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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Mischrotor für eine Mischeinrichtung zum
Zubereiten eines Brühgetränks, das
mit einem in Wasser löslichen, feinkörnigen,
pulver- oder flockenförmigen
Extrakt hergestellt wird, wobei der Mischrotor in einer Mischkammer
drehbar angeordnet ist und mit einer Mantelfläche versehen ist, durch die
die Nahrungsmittel mit dem Wasser vermischt werden.
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Bei
einer derartigen Mischeinrichtung wird das pulverförmige, lösliche Extrakt
in eine von oben zugängliche
Mischkammer eingebracht, von wo es auf die Mantelfläche eines
scheibenförmigen,
drehenden Mischrotors gelangt, an der das Extrakt mit der gleichzeitig über einen
Heißwasserzulauf
in die Mischkammer einströmenden
heißen
Flüssigkeit, vorzugsweise
Wasser vermischt, aufgelöst
und auch teilweise bereits schaumig geschlagen wird. Eine derartige
Mischeinrichtung mit einem Mischrotor ist beispielsweise in der
am 20.12.2003 beim Deutschen Patentamt eingereichten und daher noch
nicht veröffentlichten
DE-102 60 040.6-23 beschrieben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Mischrotor für eine Mischeinrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach in seinem Aufbau
ist, der leicht herzustellen ist und mit dem Wasser und pulverförmiges,
lösliches
Extrakt zu einem noch besser vermischten Getränk vermischt wird. Dabei soll
der Mischrotor so auf die Mischkammer abgestimmt sein, daß verbesserte
Mischergebnisse in kürzester
Zeit entstehen. Der Einsatz des Mischrotors soll vorwiegend in einer
Mischeinrichtung für
den häuslichen
Bedarf, also dort, wo in einer Familie täglich nur einige Tassen von
Mokka, Cappuccino, Kaffe, Milch, Kakao, etc. zubereitet werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch den im wesentlichen
tonnenförmig
ausgebildeten Mischrotor, der sich einerseits zum bodenseitigen Ende
der Mischkammer hin radial nach außen erweitert und dessen die
Nahrungsmittel behandelnde Mantelfläche andererseits nunmehr umfangsseitig, also
in der Mischkammer von oben nach unten verläuft, werden die Mischergebnisse
erheblich verbessert. Dies insbesondere deshalb, weil, nachdem das Mischgut
von der Mantelfläche
erstmals durchgemischt und radial nach außen zur Behälterwand verdrängt wurde,
wiederum auf die Mantelfläche
zurückfließt, dort
von Neuem von der Mantelfläche
des Mischrotors erfaßt
und vermischt und anschließend wiederum
zur Behälterwand
zurück
geschleudert wird. Dieser Prozeß wiederholt
sich so lange, solange sich Flüssigkeit
im Mischbehälter
befindet. Durch den erfindungsgemäßen Mischrotor wird also ein kreislaufförmiger Mischprozeß durchgeführt, bei
dem das Mischgut gleichmäßig durchgemischt
wird. Dafür ist
insbesondere die quer zur Flüssigkeitsströmung am
Mischrotor ausgebildete Mantelfläche
verantwortlich. Bereits eine geringe Rauhigkeit auf der Mantelfläche, die
mit bloßem
Auge höchstens
als matt glänzende
Oberfläche
erkannt werden kann, reicht aus, das Mischgut an der Mantelfläche zu vermischen
und anschließend
nach außen
weg zu befördern.
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Um
einen homogenen Mischkreislauf an der Mantelfläche des Mischrotors zu erzeugen,
erweitert sich nach den Merkmalen des Patentanspruchs 2 die Mantelfläche stetig,
ohne daß Stufen
oder sonstige Absätze
vorgesehen sind. Um allerdings die Mischwirkung noch zu verbessern,
ist es gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 3 vorteilhaft, die Mantelfläche zu ihrem einen Ende am
Mischrohr progressiv zu erweitern. Je weiter also das Mischgut in den
progressiven Verlauf der Mantelfläche eindringt, je größer wird
die radiale Beschleunigung des Mischgutes nach außen zur
Behälterwand
hin.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Mischrotor im Zentrum des Mischbehälters angeordnet
ist, damit von allen Seitenwänden
das Mischgut gleichermaßen
schnell zurückbefördert und
wiederum von dem Mischrotor nach außen hin abgelenkt wird (Anspruch
4). Dabei ist sowohl der Mischbehälter wie der Mischrotor symmetrisch
zur Längsachse
ausgebildet.
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Vorteilhaft
ist es nach den Merkmalen des Patentanspruchs 5, wenn die Mantelfläche der
Form eines Teilkreises folgt, wobei der Radius des Teilkreises im
Bereich von 20 mm liegt, wobei es gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
6 auch dabei von Vorteil ist, wenn die Länge des Mischrotors vorzugsweise
etwa 15 mm beträgt.
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Durch
die Merkmale des Patentanspruchs 7 wird zusätzlich noch Luft über den
Kanal in das Mischgut eingeblasen, um dieses möglichst gut aufzuschäumen. Die
Luftfördereinrichtung
besteht aus einem im Kanal ausgebildeten Gebläserad, das bei Drehung des
Mischrotors die Luft von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung befördert, wo
sie anschließend
mit dem am Boden des Mischbehälters
befindlichen Mischgut vermischt bzw. durchsetzt wird. Zusätzlich zu
der ohnehin bereits von der Mantelfläche in das Mischgut eingetriebenen
Luft wird nun gezielt noch mehr Luft durch das Gebläserad in
das Mischgut eingebracht, was zu einer guten Crema führt.
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Besonders
gute Ergebnisse haben sich gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 8 ergeben, wenn sich der Durchmesser von der
Eintrittsöffnung
zur Austrittsöffnung
im Verhält nis
von 1:2 erweitert. Beträgt
dabei der Außendurchmesser
an der Eintrittsöffnung
ca. 10 mm und der Außendurchmesser
an der Austrittsöffnung
ca. 20 mm (Anspruch 9), so entsteht ein in seinem Aufbau leicht
herzustellender und auf dem besagten Anwendungsgebiet optimal arbeitender
Mischrotor.
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Gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 10 beträgt
die Dicke der Wand des Mischrotors etwa 1 mm. Daraus ergibt sich
zwangsweise, daß auch
die Wand des Kanals der Kontur der Mantelfläche folgt, also sich auch zur
Austrittsfläche
hin entsprechend enweitert. Ein derartig dimensioniertes Bauteil
für einen
Mischrotor ist im Kunststoffspritzgießverfahren besonders einfach
einteilig herstellbar, ohne daß besonders
hohe Herstellkosten entstehen. Selbstverständlich kann aber auch der Mischrotor aus
Metall gegossen sein.
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Durch
die Merkmale des Patentanspruchs 11 wird eine Luftfördereinrichtung
geschaffen, die besonders einfach ausgestaltet ist, die aber dennoch sehr
wirkungsvoll arbeitet, Die insbesondere dann, wenn die Querschnitte
der Stege entsprechend dem Verlauf eines Lüfterrades ausgebildet sind,
das auf verhältnismäßig hohe
Drehzahlen, die für
einen guten Mischvorgang am Mischrotor benötigt werden, ausgelegt ist.
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Gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 12 genügen
bereits zwei diametral gegenüberliegende
Stege, um bei den hohen Drehzahlen eine ausreichende Luftförderung
zu garantieren. Aus Festigkeitsgründen und zum Zwecke der Materialeinsparung
sind die Merkmale des Patentanspruchs 13 vorgesehen.
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Um
den Luftdurchsatz durch den Kanal möglichst hoch zu halten, durchqueren
die Stege den Kanal im Abstand zur Eintrittsöffnung, d.h., der Kanal wird
im Bereich der Eintrittsöffnung
von einem durchgehenden Rohrquerschnitt gebildet, der eine gute Ansaugöffnung für die Luft
darstellt. Erst im inneren Bereich beginnen dann die Stege den Kanal
zu überqueren.
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Durch
die Merkmale des Patentanspruchs 15 werden die Nahrungsmittel besonders
wirkungsvoll von der Behälterwand
wieder direkt quer auf die Mantelfläche des Mischrotors zurückgefördert, um
so für
gute Mischergebnisse den Mischkreislauf aufrechtzuerhalten.
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Weist
die Mischkammer an ihrem Boden einen Auslaß auf, über den das Mischgut während des Mischvorganges
die Mischkammer stetig aber langsam verläßt, so ist es von Vorteil,
daß die
Austrittsöffnung
des Mlschrotors den Auslaß von
oben her in geringem Abstand überdeckt
(Anspruch 16). Dabei ist der von der Mischkammerwand und dem Rand
der Austrittsöffnung
des Mischrotors gebildete Spalt nur so groß ausgestaltet, daß ein langsamer
Ablauf des Mischgutes während
des Mischvorganges eintritt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
Längsquerschnitt
durch eine Mischeinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Mischrotor,
wobei sich die Mischeinrichtung gerade in einem Mischprozeß befindet,
bei dem bei drehendem Mischrotor bereits ein Extrakt mit einer Flüssigkeit
vermischt wurde und weiter vermischt wird,
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2 eine
Seitenansicht auf den erfindungsgemäßen Mischrotor, allerdings
gegenüber 1 im vergrößerten Maßstab,
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3 einen
Längsschnitt
durch den Mischrotor gemäß der Schnittführung V-V
nach 5,
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4 eine
Unteransicht in Richtung X auf den Mischrotor nach 3,
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5 eine
Draufsicht in Richtung Y auf den Mischrotor nach 3,
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6 einen
Längsschnitt
gemäß der Schnittführung VI-VI
nach 4, wobei allerdings der Schnitt um 90° in der Ebene
entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wurde und
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7 eine
perspektivische Ansicht von rechts oben auf den in 2 dargestellten
Mischrotor.
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Die
in 1 dargestellte Mischeinrichtung dient zum Zubereiten
eines Brühgetränks, das
vorzugsweise mit heißem
Wasser oder heißer
Milch und mit einem oder mehreren in diesen Flüssigkeiten löslichen,
feinkörnigen,
pulver- oder flockenförmigen Extrakt,
wie Instantkaffeepulver, Instantkakao- oder Instantmilchpulver,
hergestellt wird. Die Mischeinrichtung besteht aus einem eine Mischkammer 1 aufnehmenden
Mischbehälter 41,
der in einem Gehäuseteil 42 mittels
des O-Rings 43 dichtend eingesetzt ist. Die Mischkammer 1 ist
in ihrem unteren Bodenbereich 2 konisch oder nach unten
gewölbt, ähnlich einem Trichter,
ausgebildet ist. An der tiefsten Stelle des Bodenbereichs 2 sind
ein oder mehrere durchgehender Auslässe 3 ausgebildet,
die eine Bohrung 25 umgeben und die zu einer unter der
Mischkammer 1 liegenden Cremakammer 4 führen. Der
Bodenbereich der Cremakammer 4 ist geneigt ausgebildet,
wobei an der tiefsten Stelle des Bodenbereichs 5 eine Auslaßöffnung 6 nach
außen
führt.
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Der
Mischbehälter 41 ist
nach oben hin offen und besitzt an seinem radial umlaufenden Öffnungsrand
einen etwa radial nach innen gerichteten umlaufenden Kragen 7.
Die zentrische Öffnung
des Kragens 7 bildet eine Zuführöffnung 8 der Mischkammer 1,
durch die zunächst
der pulverförmige
löslich
Extrakt und danach vorzugsweise von einem in die Wand 28 der
Mischkammer eintretenden Heißwasserzulauf 9 heißes Wasser über eine
in der Zeichnung nicht dargestellte Pumpe in die Mischkammer 1 eingefüllt wird.
Selbstverständlich
ist es auch möglich,
Flüssigkeit über die
Zuführöffnung 8 in
die Mischkammer 1 manuell einzubringen.
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Nach
den 2 bis 7 besteht der Mischrotor 17 im
wesentlichen aus einem Hohlzylinder 29, dessen Wandstärke d sich
im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm, vorzugsweise 1 mm über die
gesamte Länge, erstreckt.
Die radial äußere Mantelfläche 21 bildet
die Mischfläche
für das
zu vermischende Mischgut, wobei die Rauhigkeit der Oberfläche vorzugsweise
hoch poliert ist, um Verschmutzungen der Oberfläche zu vermeiden. Der Mischrotor 17 ist
aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polypropylen, hergestellt. Dies
insbesondere deshalb, weil sich ein derartiges Teil im Spritzvorgang
besonders einfach ausformen läßt und weil
auch die Oberflächenstruktur
entsprechend der gewünschten
Rauhigkeit – hier
hoch poliert – leicht beim
Spritzvorgang des Mischrotors 17 ausgeformt werden kann.
Hierzu muß lediglich
die Wandoberfläche
an dem Spritzwerkzeug so ausgebildet sein, daß anschließend nach dem Spritzvorgang
sich die gewünschte
Mantelfläche 21 am
Mischrotor 17 ergibt.
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Der
Mischrotor 17 weist eine im Durchmesser kleinere Eintrittsöffnung 30 und
eine gegenüber der
Eintrittsöffnung 30 im
Durchmesser größere Austrittsöffnung 31 auf,
die über
den Kanal 44 miteinander verbunden sind, wie dies insbesondere
aus 6 deutlich wird. Konzentrisch zur Längsachse 32 des
Mischrotors 17 ist mittig eine als Nabe ausgebildete Aufnahme 33 angeordnet,
die über
radial nach außen
zum Hohlzylinder 29 verlaufende Stege 34, 35 mit
der Innenwand 36 des Hohlzylinders 29 verbunden
ist, wie dies 4 deutlich zeigt. Die Stege 34, 35 sind
beim Spritzvorgang des Mischrotors 17 mit angespritzt und
bilden somit ein einziges Formteil mit der Innenwand 36 des
Hohlzylinders 29 und mit der Nabe 33. Die Nabe 33 ragt
mit einem rohrförmigen Ansatz 37 nach
unten aus der Austrittsöff nung 31 hervor
und ist mit einer zentralen Stufenbohrung 38 versehen,
in der gemäß 1 das
freie Ende der Abtriebswelle 24 befestigt, beispielsweise
aufgeschrumpft, ist.
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Nach
den 3, 4, 5, 6 und 7 sind
die beiden Stege 34, 35 im Bereich der Eintrittsöffnung 30 mit
einem Einschnitt 39 versehen, wodurch ein zylinderförmiger Ansaugraum 40 entsteht,
der ein besseres Einströmen
von Luft ermöglicht.
Die Stege 34, 35 sind in ihrem Querschnitt so ausgebildet,
daß sie
bei Drehung als Gebläserad
wirken und somit Luft von der Eintrittsöffnung 30 zur Austrittsöffnung 31 befördern.
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Die
Mantelfläche 21 des
Mischrotors 17 folgt vorzugsweise im Querschnitt der von
einem Radius R gezeichneten Linie, wobei dessen Mittelpunkt M, wie
dies 2 zeigt, außerhalb
des Mischrotors 17 liegt. Selbstverständlich kann auch die Mantelfläche 21 einen
anderen Verlauf annehmen; so kann der Verlauf beispielsweise von
der Eintrittsöffnung 30 zur Austrittsöffnung 31 progressiv
aufsteigen.
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Der
untere Bodenbereich 2 bildet mit dem unteren Gehäuseteil 42 eine
Cremakammer 4, die über
den Auslaß 3 mit
der Mischkammer 1 und über die
Auslaßöffnung 6 mit
der Abgabeeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden ist. Unterhalb
des Bodens 13 der Cremakammer 4 ist nach 1 in
einer vom Gehäuseteil 42 gebildeten
Motorkammer 10 ein Elektromotor 11 (nur gestrichelt
angedeutet) angeordnet, dessen Antriebswelle 12 über eine
Kupplungseinrichtung 23 mit einer Abtriebswelle 24 drehfest
verbunden ist. Die Abtriebswelle 24 ist durch eine Durchführöffnung 14 im
Boden 13 dicht hindurchgeführt, durchdringt die Cremakammer 4 und
die Bohrung 25 koaxial und endet mit ihrem freien Ende
etwa in halber Höhe
des konkaven Bodenbereichs 2 der Mischkammer 1.
In der Bohrung 25 ist eine Lagerbuchse 16 eingepreßt, in dessen
Bohrung 26 der obere Abschnitt der Abtriebswelle 24 drehbar
gelagert ist. An dem in die Mischkammer 1 hineinragenden
freien Ende der Abtriebswelle 24 ist dreh- und ortsfest ein sich
nach oben erstreckender tonnen- oder etwa kegelförmiger Mischrotor 17 befestigt,
der beispielsweise aufgeschrumpft ist. Der Mischrotor 17 ist
an seinem radial äußeren Umfang
mit einer zylinderförmigen,
geschlossenen Mantelfläche 21 versehen,
die aufgrund ihrer Rauhigkeit und der hohen Drehzahl das Mischgut
vermischt.
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In
der Cremakammer 4 ist ebenfalls drehfest auf der Abtriebswelle 24 ein
Cremarotor 18 angeordnet. Der Cremarotor 18 ist
vorzugsweise kreisscheibenförmig
ausgebildet. Bei dem einzigen Ausführungsbeispiel nach 1 ist
der Cremarotor 18 aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise
aus Kunststoff, hergestellt und aufgrund seiner Formgestaltung mit
einer inneren Vorspannung versehen, die ihn im nicht rotierenden
Zustand nach oben wölbt, also
die ihn etwa becherförmig
verformt (durchgezogene Linien). Dabei legt er sich mit seinem radial
umlaufenden Rand 27 an der Unterseite 19 des Bodens 2 dichtend
an, so daß er
die Auslässe 3 einschließt und somit
die Cremakammer 4 von den Auslässen 3 trennt. Durch
die so "verschlossenen" Auslässe 3 kann
die Mischkammer 1 mit dem pulverförmigen löslichen Extrakt und dem heißen Wasser
gefüllt
werden, ohne daß die
Flüssigkeit
gleich durch den Auslaß 3 in
die Cremakammer 4 auslaufen kann.
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Erst
durch Einschalten des Elektromotors 11 wird durch die Antriebswelle 12 die
Abtriebswelle 24 in Rotation versetzt, die ihrerseits den
Mischrotor 17 und den Cremarotor 18 zum rotieren
bringt. Die dabei auf den Cremarotor 18 wirkenden Fliehkräfte führen zu
einer elastischen Verformung des Cremarotors 18, bis dieser
eine etwa gestreckte Scheibenform annimmt, wie es in 1 in
der gestrichelten Darstellung gezeigt wird. Damit ist die Flüssigkeitsverbindung
von den Auslässen 3 zur
Cremakammer 4 hin frei und die durch den drehenden Mischrotor 17 in
der Mischkammer 1 bereits vorgemischte Mischflüssigkeit 20 kann
auf die Oberfläche 15 des
Cremarotors 18 fließen.
Dort wird die Mischflüssigkeit
aufgrund der feinen Oberflächenrauhigkeit
(nicht dargestellt) ebenfalls radial nach außen geschleudert und derart mit
feinen Luftblasen durchsetzt, daß sich eine gut aufgeschäumte Crema
bildet. Zusammen mit der Crema fließt die Mischflüssigkeit,
wie beispielsweise Kaffee, Kakao, Milch und eventuell Zucker durch
die Auslaßöffnung 6 in
ein unterhalb der Auslaßöffnung 6 abgestelltes
Trinkgefäß (nicht
dargestellt). Nach Ausschalten des Elektromotors 11 nimmt
die Drehzahl am Cremarotor 18 ab und aufgrund seiner inneren Vorspannung
verformt sich der Cremarotor 18 und nimmt letztendlich
wieder seine in 1 dargestellte gebogene Ausgangsform
an und verschließt
den Auslaß 3 wieder.
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Wird
gemäß 1 über die
Zuführöffnung 8 von
Hand oder automatisch über
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Portionseinrichtung sowohl pulverförmiges,
lösliches
Extrakt und heißes
Wasser eingefüllt
und gleichzeitig der Mischrotor 17 und der Cremarotor 18 vom
Elektromotor 11 in Drehung versetzt, so wird das auf die
Mantelfläche 21 des
Mischrotors 17 auftreffende heiße Wasser und Pulver von dieser
radial nach außen
geschleudert, wobei die Flüssigkeit
nach Verlassen der Mantelfläche 21 des Mischrotors 17 zu
kleinen Wassertröpfchen
zerreißt, die
mit hoher Geschwindigkeit auf den in der Mischkammer 1 herumliegenden
pulverförmigen
Extrakt auftreffen, diesen in ihr auflösen und schließlich gegen
die Wand 28 prallen, von wo ein Teil des Mischgetränkes zu
den Auslässen 3 herunter
gleitet und ein anderer Teil nochmals gegen die Mantelfläche 21 prallt
und der Mischvorgang von neuem beginnt. Dadurch, daß der größte Teil
der Flüssigkeit
diesen Kreislauf mehrmals durchführt
und nur Teile der Flüssigkeit
durch den Auslaß 3 auf
den Cremarotor 18 fließen,
kommt es zu einer sehr guten Durchmischung von Wasser und Extrakt
sowie Auflösung
des Extrakts, bevor der Cremarotor 18 seine Aufgabe aufnimmt.
Bei der auf den Cremarotor 18 auftreffenden Mischflüssigkeit
wird, wie bereits oben beschrieben, eine gut aufgeschäumte Crema
erzeugt, die zusammen mit dem Kaffee über die Auslaßöffnung 6 in ein
Trinkgefäß fließt.