Vorzugsweise ragt das Druckanpassungsmittel zumindest teilweise in einen Strömungsweg der Flüssigkeit innerhalb des Druckbereichs hinein. Dabei kann der Grad des Hineinragens einstellbar, insbesondere steuerbar sein. Weiterhin kann der Druck in dem Druckbereich (auch) über den Grad des Hineinragens eingestellt bzw. angepasst werden. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Druckanpassungsmittel mit einer speziell geformten Innengeometrie zumindest eines Abschnitts des Druckbereichs gebildet ist. Vorzugsweise ist zur Ausbildung des Druckanpassungsmittels eine Innengeometrie bzw. eine Innenkontur zumindest eines Abschnitts des Druckbereichs bzw. eines Fluidkanals in dem Druckbereich derart bzw. entsprechend (speziell) geformt, um den Druck in dem Druckbereich, insbesondere auf einen Brühdruck, anzupassen.
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Insbesondere ist das Druckanpassungsmittel ein passives Druckanpassungsmittel. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass das Druckanpassungsmittel der Flüssigkeit keine Energie zuführt. Insbesondere ist das Druckanpassungsmittel keine Pumpe. Beispielsweise kann das passive Druckanpassungsmittel eine (steuerbar) Drossel bzw. eine (verstellbare) Blende sein.
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Das Druckanpassungsmittel ist vorzugsweise dazu eingerichtet den Druck in dem Druckbereich auf einen gewünschten bzw. vordefinierten Brühdruck anzupassen. Beispielsweise kann ein (konstanter) Brühdruck (beispielsweise ein konstanter Brühdruck bei einem konstanten Druckwert von ca. 5 bis 15 bar) gewünscht sein. Der Brühdruck bezeichnet hierbei in der Regel den Druck, der an der Brüheinrichtung anliegt bzw. der in der Brüheinrichtung erreicht werden soll bzw. wird.
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Das Zusammenwirken bzw. die in der Vorrichtung realisierte Kombination von der Fördereinrichtung, die eine Dosierpumpe aufweist, und dem Druckanpassungsmittel erlaubt in besonders vorteilhafter Weise, dass der Brühdruck möglichst konstant gehalten und insbesondere unabhängig von dem Fördervolumenstrom eingestellt werden kann. Bei Vorrichtungen ohne Druckanpassungsmittel und mit lediglich einer Förderpumpe, konnte demgegenüber beobachtet werden, dass die Förderpumpe lediglich kurzzeitig einen Maximaldruck bzw. eine Druckspitze im System aufbaut, die sich dann rasch während des Brühvorgangs wieder abbaut.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet den Fördervolumenstrom auf einen anliegenden Druck anzupassen. Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet den Fördervolumenstrom auf einen anliegenden Druck automatisch anzupassen bzw. zu regeln. Weiterhin bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet den Fördervolumenstrom auf einen an der Brüheinrichtung anliegenden Druck (Brühdruck) insbesondere automatisch anzupassen bzw. zu regeln. Hierzu kann ein entsprechendes Zusammenwirken von Fördereinrichtung und Druckanpassungsmittel in der Vorrichtung, insbesondere in einem Steuergerät bzw. einer elektronischen Steuereinrichtung der Vorrichtung implementiert sein.
Der an der Brüheinrichtung anliegende Druck ergibt sich im Wesentlichen aus der Strömungsgeschwindigkeit (Staudruck) und der Geometrie, insbesondere der Querschnittsfläche des Strömungswegs. Die Strömungsgeschwindigkeit lässt sich in bekannter Weise über den Fördervolumenstrom bestimmen bzw. beeinflussen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Druckanpassungsmittel dazu eingerichtet ist ein steuerbares Ausgleichsvolumen des Druckbereichs zu verändern. In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass das Druckanpassungsmittel das Ausgleichsvolumen beeinflusst und/oder steuert. Hierzu kann das Druckanpassungsmittel entsprechend von einem Steuergerät bzw. einer elektronischen Steuereinheit der Vorrichtung angesteuert werden. Darüber hinaus kann das Druckanpassungsmittel selbst ein Steuergerät zum Steuern des Ausgleichsvolumens umfassen. Das Ausgleichsvolumen kann beispielsweise in einem (Ausgleichs-)Behälter gebildet sein, der mit einer Flüssigkeitsleitung des Druckbereichs verbunden ist. In dem Behälter kann beispielsweise eine (gesteuert) bewegbare Wand, insbesondere Membran angeordnet sein, die das Ausgleichsvolumen zumindest teilweise begrenzt. Hierbei kann ein Bewegen der Wand, insbesondere Membran zu einer Änderung des Ausgleichsvolumens beitragen. Die Bewegung erfolgt insbesondere gesteuert, etwa mittels eines steuerbaren Aktuators, der mit der Wand verbunden ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Druckanpassungsmittel einen variablen Strömungswiderstand an einer Einströmstelle des Druckbereichs umfasst. Bevorzugt bildet das Druckanpassungsmittel einen variablen Strömungswiderstand an einer Einströmstelle des Druckbereichs. Die Einströmstelle kann hierbei beispielsweise eine Einströmstelle in den Druckbereich oder eine Einströmstelle in eine an den Druckbereich angrenzende Einrichtung, etwa in die Brüheinrichtung sein. Eine Einströmstelle in den Druckbereich kann beispielsweise an der Stelle gebildet sein, an der der Druckbereich mit der Dosierpumpe verbunden ist. Eine Einströmstelle in die Brüheinrichtung kann beispielsweise an der Stelle gebildet sein, an der der Druckbereich mit der Brüheinrichtung verbunden ist. Der variable Strömungswiderstand kann beispielsweise durch ein steuerbares Ventil, eine steuerbare Drossel und/oder eine steuerbare Blende gebildet sein. Besonders bevorzugt ist der variable Strömungswiderstand mit einer steuerbaren Blende gebildet.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet eine Heizleistung der Heizeinrichtung auf eine Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit anzupassen. Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet eine Heizleistung der Heizeinrichtung auf eine Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit automatisch anzupassen bzw. zu regeln. Weiterhin bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet eine Heizleistung der Heizeinrichtung auf eine gewählte bzw. vordefinierte Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (Durchflussgeschwindigkeit) anzupassen bzw. zu regeln.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Druckanpassungsmittel dazu eingerichtet ist eine Heizleistung der Heizeinrichtung zu verändern. In diesem Zusammenhang kann das Druckanpassungsmittel beispielsweise ein Steuergerät umfassen, welches die Heizleistung der Heizeirichtung beeinflussen kann. In der Regel steigt der Druck in dem Druckbereich an, wenn die Flüssigkeit in dem Druckbereich erwärmt wird. Somit kann auch eine entsprechende Beeinflussung der Heizleistung der Heizeirichtung zu einer Anpassung des Drucks in dem Druckbereich beitragen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Druckanpassungsmittel dazu eingerichtet ist eine Heizleistung der Heizeinrichtung an eine Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Druckbereichs anzupassen. Durch die Strömungsgeschwindigkeit wird ein Wärmeenergiestrom bestimmt, welcher mit der Flüssigkeit transportiert wird. Daher ist es besonders vorteilhaft die Heizleistung an die Strömungsgeschwindigkeit anzupassen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung weiterhin zumindest einen Temperatursensor, einen Volumenstromsensor oder einen Drucksensor. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Temperatursensor und einen Drucksensor. Weiterhin bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Temperatursensor, einen Volumenstromsensor und einen Drucksensor.
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Bevorzugt sind die Komponenten Drucksensor, Temperatursensor und Volumenstromsensor (Durchflusssensor) in dieser Reihenfolge in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Komponenten Dosierpumpe, Heizelement, Drucksensor, Temperatursensor und Volumenstromsensor in dieser Reihenfolge in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Wenn eine Dosierpumpe mit Hubkolbenprinzip zum Einsatz kommt, kann auch ohne die Verwendung eines Volumenstromsensors die Fördermenge bzw. der Volumenstrom bestimmt werden. Somit ist im Falle der Verwendung einer Dosierpumpe mit Hubkolbenprinzip das Vorhandensein des Volumenstromsensors hier nicht erforderlich.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung weiterhin eine elektronische Steuereinrichtung (ECU), eingerichtet zur Regelung des Fördervolumenstroms der Fördereinrichtung und einer Heizleistung der Heizeinrichtung, um zumindest eine (vorgebbare) Zubereitungstemperatur oder eine (vorgebbare) Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit konstant zu halten. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die Vorrichtung ein Regelglied umfasst, das zur Regelung in der Kombination Fördervolumenstrom-Heizleistung (bzw. Durchfluss-Heizleistung) eingerichtet ist, um eine konstante bzw. gleichbleibende Zubereitungstemperatur und/oder um eine konstante bzw. gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit (Zufluss-Geschwindigkeit zu der Brüheinrichtung) bereitzustellen. Das Regelglied kann beispielsweise in oder mittels der elektronischen Steuereinrichtung, insbesondere in der Art einer integrierten Regelung realisiert sein. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere auch, dass die elektronische Steuereinheit in der Art eines digitalen Reglers gebildet sein kann.
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Dies erlaubt in vorteilhafter Weise eine Regelung der Flüssigkeitstemperatur am Ausgang der Heizeinrichtung auf die gewünschte Brühtemperatur. Darüber hinaus kann hierdurch eine Regelung bereitgestellt werden, so dass die Brühtemperatur bei jeder (auch der ersten) Tasse konstant ist. Insbesondere gleichzeitig trägt dies in besonders vorteilhafter Weise zu einer Regelung der Flüssigkeitsmenge derart bei, dass bei unterschiedlichen Mengen die gleiche Pumpe genutzt werden kann und keine zusätzliche Pumpe benötigt wird.
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Alternativ oder kumulativ wird vorgeschlagen, dass das Druckanpassungsmittel ein Steuergerät umfasst, welches Signale von zumindest einem oder mehreren der genannten Sensoren (Temperatursensor, Volumenstromsensor und/oder Drucksensor) erfasst bzw. erkennt und die Heizeinrichtung, den variablen Strömungswiderstand und/oder das Ausgleichsvolumen in Abhängigkeit der Signale steuert. Diese Steuerung erfolgt vorzugsweise derart, dass eine konstante bzw. gleichbleibende Zubereitungstemperatur und/oder eine konstante bzw. gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit (Zufluss-Geschwindigkeit zu der Brüheinrichtung) am Ausgang des Druckbereichs und/oder ein konstanter bzw. gleichbleibender an der Brüheinrichtung anliegender Druck (Brühdruck) eingestellt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Zubereitung eines Warmgetränks mittels einer Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend folgende Schritte:
- a) Fördern einer Flüssigkeit hin zu einer Brüheinrichtung in einem Druckbereich der Vorrichtung mittels einer Fördereinrichtung der Vorrichtung,
- b) Erwärmen der Flüssigkeit stromauf der Brüheinrichtung oder in der Brüheinrichtung in einem Druckbereich mittels einer Heizeinrichtung der Vorrichtung,
- c) Variieren eines mittels der Fördereinrichtung geförderten Fördervolumenstroms in den Druckbereich unabhängig von einem Druck in dem Druckbereich mit einer Pumpe,
- d) Steuern eines Drucks in dem Druckbereich mittels eines Druckanpassungsmittels (der Vorrichtung).
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Die angegebene Reihenfolge der Schritte a), b), c) und d) ist lediglich beispielhaft und kann sich in der angegebenen Reihenfolge etwa bei einem regulären Betriebsablauf einstellen. Darüber hinaus können die Schritte a) bis d) auch zumindest teilweise parallel oder sogar gleichzeitig durchgeführt werden.
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Das Verfahren dient insbesondere zur Zubereitung eines Warmgetränks mittels einer hier vorgeschlagenen Vorrichtung. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass das Verfahren bevorzugt mit einer hier vorgeschlagenen Vorrichtung ausgeführt wird. Darüber hinaus kann die Vorrichtung in vorteilhafter Weise dazu eingerichtet sein, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen.
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Bevorzugt wird der Fördervolumenstrom auf einen anliegenden Druck (automatisch) angepasst. Bevorzugt wird der Fördervolumenstrom auf einen an der Brüheinrichtung anliegenden Druck (automatisch) angepasst bzw. geregelt.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine Heizleistung der Heizeinrichtung in Schritt b) auf eine Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit angepasst wird. Bevorzugt wird eine Heizleistung der Heizeinrichtung auf eine Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit automatisch angepasst bzw. geregelt.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Fördervolumenstrom der Fördereinrichtung und eine Heizleistung der Heizeinrichtung geregelt werden, um zumindest eine (vorgebbare) Zubereitungstemperatur oder eine (vorgebbare) Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit konstant zu halten. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise eine Regelung in der Kombination Durchfluss-Heizleistung realisiert werden. Darüber hinaus kann in diese (kombinierte) Regelung der Fördereinrichtung und der Heizeinrichtung auch eine Regelung des Druckanpassungsmittels mit einfließen. Beispielsweise derart, dass ein Grad der Strömungsbeeinflussung durch das Druckanpassungsmittel geregelt wird, um einen Brühdruck einzustellen. Ein solcher Grad der Strömungsbeeinflussung kann beispielsweise eine Eindringtiefe einer Blende in den Strömungsquerschnitt bzw. ein Anteil des Strömungsquerschnitts sein, der von der Blende überspannt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer hier vorgeschlagenen Vorrichtung zur Zubereitung eines Warmgetränks, wie etwa eines Kaffees, eines Espressos oder eines Tees vorgeschlagen.
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Die im Zusammenhang mit der Vorrichtung erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
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Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:
- 1: eine hier vorgeschlagene Vorrichtung zur Zubereitung eines Warmgetränks, und
- 2: einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens.
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1 zeigt schematisch eine hier vorgeschlagene Vorrichtung 1 zur Zubereitung eines Warmgetränks. Die Vorrichtung 1 dient zur Zubereitung eines Warmgetränks, etwa Kaffee, Espresso oder Tee.
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Die Vorrichtung 1 weist einen Druckbereich 10 auf, in welchem unter Druck stehende Flüssigkeit (hier: Wasser) zur Zubereitung des Warmgetränks bereitgestellt wird. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine an den Druckbereich 10 angeschlossene Brüheinrichtung 2 auf, in der das Warmgetränk zubereitet werden kann. Zudem hat die Vorrichtung 1 eine an den Druckbereich 10 angeschlossene Heizeinrichtung 3, die zum Erwärmen einer Flüssigkeit stromauf der Brüheinrichtung 2 eingerichtet ist. Darüber hinaus weist die Vorrichtung 1 eine Fördereinrichtung 4 zum Fördern der Flüssigkeit in den Druckbereich 10 auf. Die Fördereinrichtung 4 hat hierbei eine Dosierpumpe 8, die derart eingerichtet, dass ein Fördervolumenstrom unabhängig von einem Druck in dem Druckbereich 10 variiert werden kann. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 1 ein Druckanpassungsmittel 11, welches in dem Druckbereich 10 vorgesehen ist und welches dazu eingerichtet ist den Druck in dem Druckbereich 10 anzupassen.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 hier beispielhaft einen Temperatursensor 5, einen Volumenstromsensor 6 und einen Drucksensor 7. Gemäß der Darstellung nach 1 sind der Temperatursensor 5, der Volumenstromsensor 6 und der Drucksensor 7 entlang des Strömungswegs der Flüssigkeit zu der Brüheinrichtung 2 zwischen der Heizeinrichtung 3 und der Brüheinrichtung 2 angeordnet.
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Die Fördereinrichtung 4 ist hier mit einer Dosierpumpe 8 gebildet. Die Dosierpumpe 8 ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise den Fördervolumenstrom unabhängig vom Förderdruck zu variieren bzw. den Durchfluss unabhängig vom Druck einzustellen.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 hier beispielhaft eine elektronische Steuereinrichtung 9. Die elektronische Steuereinrichtung 9 ist hier zur Regelung des Fördervolumenstroms der Fördereinrichtung 4 und einer Heizleistung der Heizeinrichtung 3 eingerichtet, um zumindest eine Zubereitungstemperatur oder eine Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit konstant zu halten.
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2 zeigt schematisch einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens. Das Verfahren dient zur Zubereitung eines Warmgetränks mittels einer Vorrichtung. Die dargestellte Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b), c) und d) mit den Blöcken 110, 120, 130 und 140 ergibt sich bei einem regulären Betriebsablauf. Darüber hinaus können insbesondere die Schritte a) bis d) auch zumindest teilweise parallel oder sogar gleichzeitig durchgeführt werden. In Block 110 erfolgt ein Fördern einer Flüssigkeit hin zu einer Brüheinrichtung in einem Druckbereich der Vorrichtung mittels einer Fördereinrichtung der Vorrichtung. In Block 120 erfolgt ein Erwärmen der Flüssigkeit stromauf der Brüheinrichtung oder in der Brüheinrichtung in einem Druckbereich mittels einer Heizeinrichtung der Vorrichtung. In Schritt c) erfolgt ein Variieren eines mittels der Fördereinrichtung geförderten Fördervolumenstroms in den Druckbereich unabhängig von einem Druck in dem Druckbereich. In Schritt d) erfolgt ein Steuern eines Drucks in dem Druckbereich mittels eines Druckanpassungsmittels.
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Hier vorgeschlagen werden eine Vorrichtung zur Zubereitung eines Warmgetränks und ein Verfahren zur Zubereitung eines Warmgetränks, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen die Vorrichtung zur Zubereitung eines Warmgetränks und das Verfahren zur Zubereitung eines Warmgetränks jeweils zumindest dazu bei, dass zumindest der an der Brüheinheit anliegende Druck oder die Brühtemperatur im gewünschten Maße konstant gehalten werden kann. Darüber hinaus kann insbesondere die Energiezufuhr passend zur Warmgetränk-Art und Warmgetränk-Menge eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Brüheinrichtung
- 3
- Heizeinrichtung
- 4
- Fördereinrichtung
- 5
- Temperatursensor
- 6
- Volumenstromsensor
- 7
- Drucksensor
- 8
- Dosierpumpe
- 9
- elektronische Steuereinrichtung
- 10
- Druckbereich
- 11
- Druckanpassungsmittel
