DE102020119008B3

DE102020119008B3 - Abscheideeinrichtung, Vorrichtung mit einer solchen Abscheideeinrichtung und Verfahren zum Abscheiden von Feststoffen aus einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102020119008B3
Application number: DE102020119008.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Kloock-Schreiber; Behrend Bode; Renan da Silva de Siqueira; Stefan Plappert; Paul Christoph Gembarski; Roland Lachmayer
Original assignee: Liebertee GbR Vertretungsberechtigter Ges Thomas Wiggermann 82490 Farchant; Liebertee GbR Vertretungsberechtigter Gesellschafter Thomas Wiggermann 82490 Farchant
Current assignee: Liebertee GbR Vertretungsberechtigter Ges Thomas Wiggermann 82490 Farchant; Liebertee GbR Vertretungsberechtigter Gesellschafter Thomas Wiggermann 82490 Farchant
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-08-26
Anticipated expiration: 2040-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung (10) mit wenigstens einem Bewegungselement (11) zum Abscheiden von Feststoffen, insbesondere Brühgut, und wenigstens einem Antriebselement (12), die koaxial angeordnet sind, wobei das Bewegungselement mehrere Durchgangsöffnungen für den Durchtritt einer Flüssigkeit, insbesondere eines Lösungsmittels, aufweist und das Antriebselement (12) mit dem Bewegungselement (11) gekoppelt ist derart, dass das Bewegungselement (11) durch das Antriebselement (12) entlang einer Längsachse (L) zwischen einem ersten Axialbereich (13) und einem zweiten Axialbereich (14) bewegbar ist, wobei das Bewegungselement (11) im ersten Axialbereich (13) mit dem Antriebselement (12) zusammenwirkt, sodass das Antriebselement (12) eine Drehbewegung auf das Bewegungselement (11) zum Abscheiden der Feststoffe durch Fliehkraft überträgt, und das Bewegungselement (11) im zweiten Axialbereich (14) mit dem Antriebselement (12) zusammenwirkt, sodass das Antriebselement (12) das Bewegungselement (11) entlang der Längsachse (L) bewegt, wobei das Bewegungselement (11) wenigstens einen Anschlagabschnitt (17) umfasst, der wenigstens einen Absatz (19) aufweist, der an der axialen Endposition (15) im ersten Axialbereich (13) mit dem Antriebselement (12) zur Drehmomentübertragung in Kontakt steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung, eine Vorrichtung mit einer solchen Abscheideeinrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von Feststoffen aus einer Flüssigkeit.
Generell werden Abscheideeinrichtungen dazu eingesetzt, Bestandteile eines Stoffgemischs zu trennen bzw. bestimmte Bestandteile aus einem Stoffgemisch herauszulösen und zu entfernen. Stoffgemische können Flüssigkeitsgemische, Gas-/Flüssigkeitsgemische, reine Feststoffgemische sowie Gemische, die aus Feststoffen und Flüssigkeit bestehen, sein.
Bei Abscheideeinrichtungen, die zum Abscheiden von Feststoffen aus einer Flüssigkeit dienen, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Prinzipien bekannt. Beispielsweise kommen bei Vorrichtungen zur Zubereitung von Heißgetränken, wie beispielsweise Kaffee oder Tee, häufig Abscheideeinrichtungen in Form von Sieben zum Einsatz.
Aus der WO 2016/096955 A1 ist ein Teeautomat zur Zubereitung eines Teegetränks mit einer Brühkammer und einem Teesiebeinsatz bekannt. Der Teesiebeinsatz ist in der Brühkammer beweglich angeordnet und mittels einer Verfahreinrichtung bevorzugt magnetisch in der Brühkammer auf und ab bewegbar. Bei einem Brühvorgang wird erhitztes Wasser in die Brühkammer eingeleitet und der Teesiebeinsatz mit eingelegten Teeblättern in das erhitzte Wasser in der Brühkammer bewegt. Nach Erreichen einer gewünschten Ziehdauer kann das fertig gebrühte Teegetränk aus der Brühkammer ausgegeben werden.
Um die losen Teeblätter nach dem Brühvorgang zu entfernen, fährt der Teesiebeinsatz mit den gebrühten Teeblättern aus der Flüssigkeit. Anschließend müssen die Teeblätter durch den Benutzer manuell aus dem Teesiebeinsatz entnommen und entsorgt werden.
Dieses Prinzip hat den Nachteil, dass die gebrühten Teeblätter aus dem Siebeinsatz per Hand entnommen werden müssen. Eine derartige Abscheideeinrichtung ist daher nicht für vollautomatische Prozesse, wie beispielsweise für Vorrichtungen zur vollautomatischen Zubereitung von Heißgetränken geeignet. Die Zubereitung und somit die Ausgabe der Heißgetränke wäre nur verzögert möglich. Des Weiteren hängt die Sauberkeit des Siebes stark von der Gründlichkeit des Benutzers bei der Entnahme der gebrühten Teeblätter bzw. der Reinigung ab.
DE 696 00 611 T2 offenbart eine Vorrichtung zur Zubereitung eines Extraktgetränkes, bspw. Tee oder Kaffee. Die Vorrichtung weist ein trommelförmiges Filterelement auf, das um eine vertikale Achse rotierbar und entlang dieser Achse bewegbar ist.
Weitere Vorrichtungen zum Abscheiden von Brühgut sind aus DE 10 2017 121 849 A1 und DE 693 951 A bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Abscheideeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die Feststoffe aus einer Flüssigkeit auf einfache Art und Weise entfernt sowie schnell und einfach gereinigt werden kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung mit einer solchen Abscheideeinrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von Feststoffen aus einer Flüssigkeit anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Abscheideeinrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung und des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe jeweils durch den Gegenstand des Anspruchs 19 (Vorrichtung) und des Anspruchs 21 (Verfahren) gelöst.
Konkret wird die Aufgabe durch eine Abscheideeinrichtung mit wenigstens einem Bewegungselement zum Abscheiden von Feststoffen, insbesondere Brühgut, und wenigstens einem Antriebselement, die koaxial angeordnet sind, gelöst. Das Bewegungselement weist mehrere Durchgangsöffnungen für den Durchtritt einer Flüssigkeit, insbesondere eines Lösungsmittels auf. Das Antriebselement ist mit dem Bewegungselement gekoppelt derart, dass das Bewegungselement durch das Antriebselement entlang einer Längsachse zwischen einem ersten Axialbereich und einem zweiten Axialbereich bewegbar ist. Im ersten Axialbereich wirkt das Bewegungselement mit dem Antriebselement zusammen, sodass das Antriebselement eine Drehbewegung auf das Bewegungselement zum Abscheiden der Feststoffe durch Fliehkraft überträgt. Im zweiten Axialbereich wirkt das Bewegungselement mit dem Antriebselement zusammen, sodass das Antriebselement das Bewegungselement entlang der Längsachse bewegt.
Das Bewegungselement dient dazu, im Betrieb Feststoffe aus einer Flüssigkeit heraus zu bewegen bzw. Feststoffe von einer Flüssigkeit zu trennen. Mit anderen Worten dient das Bewegungselement zum Abscheiden der Feststoffe aus der Flüssigkeit.
Das Antriebselement dient dazu, ein Drehmoment in das Bewegungselement einzuleiten, sodass das Bewegungselement eine Drehbewegung um die Längsachse durchführt. Zusätzlich dient das Antriebselement dazu, das Bewegungselement entlang der Längsachse zu bewegen.
Im Rahmen der Erfindung ist das Antriebselement als ein angetriebenes Element zu verstehen, das das Bewegungselement abhängig von der Axialposition des Bewegungselements in Rotation versetzt und/oder linear entlang der Längsachse bewegt.
Das Antriebselement wirkt mit dem Bewegungselement zusammen. Das Antriebselement wirkt auf das Bewegungselement derart ein, dass das Bewegungselement eine Linearbewegung entlang der Längsachse und/oder eine Drehbewegung um die Längsachse ausführt. Das Antriebselement kann mit dem Bewegungselement direkt, insbesondere unmittelbar zusammenwirken. Mit anderen Worten kann das Antriebselement mit dem Bewegungselement direkt in Kontakt stehen, um das Bewegungselement entlang der Längsachse zu bewegen und/oder das Bewegungselement in eine Drehbewegung um die Längsachse zu versetzen. Das Bewegungselement kann mit dem Antriebselement mechanisch, insbesondere unmittelbar oder mittelbar, gekoppelt sein.
Bei der Bewegung entlang der Längsachse, insbesondere der Linearbewegung, wechselt das Bewegungselement zwischen dem ersten Axialbereich und dem zweiten Axialbereich. Die beiden Axialbereiche sind auf der Längsachse angeordnet. Der erste Axialbereich kann an das Antriebselement angrenzend oder mit dem Antriebselement in Längsrichtung überlappend vorgesehen sein. Der zweite Axialbereich grenzt in Längsrichtung bevorzugt an den ersten Axialbereich an.
Der erste Axialbereich ist ein Bereich entlang der Längsachse, in dem durch Drehmomenteinleitung eine Drehbewegung von dem Antriebselement auf das Bewegungselement übertragen wird oder übertragbar ist.
Zur Übertragung des Drehmoments wirkt das Antriebselement im ersten Axialbereich mit dem Bewegungselement zusammen. Konkret wirkt das Antriebselement mit dem Bewegungselement im ersten Axialbereich derart zusammen, dass eine Drehbewegung in das Bewegungselement eingeleitet wird. Mit anderen Worten überträgt das Antriebselement im ersten Axialbereich ein Drehmoment auf das Bewegungselement, sodass das Bewegungselement eine Drehbewegung ausführt. Bevorzugt wird das Bewegungselement durch das Antriebselement im Wesentlichen auf die Drehgeschwindigkeit, insbesondere auf die Drehzahl, des Antriebselements beschleunigt.
Vorzugsweise steht das Antriebselement im ersten Axialbereich mit dem Bewegungselement in Kontakt, insbesondere in Reibungskontakt, sodass das Bewegungselement in eine Drehbewegung versetzt wird. Konkreter kann das Bewegungselement im ersten Axialbereich an das Antriebselement angepresst sein, sodass das Bewegungselement eine Drehbewegung des Antriebselements aufnimmt. Das Bewegungselement kann mit dem Antriebselement im ersten Axialbereich lösbar verbunden sein.
Befinden sich im Betrieb Feststoffe auf dem Bewegungselement, insbesondere einem Teilabschnitt des Bewegungselements, werden durch die Drehbewegung des Bewegungselements um die Längsachse die Feststoffe radial nach außen bewegt. Durch die Drehbewegung des Bewegungselements und die Massenträgheit der Feststoffe wirkt eine Fliehkraft bzw. Zentrifugalkraft auf die Feststoffe, sodass die Feststoffe nach Überwinden einer Reibkraft, die zwischen den Feststoffen und dem Bewegungselement vorliegt, radial nach außen bewegt werden. Die Feststoffe werden dadurch vom Bewegungselement geschleudert und das Bewegungselement somit gereinigt.
Dies hat den Vorteil, dass das Bewegungselement vollautomatisch, d.h. ohne manuellen Eingriff durch einen Benutzer, gereinigt wird. Die Abscheideeinrichtung ist somit selbstreinigend ausgebildet. Ein Reinigungsaufwand wird somit reduziert. Des Weiteren ist die Abscheideeinrichtung in vollautomatische Prozesse, wie beispielsweise in Vorrichtungen zur vollautomatischen Zubereitung von Heißgetränken integrierbar.
Die Abscheideeinrichtung kann alternativ als Fliehkraft-Abscheider bezeichnet werden.
Der zweite Axialbereich ist ein Bereich entlang der Längsachse, in dem das Bewegungselement lediglich eine Linearbewegung, d.h. eine Bewegung entlang der Längsachse ausführt. In Einbaulage kann die Linearbewegung ein Auf- und Abfahren des Bewegungselements sein. Im zweiten Axialbereich kann sich das Bewegungselement im Betrieb zumindest abschnittsweise in der Flüssigkeit befinden.
Das Trennen der Feststoffe, insbesondere der gebrühten Teeblätter, von der Flüssigkeit erfolgt im zweiten Axialbereich. Die Feststoffe befinden sich dabei auf einer ersten dem Antriebselement zugewandten Seite eines Abscheideabschnitts des Bewegungselements. Die erste Seite des Abscheideabschnitts ist durch die Durchgangsöffnungen des Bewegungselements mit einer zweiten Seite des Abscheideabschnitts fluidverbunden. Die zweite Seite ist bevorzugt der ersten Seite gegenüber angeordnet.
Bevorzugt umfasst der zweite Axialbereich einen Aufnahmeraum, insbesondere eines Behälters oder einer Kammer, in dem die Flüssigkeit und die Feststoffe eingebracht sind. Durch die Durchgangsöffnungen im Bewegungselement kann die Flüssigkeit im Aufnahmeraum wechselseitig fließen.
Um die Feststoffe von der Flüssigkeit zu trennen, führt das Bewegungselement im Betrieb eine Bewegung entlang der Längsachse aus. Dadurch werden die Feststoffe aus der Flüssigkeit bewegt und somit von der Flüssigkeit getrennt. Im Rahmen der Erfindung wird dies als Aussieben bezeichnet.
Zur Linearbewegung wirkt das Antriebselement mit dem Bewegungselement zusammen. Mit anderen Worten wirkt das Antriebselement mit dem Bewegungselement derart zusammen, dass das Bewegungselement durch das Antriebselement entlang der Längsachse bewegt wird. Das Antriebselement kann dazu mit dem Bewegungselement derart in Eingriff stehen, dass das Antriebselement durch eine Drehbewegung in eine Linearbewegung des Bewegungselements überführt. Mit anderen Worten wird eine Drehbewegung des Antriebselements in eine Linearbewegung des Bewegungselements umgewandelt. Das Antriebselement und das Bewegungselement können in Gewindeeingriff stehen. Mit anderen Worten können das Antriebselement und das Bewegungselement einen Gewindetrieb bilden.
Durch den konstruktiv einfachen Aufbau der Abscheideeinrichtung können Feststoffe auf einfache Art und Weise aus einer Flüssigkeit abgeschieden werden. Die Abscheideeinrichtung hat des Weiteren den Vorteil, dass diese eine geringe Bauteilanzahl aufweist und kostengünstig in der Herstellung ist.
Im Betrieb kann beim Übergang des Bewegungselements vom zweiten Axialbereich in den ersten Axialbereich das Bewegungselement zusätzlich zur Linearbewegung in eine Drehbewegung versetzt werden. Die Drehbeschleunigung des Bewegungselements auf die Drehgeschwindigkeit des Antriebselements erfolgt vorzugsweise erst an einer axialen Endposition des ersten Axialbereichs.
Bei einem Übergang des Bewegungselements vom ersten Axialbereich in den zweiten Axialbereich wird das Bewegungselement abgebremst, d.h. eine Drehbewegung des Bewegungselements unterbunden. Dies kann durch eine Wandung des Aufnahmeraums, insbesondere durch eine Behälterwandung erfolgen. Das Bewegungselement kann dazu im zweiten Axialbereich mit der Wandung des Aufnahmeraums in Reibungskontakt stehen. Dadurch wird eine Drehbewegung des Bewegungselements blockiert und die Linearbewegung des Bewegungselements ermöglicht.
Das Bewegungselement und das Antriebselement sind auf der Längsachse liegend koaxial angeordnet. Die Längsachse bildet eine gemeinsame Achse des Bewegungselements und des Antriebselements. Die Längsachse bildet ferner eine Drehachse des Bewegungselements. Mit anderen Worten ist das Bewegungselement um die Längsachse drehbar. Zusätzlich kann das Antriebselement um die Längsachse drehbar sein.
Besonders bevorzugt ist die Abscheideeinrichtung für eine Vorrichtung zur Zubereitung von Heißgetränken, insbesondere von Kaffee- oder Teegetränken vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ ist möglich, dass die Abscheideeinrichtung zum Reinigen von Feststoffen in einer Flüssigkeit zur Anwendung kommt.
Die Abscheideeinrichtung kann allgemein in Vorrichtungen zur Herstellung von Lebensmitteln eingesetzt werden. Die Abscheideeinrichtung kann dabei in Vorrichtungen zur Zubereitung von Getränken aller Art zum Abscheiden von Feststoffen eingesetzt werden.
Alternativ kann die Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Feststoffen in verfahrenstechnischen Großanlagen, insbesondere Chemieanlagen, eingesetzt werden.
Bevorzugt kommt die Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Feststoffen in vollautomatisch betreibbaren Vorrichtungen zum Einsatz. Die Abscheideeinrichtung kann auch in teilautomatisch betreibbaren Vorrichtungen zur Anwendung kommen.
Die Flüssigkeit kann erhitztes Wasser oder eine andere Flüssigkeit sein. Als Feststoffe kann Brühgut, wie beispielsweise Teeblätter, Kaffeepulver oder dergleichen zum Einsatz kommen. Die Flüssigkeit sowie die Feststoffe sind nicht auf die genannte Ausführung eingeschränkt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Bewegungselement mit dem Antriebselement an einer axialen Endposition im ersten Axialbereich zur Übertragung der Drehbewegung drehmomentübertragend, insbesondere reibschlüssig und/oder formschlüssig, verbunden oder verbindbar. Mit anderen Worten wirkt das Antriebselement an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs mit dem Bewegungselement zur Übertragung des Drehmoments zusammen. Das Antriebselement kann mit dem Bewegungselement an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs derart zusammenwirken, dass durch Drehmomenteinleitung das Bewegungselement in eine Drehbewegung um die Längsachse versetzt wird. An der axialen Endposition des ersten Axialbereichs überträgt somit das Antriebselement ein Drehmoment auf das Bewegungselement, sodass das Bewegungselement eine Drehbewegung ausführt.
Im Betrieb wird die Linearbewegung des Bewegungselements in Richtung zum Antriebselement hin an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs begrenzt. Die axiale Endposition definiert somit den maximalen Verfahrweg entlang der Längsachse des Bewegungselements in Richtung des Antriebselements.
Besonders bevorzugt steht im Betrieb das Antriebselement an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs mit dem Bewegungselement in direktem Kontakt, insbesondere in Reibungskontakt und/oder formschlüssigem Kontakt, sodass das Bewegungselement in eine Drehbewegung versetzt wird. Das Bewegungselement kann durch den Kontakt des Antriebselements an der axialen Endposition des ersten Axialbereich auf die Drehgeschwindigkeit des Antriebselements beschleunigt werden. Das Bewegungselement kann an der axialen Endposition an das Antriebselement angepresst sein, sodass das Bewegungselement eine Drehbewegung des Antriebselements aufnimmt. Das Bewegungselement kann mit dem Antriebselement an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs lösbar verbunden oder verbindbar sein.
Die axiale Endposition des ersten Axialbereichs kann entlang der Längsachse innerhalb des Antriebselements oder an einem Längsende des Antriebselements angeordnet sein. Die axiale Endposition bildet ein axiales Ende des ersten Axialbereichs zum Antriebselement hin.
Durch die Drehmomentübertragung vom Antriebselement auf das Bewegungselement an der axialen Endposition wird das Bewegungselement in Rotation versetzt, sodass die Feststoffe, die sich nach dem Aussieben aus der Flüssigkeit auf dem Bewegungselement befinden, durch Fliehkraft vom Bewegungselement geschleudert werden. Dadurch wird vorteilhaft eine vollautomatische Reinigung des Bewegungselements ermöglicht und somit der Reinigungsaufwand reduziert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bewegungselement wenigstens einen Spindelabschnitt und wenigstens einen Abscheideabschnitt auf, die auf der Längsachse angeordnet sind, wobei der Anschlagabschnitt in Längsrichtung zwischen dem Spindelabschnitt und dem Abscheideabschnitt angeordnet ist.
Das Antriebselement wirkt vorzugsweise mit dem Spindelabschnitt zusammen, um im Betrieb das Bewegungselement entlang der Längsachse zu bewegen. Dazu weist der Spindelabschnitt ein Außengewinde und das Antriebselement ein Innengewinde auf, wobei das Außengewinde des Spindelabschnitts in das Innengewinde des Antriebselements zur Linearbewegung des Bewegungselements eingreift. Das Antriebselement und das Bewegungselement bilden bevorzugt einen Spindeltrieb. Der Spindelabschnitt kann durch eine Gewindestange gebildet sein. Hierbei ist vorteilhaft, dass der Vorschub des Bewegungselements entlang der Längsachse konstruktiv einfach realisiert wird und die Fehleranfälligkeit reduziert ist.
Der Anschlagabschnitt des Bewegungselements dient zur Aufnahme des Drehmoments von dem Antriebselement sowie zur Begrenzung des Verfahrwegs des Bewegungselements entlang der Längsachse, zum Antriebselement hin. Der Anschlagabschnitt steht dazu mit dem Antriebselement vorzugsweise an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs in Kontakt.
Der Abscheideabschnitt des Bewegungselements dient zum Aussieben der Feststoffe aus der Flüssigkeit sowie zur Auflage der Feststoffe. Im eingebauten Zustand der Abscheideeinrichtung kann der Abscheideabschnitt einen Aufnahmeraum, insbesondere eines Behälters oder einer Kammer, in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum teilen. Die Durchgangsöffnungen für den Durchtritt der Flüssigkeit sind im Abscheideabschnitt ausgebildet. Die Durchgangsöffnungen können parallel zur Längsachse im Abscheideabschnitt ausgebildet sein. Die Durchgangsöffnungen verbinden dabei die beiden Teilräume, sodass die Flüssigkeit durch diese fließen und mit den Feststoffen, insbesondere Teeblättern, in Kontakt treten kann.
Der Spindelabschnitt, der Anschlagabschnitt und der Abscheideabschnitt sind jeweils Teil des Bewegungselements. Der Spindelabschnitt, der Anschlagabschnitt und der Abscheideabschnitt bilden einen gemeinsamen Volumenkörper. Das Bewegungselement kann einstückig ausgebildet sein. Der Spindelabschnitt, der Anschlagabschnitt und der Abscheideabschnitt können jeweils einzelne Volumenkörper bilden, die das Bewegungselement bilden. Mit anderen Worten kann das Bewegungselement aus einzelnen Volumenkörpern zusammengesetzt sein.
Im Betrieb wechselt zumindest der Abscheideabschnitt zwischen dem ersten Axialbereich und dem zweiten Axialbereich, um die Feststoffe aus der Flüssigkeit zu bewegen. Im ersten Axialbereich wirkt der Anschlagabschnitt mit dem Antriebselement derart zusammen, dass das gesamte Bewegungselement und somit der Abscheideabschnitt in Rotation versetzt wird. Dadurch werden die sich auf dem Abscheideabschnitt befindenden Feststoffe durch Fliehkraft radial nach außen und so von dem Abscheideabschnitt bewegt.
Das Bewegungselement hat den Vorteil, dass durch Funktionsintegration Bauteile eingespart werden und somit die Komplexität der Abscheideeinrichtung verringert wird.
Vorzugsweise ist der Anschlagabschnitt dazu ausgebildet, mit dem Antriebselement im ersten Axialbereich zur Kraft- und/oder Drehmomentübertragung zusammenzuwirken. Mit anderen Worten weist der Anschlagabschnitt eine Form auf, durch die im ersten Axialbereich in das Bewegungselement ein Drehmoment zur Drehbewegung um die Längsachse eingeleitet wird bzw. einleitbar ist und durch die im ersten Axialbereich aus dem Bewegungselement eine Kraft, insbesondere Kippkraft, in das Antriebselement ausgeleitet wird bzw. ausleitbar ist. Dies hat den Vorteil, dass durch den Anschlagabschnitt zusätzlich zur Drehmomentaufnahme eine seitliche Stabilisierung des Bewegungselements erfolgt. Dadurch wird das Bewegungselement, beispielsweise bei Unwucht durch ungleichmäßig verteilte Feststoffe auf dem Abscheideabschnitt, zentriert und so ein ruhiger Lauf erreicht.
Erfindungsgemäß weist das Bewegungselement einen Anschlagabschnitt auf, wobei der Anschlagabschnitt wenigstens einen Absatz aufweist, der an der axialen Endposition im ersten Axialbereich mit dem Antriebselement zur Drehmomentübertragung in Kontakt steht. Mit anderen Worten wird das Drehmoment durch den Kontakt des Absatzes mit dem Antriebselement an der axialen Endposition übertragen. Der Absatz dient als Anschlag zur Begrenzung der Linearbewegung des Bewegungselements zum Antriebselement hin. Der Absatz kann einen Wellenabsatz bilden. Der Absatz kann bezogen auf die Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Der Absatz kann zylindrisch ausgebildet sein. Alternativ kann der Absatz kegelförmig, insbesondere kegelstumpfförmig ausgebildet sein.
Der Absatz kann mit dem Antriebselement an der axialen Endposition unmittelbar, d.h. direkt in Kontakt stehen. Es ist alternativ möglich, dass ein Zwischenelement zwischen dem Anschlagabschnitt und dem Antriebselement angeordnet ist, das an der axialen Endposition das Drehmoment von dem Antriebselement auf den Absatz überträgt. Das Zwischenelement kann verschleißfest ausgebildet sein. Dadurch kann die Lebensdauer der Abscheideeinrichtung verlängert werden.
Der Absatz ist Teil des Anschlagabschnitts. Es ist möglich, dass der Anschlagabschnitt wenigstens zwei, insbesondere mehrere, Absätze aufweist. Alternativ ist möglich, dass der Anschlagabschnitt einen einzigen Absatz aufweist. Der Anschlagabschnitt kann hier durch den einzigen Absatz gebildet sein.
Der Absatz zur Drehmomentaufnahme sowie zur Kraftausleitung ist einfach herzustellen und trägt daher zur Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus bei. Dadurch werden Kosten eingespart.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Antriebselement wenigstens eine Ausnehmung zur Aufnahme des Bewegungselements auf, die radial innen ausgebildet ist. Die Ausnehmung ist bevorzugt zum Anschlagabschnitt des Bewegungselements hin offen ausgebildet. Die Ausnehmung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Absatz des Anschlagabschnitts im Betrieb aufzunehmen. Die Ausnehmung kann bezogen auf die Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Die Ausnehmung kann zylindrisch ausgebildet sein. Alternativ kann die Ausnehmung kegelförmig, insbesondere kegelstumpfförmig ausgebildet sein.
Die Ausnehmung des Antriebselements kann zum Absatz des Bewegungselements komplementär ausgebildet sein, sodass im Betrieb der Absatz entlang der Längsachse in die Ausnehmung einfahren kann.
Die Ausnehmung ist im ersten Axialbereich der Abscheidereinrichtung ausgebildet. Mit anderen Worten umfasst der erste Axialbereich die Ausnehmung des Antriebselements.
Durch die Ausnehmung wird im Betrieb, insbesondere beim Einfahren des Absatzes in die Ausnehmung, das Bewegungselement seitlich stabilisiert. Dadurch kann einer Unwucht bei der Rotation des Bewegungselements im ersten Axialbereich entgegengewirkt werden. Zusätzlich wird dadurch ein verbessertes Zusammenwirken des Anschlagabschnitts mit dem Antriebselement an der axialen Endposition ermöglicht und so ein erhöhter Wirkungsgrad bei der Drehmomentübertragung erreicht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Absatz wenigstens eine Anschlagfläche und die Ausnehmung wenigstens eine Gegenanschlagfläche auf, die der Anschlagfläche des Absatzes in Achslängsrichtung gegenüber angeordnet ist. Die Anschlagfläche des Absatzes kann eine Stirnfläche sein. Die Gegenanschlagfläche der Ausnehmung, insbesondere des Antriebselements, kann eine Bodenfläche sein. Bevorzugt wirken die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche an der axialen Endposition im ersten Axialbereich derart zusammen, dass das Antriebselement eine Drehbewegung auf das Bewegungselement überträgt. Die Anschlagfläche des Absatzes und die Gegenanschlagfläche der Ausnehmung können an der axialen Endposition unmittelbar, d.h. direkt in Kontakt stehen, sodass durch Reibung ein Drehmoment von dem Antriebselement auf das Bewegungselement übertragen wird. An der axialen Endposition des ersten Axialbereichs sind das Antriebselement und das Bewegungselement durch das Zusammenwirken der Anschlagfläche und Gegenanschlagfläche vorzugsweise reibschlüssig verbunden. Die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche können an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs durch Flächenreibung und/oder Formschluss miteinander verbunden sein. Die reibschlüssige Verbindung ist lösbar.
Im Betrieb steht die Anschlagfläche des Absatzes mit der Gegenanschlagfläche der Ausnehmung an der axialen Endposition des ersten Axialbereichs in Kontakt.
Das Antriebselement wirkt dabei mit dem Spindelabschnitt des Bewegungselements zusammen, sodass die Anschlagfläche des Absatzes durch eine Zugkraft in Längsrichtung der Längsachse gegen die Gegenanschlagfläche des Antriebselements gepresst wird. Mit anderen Worten erfolgt das Anpressen des Bewegungselements an das Antriebselement wie bei einer Schraube/Mutterverbindung. Überschreitet die durch das Anziehen des Bewegungselements bzw. des Anschlagabschnitts entstehende, insbesondere sich erhöhende, Reibungskraft die Trägheitskraft des Bewegungselements, beginnt sich das Bewegungselement um die Längsachse zu drehen. Das Bewegungselement wird dadurch im Wesentlichen auf die Drehgeschwindigkeit, insbesondere Drehzahl, des Antriebselements beschleunigt, sodass sich auf dem Abscheideabschnitt befindende Feststoffe, insbesondere Teeblätter, von dem Abscheideabschnitt durch Fliehkraft geschleudert werden.
Um die Verbindung zwischen der Anschlagfläche und der Gegenanschlagfläche zu lösen, wird die Drehbewegung des Antriebselements abrupt abgebremst und/oder das Antriebselement in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben, sodass sich das Bewegungselement durch die Massenträgheit und den entstehenden Vorschub weiterdreht und somit freidreht. Das Bewegungselement kann durch die Drehrichtungsumkehr des Antriebselements in die entgegengesetzte Richtung entlang der Längsachse bewegt werden. Der Anschlagabschnitt und der Abscheideabschnitt bewegen sich dabei von dem Antriebselement weg, d.h. in Richtung des zweiten Axialbereichs.
Die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche können komplementär ausgebildet sein. Die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche können orthogonal zur Längsachse ausgebildet sein. Alternativ können die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche in einem Winkel, insbesondere geneigt, zur Längsachse ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche gekrümmt, insbesondere gebogen, ausgebildet sind.
Es ist möglich, dass der Absatz wenigstens zwei Anschlagflächen und die Ausnehmung wenigstens zwei Gegenanschlagflächen aufweisen, um ein Drehmoment zu übertragen. Die Gegenanschlagfläche des Antriebselements dient vorteilhaft als wesentlicher Kontaktbereich, um das Drehmoment über die Anschlagfläche des Absatzes in das Bewegungselement einzuleiten. Des Weiteren begrenzt die Gegenanschlagfläche den maximalen Verfahrweg des Bewegungselements zum Antriebselement hin. Die Gegenanschlagfläche des Antriebselements definiert somit die Lage der axialen Endposition des ersten Axialbereichs auf der Längsachse.
Das Antriebselement kann alternativ eine Gegenanschlagfläche aufweisen, die außerhalb der Ausnehmung ausgebildet ist.
Die Anschlagfläche und/oder die Gegenanschlagfläche können zur verbesserten Drehmomentübertragung eine erhöhte Oberflächenrauigkeit aufweisen. Mit anderen Worten kann die Anschlagfläche und/oder die Gegenanschlagfläche aufgeraut sein. Alternativ oder zusätzlich ist möglich, dass die Anschlagfläche und/oder die Gegenanschlagfläche mit wenigstens einer Schicht bedeckt sind, um Verschleiß zu verringern.
Vorzugsweise weisen der Absatz und die Ausnehmung jeweils wenigstens eine seitliche Passfläche auf, die komplementär ausgebildet sind. Der Absatz kann eine erste seitliche Passfläche und die Ausnehmung eine zweite seitliche Passfläche aufweisen, die im ersten Axialbereich zumindest teilweise radial gegenüber angeordnet sind, um das Bewegungselement radial abzustützen und/oder auftretende Kräfte radial aus dem Bewegungselement auszuleiten. Die beiden Passflächen können im ersten Axialbereich in Kontakt stehen, d.h. aneinander anliegen. Die Passflächen können sich beide oder jeweils einzeln parallel zur Längsachse erstrecken. Die Passflächen können alternativ in Bezug auf die Längsachse geneigt sein. Durch die Passflächen sind vorteilhaft Kräfte aus dem Bewegungselement in das Antriebselement seitlich ausleitbar. Die Passflächen dienen daher zur seitlichen Stabilisierung des Bewegungselements, wenn der Absatz des Anschlagsabschnitts in die Ausnehmung des Antriebselements einragt. Die Passflächen ermöglichen des Weiteren eine Zentrierung des Bewegungselements im ersten Axialbereich.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Abscheideabschnitt scheibenförmig ausgebildet und erstreckt sich quer zur Längsachse. Der Abscheideabschnitt ist durch einen Volumenkörper gebildet, der an den Anschlagabschnitt angrenzt. Der Abscheideabschnitt kann rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Der Abscheideabschnitt kann durch eine zylinderförmige Scheibe gebildet sein. Mit anderen Worten kann der Abscheideabschnitt eine kreisrunde Außenkontur aufweisen. Es ist alternativ möglich, dass der Abscheideabschnitt eine polygonale Außenkontur aufweist.
Der Abscheideabschnitt kann tellerförmig ausgebildet sein. Der Abscheideabschnitt kann eine Dicke parallel zur Längsachse aufweisen, die kleiner als eine radiale Erstreckung des Abscheideabschnitts ist.
Der Abscheideabschnitt bildet mit einer vom Anschlagabschnitt abgewandten Seite ein axiales Ende des Bewegungselements. Der Abscheideabschnitt kann siebartig ausgebildet sein. Der Abscheideabschnitt ist für dem Durchritt der Flüssigkeit im Wesentlichen parallel zur Längsachse fluiddurchlässig ausgebildet.
Durch den scheibenförmigen Abscheideabschnitt wird für das Aussieben der Feststoffe aus der Flüssigkeit eine Auflage zur Verfügung gestellt. Des Weiteren ist die scheibenförmige Ausbildung platzsparend, sodass eine kompakte Bauform der Abscheideeinrichtung ermöglicht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Abscheideabschnitt wenigstens eine Abscheidefläche zur Auflage der Feststoffe, insbesondere des Brühguts, auf, die auf einer dem Anschlagabschnitt zugewandten Seite ausgebildet ist und sich zu einem Außenumfang des Abscheideabschnitts hin erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich die Abscheidefläche zwischen einem Mittenbereich des Bewegungselements und einer radial außen umlaufenden Kontur des Abscheideabschnitts.
Der Abscheideabschnitt kann wenigstens zwei, insbesondere mehrere, Abscheideflächen aufweisen. Im eingebauten Zustand der Abscheideeinrichtung ist die Abscheidefläche oben angeordnet. Bevorzugt ist die Abscheidefläche in Einbaulage quer zur Längsachse von innen nach außen abfallend, insbesondere gekrümmt, ausgebildet. Die Anschlagfläche kann in Bezug auf die Längsachse schrägverlaufend ausgebildet sein. Die Abscheidefläche kann derart ausgebildet sein, dass der Abscheideabschnitt eine konische Form aufweist.
Der Abscheideabschnitt weist bevorzugt wenigstens ein Abstützmittel auf, das radial außen, insbesondere umlaufend, angeordnet und dazu ausgebildet ist, im zweiten Axialbereich mit einer Behälterwand zur Unterdrückung einer Drehbewegung des Bewegungselements und/oder zur Abdichtung zusammenzuwirken. Das Abstützmittel kann am Außenumfang des Abscheideabschnitts angeordnet sein. Das Abstützmittel kann den Abscheideabschnitt vollständig oder zumindest abschnittsweise umlaufen. Das Abstützmittel kann eine radial äußerste Kontur des Abscheideabschnitts bilden.
Das Abstützmittel kann durch einen Gleitring gebildet sein. Das Abstützmittel kann komprimierbar sein. Das Abstützmittel kann elastisch sein. Konkret kann das Abstützmittel durch einen O-Ring gebildet sein. Das Abstützmittel ist bevorzugt aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet. Das Abstützmittel kann auch durch ein festes, insbesondere inkompressibles, Bauteil gebildet sein. Das Abstützmittel kann durch ein metallisches Bauteil gebildet sein. In einer alternativen Variante kann das Abstützmittel durch ein umlaufendes Federelement, insbesondere eine umlaufende Spiralfeder gebildet sein.
Das Abstützmittel kann dazu ausgebildet sein, mit der Behälterwand eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu bilden.
Im eingebauten Zustand der Abscheideeinrichtung steht das Abstützmittel im zweiten Axialbereich, in dem das Aussieben der Feststoffe aus der Flüssigkeit erfolgt, mit der Behälterwand in Kontakt. Dadurch wird eine Drehbewegung des Bewegungselements unterdrückt und eine Linearbewegung ermöglicht. Das Abstützmittel kann mit der Behälterwand reibschlüssig verbunden und/oder formschlüssig verbunden sein. Bevorzugt ist das Abstützmittel mit der Behälterwand reibschlüssig verbunden derart, dass das Bewegungselement im Betrieb durch das Antriebselement entlang der Längsachse eine Linearbewegung ausführt. Bei der reibschlüssigen Verbindung des Abstützmittels und der Behälterwand, wird das Abstützmittel derart gegen die Behälterwand gepresst, dass die Reibungskraft zwischen dem Abstützmittel und der Behälterwand und somit das Reibmoment größer ist, als ein Drehmoment, das von dem Antriebselement über den Spindelabschnitt in das Bewegungselement eingeleitet wird. Die Drehbewegung des Bewegungselements wird hier durch Reibung verhindert.
Dies stellt eine kostengünstige und einfache Lösung zur Drehmomentabstützung des Bewegungselements dar, um die Linearbewegung im zweiten Axialbereich zu ermöglichen.
Der Abscheideabschnitt kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eine Formschlusskontur, insbesondere eine Ausnehmung und einen Fortsatz, aufweisen, die dazu ausgebildet ist, mit einer Formschluss-Gegenkontur, insbesondere der Behälterwand, zusammenzuwirken. Der Abscheideabschnitt kann dazu einen sich quer zur Längsachse erstreckenden Fortsatz und die Behälterwand eine sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse erstreckende Längsnut aufweisen. Eine umgekehrte Ausbildung ist ebenfalls möglich. Im Betrieb wirkt im zweiten Axialbereich die Formschlusskontur des Abscheideabschnitts mit der Formschluss-Gegenkontur der Behälterwand zusammen, sodass eine Drehbewegung des Bewegungselements durch den gebildeten Formschluss blockiert wird.
Durch die Formschlussverbindung kann ein hohes Drehmoment in die Behälterwand eingeleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Verdrecken des Spindelabschnitts bzw. bei einem Festsetzen des Spindelabschnitts in dem Antriebselement das Bewegungselement wieder freigedreht werden kann.
Der Abscheideabschnitt kann am Außenumfang wenigstens eine umlaufende Nut aufweisen, in der das Abstützmittel angeordnet ist. Es ist möglich, dass der Abscheideabschnitt mehrere Abstützmittel am Außenumfang aufweist. Dazu kann der Abscheideabschnitt mehrere umlaufende Nuten aufweisen. Die umlaufende Nut stellt eine kostengünstige Lösung dar, um das Abstützmittel am Außenumfang des Abscheideabschnitts positionsfest anzuordnen.
Vorzugsweise ist das Antriebselement auf der Längsachse positionsfest angeordnet und um die Längsachse drehbar gelagert. Mit anderen Worten ist das Antriebselement auf der Längsachse an einer festen Position angeordnet. Zur drehbaren Lagerung kann das Antriebselement wenigstens einen Lagerabschnitt aufweisen, an dem wenigstens ein Lager, ein Kugellager oder ein Wälzlager, angeordnet ist. Hier ist vorteilhaft, dass durch die ortsfeste Anordnung des Antriebselements das Bewegungselement derart zusammenwirken kann, dass das Bewegungselement in Bezug auf das Antriebselement entlang der Längsachse bewegt wird.
Zusätzlich ist möglich, dass das Bewegungselement ebenfalls einen Lagerabschnitt aufweist, an dem wenigstens ein Lager, insbesondere ein Kugellager oder Wälzlager angeordnet ist. Der Lagerabschnitt kann an einem Längsende des Spindelabschnitts ausgebildet sein. Der Lagerabschnitt kann eine Wellenstufe bilden.
Weiter vorzugsweise weist das Antriebselement wenigstens einen Drehmoment- Übertragungsabschnitt auf, der radial außen zur Aufnahme eines Drehmoments ausgebildet ist. Der Drehmoment-Übertragungsabschnitt kann wenigstens eine Verzahnung und/oder wenigstens eine Kontaktfläche für einen Antriebsriemen aufweisen oder wenigstens einen Rotor eines Elektromotors bildet. Über den Drehmoment-Übertragungsabschnitt wird ein Drehmoment auf das Antriebselement übertragen, durch das das Antriebselement das Bewegungselement in eine Linearbewegung und/oder eine Drehbewegung versetzt.
Nach dem nebengeordneten Anspruch 19 betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit wenigstens einer Abscheideeinrichtung der vorstehend genannten Art und einem Brühbehälter, wobei die Abscheideeinrichtung und der Brühbehälter koaxial angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Abscheideeinrichtung dazu ausgebildet, im zweiten Axialbereich mit einer innen ausgebildeten Behälterwand des Brühbehälters zusammenzuwirken derart, dass das Antriebselement das Bewegungselement entlang der Längsachse bewegt.
Der Brühbehälter kann im Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Axialbereich wenigstens eine Einführfase zum Einführen und/oder Zentrieren des Abscheideabschnitts des Bewegungselements aufweisen. Abhängig von der Bewegungsrichtung des Bewegungselements entlang der Längsachse tritt die Behälterwand im Betrieb mit dem Abscheideabschnitt, insbesondere einem Abstützmittel, in Kontakt oder verliert der Abscheideabschnitt, insbesondere das Abstützmittel, den Kontakt zur Behälterwand. Die Einführfase kann auch als Einführschräge bezeichnet werden. Durch die Einführfase wird das Einführen des Abscheideabschnitts des Bewegungselements in den Brühbehälter verbessert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese zum vollautomatischen Zubereiten von Heißgetränken, insbesondere von Tee ausgebildet, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:

- wenigstens eine Dosiereinheit zum Dosieren und Zuführen wenigstens eines Brühgutes, insbesondere von losen Blättern wenigstens einer Teesorte;
- wenigstens eine Aufbereitungseinheit zum Bereitstellen einer erhitzten Flüssigkeit, insbesondere von Wasser;
- eine Brüheinrichtung, die den Brühbehälter aufweist, der mit der Dosiereinheit und der Aufbereitungseinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, im Betrieb das Brühgut von der Dosiereinheit und die erhitzte Flüssigkeit von der Aufbereitungseinheit zur Bildung einer angereicherten Flüssigkeit aufzunehmen. Die angereicherte Flüssigkeit wird durch Aufbrühen des Brühgutes mit der erhitzten Flüssigkeit gebildet;
- wenigstens eine erfindungsgemäße Abscheideeinrichtung zum Abscheiden des gebrühten Brühgutes, insbesondere der gebrühten Teeblätter, aus dem Brühbehälter;
- wenigstens eine Speichereinheit mit wenigstens einem Speicherbehälter, der mit dem Brühbehälter fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, die angereicherte Flüssigkeit, insbesondere den Tee, aufzunehmen und zu speichern;
- wenigstens eine Ausgabeeinheit, die mit dem Speicherbehälter fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, die angereicherte Flüssigkeit in wenigstens ein Gefäß, insbesondere wenigstens eine Teetasse auszugeben; und
- wenigstens eine Steuerungseinheit, die zum Steuern mit der Dosiereinheit, der Aufbereitungseinheit, der Brüheinrichtung, der Abscheideeinrichtung, der Speichereinheit und/oder der Ausgabeeinheit signalübertragend verbunden ist.

Nach dem nebengeordneten Anspruch 21 betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden von Feststoffen aus einer Flüssigkeit, bei dem eine Abscheideeinrichtung wenigstens ein Bewegungselement zum Abscheiden von Feststoffen, insbesondere Brühgut, und wenigstens ein Antriebselement aufweist, die koaxial angeordnet sind. Das Bewegungselement weist mehrere Durchgangsöffnungen für den Durchtritt einer Flüssigkeit, insbesondere eines Lösungsmittels auf. Das Antriebselement ist mit dem Bewegungselement gekoppelt derart, dass das Bewegungselement durch das Antriebselement entlang einer Längsachse zwischen einem ersten Axialbereich und einem zweiten Axialbereich bewegt wird. Im ersten Axialbereich wirkt das Bewegungselement mit dem Antriebselement zusammen, sodass das Antriebselement eine Drehbewegung auf das Bewegungselement zum Abscheiden der Feststoffe durch Fliehkraft überträgt. Im zweiten Axialbereich wirkt das Bewegungselement mit dem Antriebselement zusammen, sodass das Antriebselement das Bewegungselement entlang der Längsachse bewegt, wobei das Bewegungselement wenigstens einen Anschlagabschnitt umfasst, der wenigstens einen Absatz aufweist, der an der axialen Endposition im ersten Axialbereich mit dem Antriebselement zur Drehmomentübertragung in Kontakt steht.
Hinsichtlich der Vorrichtung und des Verfahrens wird auf die im Zusammenhang mit der Abscheideeinrichtung erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus können die Vorrichtung und das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf die Abscheideeinrichtung genannter Merkmale aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Abscheideeinrichtung sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein können.
In diesen zeigen,

1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung mit einer Abscheideeinrichtung nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wobei sich ein Abscheideabschnitt eines Bewegungselements der Abscheideeinrichtung in einem ersten Axialbereich befindet;
2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung mit der Abscheideeinrichtung gemäß 1, wobei sich der Abscheideabschnitt des Bewegungselements in einem zweiten Axialbereich befindet, und
3 ein Diagramm zur Darstellung von unterschiedlichen Betriebsphasen der Abscheideeinrichtung gemäß 1 bei einem Abscheidevorgang.

1 und 2 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 40 mit einer Abscheideeinrichtung 10 nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die Abscheideeinrichtung 10 gemäß den 1 und 2 ist in zwei unterschiedlichen Betriebsphasen dargestellt, auf die später näher eingegangen wird.
Die Vorrichtung 40 dient zur Zubereitung von Heißgetränken, insbesondere von Kaffee- oder Teegetränken. Andere Anwendungsgebiete der Vorrichtung 40 sind möglich. Im Folgenden werden die Flüssigkeit allgemein als erhitztes Wasser und die Feststoffe allgemein als Brühgut bezeichnet. Andere Flüssigkeiten sowie Feststoffe sind möglich.
Die Abscheideeinrichtung 10 gemäß den 1 und 2 weist ein Bewegungselement 11 und ein Antriebselement 12 auf, das mit dem Bewegungselement 11 gekoppelt ist. Das Bewegungselement 11 und das Antriebselement 12 sind koaxial angeordnet. Konkret sind das Bewegungselement 11 und das Antriebselement 12 auf einer gemeinsamen Längsachse L angeordnet. Die Längsachse L bildet dabei eine Drehachse für die beiden Elemente 11, 12. Das Bewegungselement 11 ist dazu ausgebildet, sich im Betrieb entlang der Längsachse L zu bewegen und sich um die Längsachse L zu drehen. Das Antriebselement 12 ist entlang der Längsachse L verschiebefest angeordnet. Im Betrieb führt das Antriebselement 12 lediglich eine Drehbewegung um die Längsachse L durch. Das Antriebselement 12 kann somit entlang der Längsachse L nicht verschoben bzw. bewegt werden.
Das Bewegungselement 11 ist einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Bewegungselement 11 aus einem Stück gefertigt. Alternativ ist das Bewegungselement 11 zweiteilig oder dreiteilig ausgebildet. Das Bewegungselement 11 weist einen Spindelabschnitt 16, einen Anschlagabschnitt 17 und einen Abscheideabschnitt 18 auf. Die drei Abschnitte 16, 17, 18 sind auf der Längsachse L angeordnet. Der Anschlagabschnitt 17 grenzt an den Spindelabschnitt 16 und den Abscheideabschnitt 18 an. Der Anschlagabschnitt 17 ist zwischen dem Spindelabschnitt 16 und dem Abscheideabschnitt 18 angeordnet. Der Spindelabschnitt 16, der Anschlagabschnitt 17 und/oder der Abscheideabschnitt 18 sind bei einer zweiteiligen oder dreiteiligen Ausführung des Bewegungselements 11 durch Pressen, Verschrauben und/oder Verstemmen miteinander gefügt.
Der Spindelabschnitt 16 weist eine Längserstreckung mit einem Außengewinde 33 entlang der Längsachse L auf. Der Spindelabschnitt 16 bildet hier eine Gewindestange. Das Außengewinde 33 kann ein Linksgewinde oder ein Rechtsgewinde sein. Das Bewegungselement 11 ist über das Außengewinde 33 des Spindelabschnitts 16 mit dem Antriebselement 12 mechanisch gekoppelt. Auf die Kopplung des Bewegungselement 11 mit dem Antriebselement 12 wird später eingegangen.
Der Anschlagabschnitt 17 schließt in einer Längsrichtung Z der Längsachse L an den Spindelabschnitt 16 und den Abscheideabschnitt 18 an. In 1 und 2 ist ferner eine Querrichtung X gezeigt, die orthogonal zur Längsrichtung Z verläuft.
Der Anschlagabschnitt 17 weist einen Absatz 19 auf. Der Absatz 19 bildet dabei einen Wellenabsatz. Der Absatz 19 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Wie in den 1 und 2 gut erkennbar, ist der Absatz 19 zylindrisch ausgebildet. Es ist möglich, dass der Absatz 19 alternativ eine von einer zylindrischen Form abweichende Form aufweist.
Der Absatz 19 bildet eine Stufe. Der Absatz 19 weist eine Anschlagfläche 23 auf, die an einem dem Spindelabschnitt 16 zugewandten Ende des Absatzes 19 ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Anschlagfläche 23 dem Antriebselement 12 zugewandt. Die Anschlagfläche 23 ist am Absatz 19 stirnseitig ausgebildet. Die Anschlagfläche 23 dient als Anschlag zur Begrenzung des maximalen Verfahrwegs des Bewegungselements 11 zum Antriebselement 12 hin. Des Weiteren dient die Anschlagfläche 23 dazu, ein Drehmoment von dem Antriebselement 23 aufzunehmen. Im Betrieb leitet das Antriebselement 12 über die Anschlagfläche 23 ein Drehmoment in das Bewegungselement 11 ein, sodass dieses in Rotation versetzt wird. Dies erfolgt in einem ersten Axialbereich 13, auf den später näher eingegangen wird.
Die Anschlagfläche 23 ist zur Längsachse L orthogonal ausgebildet. Alternativ kann die Anschlagfläche 23 in Bezug auf die Längsachse L geneigt, insbesondere schrägverlaufend sein.
Der Absatz 19 weist des Weiteren eine erste seitliche Passfläche 25' auf, die den Absatz 19 umläuft. Die erste seitliche Passfläche 25' erstreckt sich parallel zur Längsachse L. Die erste seitliche Passfläche 25' ist durch eine Mantelfläche des Absatzes 19 gebildet. Die Mantelfläche bildet hier eine Zylinderfläche.
Durch die erste seitliche Passfläche 25' können im Betrieb auftretende Querkräfte, beispielsweise aufgrund von Unwucht, in das Antriebselement 12 ausgeleitet werden. Dadurch wird das Bewegungselement 11 im Betrieb seitlich stabilisiert. Das Bewegungselement 11 kann sich im Betrieb über die erste seitliche Passfläche 25' quer zur Längsachse L gegen das Antriebselement 12 abstützen.
Der Abscheideabschnitt 18 grenzt, wie vorstehend beschrieben, in Längsrichtung Z an den Anschlagabschnitt 17 an. Der Abscheideabschnitt 18 ist konisch ausgebildet. Der Abscheideabschnitt 18 ist konkret als Kegelstumpf ausgebildet, wobei der Kegelstumpf mit der kleineren der beiden Stirnseiten an den Absatz 19 anschließt.
Der Abscheideabschnitt 18 ist durch einen Volumenkörper gebildet, der in Bezug auf die Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Der Abscheideabschnitt 18 ist gemäß 1 und 2 scheibenförmig ausgebildet. Der Abscheideabschnitt 18 weist eine dem Anschlagabschnitt 17 zugewandte Seite 27 und eine von dem Anschlagabschnitt 17 abgewandte Seite 36 auf. Die beiden Seiten 27, 36 sind in Längsrichtung Z einander gegenüber angeordnet.
Der Abscheideabschnitt 18 umfasst ferner mehrere Durchgangsöffnungen (nicht dargestellt) für den Durchtritt von erhitztem Wasser. Die Durchgangsöffnungen verlaufen im Abscheideabschnitt 18 im Wesentlichen parallel zur Längsachse L und verbinden die dem Anschlagabschnitt 17 zugewandte Seite 27 mit der vom Anschlagabschnitt 17 abgewandten Seite 36.
Der Abscheideabschnitt 18 weist des Weiteren eine Abscheidefläche 26 auf, die auf der dem Anschlagabschnitt 27 zugewandten Seite 27 ausgebildet ist. Die Abscheidefläche 26 umläuft den Abscheideabschnitt 18. Die Abscheidefläche 26 kann den Abscheideabschnitt 18 vollständig oder teilweise umlaufend ausgebildet sein. Die Abscheidefläche 26 erstreckt sich ausgehend von dem Absatz 19 radial nach außen bis zu einem Außenumfang 28 des Abscheideabschnitts 18 hin.
Konkret weist der Absatz 19 einen Sockel 37 auf, von dem ausgehend sich die Abscheidefläche 26 bis zum Außenumfang 28 hin erstreckt. Die Abscheidefläche 26 ist in Einbaulage vom Sockel 37 des Absatzes 19 ausgehend zum Außenumfang 28 hin abfallend ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Abscheidefläche 26 in Bezug auf die Längsachse L von der dem Anschlagabschnitt 17 zugewandten Seite 27 in Richtung der dem Anschlagabschnitt 17 abgewandten Seite 36 zum Außenumfang 28 hin geneigt ausgebildet. Die Abscheidefläche 23 bildet hier eine Schrägfläche, um im Betrieb ein Entfernen des Brühguts durch Fliehkraft zu erleichtern.
Der Abscheideabschnitt 18 weist des Weiteren eine umlaufende Nut 32 und ein Abstützmittel 29 auf. Die umlaufende Nut 32 ist am Außenumfang 28 des Abscheideabschnitts 18 ausgebildet. Die umlaufende Nut 32 dient hier zur Aufnahme des Abstützmittels 29. Das Abstützmittel 29 ist in der umlaufenden Nut 32 zumindest teilweise angeordnet. Das Abstützmittel 29 ist ebenfalls den Abscheideabschnitt 18 umlaufend ausgebildet. Im konkreten Fall ist das Abstützmittel 29 als Gleitring 29' ausgebildet. Der Gleitring 29' kann durch einen O-Ring gebildet sein. Der Gleitring 29' ist vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet.
Das Abstützmittel 29 dient dazu, mit einem Brühbehälter 30 in Kontakt zu treten, um einem in das Bewegungselement 11 eingeleiteten Drehmoment durch Reibung entgegenzuwirken. Dadurch wird eine Rotation des Bewegungselements 11 im Bereich des Brühbehälters 30 unterbunden.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, weist das Antriebselement 12 eine Ausnehmung 21 zur Aufnahme des Absatzes 19 des Bewegungselements 11 auf. Die Ausnehmung 21 ist auf der dem Anschlagabschnitt 17 zugewandten Seite in dem Antriebselement 12 ausgebildet. Die Ausnehmung 21 ist zum Absatz 19 des Anschlagabschnitts 17 hin offen. Die Ausnehmung 21 ist zylinderförmig ausgebildet. Die Ausnehmung 21 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Ausnehmung 21 ist zum Absatz 19 komplementär ausgebildet.
Die Ausnehmung 21 weist eine zweite seitliche Passfläche 25" und eine Gegenanschlagfläche 24 auf. Die Gegenanschlagfläche 24 ist orthogonal zur Längsachse L ausgebildet. Die Gegenanschlagfläche 24 bildet eine Bodenfläche der Ausnehmung 21. Die Gegenanschlagfläche 24 des Antriebselements 12 ist zur Anschlagfläche 23 des Absatzes 19 komplementär ausgebildet. Die Gegenanschlagfläche 24 dient zur Begrenzung des maximalen Verfahrweges des Bewegungselements 11 zum Antriebselement 12 hin.
Die Gegenanschlagfläche 24 wirkt im Betrieb mit der Anschlagfläche 23 des Absatzes 19 zusammen, um ein Drehmoment von dem Antriebselement 12 in das Bewegungselement 11 einzuleiten und so das Bewegungselement 11 in eine Drehbewegung um die Längsachse L zu versetzen. Dieser Vorgang wird später näher beschrieben.
Das Antriebselement 12 weist ferner die zweite seitliche Passfläche 25" auf, die zur ersten seitlichen Passfläche 25' komplementär ausgebildet ist. Die zweite seitliche Passfläche 25" bildet eine Mantelfläche der Ausnehmung 21, die an die Gegenschlagfläche 24 angrenzt. Durch die zweite seitliche Passfläche 25" sind die vorgenannten Querkräfte aus dem Bewegungselement 11 in das Antriebselement ableitbar. Die erste und die zweite seitliche Passfläche 25', 25" sind bezogen auf die Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet.
Gemäß 1 und 2 weist das Antriebselement 12 des Weiteren einen Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 und einen Lagerabschnitt 35 auf. Der Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 ist am Antriebselement 12 radial außen ausgebildet. Der Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 ist dazu ausgebildet, von einer nicht dargestellten Einrichtung ein Drehmoment aufzunehmen. Der Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 kann eine umlaufende Verzahnung aufweisen, durch die ein Drehmoment in das Antriebselement 12 einleitbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 wenigstens eine umlaufende Fläche bilden, die dazu ausgebildet ist, mit einem Riemen zusammenzuwirken. Alternativ kann der Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 als Rotor eines Elektromotors ausgebildet sein.
Der Lagerabschnitt 35 des Antriebselements 12 grenzt in Längsrichtung Z an den Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 an. Zwischen dem Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 und dem Lagerabschnitt 35 ist eine umlaufende Stufe ausgebildet. Konkret weist der Lagerabschnitt 35 eine radiale Erstreckung auf, die kleiner ist als die radiale Erstreckung des Drehmoment-Übertragungsabschnitts 34.
Der Lagerabschnitt 35 ist dazu ausgebildet, ein Lager aufzunehmen. Das Lager kann ein Kugellager oder Wälzlager sein. Über den Lagerabschnitt 35 ist das Antriebselement 12 um die Längsachse L drehbar gelagert.
Wie vorstehend beschrieben, ist das Antriebselement 12 mit dem Bewegungselement 11 gekoppelt. Dazu weist das Antriebselement 12 ein Innengewinde 22 mit der Längsachse L als Mittelachse auf. Das Innengewinde 22 schließt an die Ausnehmung 21 an. Das Antriebselement 12 steht über das Innengewinde 22 mit dem Außengewinde 33 des Bewegungselements 11 in Kontakt. Das Antriebselement 12 und das Bewegungselement 11 bilden den Gewinden 22, 33 einen Gewindetrieb, um das Bewegungselement 11 im Betrieb in beidseitiger Richtung entlang der Längsachse L zu bewegen. Mit anderen Worten stehen das Antriebselement 12 und das Bewegungselement 11 in Gewindeeingriff.
Gemäß 1 und 2 umfasst die Vorrichtung 40 ferner einen Brühbehälter 30, der mit der Abscheideeinrichtung 10 koaxial angeordnet ist. Der Brühbehälter 30 ist auf der Längsachse L angeordnet. In den 1 und 2 ist lediglich ein Teilabschnitt des Brühbehälters 30 dargestellt, um das Zusammenwirken zwischen der Abscheideeinrichtung 10 und dem Brühbehälter 30 schematisch zu zeigen.
Der Brühbehälter 30 weist einen Aufnahmeraum 38 und ein axiales Ende 39 auf, durch das der Aufnahmeraum 38 zur Abscheideeinrichtung 10 hin offen ist. Durch das offene Ende 39 kann das Bewegungselement 11 bzw. der Anschlagabschnitt 17 und der Abscheideabschnitt 18 in den Aufnahmeraum 38 des Brühbehälters 30 im Betrieb einfahren bzw. ausfahren. Der Brühbehälter 30 weist eine umlaufende Einführfase 41 auf, die an dem axialen Ende 39 zur innen ausgebildeten Behälterwand 31 hin ausgebildet ist. Mit anderen Worten bildet die umlaufende Einführfase 41 einen Trichter, der von dem axialen Ende 39 zur innen ausgebildeten Behälterwand 31 zulaufend ausgebildet ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, sind ein erster Axialbereich 13 und ein zweiter Axialbereich 14 vorgesehen, die entlang der Längsachse L angeordnet sind. Die beiden Axialbereiche 13, 14 bilden Bewegungsbereiche, in denen sich das Bewegungselement 11 im Betrieb entlang der Längsachse L bewegt. Der erste Axialbereich 13 ist dabei der Bereich entlang der Längsachse L, in dem durch Drehmomenteinleitung eine Drehbewegung von dem Antriebselement 12 auf das Bewegungselement 12 übertragen wird. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt an einer axialen Endposition 15 des ersten Axialbereichs 13.
Der zweite Axialbereich 14 ist der Bereich entlang der Längsachse L, in dem das Bewegungselement 11 lediglich eine Linearbewegung, d.h. eine Bewegung entlang der Längsachse L ausführt.
Der erste Axialbereich 13 erstreckt sich ausgehend von der Gegenanschlagfläche 24 des Antriebselements 12 entlang der Längsachse L bis hin zu einer Übergangskante 42 des Brühbehälters 30. Die Übergangskante 42 definiert den Übergang zwischen der umlaufenden Einführfase 41 und der Behälterwand 31 des Brühbehälters 30. Die axiale Endposition 15 des ersten Axialbereichs 13 ist durch die axiale Position der Gegenanschlagfläche 24 des Antriebselements 12 definiert. Mit anderen Worten befindet sich die axiale Endposition 15 des ersten Axialbereichs 13 an der Position der Gegenanschlagfläche 24 des Antriebselements 12 auf der Längsachse L.
Der zweite Axialbereich 14 erstreckt sich ausgehend von der Übergangskante 42 des Brühbehälters 30 entlang der Längsachse L in Richtung eines nicht dargestellten Bodens des Brühbehälters 30. Der zweite Axialbereich 14 definiert jenen Bereich, in dem der Abscheideabschnitt 18 mit dem Abstützmittel 29 an der Behälterwand 31 im Betrieb entlang gleitet.
In 1 ist die Abscheideeinrichtung 10 mit dem Bewegungselement 11 im oberen Anschlag, d.h. an der axialen Endposition 15 des ersten Axialbereichs 13 gezeigt. An dieser Position stehen die Anschlagfläche 23 des Absatzes 19 des Bewegungselements 11 und die Gegenanschlagfläche 24 der Ausnehmung 21 des Antriebselements 12 in Kontakt. Das Abstützmittel 29 ist von der Behälterwand 31 kontaktfrei, insbesondere losgelöst, und befindet sich im Bereich der umlaufenden Einführfase 41 des Brühbehälters 30.
In 2 ist die Abscheideeinrichtung 10 mit dem Abscheideabschnitt 18 und dem Anschlagabschnitt 17 im zweiten Axialbereich 14 gezeigt. An der dargestellten Position des Abscheideabschnitts 18 steht das Abstützmittel 29, insbesondere der Gleitring 29', mit der Behälterwand 31 des Brühbehälters 30 in Kontakt. Konkret ist das Abstützmittel 29 an die Behälterwand 31 angepresst, sodass eine Drehbewegung des Bewegungselements 11 unterdrückt wird. Mit andere Worten erfolgt hierdurch eine Drehmomentabstützung des Bewegungselements 11 gegen die Behälterwand 31. Des Weiteren sind die Anschlagflächen 23, 24 voneinander gelöst bzw. in Längsrichtung Z voneinander beabstandet. In diesem Zustand wird kein Drehmoment über die Anschlagflächen 23, 24 von dem Antriebselement 12 in das Bewegungselement 11 eingeleitet.
Nachfolgend werden die unterschiedlichen Betriebsphasen PH1, PH2, PH3, PH4 der Abscheideeinrichtung 10 bei einem Abscheidevorgang anhand der 3 im Detail beschrieben.
3 zeigt ein Diagramm mit einer ersten Spalte SP1, einer zweiten Spalte SP2 und insgesamt vier weiteren Spalten, welche die vier Betriebsphasen PH1, PH2, PH3, PH4 darstellen. In der ersten Spalte SP1 ist das Bewegungselement 11 und das Antriebselement 12 angeführt, wobei den beiden Elementen 11, 12 jeweils in der zweiten Spalte SP2 eine Bewegungsrichtung bezogen auf die Längsachse L zugeordnet ist. Der Pfeil Z zeigt dabei eine Linearbewegung des jeweiligen Elements 11, 12 entlang der Längsachse L und der Doppelpfeil Z_ROT eine Drehbewegung des jeweiligen Elements 11, 12 um die Längsachse L an.
In der ersten Spalte der vier weiteren Spalten ist die erste Betriebsphase PH1 dargestellt. Der Ausgangszustand der Abscheideeinrichtung 10 zu Beginn der ersten Betriebsphase PH1 entspricht im Wesentlichen dem Zustand, der in 2 gezeigt ist. Der Abscheideabschnitt 18 des Bewegungselements 11 steht dabei über das Abstützmittel 29, insbesondere den Gleitring 29', mit der Behälterwand 31 des Brühbehälters 30 in Kontakt. Der Abscheideabschnitt 18 befindet sich hier am tiefsten Punkt im Aufnahmeraum 38 des Brühbehälters 30. An dieser Position können die seitlichen Passflächen 25 des Bewegungselements 11 und des Antriebselements 12 in Kontakt stehen, d.h. zumindest teilweise einander gegenüberliegen. Das Bewegungselement 11 wird durch den Gewindeeingriff des Innengewindes 22 des Antriebselements 12 in das Außengewinde 33 des Spindelabschnitts 16 in der Höhe gehalten. Es befindet sich Brühgut auf dem Abscheideabschnitt 18 und erhitztes Wasser im Aufnahmeraum 38 des Brühbehälters 30. Das Brühgut steht durch die nicht dargestellten Durchgangsöffnungen mit dem erhitzten Wasser in Kontakt.
In der ersten Betriebsphase PH1 wird durch ein Moment auf den Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 des Antriebselements 12 das Antriebselement 12 in Rotation versetzt. Über das Gewinde 22, 33 des Spindelabschnitts 16 und des Antriebselements 12 wird ein Drehmoment und ein Vorschubmoment in das Bewegungselement 11 zur Bewegung entlang der Längsachse L erzeugt. Dabei wirken die Gewinde 22, 33 derart zusammen, dass das Vorschubmoment größer als das Drehmoment ist. Durch das Abstützmittel 29 des Abscheideabschnitts 18 wird das Drehmoment gegen den Behälter abgestützt, sodass eine Drehbewegung des Bewegungselements 11 verhindert wird. Mit anderen Worten wird die Drehbewegung des Bewegungselements 11 durch Reibungskontakt zwischen dem Abstützmittel 29 und der Behälterwand 31 blockiert. Es erfolgt eine Drehmomentabstützung gegen die Behälterwand 31.
Durch die Rotation des Antriebselements 12 um die Längsachse L bewegt sich das Bewegungselement 11 entlang der Längsachse L. Im Diagramm gemäß 3 ist gezeigt, dass in der ersten Betriebsphase PH1 das Antriebselement 12 ausgehend von einer Drehzahl mit dem Wert Null („0“) auf eine bestimmte Drehzahl n₁ beschleunigt wird. Der Anschlagabschnitt 17 und der Abscheideabschnitt 18 werden dadurch in Längsrichtung Z zum Antriebselement 12 bewegt. Dabei legen der Anschlagabschnitt 17 und der Abscheideabschnitt 18 einen Verfahrweg z₁ zurück, der im Ausgangszustand einem maximalen Abstand zwischen den Anschlagflächen 23, 24 entspricht. Der Verfahrweg z₁ ist in 2 dargestellt.
In der ersten Betriebsphase PH1 wird das Bewegungselement 11 solange entlang der Längsachse L bewegt, bis die Anschlagfläche 23 des Anschlagabschnitts 17 an der axialen Endposition 15 des ersten Axialbereichs 13 mit der Gegenanschlagfläche 24 des Antriebselements 12 in Kontakt steht bzw. die Anschlagfläche 23 an die Gegenanschlagfläche 24 anschlägt. Bei der Linearbewegung Z des Bewegungselements 11 geht der Abscheideabschnitt 18 mit dem Abstützmittel 29 vom zweiten Axialbereich 14 in den ersten Axialbereich 13 über. Das Abstützmittel 29 verliert dadurch den Kontakt zur Behälterwand 31.
Das Brühgut wird durch die Linearbewegung des Bewegungselements 11 aus dem erhitzten Wasser bewegt und somit ausgesiebt. Das Brühgut setzt sich hier auf der Abscheidefläche 26 des Abscheideabschnitts 18 ab. Alternativ kann das erhitzte Wasser, insbesondere das entstandene Heißgetränk, vor der ersten Betriebsphase PH1 bzw. vor der Linearbewegung des Bewegungselements 11 aus dem Aufnahmeraum 38 des Brühbehälters 30 gepumpt werden.
In der zweiten Betriebsphase PH2 befindet sich die Anschlagfläche 23 des Anschlagabschnitts 17 an der axialen Endposition 15 des ersten Axialbereichs 13 und liegt an der Gegenanschlagfläche 24 an. Des Weiteren sind die seitlichen Passflächen 25 des Absatzes 19 und der Ausnehmung 21 einander gegenüber angeordnet. Die beiden seitlichen Passflächen 25', 25" können dabei aneinander anliegen.
An der axialen Endposition 15 befindet sich das Abstützmittel 29 auf der Höhe der umlaufenden Einführfase 41 oder über dieser. Dadurch ist keine Abstützung des Drehmoments gegen die Behälterwand 31 mehr möglich und das Bewegungselement 11 wird auf die Drehzahl n₁ des Antriebselements 12 beschleunigt. Durch die Drehmomentübertragung zur Beschleunigung des Bewegungselements 11 verringert sich aufgrund der Massenträgheit des Bewegungselements 11 die Drehzahl n₁ des Antriebselements 12 kurzzeitig. Dies ist in der zugehörigen Drehzahlkurve in 3 durch einen abschnittsweise wannenförmigen Kurvenverlauf zu erkennen.
Durch die entstehenden Fliehkräfte bzw. Zentrifugalkräfte wird das auf der Abscheidefläche 26 aufliegende Brühgut in radialer Richtung von der Längsachse L weg beschleunigt. Das Brühgut wird dadurch von der Abscheidefläche 26 des Abscheideabschnitts 18 geschleudert und somit von dieser entfernt.
In der dritten Betriebsphase PH3 wird die Drehbewegung des Antriebselements 12 abrupt abgebremst. Das Antriebselement 12 wird hierbei bis auf eine Drehzahl mit dem Wert Null („0“) abgebremst. Das Antriebselement 12 kann alternativ entgegen der vorangegangenen Drehrichtung gedreht werden. Durch die Massenträgheit des Bewegungselements 11 dreht sich das Bewegungselement 11 weiter. Dies kann solange erfolgen, bis das Abstützmittel 29 des Abscheideabschnitts 18 wieder mit der umlaufenden Einführfase 31 des Brühbehälters 30 in Kontakt tritt. Mit anderen Worten bewegt sich durch die Massenträgheit das Bewegungselement 11 und somit der Anschlagabschnitt 17 sowie der Abscheideabschnitt 18 entlang der Längsachse L von dem Antriebselement 12 weg. Der Anschlagabschnitt 17 und der Abscheideabschnitt 18 legen dadurch in Richtung des Brühbehälters 30 einen Teil des Verfahrwegs z₁ zurück. Durch die umlaufende Einführfase 31 wird die Drehbewegung des Bewegungselements 11 über das Abstützmittel 29 abgebremst. Die Drehzahl n₁ des Bewegungselements 11 sinkt auf den Wert Null („0“). Der Kurvenverlauf des Verfahrwegs z₁ und der Drehzahl n₁ ist in 3 in der Spalte der dritten Betriebsphase PH3 ersichtlich.
In der vierten Betriebsphase PH4 wechselt der Abscheideabschnitt 18 vom ersten Axialbereich 13 in den zweiten Axialbereich 14. Das Antriebselement 12 bewegt hier das Bewegungselement 11 in die Ausgangslage zurück. Dazu wird über den Drehmoment-Übertragungsabschnitt 34 in das Antriebselement 12 ein Moment eingeleitet, sodass das Antriebselement in die entgegengesetzte Drehrichtung bewegt wird. Das Bewegungselement 11 und somit der Anschlagabschnitt 17 und der Abscheideabschnitt 18 werden dadurch in den Ausgangszustand, wie bereits in der ersten Betriebsphase PH1 beschrieben, gebracht.
Nach der vierten Betriebsphase PH4 kann die erste Betriebsphase PH1 erneut beginnen und somit der Abscheidevorgang wiederholt werden.
Bezugszeichenliste

10: Abscheideeinrichtung
11: Bewegungselement
12: Antriebselement
13: erster Axialbereich
14: zweiter Axialbereich
15: axiale Endposition des ersten Axialbereichs
16: Spindelabschnitt
17: Anschlagabschnitt
18: Abscheideabschnitt
19: Absatz
21: Ausnehmung
22: Innengewinde
23: Anschlagfläche
24: Gegenanschlagfläche
25: seitliche Passfläche
25': erste seitliche Passfläche
25": zweite seitliche Passfläche
26: Abscheidefläche
27: dem Anschlagabschnitt zugewandten Seite des Abscheideabschnitts
28: Außenumfang
29: Abstützmittel
29': Gleitring
30: Brühbehälter
31: Behälterwand
32: umlaufende Nut
33: Außengewinde des Spindelabschnitts
34: Drehmoment-Übertragungsabschnitt
35: Lagerabschnitt
36: von dem Anschlagabschnitt abgewandte Seite des Abscheideabschnitts
37: Sockel
38: Aufnahmeraum
39: axiales Ende
40: Vorrichtung
41: umlaufende Einführfase
42: Übergangskante
SP1: erste Spalte
SP2: zweite Spalte
PH1: erste Phase
PH2: zweite Phase
PH3: dritte Phase
PH4: vierte Phase
L: Längsachse
Z: Längsrichtung
X: Querrichtung
z1: maximaler Verfahrweg

Claims

Abscheideeinrichtung (10) mit wenigstens einem Bewegungselement (11) zum Abscheiden von Feststoffen, insbesondere Brühgut, und wenigstens einem Antriebselement (12), die koaxial angeordnet sind, wobei das Bewegungselement (11) mehrere Durchgangsöffnungen für den Durchtritt einer Flüssigkeit, insbesondere eines Lösungsmittels, aufweist und das Antriebselement (12) mit dem Bewegungselement (11) gekoppelt ist derart, dass das Bewegungselement (11) durch das Antriebselement (12) entlang einer Längsachse (L) zwischen einem ersten Axialbereich (13) und einem zweiten Axialbereich (14) bewegbar ist, wobei das Bewegungselement (11) im ersten Axialbereich (13) mit dem Antriebselement (12) zusammenwirkt, sodass das Antriebselement (12) eine Drehbewegung auf das Bewegungselement (11) zum Abscheiden der Feststoffe durch Fliehkraft überträgt, und das Bewegungselement (11) im zweiten Axialbereich (14) mit dem Antriebselement (12) zusammenwirkt, sodass das Antriebselement (12) das Bewegungselement (11) entlang der Längsachse (L) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement (11) wenigstens einen Anschlagabschnitt (17) umfasst, der wenigstens einen Absatz (19) aufweist, der an der axialen Endposition (15) im ersten Axialbereich (13) mit dem Antriebselement (12) zur Drehmomentübertragung in Kontakt steht.
Abscheideeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement (11) mit dem Antriebselement (12) an einer axialen Endposition (15) im ersten Axialbereich (13) zur Übertragung der Drehbewegung drehmomentübertragend, insbesondere reibschlüssig und/oder formschlüssig, verbunden oder verbindbar ist.
Abscheideeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement (11) wenigstens einen Spindelabschnitt (16) und wenigstens einen Abscheideabschnitt (18) aufweist, die auf der Längsachse (L) angeordnet sind, wobei der Anschlagabschnitt (17) in Längsrichtung zwischen dem Spindelabschnitt (16) und dem Abscheideabschnitt (18) angeordnet ist.
Abscheideeinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagabschnitt (17) dazu ausgebildet ist, mit dem Antriebselement (12) im ersten Axialbereich (13) zur Kraft- und/oder Drehmomentübertragung zusammenzuwirken.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) wenigstens eine Ausnehmung (21) zur Aufnahme des Bewegungselements (11) aufweist, die radial innen ausgebildet ist.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (19) wenigstens eine Anschlagfläche (23) und die Ausnehmung (21) wenigstens eine Gegenanschlagfläche (24) aufweisen, die der Anschlagfläche (23) des Absatzes (19) in Achslängsrichtung gegenüber angeordnet ist, wobei die Anschlagfläche (23) und die Gegenanschlagfläche (24) an der axialen Endposition (15) im ersten Axialbereich (13) derart zusammenwirken, dass das Antriebselement (12) eine Drehbewegung auf das Bewegungselement (11) überträgt.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (19) und die Ausnehmung (21) jeweils wenigstens eine seitliche Passfläche (25) aufweisen, die komplementär ausgebildet sind.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (19) eine erste seitliche Passfläche (25') und die Ausnehmung (21) eine zweite seitliche Passfläche (25") aufweist, die im ersten Axialbereich (13) zumindest teilweise radial gegenüber angeordnet sind, um das Bewegungselement (11) radial abzustützen und/oder auftretende Kräfte radial aus dem Bewegungselement (11) auszuleiten.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideabschnitt (18) scheibenförmig ausgebildet ist und sich quer zur Längsachse (L) erstreckt.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideabschnitt (18) wenigstens eine Abscheidefläche (26) zur Auflage der Feststoffe, insbesondere des Brühguts, aufweist, die auf einer dem Anschlagabschnitt (17) zugewandten Seite (27) ausgebildet ist und sich zu einem Außenumfang (28) des Abscheideabschnitts (18) hin erstreckt.
Abscheideeinrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidefläche (26) in Einbaulage quer zur Längsachse (L) von innen nach außen abfallend, insbesondere gekrümmt, ausgebildet ist.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideabschnitt (18) wenigstens ein Abstützmittel (29), insbesondere einen Gleitring (29'), aufweist, das radial außen angeordnet und dazu ausgebildet ist, im zweiten Axialbereich (14) mit einer Behälterwand (31) zur Unterdrückung einer Drehbewegung des Bewegungselements (11) und/oder zur Abdichtung zusammenzuwirken.
Abscheideeinrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideabschnitt (18) am Außenumfang (28) wenigstens eine umlaufende Nut (32) aufweist, in der das Abstützmittel (29) angeordnet ist.
Abscheideeinrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützmittel (29) mit der Behälterwand (31) reibschlüssig verbindbar ist derart, dass das Bewegungselement (11) durch das Antriebselement (12) entlang der Längsachse (L) eine Linearbewegung ausführt.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelabschnitt (16) ein Außengewinde (33) und das Antriebselement (12) ein Innengewinde (22) aufweisen, wobei das Außengewinde (33) des Spindelabschnitts (16) in das Innengewinde (22) des Antriebselements (12) zur Bewegung des Bewegungselements (11) entlang der Längsachse (L) eingreift.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) auf der Längsachse (L) positionsfest angeordnet und um die Längsachse (L) drehbar gelagert ist.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) wenigstens einen Drehmoment-Übertragungsabschnitt (34) aufweist, der radial außen zur Aufnahme eines Drehmoments ausgebildet ist.
Abscheideeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) wenigstens einen Lagerabschnitt (35) aufweist, der an den Drehmoment-Übertragungsabschnitt (34) in Längsrichtung angrenzt und dazu ausgebildet ist, das Antriebselement (12) um die Längsachse (L) drehbar zu lagern.
Vorrichtung (40) mit wenigstens einer Abscheideeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und einem Brühbehälter (30), wobei die Abscheideeinrichtung (10) und der Brühbehälter (30) koaxial angeordnet sind.
Vorrichtung (40) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, im zweiten Axialbereich (14) mit einer innen ausgebildeten Behälterwand (31) des Brühbehälters (30) zusammenzuwirken derart, dass das Antriebselement (12) das Bewegungselement (11) entlang der Längsachse (L) bewegt.
Verfahren zum Abscheiden von Feststoffen aus einer Flüssigkeit, bei dem eine Abscheideeinrichtung (10) wenigstens ein Bewegungselement (11) zum Abscheiden von Feststoffen, insbesondere Brühgut, und wenigstens ein Antriebselement (12) aufweist, die koaxial angeordnet sind, wobei das Bewegungselement (11) mehrere Durchgangsöffnungen für den Durchtritt einer Flüssigkeit, insbesondere eines Lösungsmittels, aufweist und das Antriebselement (12) mit dem Bewegungselement (11) gekoppelt ist derart, dass das Bewegungselement (11) durch das Antriebselement (12) entlang einer Längsachse (L) zwischen einem ersten Axialbereich (13) und einem zweiten Axialbereich (14) bewegt wird, wobei das Bewegungselement (11) im ersten Axialbereich (13) mit dem Antriebselement (12) zusammenwirkt, sodass das Antriebselement (12) eine Drehbewegung auf das Bewegungselement (11) zum Abscheiden der Feststoffe durch Fliehkraft überträgt, und das Bewegungselement (11) im zweiten Axialbereich (14) mit dem Antriebselement (12) zusammenwirkt, sodass das Antriebselement (12) das Bewegungselement (11) entlang der Längsachse (L) bewegt, wobei das Bewegungselement (11) wenigstens einen Anschlagabschnitt (17) umfasst, der wenigstens einen Absatz (19) aufweist, der an der axialen Endposition (15) im ersten Axialbereich (13) mit dem Antriebselement (12) zur Drehmomentübertragung in Kontakt steht.