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Die Erfindung betrifft eine Brüheinheit einer Kolbenkaffeemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Kolbenkaffeemaschine mit einer solchen Brüheinheit.
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Brüheinheiten von Kolbenkaffeemaschinen sind in vielen Ausführungen bekannt. Innerhalb der Brüheinheit einer Kolbenkaffeemaschine wird Kaffeepulver in eine Brühkammer eingemahlen und dann zu einem Kaffeekuchen verpresst. Anschließend wird unter Überdruck erhitztes Wasser durch den Kuchen hindurchgeleitet, um so Geschmacksstoffe aus dem Pulver zu extrahieren. Nach dem Hindurchflie-ßen einer produktspezifischen Wassermenge wird das befeuchtete Kaffeepulver ausgepresst und der Kaffeekuchen (Trester) in den Tresterbehälter abgegeben.
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Es gibt unterschiedliche Antriebskonzepte, um die notwendigen Relativpositionen von Stempel, Douchette und Brühkammer anzufahren.
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Das Dokument
EP 2 907 427 B1 beschreibt einen nicht-linearen Getriebeabschnitt, durch welchen ein Kompromiss zwischen hohen Presskräften und gleichzeitig kurzen Verfahrzyklen erreicht wird. Zum Anfahren der verschiedenen Positionen werden die Funktionselemente mit großen Steigungen verfahren. Beim Verdichten des Kaffeepulvers wird der Antriebsmotor mit deutlich kleinerer Steigung untersetzt, um mit derselben Führung große Kräfte zu übertragen.
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Das Dokument
DE 10 2019 119 103 A1 betrifft eine Brüheinheit einer Kolbenkaffeemaschine. Die Brüheinheit ist als eine Spindelbrüheinheit mit einem Brühschlitten als Brühkammer, zwei Kolbeneinheiten als Douchette und Stempel, einem Antriebsmotor und mindestens einem Getriebe ausgebildet. Die Brüheinheit weist eine Doppelspindelanordnung mit einer Außenspindel und einer Innenspindel auf. Der Brühschlitten ist aus einer ersten Endstellung in eine Zwischenstellung, dann in eine zweite Endstellung und wieder zurück in die erste Endstellung verstellbar, wobei die Außenspindel ein Bewegungsgewinde aufweist, welches mit einer in dem Brühschlitten axial festgelegten Außenspindelmutter in Eingriff steht. Das Bewegungsgewinde der Außenspindel ist in der ersten Endstellung und in der zweiten Endstellung des Brühschlittens außer Eingriff mit der Außenspindelmutter und eine Geschwindigkeit des Brühschlittens beträgt null, auch wenn sich die Außenspindel weiter dreht. Eine Kolbenkaffeemaschine wird angegeben.
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Diese Ausführungen haben sich bewährt, doch im Zuge von Kosteneinsparungen bei Bauteilen, Funktionsgruppen, Montagezeiten und Wartung gibt es einen ständigen Bedarf für Verbesserungen.
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Die Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Brüheinheit einer Kolbenkaffeemaschine vorteilhaft weiterzuentwickeln, um eine verbesserte Brüheinheit und eine verbesserte Kolbenkaffeemaschine zu schaffen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Brüheinheit mit dem Merkmal des Anspruchs 1 und durch eine Kolbenkaffeemaschine mit dem Merkmal des Anspruchs 10.
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Eine erfindungsgemäße Brüheinheit einer Kolbenkaffeemaschine, wobei die Brüheinheit als eine Spindelbrüheinheit mit einem Brühschlitten als Brühkammer, zwei Kolbeneinheiten als Douchette und Stempel, einem Antriebsmotor und mindestens einem Getriebe ausgebildet ist, wobei die Brüheinheit eine Doppelspindelanordnung mit einer Außenspindel und einer Innenspindel aufweist, wobei die Außenspindel mit der Innenspindel über das mindestens eine Getriebe gekoppelt ist, wobei der Brühschlitten aus einer ersten Endstellung in eine Zwischenstellung, dann in eine zweite Endstellung und wieder zurück in die erste Endstellung verstellbar ist, wobei die Außenspindel ein Bewegungsgewinde aufweist, welches mit einer in dem Brühschlitten angeordneten Außenspindelmutter in Eingriff steht, zeichnet sich dadurch aus, dass das Bewegungsgewinde der Außenspindel in der ersten Endstellung des Brühschlittens außer Eingriff mit der Außenspindelmutter ist, wobei eine Geschwindigkeit des Brühschlittens null beträgt, auch wenn sich die Außenspindel weiter dreht, wobei der Brühschlitten in der ersten Endstellung mittels einer Halteeinrichtung fixiert ist, und dass das Bewegungsgewinde der Außenspindel in der zweiten Endstellung des Brühschlittens in Eingriff mit der Außenspindelmutter bleibt und der Antriebsmotor ausgeschaltet ist.
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Ein Vorteil hierbei besteht darin, dass sich damit auf einfache Weise eine Ruhestellung des Brühschlittens in der jeweiligen Endstellung ermöglichen lässt, wobei trotzdem die Außenspindel angetrieben durch den Antriebsmotor die Innenspindel über das Getriebe weiter antreibt um die Innenspindel und somit die Douchette zu positionieren. Ein weiterer Motor ist nicht erforderlich
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Eine erfindungsgemäße Kolbenkaffeemaschine weist die oben beschriebene Brüheinheit auf, wobei ein Vorteil in einem kompakten Aufbau besteht.
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In einer Ausführung weist der Brühschlitten ein erstes Vorschubgetriebe mit der Außenspindelmutter und der Halteeinrichtung auf. Es ergibt sich ein vorteilhaft einfacher und kompakter Aufbau.
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Es ist in einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass die Außenspindelmutter mit einem axialen Spiel in einer Aufnahme des Brühschlittens angeordnet ist, wobei eine erste Stirn-/Kontaktseite (13d) der Außenspindelmutter mit einer ersten Druckseite der Aufnahme in der ersten Endstellung in Kontakt steht, wobei eine zweite Stirn-/Kontaktseite der Außenspindelmutter und eine zweite Druckseite der Aufnahme durch das Spiel beabstandet sind, und wobei die zweite Stirn-/Kontaktseite der Außenspindelmutter und die zweite Druckseite der Aufnahme in Kontakt stehen und das Spiel zwischen der ersten Stirn-/Kontaktseite der Außenspindelmutter und der ersten Druckseite der Aufnahme angeordnet ist, wenn das Bewegungsgewinde der Außenspindel und die Außenspindelmutter in Eingriff stehen. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass ein so genannter „Einspindelvorgang“ verbessert wird, da auf diese Weise ein lastfreies Einspindeln des Brühschlittens erfolgt.
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Eine noch weitere Ausführung sieht vor, dass zumindest eine Kontaktseite des Gewindebereichs des Innengewindes der Außenspindelmutter mit Segmenten segmentiert ist, wobei die Segmente am Umfang der zumindest einen Kontaktseite der Außenspindelmutter um das Innengewinde herum untereinander beabstandet angeordnet sind, jeweils eine federnde Wirkung aufweisen und von der jeweiligen Kontaktseite der Außenspindelmutter hervorstehen. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein Verkanten zwischen der Außenspindelmutter und dem Bewegungsgewinde der Außenspindel beim Einspindelvorgang vermieden.
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In einer anderen Ausführung ist die Innenspindel mit der verstellbaren Douchette oder dem verstellbaren Stempel verbunden und über ein zweites Vorschubgetriebe mit dem Antrieb gekoppelt, und der Stempel oder die Douchette ortsfest ist angeordnet, wobei der verstellbare Brühschlitten mittels der Außenspindel und mindestens einer Führungsstange längsverschiebbar geführt ist, und dass die Douchette oder der Stempel innerhalb des Brühschlittens längsverschiebbar geführt ist, wobei der Brühschlitten und die Douchette oder der Stempel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in gemeinsamen Bewegungsrichtungen verstellbar sind. Dies ergibt einen vorteilhaft einfachen und kostengünstigen Aufbau. Zudem sind vorteilhaft sehr hohe Verstellgeschwindigkeiten realisierbar.
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In einer weiteren Ausführung ist die Douchette mittels einer aktivierten, steuerbaren Mitnehmereinrichtung mit dem Brühschlitten gekoppelt, wenn eine Kopplung zwischen der Außenspindel und dem Brühschlitten über das erste Vorschubgetriebe und im Bereich eines Umkehrspiels der Außenspindelmutter in Bezug auf den Brühschlitten aufgehoben ist, um die Bewegung der Douchette auf den Brühschlitten zu übertragen. Damit ist eine vorteilhaft einfache Kopplung ermöglicht.
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Es ist dabei zudem vorteilhaft, wenn die steuerbare Mitnehmereinrichtung als eine steuerbare Stößeleinrichtung ausgebildet ist, da so ein kompakter Aufbau ermöglicht ist.
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Eine noch weitere Ausführung sieht vor, dass die steuerbare Stößeleinrichtung einen hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Stößelantrieb aufweist. Damit wird eine vorteilhaft einfache Antriebsmöglichkeit erreicht.
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Es ist dabei in einer noch weiteren Ausführung vorgesehen, dass der Stößelantrieb mit einer hydraulischen, pneumatischen oder mechanisch aktivierbaren Douchettedichtung der Douchette verbunden ist. Auf diese Weise ist eine vorteilhaft einfache Ansteuerung des Stößelantriebs realisiert.
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In einer Ausführung weist die Halteeinrichtung einen Permanentmagnet, einen elektrische steuerbaren Elektromagnet oder eine mechanische Verriegelung auf. Permanentmagnet und Elektromagnet sind vorteilhaft kostengünstige Bauteile hoher Qualität, wobei eine mechanische Verriegelung den Vorteil eines einfachen Aufbaus ohne elektrische Installationen bietet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Variante unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Figuren dienen nur zur näheren Erläuterung der Erfindung und sind nicht beschränkend für die Erfindung. Einzelne beschriebene Merkmale können im Rahmen des allgemeinen Fachwissens auch für sich genommen in weitere Ausführungsvarianten übertragen werden. Es zeigen:
- 1: eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brüheinheit einer Kaffeemaschine in einer ersten Position;
- 2-3: verschiedene schematische Ansichten der Brüheinheit nach 1 in der ersten Position;
- 4-6: verschiedene schematische Ansichten der Brüheinheit nach 1 in einer zweiten Position;
- 7-9: verschiedene schematische Ansichten der Brüheinheit nach 1 in einer dritten Position;
- 10-11: verschiedene schematische Ansichten der Brüheinheit nach 1 in einer Mitnahmeposition;
- 12-14: verschiedene schematische Ansichten der Brüheinheit nach 1 in einer vierten Position;
- 15-16: verschiedene schematische Ansichten der Brüheinheit nach 1 in einer Endposition;
- 17: eine schematische Schnittansicht längs Linie XVII in 2;
- 18: eine schematische, vergrößerte Schnittansicht einer Stößeleinrichtung;
- 19-20: schematische Schnittansichten einer Außenspindelmutter;
- 21 eine schematische Ansicht einer Antriebsseite der Brüheinheit nach 1;
- 22-24 schematische Schnittansichten längs Linie XXII-XXIII-XXIV in 21;
- 25-27 schematische Ansichten einer Variante der Außenspindelmutter;
- 28 eine schematische Seitenansicht der Brüheinheit mit der Variante der Außenspindelmutter nach 25-27; und
- 29 eine schematische Schnittansicht der Variante der Außenspindelmutter im eingebauten Zustand.
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Koordinaten x, y, z sind in den Figuren zur Orientierung angegeben.
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In 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brüheinheit 1 einer Kolbenkaffeemaschine dargestellt. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Oberseite der Brüheinheit 1 in einer x-y-Ebene nach 1. Eine schematische Längsschnittansicht der Brüheinheit 1 nach 1-2 in einer x-z-Ebene ist in 3 dargestellt.
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Bei dem hier aufgeführten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine horizontale Brüheinheit 1. Die Ausführung kann auch auf eine vertikale Brüheinheit 1 oder eine mit beliebig anderen Neigungswinkeln übertragen werden. Die Brüheinheit 1 ist eine Spindelbrüheinheit.
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Die Brüheinheit 1 umfasst hier einen Brühschlitten 2, der auch als Brühkammer bezeichnet wird, eine Außenspindel 3, mindestens eine Führungsstange 4 (in dem gezeigten Beispiel sind es zwei Führungsstangen 4), eine erste Grundplatte, die hier als Antriebsplatte 5 bezeichnet wird, und eine zweite Grundplatte, die hier Stempelplatte 6 genannt wird, eine Innenspindel 7, zwei Kolbeneinheiten, nämlich eine so genannte Douchette 9 und einen Stempel 10, und mindestens einen nicht gezeigten Antriebsmotor.
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Das System bietet die Möglichkeit, die erforderlichen Relativpositionen zwischen dem Stempel 10, der Douchette 9 und dem Brühschlitten 2 der Brüheinheit 1 für eine nicht gezeigte Kolbenkaffeemaschine mittels einer Doppelspindelanordnung und einem Antrieb zu realisieren.
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Über den Antriebsmotor erfolgt eine relative Bewegung zwischen Stempel 10 und Douchette 9 in x-Richtung, sodass der Abstand zwischen ihnen verändert werden kann. Über verschiedene Motormomente können dann definierte Presskräfte eingestellt werden. Gleichzeitig erfolgt eine Bewegung des Brühschlittens 2. Damit ist es möglich, eine Füllposition für das Kaffeepulver zu realisieren, einen abgedichteten Brühkammerraum zu schaffen und schließlich den ausgepressten Kaffeekuchen abwerfen zu können.
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Hierbei werden die Douchette 9 und der Brühschlitten 2 in verschiedene Positionen in x-Richtung verfahren, wobei der Stempel 10 hier ortsfest an der Stempelplatte 6 befestigt ist.
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Die Doppelspindelanordnung umfasst die Außenspindel 3 und die Innenspindel 7.
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Die Außenspindel 3 verstellt den Brühschlitten 2, die Innenspindel 7 verstellt die Douchette 9.
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Die Außenspindel 3 ist mit dem Brühschlitten 2 über ein erstes Vorschubgetriebe 12 gekoppelt. Dies wird unten noch ausführlich beschrieben.
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Zudem wird der Brühschlitten 2 von der Douchette 9 mittels einer Mitnehmereinrichtung zur Überwindung eines so genannten Umkehrspiels mitgenommen. Die steuerbare Mitnehmereinrichtung ist als eine steuerbare Stößeleinrichtung 22 ausgebildet und wird unten noch näher erläutert.
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Innerhalb dieses Umkehrspiels, welches ein bestimmtes Maß in x-Richtung aufweist (siehe Spiel 32 in 24), ist der Brühschlitten 2 außer Eingriff mit der Außenspindel. Dabei ist eine Kopplung zwischen der Außenspindel 3 und dem Brühschlitten 2 durch das erste Vorschubgetriebe 12 aufgehoben. Wenn diese Kopplung in der ersten Endstellung und im Bereich des Umkehrspiels aufgehoben ist, erfolgt eine Kopplung des Brühschlittens 2 über die Stößeleinrichtung 22 mit der Douchette 9, um die Bewegung der Douchette 9 auf den Brühschlitten 2 zu übertragen, wenn keine Kopplung zwischen der Außenspindel 3 und dem Brühschlitten 2 vorliegt. Dies wird unten weiter noch erläutert.
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Der Brühschlitten 2 wird aus einer Parkstellung, die eine erste Endstellung des Brühschlittens 2 ist, in eine Zwischenstellung, dann in eine zweite Endstellung und wieder zurück in die erste Endstellung verstellt. Dabei wird die Douchette 9 in unterschiedliche Positionen in Bezug auf den Brühschlitten 2 und den Stempel 10 verfahren.
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Die Parkstellung des Brühschlittens 2 ist in 1-3 dargestellt.
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Die Zwischenstellung des Brühschlittens 2 wird auch als Satzabwurfstellung bezeichnet und ist in 12-14 gezeigt.
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Schließlich zeigen 15 und 16 die zweite Endstellung des Brühschlittens 2.
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Die Douchette 9 ist immer in dem Brühschlitten 2 innerhalb eines Brühzylinders 20 des Brühschlittens 2 angeordnet und kann unterschiedliche Relativstellungen zu dem Brühschlitten 2 einnehmen. Diese Relativstellungen werden durch die Bewegungen der Douchette 9 aufgrund der Innenspindel 7 und durch die Bewegungen des Brühschlittens 2, der von der Außenspindel 3 verstellbar ist, unabhängig voneinander ermöglicht.
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Der Stempel 10 kann sich dabei außerhalb oder innerhalb des Brühschlittens 2 befinden. Da der Stempel 10 hier ortsfest angeordnet ist, sind die Relativstellungen/-bewegungen des Brühschlittens 2 und der Douchette 9 zu dem Stempel 10 durch die Innenspindel 7 (Douchette 9) und die Außenspindel 3 (Brühschlitten 2) ermöglicht. Es ist auch denkbar, dass der Stempel 10 verstellbar sein kann.
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Die Douchette 9 (oder der Stempel 10) und der Brühschlitten 2 weisen immer eine gemeinsame Fahrtrichtung auf, haben allerdings unterschiedliche Geschwindigkeiten (Differenzgeschwindigkeiten), um dadurch die notwendigen Relativstellungen zwischen diesen beiden Bauteilen zu erreichen.
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Eine Ausnahme bildet jedoch die Parkstellung des Brühschlittens 2 (1-9). In der Parkstellung ist der Brühschlitten 2 mittels einer Halteeinrichtung HR an der Stempelplatte 6 fixiert (siehe 19 und 22) und steht außer Eingriff mit der Außenspindel. Dann ist eine unabhängige Verstellbewegung der Douchette 9 in Bezug auf den Brühschlitten 2 ermöglicht.
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Zur Erleichterung der Darstellung dieser Fahrtrichtungen ist in jeder Figur ein Doppelpfeil Bewegungsrichtung BR mit zwei längs der x-Achse gegenläufigen Bewegungsrichtungen BR1 und BR2 angegeben.
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Auf diese Weise kann die Brüheinheit 1 in die folgenden Positionen verstellt werden.
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1-3 zeigen eine geschlossene Position (erste Position).
Eine Füllposition (zweite Position) ist in 4-6 gezeigt.
7-9 stellen eine Brühposition (dritte Position) dar.
Eine Mitnahmeposition ist in 10-11 dargestellt.
Eine Satzabwurfposition (vierte Position), die auch offene Position genannt wird, ist in 12-14 gezeigt.
15 und 16 stellen eine Endposition bzw. Endlage dar.
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Diese Positionen werden unten noch näher erläutert.
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Die Außenspindel 3 mit einer Außenspindelachse 3a, die Führungsstangen 4 mit Führungsachsen 4a und die Innenspindel 7 mit einer Innenspindelachse 7a sind parallel zueinander angeordnet. Die Bewegungsrichtungen BR1 und BR2 verlaufen parallel zu diesen Achsen 3a, 4a, 7a.
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Die Antriebsplatte 5 und die Stempelplatte 6 der Brüheinheit 1 weisen hier rechteckige Platten auf, die parallel zueinander und rechtwinklig zu den Achsen 3a, 4a, 7a angeordnet sind.
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An der in 1 links angeordneten Antriebsplatte 5 ist eine weitere Platte 8 parallel zu der Antriebsplatte 5 befestigt, welche eine Halterung für einen nicht gezeigten Antriebsmotor, der nur durch ein Bezugszeichen Antrieb 14 angedeutet ist, und ein Getriebe (z.B. Zahnriemen oder/und Zahnräder) bildet. Das nicht gezeigte Getriebe koppelt die Drehbewegungen der Innenspindel 7 und der Außenspindel 3. Die Platte 8 ist in 21 dargestellt und bildet eine Halterung für ein Gehäuse 15a eines zweiten Vorschubgetriebes 15 und für nicht näher beschriebene Medienanschlüsse.
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Die Außenspindel 3 ist mit einem Antriebsende 3b an der Antriebsplatte 5 gelagert. Das andere Ende der Außenspindel ist als Lagerende 3c an der Stempelplatte 6 gelagert. Die Außenspindel 3 weist ein Außengewinde als Bewegungsgewinde 3d auf, das mit dem ersten Vorschubgetriebe 12 des Brühschlittens 2 zusammenwirkt.
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An der Stempelplatte 6 ist der Stempel 10 befestigt. Der Stempel 10, die Douchette 9, der Brühschlitten 2 und die Innenspindel 7 sind koaxial zu einer Brühschlittenachse 2a angeordnet. Die Brühschlittenachse 2a verläuft hier in der Innenspindelachse 7a.
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Die Außenspindel 3 und die Führungsstangen 4 verbinden die Antriebsplatte 5 und die Stempelplatte 6 miteinander. Die Führungsstangen 4 sind über ihre gesamte Länge jeweils mit einer Seitenwand 11, 11 a nach außen verdeckt. Dabei ist die jeweilige Seitenwand 11 an der Unterseite mit einer jeweiligen unteren Seitenwand 11 a verbunden oder einstückig verbunden. Die unteren Seitenwände 11a sind in Bezug auf die jeweilige obere Seitenwand 11 nach innen umgekantet.
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17 stellt eine schematische Schnittansicht längs Linie XVII in 2 dar.
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Die Innenspindel 7 steht mit einem zweiten Vorschubgetriebe 15 in Eingriff. Das zweite Vorschubgetriebe 15 umfasst das Gehäuse 15a, einen Deckel 16 mit einem Langloch 16a (siehe 17), eine Innenspindelmutter 17 mit einem Innengewinde 17b, und Lager 18, 18a, 18b.
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Das Gehäuse 15a ist mit einem Ende an der Antriebsplatte 5 über mit der Platte 8 befestigt. Das andere Ende des Gehäuses 15a ist mit dem Deckel 16 verschlossen. Innerhalb des Gehäuses 15a ist die Innenspindelmutter 17 mit den Lagern 18, 18a, 18b gelagert. Das Lager 18 ist ein Axiallager und stützt sich an einem Kragen 17a der Innenspindel 17 ab. Die Lager 18a und 18b sind als Radiallager bzw. Rillenkugellager ausgebildet.
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Der Kragen 17a der Innenspindelmutter 17 befindet sich an einem Ende der Innenspindelmutter 17 in der Nähe des Deckels 16 und weist zu der Stempelplatte 6. Das andere Ende der Innenspindelmutter 17 erstreckt sich durch die Antriebsplatte 5 zu der Platte 8 und steht über das Getriebe mit der Außenspindel 3 in Zusammenwirkung.
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Die Innenspindelmutter 17 weist eine Durchgangsbohrung 17c auf, welche in dem zum Deckel 16 weisenden Teil mit einem Innengewinde 17b ausgebildet ist, welches mit einem Spindelende 7c eines Außengewindes (Bewegungsgewinde 7b) der Innenspindel 7 in Eingriff steht. Das Innengewinde 17b der Innenspindelmutter 17 und das Außengewinde (Bewegungsgewinde 7b) der Innenspindel 7 korrespondieren miteinander.
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Die Innenspindel 7 ist zudem mit einer beidseitigen Abflachung 7e versehen (am besten in 17 erkennbar), welche zusammen mit dem Langloch 16a des Deckels 16 (siehe 17) eine Verdrehsicherung der Innenspindel 7 bildet. Auf diese Weise ist die Innenspindel 7 verdrehfest angeordnet. Die Innenspindelmutter 17 ist mittels des Antriebs 14 um die Innenspindelachse 7a verdrehbar und bewirkt über das Bewegungsgewinde 7b/17b eine Linearbewegung der feststehenden Innenspindel 7 und somit der Douchette 9.
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Die Abflachung 7e kann z.B. direkt auf dem Außengewinde 7b der Innenspindel 7 dergestalt angebracht werden, dass Vorschub-und Verdrehsicherungsfunktion geometrisch parallel geschaltet sind. Alternativ können das Außengewinde (Bewegungsgewinde 7b) und die Abflachung 7e hintereinander angeordnet sein. Dadurch wird eine Abwandlung des Außengewindes (Bewegungsgewinde 7b) vermieden, aber die Gestalt der Innenspindel 7 um den Maximalhub der Douchette 9 verlängert.
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Die Innenspindel 7 umfasst die Innenspindelachse 7a, das Bewegungsgewinde 7b, das erste Spindelende 7c, ein zweites Spindelende 7d und die Abflachungen 7e. Weiterhin weist die Innenspindel 7 einen Gewindeauslauf 7f des Bewegungsgewindes 7b auf, der zu der Stempelplatte 6 weist und einem Bund 7g benachbart ist. Der Bund 7g bildet einen Anschlag in Zusammenwirkung mit dem Deckel 16 und somit eine Endstellung der Douchette 9 in Bewegungsrichtung BR1 in Richtung auf die Antriebsplatte 5 (siehe 6). Dabei erstreckt sich das Spindelende 7c durch den Teil der Durchgangsbohrung 17c ohne Innengewinde 17b nach au-ßen durch die Antriebsplatte 5 und eine Öffnung der Platte 8 (6).
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Der Brühschlitten 2 weist ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse mit einem kreisförmigen Querschnitt und der Brühschlittenachse 2a auf. In dem Gehäuse ist ein Brühzylinder 19 mit einem Brühraum 25, der ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, koaxial zu der Brühschlittenachse 2a angeordnet.
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Der Brühzylinder 19 weist eine erste Stirnseite 19a auf, die zur Stempelplatte 6 weist. Gegenüberliegen ist der Brühzylinder 19 mit einer zweiten Stirnseite 19b versehen, die zur Antriebsplatte 5 weist.
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In den Brühzylinder 19 ist eine Öffnung 19c in seine umlaufende Wand eingebracht, welche mit einer Einfüllöffnung 2c des Gehäuses des Brühschlittens 2 kommuniziert. Im Bereich der ersten Stirnseite 19a des Brühzylinders 19 ist umlaufend in einem Endbereich des Gehäuses des Brühschlittens 2 eine Dichtung 19d angeordnet, welche den Brühzylinder 19 gegenüber dem Gehäuse des Brühschlittens 2 abdichtet.
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Der Brühraum 25 des Brühzylinders 19 des Brühschlittens 2 nimmt die Douchette 9 und den Stempel 10 in bestimmten Positionen der Brüheinheit 1 auf, die unten noch detailliert beschrieben werden. Die Douchette 9 und der Stempel 10 sind relativ zu dem Brühzylinder 19 in dem Brühraum 19 in den Bewegungsrichtungen BR1 und BR2 verschiebbar geführt. Wenn sich die Douchette 9 und der Stempel 10 beide in bestimmten Positionen der Brüheinheit 1 in dem Brühraum 25 befinden, stehen sie sich in unterschiedlichen Abständen gegenüber.
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Der Brühschlitten 2 wirkt mit dem Stempel 10 dergestalt zusammen, dass der Brühzylinder 19 des Brühschlittens 2 mit der zu seiner ersten Stirnseite 19a gehörenden Öffnung über den Stempel 10 bewegt wird, wobei der Brühraum 19 an seiner zur Stempelplatte 6 weisenden Seite dann mit einer Stempeldichtung 10a abgedichtet wird. Die Stempeldichtung 10a ist eine verstellbare Dichtung, z.B. eine hydraulisch aktivierbare und deaktivierbare Dichtung.
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Der Brühschlitten 2 wird über die Führungsstange 4 zwischen der Antriebsplatte 5 und der Stempelplatte 6 in beiden Bewegungsrichtungen BR1 und BR2 verschiebbar geführt.
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Die Außenspindel 3 erstreckt sich durch das erste Vorschubgetriebe 12 hindurch. Das Vorschubgetriebe 12 ist in einer Aufnahme 2c an einer Außenseite des Brühschlittens 2 angeordnet und weist eine Außenspindelmutter 13 auf (19). Die Außenspindelmutter 13 ist mit einem Innengewinde 13b versehen, welches mit dem Außengewinde (Bewegungsgewinde 3d) der Außenspindel 3 korrespondiert.
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Das Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 steht mit dem Innengewinde 13b der Außenspindelmutter 13 in Eingriff, wobei das Bewegungsgewinde 3d jedoch in der Ruhestellung (1-11) des Brühschlittens 2 außer Eingriff mit der Außenspindelmutter 13 kommt. Dies wird unten noch im Zusammenhang mit 19 und 22-24 im Detail erläutert.
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Die Bewegungsmechanik der Brüheinheit 1 basiert auf zwei Gewindespindeltrieben, nämlich auf der Außenspindel 3 und der Innenspindel 7. Das Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 und das Bewegungsgewinde 7b der Innenspindel 7 weisen unterschiedliche Gewindesteigungen auf.
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Die Außenspindel 3 ist mit der Innenspindel 7 über das Getriebe zwischen der Antriebsplatte 5 und der Platte 8 miteinander synchronisiert.
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Das Getriebe ist hier als Zugmittelgetriebe mit Zahnriemen ausgebildet (siehe 21). Es ist auch möglich, dass das Getriebe mit Zahnrädern oder in Kombination mit Zahnriemen aufgebaut sein könnte. Auch könnte das Getriebe mehrstufig sein.
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Die Außenspindel 3 ist beispielsweise die Antriebswelle der Brüheinheit 1 und sorgt über die an dem Brühschlitten 2 in dessen Aufnahme 2c verdrehgesichert montierte Außenspindelmutter 13 für eine lineare Bewegung des Brühschlittens 2.
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Die Kopplung mittels des Getriebes sorgt gleichzeitig für eine Drehbewegung der Innenspindelmutter 17, welche in Eingriff mit dem Bewegungsgewinde 7b der Innenspindel 7 steht. Dadurch erfolgt eine lineare Bewegung der Douchette 9, die an dem zweiten Spindelende 7d der Innenspindel 7 befestigt ist. Eine Verdrehsicherung der Innenspindel 7 über die Abflachungen 7e in Zusammenwirkung mit dem Langloch 16a in dem Deckel 16, sorgt dafür, dass die Douchette 9 und die Innenspindel 7 nicht um die eigene Achse (Innenspindelachse 7a) mitgedreht werden, sondern lediglich axial in den Bewegungsrichtungen BR1, BR2 verfährt.
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Das Bewegungsgewinde 7b der Innenspindel 7 weist eine kleinere Steigung als das Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 auf. Aus diesem Grund ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Brühschlittens 2 um ein Vielfaches größer als die der Douchette 9 mit der Innenspindel 7. Vorteilhaft wird die Steigung der Innenspindel 7 so gewählt, dass diese während des Brühprozesses selbsthemmend wirkt.
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Die Douchette 9 und der Stempel 10 sind in der Brüheinheit 1 so angeordnet, dass sich ihre Stirnseiten gegenüberstehen.
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Die Douchette 9 ist mit der Innenspindel 7 fest verbunden und weist eine an ihrer Außenseite umlaufende verstellbare Douchettedichtung 9a auf. Die Douchettedichtung 9a ist eine verstellbare Dichtung, z.B. eine hydraulisch aktivierbare und deaktivierbare Dichtung.
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Die Douchette 9 und die Douchettehülse 20 sind mittels der Innenspindel 7 in dem Brühraum 25 und in den Brühraum 25 des Brühzylinders 19 in den Bewegungsrichtungen BR1 und BR2 verschiebbar. Durch die zu der zweiten Stirnseite 19b gehörende Öffnung des Brühzylinders 19 wird die Douchette 9 in den Brühzylinder 19 eingeführt.
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Zudem ist an der zur Antriebsplatte 5 weisenden Seite der Douchette 9 eine Douchettehülse 20 mit einem Boden 20a angebracht, welche sich mit einem Innenraum 21 über einen Abschnitt der Innenspindel 7 in Richtung auf die Antriebsplatte 5 hin erstreckt. Ein Endabschnitt 20b der Douchettehülse 20 weist eine Öffnung zu dem Innenraum 21 auf, dessen Innendurchmesser mit einem Außendurchmesser des Gehäuses 15a des zweiten Vorschubgetriebes 15 korrespondiert.
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An der Außenseite der Douchettehülse 20 ist die Stößeleinrichtung 22 angeordnet, welche einen Stößel 23 aufweist. Der Stößel 23 ist in radialer Richtung aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung und zurück mittels eines Stößelantriebs 24 verstellbar. Der Stößelantrieb 24 ist dergestalt ausgebildet, dass der Stößel 23 hier über hydraulische Leitungen 24a, 24c mit der hydraulischen Dichtung 9a der Douchette kommuniziert (siehe 6). Dabei steht eine erste Leitung 24a mit der Stößeleinrichtung 22 in Verbindung und ist in einem Leitungsabschnitt 20c des Bodens 20a der Douchettehülse 20 angeordnet, hier: eingeformt. Die erste Leitung 24a ist über einen Leitungsverbinder 24b mit der zweiten Leitung 24c in dem Körper der Douchette 9 verbunden. Der Leitungsverbinder 24b ist über Dichtungen 24d sowohl zu dem Boden 20a der Douchettehülse 20 als auch zu dem Körper der Douchette 9 abgedichtet. Die zweite Leitung 24c kommuniziert mit der hydraulischen Douchettedichtung 9a.
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In seiner ersten Stellung ist eine Oberkante des Stößel 23 unterhalb der Außenseite der Douchettehülse 20 bzw. plan mit dieser (6).
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Wenn die Douchettedichtung 9a aktiviert wird, z.B. durch eine Druckerhöhung eines Hydraulikmediums (es kann auch Druckluft sein), wird der Stößel 23 aus seiner ersten Stellung (siehe 6, 9, 14, 16) in seine zweite Stellung (siehe 3 und 11) radial nach außen verstellt und steht von der Außenseite der Douchettehülse 20 hervor.
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Der Stößel 23 steht in seiner zweiten Stellung in die Öffnung 19c des Brühzylinders 19 hervor. Auf diese Weise kann eine Bewegung der Douchette 9 mittels der Innenspindel 7 auf den Brühzylinder 19 übertragen werden, wenn die Außenspindelmutter 13 außer Eingriff mit dem Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 steht.
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Dies ist der Fall, wenn die Außenspindelmutter 13 des Brühzylinders 19 bei seiner Bewegung in Bewegungsrichtung BR2 in Richtung auf die Stempelplatte 6 außer Eingriff mit dem Bewegungsgewinde der Außenspindel 3 gerät. Dann wird der Stößel 23 der Stößeleinrichtung 22 zusammen mit der Dichtung 9a der Douchette 9 aktiviert, steht in die Öffnung 19c des Brühzylinders 19 hervor, kommt in Anschlag mit einer zu der Stempelplatte 6 weisenden Wand der Öffnung 19c und überträgt die Bewegung der Douchette 9 auf den Brühzylinder 2, bis dieser bzw. die erste Stirnseite 9a des Brühzylinders 19 in seiner Ruhestellung über dem Stempel 10 steht, wobei ein Element der Halteeinrichtung HR zum Anschlag an einer Innenseite 6a der Stempelplatte 6 kommt (siehe 19 und 22).
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In 18 ist eine schematische, vergrößerte Schnittansicht der Stößeleinrichtung 22 dargestellt.
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Die Stößeleinrichtung 22 umfasst den Stößel 23 mit dem Stößelantrieb 24, einen Stößelhalter 26 und Dichtungen 27, 27a.
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Der Stößel 23 ist ein zylindrisches Bauteil mit einer Stößelachse 23, einem Stö-ßelkörper 23b, einem Zwischenabschnitt 23c und zwei Bunden 23d, 23e. Der Stö-ßelkörper 23b ist an seinem oberen Ende mit einer kegeligen Fase versehen und an seinem unteren Ende über den ersten Bund 23d mit dem Zwischenabschnitt 23c verbunden, dessen freies Ende mit dem zweiten Bund 23e abschließt. Ein Außendurchmesser des Stößelkörpers 23b ist etwas größer als ein Außendurchmesser des Zwischenabschnitts 23c. Die Außendurchmesser der Bunde 23d, 23e sind gleich groß und größer als der Außendurchmesser des Stößelkörpers 23b.
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Der Stößelhalter 26 ist kreiszylindrisch, und an seinem oberen Ende mit einem umlaufenden Kragen 26a versehen. In den Kragen 26a ist mittig eine Durchgangsöffnung 26b eingeformt, deren Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser des Stößelkörpers 23b korrespondiert. An den Kragen 26a schließt sich nach unten ein hohlzylindrischer Führungskörper 26c mit einem Befestigungsabschnitt 26d und mit einem Innenraum 26e an. Der Innenraum 26e ist kreiszylindrisch. Sein Innendurchmesser korrespondiert mit dem Außendurchmesser der Bunde 23c, 23d des Stößels 23. Der Innenraum 26e ist nach unten geöffnet.
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Der Stößel 23 ist derart in den Stößelhalter 26 eingesetzt, dass der Stößelkörper 23b sich durch die Durchgangsöffnung 26b nach außen erstreckt und die Bunde 23d, 23e in dem Innenraum 26e angeordnet sind. Dabei ist der Stößel 23 verschiebbar in dem Stößelhalter 26 geführt. Der Stößel 23 und der Stößelhalter 26 sind koaxial zu der Stößelachse 23a angeordnet.
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Zwischen den Bunden 23d und 23e ist die Dichtung 27a, z.B. ein O-Ring, angeordnet und dichtet den Stößel 23 gegenüber einer Innenwand des Innenraums 26e des Stößelhalters 26 ab.
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Der Stößelhalter 26 mit dem Stößel 23 ist in einer Aufnahme 20e der Duchettehülse 20 mit dem Kragen 26a des Stößelhalters 26 angeordnet. Dabei befindet sich die Dichtung 27, z.B. ein O-Ring, zwischen einer Unterseite des Kragens 26a des Stößelhalters 26 und einem Absatz der Aufnahme 20. Der Stößelhalter 26 ist hier mit seinem Befestigungsabschnitt 26d, z.B. mit einem Außengewinde, in ein dazu korrespondierendes Innengewinde der Aufnahme 20 eingeschraubt.
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Die Aufnahme 20 ist an ihrer Unterseite mit der ersten Leitung 24a des Stößelantriebs 24 kommunizierend verbunden, wobei der Innenraum 26e mit der ersten Leitung 24 des Stößelantriebs 24 kommuniziert.
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In 18 ist der Stößel 23 in seiner zweiten Stellung hervorstehend in die Öffnung 19c des Brühzylinders 19 gezeigt. In dieser zweiten Stellung des Stößels 23 ist der Stößelantrieb 24 mit hydraulischem Medium unter Druck gesetzt und übt auf den unteren Bund 23e des Stößels 23 eine nach oben (hier in z-Richtung) gerichtete Kraft aus. Diese Kraft drückt den Stößel 23 nach oben heraus und den oberen Bund 23d des Stößels 23 gegen die Unterseite des Kragens 26a des Stößelhalters 26. Damit ist die zweite Stellung des Stößels 23 begrenzt.
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18 zeigt das obere Ende des Stößels 23 in Kontakt mit einer Fase der Öffnung 19c des Brühzylinders 19. Die Fase hat die Aufgabe, den Stößel 23 bei einer Bewegung der Douchette 9 mit der Douchettehülse 20 in x-Richtung auf die Antriebsseite hin wieder in seine erste Stellung in den Stößelhalter 26 zurückzuschieben. Dabei wird der Stößelantrieb 24 drucklos geschaltet. Dies ist bei der Mitnahme des Brühschlittens 2 aus der Ruhestellung des Brühschlittens 2 notwendig, wenn die Außenspindelmutter 13 des Brühschlittens 2 wieder in Eingriff mit dem Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 kommt. Der Grund hierfür besteht darin, dass das Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 und das Bewegungsgewinde 7b der Innenspindel 7 unterschiedliche Steigungen aufweisen, wie oben schon angegeben ist.
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Alternativ ist eine dauerhafte Anfederung des Stößels 23 denkbar, der zur Zwangsmitnahme des Brühschlittens 2 (Einspindelung) führt. Dabei würde es prinzipiell drei Betriebszustände geben:
- 1) Stößel 23 im Eingriff (Zwangsmitnahme)
- 2) Stößel 23 eingefedert (Gleitreibung innerhalb des Brühzylinders 19)
- 3) Stößel 23 nicht im Eingriff (z.B. während der Anpressvorgänge und des Brühprozesses)
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Ausführungsbeispiele der Anfederung können eine Druckfeder oder direkt im Spritzguss eines Reinigungsspeichers integrierte Konturen sein, die eine passende Federkraft bewirken.
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In einer weiteren Alternative kann der Stößel 23 als ein federndes Druckstück ausgeführt werden. Im Kontakt mit der Fase der Öffnung 19c des Brühzylinders 19 wird dann eine Mitnahmekraft von der Douchette 9 auf den Brühzylinder 19 übertragen. Folglich werden beide Bewegungen für kurze Zeit synchronisiert, und schließlich wird die Außenspindelmutter 13 in das Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 eingespindelt. Sobald der Brühzylinder 19 durch den Vorschub des Bewegungsgewindes 3d der Außenspindel 3 die Douchette 9 überholt, wird der Stößel 23 eingefedert und gleitet anschließend an der Innenwandung des Brühzylinders 19 entlang, bis er den Innenraum des Brühzylinders 19 verlässt und wieder in seine Ruhestellung in die Einfüllöffnung 2b durch die Federkraft herausgedrückt wird. Die Herausforderung bei dieser Konstruktion ist es, verschleißarme Reibpartner und Kontaktflächen auszuwählen, die eine Vielzahl von Einfederungszyklen zulassen. Es ergibt sich eine besonders einfache Konstruktion ohne aufwändige Abdichtungen für den Hydraulikpfad 24a, 24b, 24c des Stößels 23.
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19 ist eine schematische Längsschnittansicht der Außenspindelmutter 13 des ersten Vorschubgetriebes 12 des Brühschlittens 2 und der Halteeinrichtung HR in der Ruhestellung des Brühschlittens 2. 20 stellt eine Schnittansicht längs Linie XX der 19 dar.
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Die Außenspindelmutter 13 weist einen 8-förmigen Querschnitt mit einem Halteabschnitt 13a und einem Gewindeabschnitt mit einem Innengewinde 13b auf ( 20). Das Innengewinde 13b korrespondiert mit dem Außengewinde 3d der Außenspindel 3.
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Die Außenspindelmutter 13 ist in der Aufnahme 2c an einer Außenseite des Brühschlittens 2 in einem Bereich zur Stempelplatte 6 weisend angeordnet (siehe auch 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, 12, 13, 15).
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Weiterhin ist die Außenspindelmutter 13 mit zwei gegenüberliegenden koaxialen Aufnahmen 13c ausgebildet, die in dem Halteabschnitt 13a angeordnet sind und zu der Halteeinrichtung HR gehören. Eine Mittelachse der Aufnahmen 13c verläuft parallel zu der Außenspindelachse 3a bzw. der Mittelachse des Innengewindes 13b. Die beiden Aufnahmen 13c sind durch eine umlaufende Schulter 13f getrennt. Die Schulter 13 weist eine Durchgangsbohrung auf.
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Die Außenspindelmutter 13 weist Stirn- bzw. Kontaktseiten 13d und 13e auf. Die erste Stirn-/Kontaktseite 13d weist zu der Stempelplatte 6 und zu einer ersten Druckseite 2d der Aufnahme 2c. Die zweite Stirn-/Kontaktseite 13e weist zu der Antriebsplatte 5 und zu einer zweiten Druckseite 2e der Aufnahme 2c.
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Die Außenspindel 3 erstreckt sich durch Durchgangsbohrungen 2f des Brühschlittens 2 und durch das Innengewinde 13b der Außenspindelmutter 3.
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Die Halteeinrichtung HR umfasst hier einen Führungsstift 28, Hülsen 29, 29a, eine Druckfeder 30 und ein Magnetelement 31.
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Der Führungsstift 28 ist in den Hülsen 29, 29a parallel zu der Außenspindelachse 3a angeordnet, weist an seinem zur Antriebsplatte 5 weisenden Ende einen Kopf 28a auf, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Hülse 29a entspricht, wobei die Längsachse des Führungsstiftes 28 eine Stiftachse 28b bildet.
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Die Hülsen 29, 29a sind in den Aufnahmen 13c des Halteabschnitts 13a der Außenspindelmutter 13 so eingesetzt, dass sie mit ihren jeweiligen in den Aufnahmen 13c angeordneten Enden jeweils an der umlaufenden Schulter 13f anliegen. Dabei bildet die Schulter 13f für beide Hülsen 29, 29a einen axialen Anschlag. Der Führungsstift 28 erstreckt sich dabei durch die beiden Hülsen 29, 29a und die Durchgangsbohrung der umlaufenden Schulter 13f.
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Die Hülsen 29, 29a stehen mit ihren anderen Enden jeweils aus den Aufnahmen 13c axial aus diesen hervor, wobei die Hülse 29 in Richtung auf die Stempelplatte 6 zusammen mit dem Kopf 28a des Führungsstiftes 28 in eine Durchgangsbohrung 2g des Brühschlittens 2 hervorsteht. Die andere Hülse 29a steht in Richtung auf die Antriebsplatte 5 in eine weitere Durchgangsbohrung 2h des Brühschlittens 2 hervor. Der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 2h korrespondiert zu dem Außendurchmesser der Hülse 29a und dem Außendurchmesser des Kopfes 28a des Führungsstiftes 28. Die Durchgangsbohrung 2h bildet somit eine Verschiebeführung für die Hülse 29a und den Kopf 28a.
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Die Druckfeder 30 ist zwischen dem Halteabschnitt 13a der Außenspindelmutter 13 und der zweiten Druckseite 2e der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2 um die Hülse 29a herum angeordnet. Das eine Ende der Druckfeder 30 ist dabei an der Außenspindelmutter 13 angebracht, wobei das andere Ende der Druckfeder 30 die zweite Druckseite 2e der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2 kontaktiert.
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Das Magnetelement 31 ist mit dem zur Stempelplatte 6 weisenden Ende des Führungsstiftes 28 fest verbunden, z.B. verschraubt. Das zu der Außenspindelmutter 13 weisende Ende des Magnetelementes 31 kontaktiert das Ende der zur Stempelplatte 6 hervorstehenden Hülse 29. Das Ende der zur Antriebsplatte 5 weisenden Hülse 29a kontaktiert den Kopf 28a des Führungsstiftes 28. Dabei sind die Hülsen 29 und 29a zwischen dem Kopf 28a des Führungsstiftes 28 und dem Magnetelement 31 zusammen verspannt bzw. fest angeordnet und zudem mittels der umlaufenden Schulter 13f mit dem Halteabschnitt 13a der Außenspindelmutter 13 axial festgelegt.
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Das Magnetelement 31 ist zylindrisch und in der Durchgangsbohrung 2g des Brühschlittens 2 verschiebbar geführt angeordnet. Ein Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 2g korrespondiert zu einem Außendurchmesser des Magnetelementes 31.
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In der in 19 gezeigten Ruhestellung des Brühschlittens 2 sind das Innengewinde 13b der Außenspindelmutter 13 und das Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 außer Eingriff. Dieser Zustand wird auch als „ausgespindelter Zustand“ bezeichnet. Die zu der Stempelplatte 6 weisende Kontaktseite 13d der Außenspindelmutter 13 liegt an der ersten Druckseite 2d der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2 an.
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Das Magnetelement 31 der Halteeinrichtung HR steht in Kontakt mit der Innenseite 6a der Stempelplatte 6, die aus einem magnetisch anziehbaren Metall, z.B. Stahl, besteht. Die Halteeinrichtung HR fixiert auf diese Weise die Außenspindelmutter 13 und somit den Brühschlitten 2 in dessen Ruhestellung. Dabei wirkt die Federkraft der Druckfeder 30 zusätzlich und drückt die Außenspindelmutter 13 in Richtung der Stempelplatte 6 gegen die erste Druckseite 2d der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2.
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In 20 ist zudem eine von zwei Führungsbohrungen 2i für die Führungsstangen 4 des Brühschlittens 2 dargestellt.
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21 zeigt eine schematische Ansicht einer Antriebsseite der Brüheinheit 1 nach 1 zusammen mit Schnittlinien für die folgenden 22 bis 24.
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22-24 stellen schematische Schnittansichten längs Linie XXII-XXIII-XXIV in 21 dar.
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In 22 ist die Ruhestellung des Brühschlittens 2 gezeigt.
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Der Brühschlitten 2 weist eine erste Stirnseite 2j auf, welche zur Antriebsplatte 5 weist. Eine gegenüberliegende, zweite Stirnseite 2k des Brühschlittens 2 weist zur Stempelplatte 6 und steht mit der Innenseite 6a der Stempelplatte 4 in der Ruhestellung des Brühschlittens 2 als Anschlag in Kontakt.
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In der Ruhestellung des Brühschlittens 2 liegt die erste Stirnseite 13d der Außenspindelmutter 13 an der zur Stempelplatte 6 weisenden ersten Druckseite 2d der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2 an. Zwischen der zur Antriebsplatte 5 weisenden zweiten Stirnseite 13e der Außenspindelmutter 13 und der zugehörigen, zur Antriebsplatte 5 weisenden zweiten Druckseite 2e ist ein Abstand als Spiel 32 gebildet. Das Spiel 32 wird auch „Umkehrspiel“ genannt und beträgt in dem gezeigten Beispiel etwa 5 mm. Dieser Zustand wird auch mit dem Begriff „Umkehrspiel geöffnet“ bezeichnet.
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Dabei ist die Außenspindelmutter 13 „ausgespindelt“ und hier etwa 2 mm von dem Gewindeauslauf des Bewegungsgewindes 3d der Außenspindel 3 entfernt.
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Der Brühschlitten 2 befindet sich in dieser gezeigte Ruhestellung bzw. seiner ersten Endstellung in den oben angegebenen Positionen:
- - Geschlossene Position (erste Position, 1-3)
- - Füllposition (zweite Position, 4-6)
- - Brühposition (dritte Position 7-9)
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In der geschlossenen Position der Brüheinheit 1 (siehe 1-3) befindet sich der Brühschlitten 2 in der Ruhestellung und die Douchette 9 ist zusammen mit der Douchettehülse 20 vollständig in den Brühzylinder 19 des Brühschlittens 2 eingefahren. Douchette 9 und Stempel 10 sind dicht aneinander angeordnet bzw. stehen in Kontakt. Die Öffnung 19c des Brühzylinders 19 unter der Einfüllöffnung 2b ist durch die Douchettehülse 20 verschlossen. Der Stößel 23 ist in seiner zweiten Stellung und liegt an der zur Stempelplatte 6 weisenden Kante der Öffnung 19c an.
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Zur Einnahme der Füllposition der Brüheinheit 1 wird zunächst der Stößelantrieb 24 mittels Druckreduzierung deaktiviert, wobei auch die Dichtung 9a der Douchette 9 deaktiviert wird. Die Douchette 9 und die damit verbundene Douchettehülse 20 werden mittels der Innenspindel 7 in Bewegungsrichtung BR 1 auf die Antriebsplatte 5 verfahren. Dabei wird der Stößel 23 durch die Fase der Öffnung 19c (siehe 18) in seine erste Stellung zurückgestellt. Die Douchette 9 steht dann in der Füllposition an dem zur Antriebsplatte 5 weisenden Ende des Brühzylinders 19. Die Douchettehülse 20 umhüllt dabei mit ihrem Endabschnitt 20b zum größten Teil das Gehäuse 15a des zweiten Vorschubgetriebes 15. Die Öffnung 19c zur Einfüllöffnung 2b ist frei und Kaffeepulver kann in den Brühraum 25 zwischen Douchette 9 und Stempel 10 eingefüllt werden (6).
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Dann wird die Douchette 9 wieder in den Brühzylinder 19 eingefahren, um das Kaffeepulver in dem Brühraum 25 zu komprimieren und die Brühposition einzunehmen. Weiteres Einfüllen von Kaffeepulver und anschließendes weiteres Komprimieren kann durch Wiederholen des Anfahrens der Einfüllposition und Brühposition erfolgen (9).
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Nach beendetem Brühvorgang wird die Satzabwurfposition eingenommen. Dazu wird die Mitnahmeposition wie in 10-11 gezeigt durch weiteres Einfahren der Douchette 9 in Bewegungsrichtung BR2 in den Brühzylinder 19 bis der Stößel 23 unter der Öffnung 19c des Brühzylinders 19 steht. Der Stößelantrieb 24 wird aktiviert, wobei auch die Douchettedichtung 9a unter Druck gesetzt wird. Dann wird mittels der Innenspindel 7 die Douchette 9 in Bewegungsrichtung BR1 in Richtung auf die Antriebsplatte 5 bewegt. Dabei drückt der Stößel 23 in seiner zweiten Stellung gegen den Rand der Öffnung 19c des Brühzylinders 19 und übt eine Kraft in Bewegungsrichtung BR1 auf diesen und somit den Brühschlitten 2 aus. Gleichzeitig wird dies durch die Reibung der Douchettedichtung 9a in dem Brühzylinder 19 unterstützt. Die Halteeinrichtung HR mit dem Magnetelement 31 löst sich von der Stempelplatte 6, das Umkehrspiel (Spiel 32) wird durchlaufen und überwunden. Das Gewinde 13b der Außenspindelmutter 13 und das Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 kommen in Eingriff (auch als „Einspindelvorgang“ bezeichnet). Die Druckfeder 30 der Halteeinrichtung HR wird vorgespannt, da die Außenspindelmutter 13 mit ihrer zur Antriebsplatte 5 weisenden zweiten Stirnseite 13e gegen die zugehörige zweite Druckseite 2e der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2 gedrückt wird. Die Verstellung des Brühschlittens 2 in Bewegungsrichtung BR1 wird dann von der Außenspindel 3 übernommen und der Stößel 23 wie oben im Zusammenhang mit 18 beschrieben in seine erste Stellung zurückgestellt. Durch weiteres Verfahren der Brüheinheit 1 wird die Satzabwurfposition (14) eingenommen.
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Dies ist auch in 23 im Schnitt gezeigt. Nun befindet sich das Umkehrspiel bzw. Spiel 32 zwischen der zur Stempelplatte 6 weisenden ersten Stirnseite 13d und der zu gehörigen ersten Druckseite 2d der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2. Dieser Zustand wird auch „Umkehrspiel geschlossen“ genannt.
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In der Satzabwurfposition steht die Douchette 9 an dem zur Stempelplatte 6 weisenden Ende des Brühzylinders 19, wobei sie den im Brühraum 25 befindlichen Kaffeekuchen herausgedrückt hat, der dann in ein Auffangbehältnis fällt.
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Der Brühschlitten 2 steht in der Satzabwurfposition der Brüheinheit 1 in seiner Zwischenstellung.
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Durch weiteres Verfahren der Brüheinheit 1 in Bewegungsrichtung BR1 in Richtung auf die Antriebsplatte 5 wird die Endposition gemäß 15-16 und 24 eingenommen.
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In der Endposition der Brüheinheit 1 befindet sich der Brühschlitten 2 in seiner zweiten Endstellung.
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In dieser Endposition der Brüheinheit 1, welche auch die Endstellung des Brühschlittens 2 ist, erfolgt kein Ausspindeln von Außenspindelmutter 13 und Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3. Der Bund 7g der Innenspindel 7 bildet mit dem Deckel 16 des zweiten Vorschubgetriebes 15 den Anschlag der Endposition. Der Antrieb, z.B. Elektromotor, wird durch einen Endschalter (nicht gezeigt) oder eine Motorstromüberwachung ausgeschaltet.
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Diese Endposition dient z.B. als Referenz für die Positionen der Brüheinheit 1 und der Stellungen des Brühschlittens 2.
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Zur erneuten Einnahme der Ruhestellung bzw. der ersten Endstellung des Brühschlittens 2 aus der Endposition wird die Brüheinheit 1 in Bewegungsrichtung BR2 in Richtung auf die Stempelplatte 6 verfahren bis ein Ausspindeln von Außenspindelmutter 13 und Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 erfolgt. Dabei wird der Stößel 23 schon vorher in seine zweite Stellung mittels des Stößelantriebs 24 verstellt. Der Stößel 23 liegt dann an der zur Stempelplatte 6 weisenden Kante der Öffnung 19c an und kann so die Bewegung der Douchette 9 in Bewegungsrichtung BR2 in Richtung auf die Stempelplatte 6 übertragen, da nach dem Ausspindeln die Außenspindel 3 keine Bewegungsübertragung mehr auf die Außenspindelmutter 13 des Brühschlittens 2 ausübt. Der Brühschlitten 2 wird so mittels der Bewegung der Douchette 9 in Bewegungsrichtung BR2 in die Ruhestellung verstellt, wobei das Magnetelement 31 der Halteeinrichtung HR den Brühschlitten 2 in der Ruhestellung an der Innenseite 6a der Stempelplatte 6 fixiert.
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25 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Variante der Außenspindelmutter 13'. Eine Seitenansicht dazu ist in 26 dargestellt. 27 zeigt eine Vorderansicht einer Kontaktseite 13e der Variante der Außenspindelmutter 13'. In 28 ist eine schematische Seitenansicht der Brüheinheit 1 mit der Variante der Außenspindelmutter 13' nach 25-27 gezeigt. 29 stellt eine schematische Schnittansicht der Variante der Außenspindelmutter 13' im eingebauten Zustand dar.
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Die Variante der Außenspindelmutter 13' weist einige Unterschiede zu der Außenspindelmutter 13 nach 19 auf.
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Der Führungsstift 28 ist bei der Variante einstückig mit dem Halteabschnitt 13a der Außenspindelmutter 13' ausgebildet, weist eine Abflachung 28c an einer Längsseite auf und steht von der Kontaktseite 13e der Außenspindelmutter 13' hervor.
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Auf dem Führungsstift 28 ist die Druckfeder 30 angeordnet. Die Druckfeder 30 stützt sich im eingebauten Zustand (29) mit einem Ende an der zweiten Stirn-/Kontaktseite 13e der Außenspindelmutter 13' und mit dem anderen Ende über eine nicht bezeichnete Scheibe an der Druckseite 2e der Aufnahme 2c des Brühschlittens 2 ab.
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Die zweite Stirn-/Kontaktseite 13e des Gewindebereichs des Gewindeendes des Innengewindes 13b der Außenspindelmutter 13' ist mit Segmenten 33 segmentiert, um ein Verkanten zwischen der Außenspindelmutter 13' und dem Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3 beim Einspindelvorgang zu vermeiden.
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Die einzelnen Segmente 33 haben jeweils eine federnde Wirkung, sind am Umfang der zweiten Stirn-/Kontaktseite 13e der Außenspindelmutter 13a um das Innengewinde 13b herum, d.h. um das Gewindeende des Innengewindes 13 herum, untereinander beabstandet angeordnet und stehen von der zweiten Stirn-/Kontaktseite 13e der Außenspindelmutter 13' hervor.
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Sobald Kopf- und Fußkreisdurchmesser der Gewindepartner (Innengewinde 13b der Außenspindelmutter 13' und Bewegungsgewinde 3d der Außenspindel 3) zur Verklemmung neigen, können einzelne Segmente 33 auffedern, d.h. radial nach außen federn. In diesem Ausführungsbeispiel sind acht Segmente 33 vorgesehen, es kann aber auch eine andere Aufteilung sinnvoll sein. Wichtig ist, dass ein einzelnes Segment 33 beim Verkanten federnd ausweichen kann. Falls das Ausspindeln an beiden Gewindeenden der Außenspindel 3 in der Konstruktion erforderlich ist, ist eine Segmentierung auch an den Kontaktseiten 13d, 13e beider Gewindeenden des Innengewindes 13b der Außenspindelmutter 13 denkbar.
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Die Erfindung ist durch das oben angegebene Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.
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Denkbar ist es, dass die Bewegungsfunktionalität von Douchette 9 und Stempel 10 in der Brüheinheit 1 auch miteinander getauscht werden können, d.h. seitenverkehrt angeordnet sein können.
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Anstelle der Antriebsplatte 5 und der Stempelplatte 6 könnte auch ein Rahmen verwendet werden.
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Das Magnetelement 31 kann auch ein steuerbarer Elektromagnet sein. Auch eine mechanische Arretierung in unterschiedlicher Ausführung ist denkbar, z.B. eine lösbare Verrastung.
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Es ist zudem denkbar, dass eine Mitnahme der Douchette 9 über eine federbelastete Mitnahmeeinrichtung realisiert werden kann. Hierzu ist es notwendig, dass auch in der zweiten Endlage ausgespindelt wird. Ansonsten ist in der Folge die Füllstellung nicht mehr anfahrbar.
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Bezugszeichen
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- 1
- Brüheinheit
- 2
- Brühschlitten
- 2a
- Brühschlittenachse
- 2b
- Einfüllöffnung
- 2c
- Aufnahme
- 2d, 2e
- Druckseite
- 2f, 2g, 2h
- Durchgangsbohrung
- 2i
- Führungsbohrung
- 2j, 2k
- Stirnseite
- 3
- Außenspindel
- 3a
- Außenspindelachse
- 3b
- Antriebsende
- 3c
- Lagerende
- 3d
- Bewegungsgewinde
- 4
- Führungsstange
- 4a
- Führungsachse
- 5
- Antriebsplatte
- 6
- Stempelplatte
- 5a, 6a
- Innenseite
- 7
- Innenspindel
- 7a
- Innenspindelachse
- 7b
- Bewegungsgewinde
- 7c, 7d
- Spindelende
- 7e
- Abflachung
- 7f
- Gewindeauslauf
- 7g
- Bund
- 8
- Platte
- 9
- Douchette
- 9a
- Douchettedichtung
- 10
- Stempel
- 10a
- Stempeldichtung
- 11, 11 a
- Seitenwand
- 12
- Erstes Vorschubgetriebe
- 13, 13'
- Außenspindelmutter
- 13a
- Halteabschnitt
- 13b
- Innengewinde
- 13c
- Aufnahme
- 13d, 13e
- Kontaktseite
- 13f
- Schulter
- 13g
- Segment
- 14
- Antrieb
- 15
- Zweites Vorschubgetriebe
- 15a
- Gehäuse
- 16
- Deckel
- 16a
- Langloch
- 17
- Innenspindelmutter
- 17a
- Kragen
- 17b
- Innengewinde
- 17c
- Durchgangsbohrung
- 18, 18a, 18b
- Lager
- 19
- Brühzylinder
- 19a, 19b
- Stirnseite
- 19c
- Öffnung
- 19d
- Dichtung
- 20
- Duchettehülse
- 20a
- Boden
- 20b
- Endabschnitt
- 20c
- Leitungsabschnitt
- 20d
- Aufnahme
- 21
- Innenraum
- 22
- Stößeleinrichtung
- 23
- Stößel
- 23a
- Stößelachse
- 23b
- Stößelkörper
- 23c
- Zwischenabschnitt
- 23d, 23e
- Bund
- 24
- Stößelantrieb
- 24a
- Leitung
- 24b
- Leitungsverbinder
- 24c
- Leitung
- 24d
- Dichtung
- 25
- Brühraum
- 25'
- Abwurfraum
- 26
- Stößelhalter
- 26a
- Kragen
- 26b
- Durchgangsöffnung
- 26c
- Führungskörper
- 26d
- Befestigungsabschnitt
- 26e
- Innenraum
- 27, 27a
- Dichtung
- 28
- Führungsstift
- 28a
- Kopf
- 28b
- Stiftachse
- 28c
- Abflachung
- 29, 29a
- Hülse
- 30
- Druckfeder
- 31
- Magnetelement
- 32
- Spiel
- 33
- Segment
- BR, BR1, BR2
- Bewegungsrichtung
- HR
- Halteeinrichtung
- x, y, z
- Koordinaten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2907427 B1 [0004]
- DE 102019119103 A1 [0005]
