DE102021108202A1

DE102021108202A1 - Getränkezubereitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021108202A1
Application number: DE102021108202.1A
Authority: DE
Inventors: Simon Mueller
Original assignee: Franke Kaffeemaschinen AG
Current assignee: Franke Kaffeemaschinen AG
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-06
Also published as: BR112023020052A2; KR20230164696A; WO2022207156A1; EP4312675A1; US20240122396A1; CN116940268A; JP2024512109A

Abstract

Bei einer Getränkezubereitungsvorrichtung zur automatisierten Ausgabe von Heißgetränken, insbesondere Kaffeegetränken, mit einem Heißwasserbereiter, einer Brühvorrichtung, der Heißwasser von dem Heißwasserbereiter zuführbar ist, einer Wasserpumpe zum Fördern von Wasser unter Druck in Richtung der Brühvorrichtung, einer über eine Heißgetränkeleitung mit der Brühvorrichtung verbundenen Auslasseinrichtung und einer Steuerungseinrichtung, die nach Vornahme einer Getränkeauswahl eine automatisierte Zubereitung und Ausgabe des gewählten Getränks steuert ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, den Brühdruck, mit dem das Heißwasser der Brühvorrichtung zugeführt wird, oder die Durchflussrate, mit der das Heißwasser gefördert wird, über den Zubereitungsvorgang des gewählten Getränks nach einem vorgegebenen oder vorgebbaren Profil zu variieren. Die Getränkezubereitungsvorrichtung weist zu diesem Zweck ein mechanisches Bedienelement mit einem mit der Steuerungseinrichtung verbundenen elektrischen Abnehmer auf, über welchen von einem Benutzer während eines Getränkezubereitungsvorgangs das Profil vorgegeben werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getränkezubereitungsvorrichtung zur automatisierten Ausgabe von Heißgetränken, insbesondere Kaffeegetränken, mit einem Heißwasserbereiter, einer Brühvorrichtung, der Heißwasser von dem Heißwasserbereiter zuführbar ist, einer Wasserpumpe zum Fördern von Wasser unter Druck in Richtung der Brühvorrichtung, einer über eine Heißgetränkeleitung mit der Brühvorrichtung verbundenen Auslasseinrichtung und einer Steuerungseinrichtung, die nach Vornahme einer Getränkeauswahl eine automatisierte Zubereitung und Ausgabe des gewählten Getränks steuert.
Im Stand der Technik sind Kaffeevollautomaten bekannt, die zur portionsweisen Zubereitung und Ausgabe von kaffeebasierten Getränken dienen. Die Getränkeauswahl erfolgt hierbei über eine Benutzerschnittstelle. Nach Auswahl einer Getränkevariante wird mittels einer integrierten Brühvorrichtung entsprechend den Benutzervorgaben ein Kaffeegetränk zubereitet und an einem Getränkeauslass ausgegeben. Häufig sind neben dem genannten Heißgetränkeauslass Auslässe für weitere Getränkekomponenten wie etwa Milch, Milchschaum oder Aromazusätze vorgesehen. Die Auslässe können hierbei zu einem fest an dem Kaffeevollautomaten angeordneten Auslasskopf gruppiert sein.
Daneben sind im Stand der Technik sogenannte Siebträgermaschinen bekannt, bei denen statt eines Auslasskopfes ein Siebträger mit einem daran angebrachten Auslass dichtend befestigt wird. Zur Kaffeezubereitung wird der Siebträger abgenommen und mit Kaffeepulver befüllt, wieder an der Siebträgermaschine befestigt und über diese unter Druck mit Heißwasser beaufschlagt, bis eine vorgegebene Menge Heißwasser durch das im Siebträger enthaltene Kaffeesieb und den im Kaffeesieb enthaltenen Kaffeekuchen gelaufen ist. Weitere Getränkezusätze wie etwa Milch oder Milchschaum werden dem Kaffeegetränk vom Barista manuell zugefügt.
Schließlich sind auch hybride Systeme bekannt, bei denen ebenfalls ein Siebträger zum Einsatz kommt, dieser jedoch über eine integrierte Kaffeemühle automatisch mit gemahlenem Kaffeepulver befüllt wird. Eine solche hybride Kaffeemaschine ist beispielsweise in der WO 2010 08 58 50 A1 beschrieben.
Der Kaffee aus Siebträgermaschinen wird von vielen Kaffeeliebhabern nach wie vor als geschmacklich hochwertiger eingeschätzt, insbesondere da der Barista durch sein handwerkliches Können Einfluss auf die Zubereitung und damit letztlich auch den Geschmack des Kaffeegetränks nehmen kann.
Kaffeevollautomaten ermöglichen hingegen auf Knopfdruck eine automatische Zubereitung und Ausgabe von Kaffeegetränken mit gleichbleibender Geschmacksqualität.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Getränkezubereitungsvorrichtung anzugeben, die eine automatisierte Zubereitung und Ausgabe von Heißgetränken ermöglicht, die aber dennoch eine Einflussnahme und qualitative Verbesserung einer Getränkezubereitung durch einen erfahrenen Anwender zulässt.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Bei einer Getränkezubereitungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, den Brühdruck, mit dem das Heißwasser der Brühvorrichtung zugeführt wird, oder die Durchflussrate, mit der das Heißwasser gefördert wird, über den Zubereitungsvorgang des gewählten Getränks nach einem vorgegebenen oder vorgebbaren Profil zu variieren und wobei die Getränkezubereitungsvorrichtung ein mechanisches Bedienelement mit einem mit der Steuerungseinrichtung verbundenen elektrischen Abnehmer aufweist, um das Profil vorzugeben.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Anmeldung besteht darin, den Brühdruck oder die Durchflussrate mithilfe der Steuerungseinrichtung nicht einfach über den Zubereitungsvorgang konstant zu halten, sondern nach einem Profil im zeitlichen Verlauf zu variieren, wobei das Profil von einem Benutzer vorgegeben werden kann, und zwar entweder für einen konkreten Zubereitungsvorgang, oder für zukünftige Zubereitungsvorgänge desselben Getränketyps abgespeichert werden kann. Zu diesem Zweck besitzt die Getränkezubereitungsvorrichtung ein mechanisches Bedienelement mit einem elektrischen Abnehmer, der mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist. Der Benutzer kann somit mithilfe des Bedienelements den gewünschten Brühparameter, also den Brühdruck oder die Durchflussrate, im zeitlichen Verlauf verändern und somit ein ganz individuelles Profil für die Zubereitung eines konkreten Getränks oder Getränketyps vorgeben.
Die Wasserpumpe befindet sich bevorzugt stromaufwärts des Heißwasserbereiters und damit im Kaltwasserzustrom des Heißwasserbereiters. Selbstverständlich wäre es mit einer für Heißwasser geeigneten Pumpe auch möglich, diese zwischen Heißwasserbereiter und Brühvorrichtung anzuordnen. Als Heißwasserbereiter kann in an sich bekannter Weise wahlweise ein Boiler oder ein Durchlauferhitzer eingesetzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Variation des Brühdrucks über eine Regelung der Drehzahl bzw. der Leistung der Wasserpumpe. Somit kann über das Bedienelement während eines Zubereitungsvorgangs die Pumpendrehzahl erhöht oder verringert werden, sodass Wasser mit erhöhtem oder erniedrigtem Druck zur Brühvorrichtung gefördert wird.
Alternativ oder kumulativ kann in Durchflussrichtung hinter der Brühvorrichtung ein regelbares Gegendruckventil angeordnet sein. Hierbei ist es möglich, die Variation des Brühdrucks oder der Durchflussrate über eine Verstellung einer Ventilöffnung des Gegendruckventils zu bewirken. Somit kann über das Bedienelement während eines Zubereitungsvorgangs die Ventilöffnung des Gegendruckventils vergrößert oder verkleinert werden, sodass ein höherer oder niedrigerer Gegendruck am Gegendruckelement entsteht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Getränkezubereitungsvorrichtung eine vor oder hinter der Brühvorrichtung angeordnete Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms des Brühwassers oder einer Menge des bereits durchgeleiteten oder des noch durchzuleitenden Brühwassers, sowie ein in Durchflussrichtung hinter der Brühvorrichtung angeordnetes, regelbares Gegendruckventil. Hierbei ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, den Brühdruck, mit dem das Heißwasser der Brühvorrichtung zugeführt wird, nach einem über das Bedienelement vorgegebenen Druckprofil zu variieren und in Abhängigkeit von Messwerten der Messvorrichtung während des Brühvorgangs die Durchflussrate des Brühwassers über das Gegendruckventil derart zu regeln, dass während des Zubereitungsvorgangs unabhängig von dem über das Bedienelement vorgegebenen Druckprofil eine für das gewählte Getränk vorgegebene Gesamtmenge an Brühwasser in einer vorgegebenen Gesamtdurchflusszeit durchgeleitet wird.
Mit anderen Worten wird über das Bedienelement der Brühdruck im zeitlichen Verlauf variiert, während eine Durchflussregelung unter Verwendung des Gegendruckventils bestrebt ist, die Durchflussrate stets so anzupassen, dass eine im Wesentlichen konstante Gesamtdurchlaufzeit für die vorgegebene Gesamtwassermenge erreicht wird.
Die Veränderung des Brühdrucks erfolgt zweckmäßigerweise über eine Ansteuerung der Pumpe. Somit können sowohl ein Profil für den Brühdruck als auch eine Gesamtdurchflusszeit vorgegeben werden. Brühzeit und Brühdruck erweisen sich als die wichtigsten Parameter zur Beeinflussung des Geschmacks des Kaffeegetränks, sodass der Barista weitreichende Möglichkeiten erhält, mit seinem handwerklichen Können und seiner Erfahrung in der Kaffeezubereitung, Einfluss auf die Getränkequalität zu nehmen.
Zweckmäßigerweise ist das Gegendruckventil als motorisch betriebenes Nadelventil ausgebildet und die Steuerung öffnet und schließt das Nadelventil durch Ansteuerung eines Antriebsmotors. Durch ein Nadelventil lässt sich eine besonders feine Regelung der Durchflussrate bewirken, sodass über eine Feedbackregelung die Durchflussrate sehr präzise eingestellt werden kann.
Als Messeinrichtung kommt bevorzugt ein Durchflusssensor zum Einsatz, der in Strömungsrichtung vor der Wasserpumpe oder zwischen Wasserpumpe und Brühvorrichtung angeordnet ist, und sich somit vorteilhafterweise im Kaltwasserstrom befindet. Einerseits erfolgt somit keine Abkühlung des Heißwassers durch den Durchflusssensor, der zu Beginn eines Produktbezugs erst aufgewärmt werden müsste. Darüber hinaus verringert der Einsatz im Kaltwasser den Verschleiß am Durchflusssensor gegenüber einem Einsatz im Heißwasserstrom.
Zweckmäßigerweise ist die Steuerung ausgebildet, kontinuierlich oder zumindest mehrmals aus gemessenen Volumenstromwerten die Menge des bereits durchgeleiteten oder des noch durchzuleitenden Brühwassers zu ermitteln und, je nachdem, wie viel Brühwasser zur Erreichung der vorgegebenen Gesamtmenge in der verbleibenden Zeitspanne bis zum Erreichen der vorgegebenen gesamten Durchflusszeit noch durch die Brühvorrichtung geleitet werden muss, das Gegendruckventil weiter zu öffnen oder weiter zu schließen, um den Volumenstrom zu erhöhen bzw. zu verringern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das mechanische Bedienelement als Bedienhebel ausgebildet, der aus einer Neutralstellung in eine erste Richtung ausgelegt werden kann, um den Druck oder die Durchflussrate zu erhöhen, und in eine zweite Richtung, um den Druck oder die Durchflussrate zu reduzieren. Ein derartiger Bedienhebel ermöglicht eine besonders intuitive Bedienung. Beispielsweise kann der Bedienhebel nach oben oder vorne verschwenkt werden, um den Brühdruck oder die Durchflussrate zu erhöhen und nach unten oder hinten, um sie zu verringern. Wird der Bedienhebel an der oder benachbart zur der Auslasseinrichtung angeordnet, ergibt sich eine besonders ergonomische und intuitive Bedienbarkeit.
Hierbei ist besonders vorteilhaft, wenn die Getränkezubereitungsvorrichtung ausgebildet ist, bei Betätigung des Bedienelements ein optisches, akustisches oder haptisches Bestätigungssignal auszugeben. Beispielsweise können der Druck oder die Durchflussrate in Form eines auf einem grafischen Display angezeigten Balkens oder Dreiecks dargestellt werden, welcher/welches je nach Stellung des Bedienhebels größer oder kleiner dargestellt wird. Ein haptisches Bestätigungssignal kann beispielsweise direkt auf den Bedienhebel ausgegeben werden, beispielsweise in Form einer Rastung oder eines mit Auslenkung des Bedienhebels kontinuierlich zunehmenden Betätigungswiderstands bzw. einer mit Auslenkung des Bedienhebels zunehmenden, vom Benutzer spürbaren Rückstellkraft.
Die Position des Bedienhebels kann erfindungsgemäß über die Steuereinheit eingelesen werden. Dies kann entweder als kontinuierliches Signal, beispielsweise über ein Potenziometer, erfolgen, oder als digitales Signal, beispielsweise über mehrere mechanische Tastschalter.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuerungseinrichtung einen Trainingsmodus auf, in welchem durch Betätigung des Bedienelements ein Profil eingegeben wird und das eingegebene Profil für spätere automatisierte Produktbezüge abgespeichert wird. Somit kann der Barista ein individuelles Profil eingeben, was bei nachfolgenden Produktbezügen wiederholt abgerufen und ausgeführt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform besitzt die Getränkezubereitungsvorrichtung mindestens einen an der Auslasseinrichtung festlegbaren Auslasskopf zur Ausgabe einer oder mehrerer über separate Lebensmittelleitungen zu der Auslasseinrichtung geführter Getränkekomponenten und die Auslasseinrichtung weist eine mechanische Schnittstelle zur dichtenden Ankopplung des Auslasskopfes auf. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl wechselweise in der Auslasseinrichtung ankoppelbarer Auslassköpfe für unterschiedliche Getränke oder Getränkegruppen vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein erster Auslasskopf für einen einzelnen Espresso und ein zweiter Auslasskopf mit Doppelauslauf für die Ausgabe eines doppelten Espressos in zwei Espressotassen vorgesehen sein. Ebenso können separate Auslassköpfe für milchhaltige und/oder aromatisierte Getränke vorgesehen sein.
Die Auslassköpfe können bevorzugt in Form eines Siebträgers ausgebildet sein, dessen Oberseite jedoch von einer mit Anschlussöffnungen versehenen, aber ansonsten geschlossenen Dichtfläche gebildet wird. Die Bedienung der Maschine gleicht somit der Bedienung einer herkömmlichen Siebträgermaschine mit dem Unterschied, dass die Getränkezubereitung in der Art eines Getränkevollautomaten, jedoch mit der Möglichkeit einer manuellen Variation des Druckprofils oder des Profils der Durchflussrate erfolgt.
Weiter bevorzugt ist die Getränkezubereitungsvorrichtung als echter Kaffeevollautomat ausgebildet und besitzt ein Mahlwerk zum Mahlen von Kaffeebohnen, welches mit der Brühvorrichtung zusammenwirkt, um diese automatisiert mit einer portionierten Menge frisch gemahlenem Kaffeepulver zu befüllen. Durch einfache Auswahl eines auszugebenden Getränks, beispielsweise über eine grafische Benutzerschnittstelle, erfolgt somit eine vollautomatische Zubereitung und Ausgabe des Getränks einschließlich des Mahlens der Kaffeebohnen und Befüllen der Brühvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Kaffeevollautomaten beschränkt, sondern kann bei mit Kaffeekapseln oder -pads betriebenen Portionskaffeemaschinen zum Einsatz kommen.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigt:

1 eine Ansicht einer als Doppelgerät ausgebildeten Getränkezubereitungsvorrichtung,
2 ein Wasserlaufschema einer Getränkezubereitungsvorrichtung und
3a einen mit einer erfindungsgemäßen Getränkezubereitungsvorrichtung verwendbaren, abnehmbaren Auslasskopf mit Doppelauslauf und
3b zwei weitere, wechselweise mit einer erfindungsgemäßen Getränkezubereitungsvorrichtung verwendbare Auslassköpfe.

Die in 1 gezeigte Kaffeemaschine 1 ist als Doppelgerät mit zwei separaten Kaffeezubereitungsvorrichtungen 2a, 2b ausgebildet. Jede der Kaffeezubereitungsvorrichtungen 2a, 2b besitzt jeweils eine Auslasseinrichtung 3 mit einem darin aufgenommenen Auslasskopf 4 mit einem Auslauf, über den zubereitete Kaffeegetränke in ein darunter platziertes Trinkgefäß ausgegeben werden.
An der Auslasseinrichtung 3 ist ein Bedienhebel 5 angebracht, der aus einer Neutralposition nach oben und unten verschwenkt werden kann. Der Bedienhebei 5 dient in nachfolgend näher zu erläuternder Weise dazu, ein Profil für den Brühdruck oder die Durchflussrate vorzugeben, mit der ein aktuell auszugebendes oder zukünftiges Getränk zubereitet wird.
Auf der Oberseite des Geräts befinden sich zwei Bohnenbehälter 6 für frische Kaffeebohnen. Diese führen jeweils zu einer unterhalb der Bohnenbehälter 6 angeordneten elektrischen Kaffeemühle, welche portionsweise Kaffeepulver für die Zubereitung einzelner Kaffeegetränke mahlt. Außerdem besitzt die Kaffeemaschine 1 einen Pulverbehälter 6a für Instantpulver, etwa Schokopulver, mit dem sich als zusätzliche Getränkekomponente ein Instantgetränk zubereiten lässt.
Oberhalb der Auslasseinrichtung 3 ist als grafische Benutzerschnittstelle ein berührungssensitives Display 9 angeordnet. Auf diesem können einem Benutzer verschiedene verfügbare Getränkevarianten angezeigt und vom Benutzer ausgewählt werden. Nach Vornahme einer Auswahl erfolgt eine automatisierte Zubereitung und Ausgabe des gewählten Getränks, wobei über den Bedienhebel 5 ein Zubereitungsparameter wie der Brühdruck oder die Durchflussrate während der Zubereitung variiert werden können.
Mittig am Gerät befindet sich eine Dampflanze 7, über die durch Betätigung eines Bedienhebels 7a Dampf zum Aufschäumen von Milch ausgegeben werden kann. Daneben befindet sich ein Auslasshahn 8 für Heißwasser. Durch Betätigung eines weiteren Bedienhebels 8a kann aus dem Auslasshahn 8 Heißwasser beispielsweise zur Zubereitung von Tee oder zum Ausspülen und Vorwärmen von Tassen ausgegeben werden.
In 2 ist in einem sogenannten Wasserlaufschema der Aufbau einer Brühvorrichtung zur Zubereitung von Kaffeegetränken gezeigt, die beispielsweise in den Getränkezubereitungsvorrichtungen 2a, 2b zum Einsatz kommen kann. Die Brühvorrichtung umfasst eine Brühgruppe 10, einen Heißwasserbereiter 12 in Form eines als Heizpatrone ausgebildeten Durchlauferhitzers, eine zulaufseitige Wasserpumpe 13 und einen Auslaufkopf 4 zur Ausgabe frisch gebrühter Kaffeegetränke. In Flussrichtung vor der Wasserpumpe 13 befindet sich ein Hauptwasserventil 15, über welches die Brühvorrichtung an eine Trinkwasserzuleitung 16 angeschlossen wird. Druckseitig ist die Pumpe 13 über einen Durchflusssensor 17 (Flowmeter) mit dem Zulauf der Heizpatrone 12 verbunden. Heißwasser aus der Heizpatrone 12 wird der Brühgruppe 10 zugeführt.
Zwischen der Brühgruppe 10 und dem Auslaufkopf 4 befindet sich ein regelbares Gegendruckventil 19, welches von einer Steuerung 10 in Abhängigkeit der Messwerte des Durchflusssensors 17 angesteuert wird. Die Steuerung 10 kann hierbei durch einen Mikroprozessor realisiert werden, mit welchem auch andere Steuer- und Regelvorgänge in der Getränkezubereitungsvorrichtung implementiert sein können. An die Steuerung 10 ist außerdem der Bedienhebel 5 bzw. ein dem Bedienhebels 5 zugeordneter elektrischer Abnehmer angeschlossen, der die Position des Bedienhebels 5 ausliest.
Die Steuerung 10 ist außerdem mit der Wasserpumpe 13 verbunden und steuert unter anderem die Drehzahl und damit die Förderleistung der Wasserpumpe 13. Außerdem befindet sich im Kaltwasserzulauf der Heizpatrone 12 ein Drucksensor 18, dessen Messwerte von der Steuerung 10 ausgelesen werden. Schließlich kann die Steuerung 10 auch die Heizpatrone 12 ansteuern und deren Heizleistung und damit die Temperatur des Heißwassers vorgeben.
Die Brühgruppe 11 umfasst in an sich bekannter Weise eine Heizung 11a, mit der die Brühgruppe vorgewärmt und warmgehalten wird, und eine Brühkammer 11b, in die portioniertes, frisch gemahlenes Kaffeepulver 11c eingefüllt wird. Eine Brühgruppe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist beispielsweise in der EP 2561778 A1 beschrieben, auf die, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Die Brühgruppe 11 ist so ausgestaltet, dass sie geöffnet werden kann, um eine portionierte Menge Kaffeepulver einzufüllen, welches in der Mühle der Getränkezubereitungsvorrichtung portionsweise frisch gemahlen wird. Außerdem kann bei geöffneter Brühgruppe nach dem Brühvorgang der verbleibende Kaffeesatz in einen Tresterbehälter ausgeworfen werden. Die Brühgruppe 11 weist außerdem einen beweglichen Kolben auf (nicht dargestellt), der das eingefüllte Kaffeepulver gegen ein in der Brühgruppe 11b befindliches Brühsieb verdichtet. Nach Zurückfahren des Kolbens kann das so verdichtete Kaffeepulver 11c von dem unter Druck stehenden Brühwasser durchströmt werden.
Der von der Pumpe 13 erzeugte Druck, mit dem das Brühwasser durch die Brühkammer 11b geleitet wird, beträgt typischerweise, ohne dass die Erfindung aber hierauf beschränkt wäre, etwa 8 bis 12 bar. Dieser Druck des Brühwassers fällt bei herkömmlichen Kaffeemaschinen über dem in der Brühkammer 11b verdichteten Kaffeekuchen 11c ab. Die Geschwindigkeit, mit der das Brühwasser durch das Kaffeepulver 11c läuft, hängt dabei entscheidend vom Mahlgrad des Kaffeepulvers, der Kaffeesorte, der Menge und dem Verdichtungsgrad ab. Bei der hier beschriebenen Brühvorrichtung erfolgt hingegen der Druckabfall vor allem an dem hinter der Brühkammer 11b angeordneten Gegendruckventil 19, mit dem über die Steuerung 10 gezielt die Durchlaufgeschwindigkeit bzw. Durchflussrate des Brühwassers durch die Brühkammer gesteuert werden kann, und zwar in Abhängigkeit der tatsächlich gemessenen Durchflussrate im Durchflusssensor 17. Im Ausführungsbeispiel ist das Gegendruckventil 19 als ein über einen Schrittmotor angetriebenes Nadelventil ausgebildet.
Der Bedienhebel 5 ist an der Auslasseinrichtung 3 gelenkig befestigt und besitzt einen elektrischen Abnehmer 5a, der ein von einer Auslenkung des Bedienhebels 5 abhängiges Signal erzeugt. Hierbei kann der Abnehmer sowohl analog als auch digital arbeiten. Beispielsweise könnte als Abnehmer ein Potentiometer verwendet werden, an welchem eine zur Auslenkung proportionale Spannung abfällt. Ebenso können mehrere diskrete Mikroschalter verwendet werden, welche in Abhängigkeit der Auslenkung des Hebels 15 von diesem geschaltet werden. Der Bedienhebel 5 dient wie bereits erläutert als mechanisches Bedienelement zur Eingabe eines Profils für einen Brühparameter durch einen Benutzer. Der Bedienhebel 5 kann aus einer Neutralstellung, beispielsweise seiner Mittelstellung, in zwei Richtungen ausgelenkt werden. Der elektrische Abnehmer 5a ist mit der Steuerung verbunden, welche den Betätigungszustand des Bedienhebels 5 ausliest. In Abhängigkeit der Auslenkung des Bedienhebels 5 verändert die Steuerung 10 den betreffenden Brühparameter.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass über den Bedienhebel 5 der Brühdruck erhöht oder erniedrigt werden kann. Detektiert die Steuerung 10 eine entsprechende Auslenkung des Bedienhebels 5, so reduziert oder erhöht sie die Drehzahl der Wasserpumpe 13, um den Brühdruck zu erhöhen bzw. zu reduzieren. Wird der Brühdruck reduziert, so erniedrigt sich hierdurch auch die Durchflussrate durch die Brühgruppe 11. Dies wird durch den Durchflussmesser 17 detektiert und von der Steuerung 10 ausgelesen, die daraufhin die Ventilöffnung des Gegendruckventils 19 vergrößert, um die Durchflussrate wieder anzuheben, sodass eine vorgegebene Gesamtdurchflusszeit erreicht wird. Damit wird erreicht, dass die vorgegebene Gesamtmenge an Heißwasser in der vorgegebenen Gesamtdurchlaufzeit durch die Brühgruppe 11 fließt, und zwar unabhängig davon, wie sich während des Zubereitungsvorgangs die Pumpendrehzahl durch entsprechende Betätigung des Bedienhebels 5 verändert.
Über die Benutzerschnittstelle 9 kann ein Benutzer auch eine alternative Betriebsart auswählen, bei welcher über den Bedienhebel 5 statt des Brühdrucks direkt die Durchflussrate erhöht oder reduziert werden kann. In diesem Falle steuert die Steuerung 10 das Gegendruckventil 19 in Abhängigkeit der Auslenkung des Bedienhebels 5 an.
Über die grafische Benutzerschnittstelle 9 kann außerdem ein Trainingsmodus gestartet werden. In diesem Trainingsmodus wird die Auslenkung des Bedienhebels 5 während des Zubereitungsvorgangs eines Getränks aufgezeichnet und das so eingegebene Profil abgespeichert. Dieses Profil kann dann zur Zubereitung und Ausgabe zukünftiger Getränke verwendet werden. Somit können mit der Kaffeemaschine 1 automatisiert von einem Barista individualisierte Kaffeevarianten hergestellt und ausgegeben werden.
Das Design der Kaffeemaschine 1, deren Funktion einem herkömmlichen Kaffeevollautomaten entspricht, ist hingegen einer professionellen Siebträgermaschine nachempfunden. Hierzu ist der Auslasskopf 4 an die Form eines Siebträger angepasst. In 3a ist ein erster Auslasskopf 4 gezeigt. Dieser besitzt einen Träger 4a, der ähnlich einem herkömmlichen Siebträger geformt und mit einem Griff 4b versehen ist. Der Griff 4b ist optional und kann auch weggelassen oder in anderer Form ausgeführt werden, etwa wie in 1 gezeigt als lediglich schmaler, nach vorne vorstehender Griffrand.
An der Oberseite des Trägers 4a ist eine kreisrunde Dichtfläche 20 ausgebildet, in der sich im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Öffnung 21 befindet, welche mit einem Doppelauslauf 22 an der Unterseite des Auslasskopfes korrespondiert. Unter den Doppelauslass 22 können zwei Espressotassen positioniert und gleichzeitig befüllt werden. Der Auslasskopf 4 ist auswechselbar ausgestaltet und wird in eine Aufnahme der Auslasseinrichtung 3 eingesetzt und dort verriegelt. Über die Dichtfläche 20 erfolgt eine dichtende Ankopplung und fluidische Verbindung zwischen Auslasskopf 4 und Auslasseinrichtung 3. In der Auslasseinrichtung 3 endet eine Kaffeeleitung, die von der Brühgruppe 11 zur Auslasseinrichtung 3 führt. Außerdem können weitere Leitungen für Getränkekomponenten wie Milch, Milchschaum oder Aromazusätzen zur Auslasseinrichtung 3 geführt sein. Entsprechende Auslassöffnungen in der Aufnahme der Auslasseinrichtung wirken mit der Dichtfläche 20 des Auslasskopfs 4 zusammen. Wird der in 3a gezeigte Auslasskopf 4 verwendet, so sind diese zusätzlichen Auslassöffnungen von der Dichtfläche 20 verschlossen, sodass außer Espressokaffee keine weiteren Getränkekomponenten ausgegeben werden können.
In der 3b sind zwei weitere wechselweise einsetzbare Auslassköpfe 4', 4" gezeigt. Bei dem linken Auslasskopf 4' sind beispielhaft vier Auslassöffnungen 21a, 21b, 21d und 21g vorhanden, die mit entsprechenden Auslässen in der Aufnahme der Auslasseinrichtung 3 korrespondieren. Somit können mit diesem Auslasskopf 4' insgesamt vier unterschiedliche Getränkekomponenten ausgegeben und gemischt werden. Beispielsweise können Kaffeegetränke mit Milchschaum sowie zusätzlichen flüssigen Aromazusätzen ausgegeben werden.
Der Auslasskopf 4 " besitzt zwei Öffnungen 21a, 21b, die mit Auslässen 22a, 22b an der Unterseite des Auslasskopfes 4" korrespondieren. Über diese Auslassöffnungen 21a, 21b und zugehörige Auslässe 22a, 22b können über die Auslasseinrichtung 3' zwei Getränkekomponenten ausgegeben werden. Die mittlere Auslassöffnung 21a dient zur Ausgabe von frisch gebrühtem Kaffee, die Auslasseinrichtung 21b für Milchschaum.
Somit können je nach Wahl des entsprechenden Auslasskopfes 4, 4', 4" unterschiedliche Getränke ausgegeben werden. Je nachdem, welches Getränk zubereitet und ausgegeben werden soll, wählt der Barista also den passenden Auslasskopf und koppelt diesen an die Auslasseinrichtung 3 an. Bevorzugt sind die Auslassköpfe 4, 4', 4" mit einem RFID-Tag versehen, der von einem an der Auslasseinrichtung 3 angeordneten RFID-Leser ausgelesen werden kann. Über den RFID-Tag können der Auslasskopf und die von diesem ausgebbaren Getränkekomponenten identifiziert werden, sodass über eine entsprechende Steuerung der Getränkezubereitungsvorrichtung an deren Benutzerschnittstelle 9 nur solche Getränke bzw. Getränkevarianten freigegeben und zur Auswahl angezeigt werden, die mit dem betreffenden Auslasskopf 4, 4', 4" ausgebbar sind. Durch einfaches Wechseln eines Auslasskopfes können somit andere Getränkevarianten bereitgestellt werden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform dient als Heißwasserbereiter 12 eine Heizpatrone mit geringer thermischen Masse, die ein schnelles Aufheizen ermöglicht. Die Heizpatrone weist einen zylindrischen Innenkörper und einen diesen umgebenden äußeren Mantel auf, wobei zwischen der Mantelfläche des Innenkörpers und der Innenseite des Mantels ein wendelförmig verlaufender Strömungskanal für zu erhitzendes Wasser ausgebildet ist. Neben einer geringen thermischen Masse ermöglicht eine solche Bauform einen besonders kompakten Aufbau.
Die elektrische Heizung ist bei dieser Bauform als Heizwendel ausgebildet, der innerhalb des zylindrischen Innenkörpers wendelförmig um dessen Mittelachse verlaufend in axial benachbarten Abschnitten des Innenkörpers angeordnet sind. Insbesondere können die Heizwendel um einen axial angeordneten hitzebeständigen Kern gewunden sein. Der Zwischenraum zwischen den Heizwendeln und der Außenhaut des Innenkörpers kann mit einem pulverförmigen Material wie etwa Magnesiumoxid oder ein anderes Oxid verfüllt sein, welches einerseits elektrisch isoliert, anderseits wärmeleitend ist.
Aufgrund der geringen thermischen Masse lässt sich über eine Regelung bzw. Variation der Heizleistung die Brühtemperatur während eines Getränkezubereitungsvorgangs verändern, sodass nicht nur mit variabler Durchflussrate und variablem Druck, sondern auch mit variabler Temperatur gebrüht werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2561778 A1 [0037]

Claims

Getränkezubereitungsvorrichtung zur automatisierten Ausgabe von Heißgetränken, insbesondere Kaffeegetränken, mit einem Heißwasserbereiter (12), einer Brühvorrichtung (11), der Heißwasser von dem Heißwasserbereiter (12) zuführbar ist, einer Wasserpumpe (13) zum Fördern von Wasser unter Druck in Richtung der Brühvorrichtung (11), einer über eine Heißgetränkeleitung mit der Brühvorrichtung (11) verbundenen Auslasseinrichtung (3) und einer Steuerungseinrichtung (10), die nach Vornahme einer Getränkeauswahl eine automatisierte Zubereitung und Ausgabe des gewählten Getränks steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) ausgebildet ist, den Brühdruck, mit dem das Heißwasser der Brühvorrichtung (11) zugeführt wird, oder die Durchflussrate, mit der das Heißwasser gefördert wird, über den Zubereitungsvorgang des gewählten Getränks nach einem vorgegebenen oder vorgebbaren Profil zu variieren und die Getränkezubereitungsvorrichtung (1) ein mechanisches Bedienelement (5) mit einem mit der Steuerungseinrichtung (10) verbunden elektrischen Abnehmer (5a) aufweist, um das Profil vorzugeben.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Variation des Brühdrucks über eine Regelung der Drehzahl der Wasserpumpe (13) erfolgt.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in Durchflussrichtung hinter der Brühvorrichtung (11) angeordneten, regelbaren Gegendruckventil (19), wobei die Variation des Brühdrucks oder der Durchflussrate über eine Verstellung einer Ventilöffnung des Gegendruckventils (19) erfolgt.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer vor oder hinter der Brühvorrichtung (11) angeordneten Messeinrichtung (17) zur Bestimmung eines Volumenstroms des Brühwassers oder einer Menge des bereits durchgeleiteten oder des noch durchzuleitenden Brühwassers und einem in Durchflussrichtung hinter der Brühvorrichtung (11) angeordneten, regelbaren Gegendruckventil (19), wobei die Steuerungseinrichtung (10) ausgebildet ist, den Brühdruck, mit dem das Heißwasser der Brühvorrichtung (11) zugeführt wird nach einem über das Bedienelement (5) vorgegebenen Druckprofil zu variieren und in Abhängigkeit von Messwerten der Messeinrichtung (17) während des Brühvorgangs die Durchflussrate des Brühwassers über das Gegendruckventil (19) derart zu regeln, dass während des Zubereitungsvorgangs unabhängig von dem über das Bedienelement (5) vorgegebenen Druckprofil eine für das gewählte Getränk vorgegebene Gesamtmenge an Brühwasser in einer vorgegebenen Gesamtdurchflusszeit durchgeleitet wird.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der das Gegendruckventil (19) als motorisch betriebenes Nadelventil ausgebildet ist und die Steuerungseinrichtung (10) durch Ansteuerung eines Antriebsmotors das Nadelventil weiter öffnet oder schließt.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Messeinrichtung (17) einen Durchflusssensor umfasst, der in Strömungsrichtung vor der Wasserpumpe (13) oder zwischen Wasserpumpe (13) und Brühvorrichtung (11) angeordnet ist.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Steuerungseinrichtung (10) ausgebildet ist, kontinuierlich oder zumindest mehrmals aus gemessenen Volumenstromwerten die Menge des bereits durchgeleiteten oder des noch durchzuleitenden Brühwassers zu ermitteln und, je nachdem, wieviel Brühwasser zur Erreichung der vorgegebenen Gesamtmenge in der verbleibenden Zeitspanne bis zum Erreichen der vorgegebenen Gesamtdurchflusszeit noch durch die Brühvorrichtung durchgeleitet werden muss, das Gegendruckventil (19) weiter zu öffnen oder weiter zu schließen, um den Volumenstrom zu erhöhen bzw. zu verringern.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das mechanische Bedienelement (5) als Bedienhebel ausgebildet ist, der aus einer Neutralstellung in eine erste Richtung ausgelenkt werden kann, um den Druck oder Durchflussrate zu erhöhen und in eine zweite Richtung, um Druck oder Durchflussrate zu reduzieren.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der bei Betätigung des Bedienelements (5) ein optisches, akustisches oder haptisches Bestätigungssignal ausgegeben wird.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung (10) einen Trainingsmodus aufweist, in welchem durch Betätigung des Bedienelements (5) ein Profil eingegeben wird und das eingegebene Profil für spätere automatisierte Produktbezüge abgespeichert wird.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einem an der Auslasseinrichtung (3) festlegbaren Auslasskopf (4, 4', 4") zur Ausgabe einer oder mehrerer über separate Lebensmittelleitungen zu der Auslasseinrichtung (3) geführter Getränkekomponenten umfasst und die Auslasseinrichtung (3) eine mechanische Schnittstelle zur dichtenden Ankopplung des Auslasskopfes (4, 4', 4") aufweist.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 8, welche eine Mehrzahl wechselweise an der Auslasseinrichtung (3) ankoppelbarer Auslassköpfe (4, 4', 4") für unterschiedliche Getränke oder Getränkegruppen umfasst.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der der Auslasskopf (4, 4', 4") in der Form eines Siebträgers ausgebildet ist, dessen Oberseite jedoch von einer mit Anschlussöffnungen (21, 21a, 21b, 21d, 21g) versehenen, aber ansonsten geschlossenen Dichtfläche (20) gebildet wird.
Getränkezubereitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Mahlwerk zum Mahlen von Kaffeebohnen, welches mit der Brühvorrichtung (11) zusammenwirkt, um diese automatisiert mit einer portionierten Menge frisch gemahlenem Kaffeepulver zu befüllen.