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Die
vorliegende Neuerung bezieht sich auf eine Kaffeemaschine, mit einer
Pumpe, um Wasser, das durch die Kaffeemaschine hindurch befördert wird,
unter Druck zu setzen.
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Es
sei bemerkt, dass unter dem Begriff „Kaffeemaschine" alle Arten von Einrichtungen
verstanden werden sollen, mit denen zumindest eine Tasse Kaffee
oder eine Kaffeevariante erhalten werden kann, einschließlich Kaffeeautomaten
und Espressomaschinen.
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Ein
bekannter Typ einer Kaffeemaschine umfasst eine Brühkammer,
in der die eigentliche Kaffeebereitung erfolgt. Wenn ein Benutzer
eine Tasse Kaffee erhalten möchte,
platziert er in der Brühkammer ein
Kaffeepad, das eine mit einer Menge an gemahlenen Kaffeebohnen gefüllte Umhüllung umfasst. Beim
Betrieb der Kaffeemaschine wird eine Menge an Wasser durch das Kaffeepad
gepresst. In dem Prozess wirkt die Umhüllung als Kaffeefilter. Auf Grund
der Wechselwirkung zwischen dem unter Druck gesetzten Wasser und
dem Kaffeepad innerhalb der Brühkammer
wird so die gewünschte
Tasse Kaffee erhalten.
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Die
Kaffeemaschine umfasst einen Sieder zum Erhitzen des Wassers. Die
Kaffeemaschine umfasst eine Pumpe, um das Wasser unter Druck zu setzen.
Die Pumpe, der Sieder und die Brühkammer sind
mit Hilfe von Rohren zum Transportieren von Wasser miteinander verbunden.
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Um
mit Hilfe der bekannten Kaffeemaschine eine zuvor bestimmte Kaffeemenge
zu erhalten, ist es wichtig, dass der Druck in dem Wasser mit Hilfe der
Pumpe auf ein zuvor bestimmtes Niveau gebracht wird. Außerdem haben
sowohl die Menge als auch der Druck des Wassers Einfluss auf den
Geschmack des erhaltenen Kaffees.
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Bei
einer Ausführungsform
der bekannten Kaffeemaschine ist die Pumpe so spezifiziert, dass sie
bei einem Druck von 1,4 Bar in der Brühkammer 136 ml ± 8 ml
Wasser liefert, um eine Tasse Kaffee zu erhalten. In der Praxis
hat sich jedoch gezeigt, dass bei der genannten Ausführungsform
die erhaltene Kaffeemenge ungefähr
124 ml ± 15
ml beträgt.
Da die Schwankung bei der Kaffeemenge größer als erwartet ist, ist die
Schlussfolgerung gerechtfertigt, dass die Kaffeemaschine ein unerwünschtes
instabiles Betriebsverhalten aufweist. Um dieses Problem eines instabilen
Betriebsverhaltens zu lösen,
schlägt die
vorliegende Neuerung eine Kaffeemaschine der eingangs beschriebenen
Art vor, bei der eine Länge L
eines mit einer Auslassseite der Pumpe verbundenen Pumpenrohres
in einem Bereich von
0,3λ bis
0,7λ ± 0,5Nλ,
liegt,
wobei N eine ganze Zahl ist und wobei λ eine Wellenlänge einer
in dem Pumpenrohr von der Pumpe beim Betrieb verursachten Welle
ist.
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Die
Wellenlänge λ kann experimentell
ermittelt werden, aber kann auch entsprechend der folgenden Formel
berechnet werden:
wobei f eine Frequenz ist,
mit der die Pumpe Druckimpulse gibt, ρ eine Dichte des Wassers innerhalb des
Pumpenrohres, E ein Elastizitätsmodul
von Material des Pumpenrohres, R
1 ein Innendurchmesser des
Pumpenrohres und R
2 ein Außendurchmesser des
Pumpenrohres.
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Die
vorliegende Neuerung beruht auf der Erkenntnis, dass das instabile
Betriebsverhalten mit dem Typ der in der Kaffeemaschine verwendeten Pumpe
und den Kennwerten eines mit einer Auslassseite der Pumpe verbundenen
Pumpenrohres zusammenhängt.
Der Typ der verwendeten Pumpe ist eine Kolbenpumpe, die mit einer
bestimmten Frequenz f beispielsweise 50 Hz, Druckimpulse in das Pumpenrohr
gibt. Es scheint, dass diese Impulse wie eine Welle durch das Pumpenrohr
hindurch laufen. Die Impulse werden am Ende des Pumpenrohres reflektiert
und werden verstärkt
oder abgeschwächt,
je nach den Kennwerten des Pumpenrohres. Ob der zuvor bestimmte
Druck in der Brühkammer
erhalten wird oder nicht, hängt
von einem Verhältnis
zwischen der Wellenlänge
des Impulses und einer Länge
L des Pumpenrohres ab.
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Experimente
haben ergeben, dass bei einer Pumpenrohrlänge L von etwa 0,25λ + 0,5Nλ, mit N eine
ganze Zahl, in der Brühkammer
ein Druckminimum vorliegt. Darüber
hinaus hat sich gezeigt, dass der Druck in der Brühkammer
stabil ist, wenn die Pumpenrohrlänge
in einem Bereich von 0,3λ bis
0,7λ ± 0,5Nλ liegt.
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Die
vorliegende Neuerung soll jetzt anhand der Zeichnung näher erläutert werden,
in der gleichartige Teile durch die gleichen Bezugszeichen angedeutet
werden. Es zeigen:
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1 ein
Blockschema, das verschiedene Komponenten einer Kaffeemaschine darstellt;
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2a–2f schematisch
eine Wellenbewegung in einem Pumpenrohr der Kaffeemaschine, welches
Rohr an einer Auslassseite einer Pumpe der Kaffeemaschine liegt;
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3 eine
graphische Darstellung, die eine experimentell ermittelte Beziehung
zwischen einem Druck in der Brühkammer
der Kaffeemaschine und einer Länge
des Pumpenrohres darstellt;
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4 eine
graphische Darstellung, die eine experimentell ermittelte Beziehung
zwischen dem Druck in der Brühkammer
der Kaffeemaschine und der Länge
des Pumpenrohres darstellt, ermittelt bei zwei unterschiedlichen
Pumpenfrequenzen, und
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5 eine
graphische Darstellung, die eine experimentell ermittelte Beziehung
zwischen dem Druck in der Brühkammer
der Kaffeemaschine und einem Verhältnis zwischen der Länge des
Pumpenrohres und einer Wellenlänge
in dem Pumpenrohr darstellt.
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1 zeigt
schematisch verschiedene Komponenten einer Kaffeemaschine 1.
Eine erste Komponente ist ein Wassertank 2, zum Aufnehmen
von Wasser. Dieser Wassertank kann jede geeignete Form haben. Vorzugsweise
ist der Wassertank 2 abnehmbar angeordnet, sodass ein Benutzer
den Wassertank 2 zu einem Wasserhahn oder Ähnlichem bringen
kann, um den Wassertank 2 zu füllen, ohne die gesamte Kaffeemaschine 1 bewegen
zu müssen. Die
vorliegende Neuerung bezieht sich auch auf Kaffeemaschinen, die
keinen Wassertank umfassen, sondern an einer Art Wasserzufuhrsystem
mittels einer geeigneten Abschlusseinrichtung, wie z.B. einem Wasserhahn,
angeschlossen sind.
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Eine
zweite Komponente ist eine Pumpe 3, um das Wasser durch
die Kaffeemaschine 1 fließen zu lassen. Die Pumpe 3 kann
von jeder geeigneten Art sein und kann beispielsweise eine Kolbenpumpe sein.
Eine Kolbenpumpe ist ein sehr bekannter Pumpentyp, der einen in
einem Gehäuse
aufgenommenen Kolben umfasst, wobei dieser Kolben in Bezug auf das
Gehäuse
linear verschiebbar ist. Beim Betrieb der Pumpe wird der Kolben
in Bezug auf das Gehäuse
mit einer bestimmten Frequenz f, beispielsweise 50 Hz, hin und her
bewegt.
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Eine
dritte Komponente ist ein Sieder 5 zum Erhitzen des Wassers.
Der Sieder 5 kann von jedem geeigneten Typ sein. Der Sieder 5 und
die Pumpe 3 sind mit Hilfe eines Pumpenrohres 4 miteinander
verbunden. Wenn die Pumpe 3 betrieben wird, wird das Wasser
von der Pumpe 3 aus durch das Pumpenrohr 4 hindurch
zu dem Sieder 5 hin gedrängt. Das Pumpenrohr 4 wirkt
als ein Auslassrohr der Pumpe 3. In dem dargestellten Beispiel
wirkt das Pumpenrohr 4 auch als ein Einlassrohr des Sieders 5.
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Eine
vierte Komponente ist eine Brühkammer 7.
Die Brühkammer 7 und
der Sieder 5 sind mit Hilfe eines Siederrohres 6 miteinander
verbunden. Die Brühkammer 7 ist
ausgebildet, zumindest ein Kaffeepad aufzunehmen. Im Betrieb erfolgt
der eigentliche Kaffeebereitungsprozess innerhalb der Brühkammer 7,
da in der Brühkammer 7 das
Wasser durch das Kaffeepad gepresst wird.
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Eine
fünfte
Komponente ist eine Auslassdüse 8,
die mit der Brühkammer 7 direkt
verbunden ist und die dazu dient, frisch aufgebrühten Kaffee aus der Kaffeemaschine 1 abzugeben.
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Die
Art und Weise, in der eine Tasse Kaffee mit Hilfe der Kaffeemaschine 1 zubereitet
wird, kann folgende sein.
- 1) Ein Benutzer füllt den
Wassertank 2 mit Wasser. Bei dem Prozess muss der Benutzer
darauf achten, dass die Wassermenge in dem Wassertank 2 zumindest
gleich der Wassermenge ist, die zum Bereiten der Tasse Kaffee benötigt wird.
- 2) Der Benutzer platziert ein Kaffeepad in der Brühkammer 7.
Die Kaffeemaschine 1 kann beispielsweise einen gesonderten
Träger
zum Aufnehmen des Kaffeepads umfassen, der leicht in die Brühkammer
eingebracht werden kann.
- 3) Der Benutzer platziert eine Kaffeetasse in der richtigen
Lage, um aus der Kaffeemaschine 1 Kaffee zu erhalten.
- 4) Der Benutzer aktiviert den Sieder 5, in dem sich bereits
eine Wassermenge befindet. Das Wasser wird in dem Sieder 5 auf
eine zuvor bestimmte Temperatur erhitzt.
- 5) Der Benutzer aktiviert die Pumpe 3, um das heiße Wasser
von dem Sieder 5 zur Brühkammer 7 fließen zu lassen.
Innerhalb der Brühkammer 7 wird
das heiße
Wasser durch das Kaffeepad gepresst, sodass Kaffee erhalten wird.
Der frisch aufgebrühte
Kaffee wird von der Brühkammer 7 aus
durch die Auslassdüse 8 zu
der Kaffeetasse hin gedrängt,
die sich außerhalb
der Kaffeemaschine 1 befindet. Beim Betrieb der Pumpe 3 wird dafür gesorgt, dass
Wasser vom Wassertank 2 zum Sieder 5 fließt, sodass
der Sieder mit einer zuvor bestimmten Wassermenge gefüllt bleibt, von
der zumindest ein Anteil verwendet werden kann, wenn die Kaffeemaschine 1 ein
nächstes Mal
betrieben wird.
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Der
Vollständigkeit
halber sei bemerkt, dass der oben beschriebene Prozess des Bereitens
einer Tasse Kaffee unter Verwendung der Kaffeemaschine 1 nur
ein Beispiel für
die vielen vorhandenen Möglichkeiten
für diesen
Prozess ist.
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Es
ist wichtig, dass das Betriebsverhalten der Kaffeemaschine stabil
ist, was bedeutet, dass die erhaltene Menge an Kaffee innerhalb
eines zuvor festgelegten Bereiches liegt und dass der Druck in der
Brühkammer 7 ein
festgelegtes Niveau erreichen muss.
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Gemäß der der
vorliegenden Neuerung zugrunde liegenden Erkenntnis hat eine Beziehung
zwischen verschiedenen Kennwerten, die mit der Pumpe 3,
dem Pumpenrohr 4 und dem Wasser zusammenhängen, einen
wichtigen Einfluss auf die Stabilität des Betriebsverhaltens der
Kaffeemaschine 1. Insbesondere muss eine Beziehung zwischen
einer Länge
L der Pumpe 3, einer Frequenz f, mit der die Pumpe 3 Druckimpulse
gibt, einer Dichte ρ des
Wassers, einem Elastizitätsmodul
E von Material des Pumpenrohres 4, einem Innendurchmesser
R1 des Pumpenrohres 4 und einem
Außendurchmesser
R2 des Pumpenrohres 4 innerhalb
festgelegter Grenzen liegen, damit das Betriebsverhalten der Kaffeemaschine 1 stabil
ist. Eine Erklärung
für den
Einfluss der genannten Kennwerte findet sich in den Erkenntnissen über einen
Prozess, der in dem Pumpenrohr 4 abläuft. Dieser Prozess wird anhand
von 2a–2f veranschaulicht.
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Wenn
die Pumpe 3 betrieben wird, gibt sie mit einer festgelegten
Frequenz f Druckimpulse. Es zeigt sich, dass diese Impulse durch
das Pumpenrohr 4 wie eine Welle hindurchlaufen. 2a–2f zeigen
schematisch Wellen, wobei eine Bewegungsrichtung der Wellen durch
einen Pfeil angedeutet wird.
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2a und 2b zeigen
schematisch eine erste Welle 41, die auf ein Ende 45 des
Pumpenrohres zusteuert. 2c zeigt
schematisch die erste Welle 41 an einer Stelle genau am
Ende 45 des Pumpenrohres 4. An dieser Stelle wird
die erste Welle 41 reflektiert, wodurch sie beginnt, sich
in entgegengesetzter Richtung zu bewegen. 2d zeigt
schematisch eine reflektierte erste Welle 41, die gerade
das Ende 45 des Pumpenrohres 4 verlassen hat und
sich von diesem Ende 45 weg bewegt, während 2e schematisch
die erste Welle 41 an einer Stelle etwas weiter von dem
Ende 45 entfernt zeigt. In 2f wird eine
zweite Welle 42 gezeigt, die sich zum Ende 45 des
Pumpenrohres 4 bewegt und auf die erste Welle 41 trifft,
die sich in entgegengesetzter Richtung bewegt. Je nach den Rohrkennwerten
werden die Wellen 41, 42 als Folge ihres Zusammentreffens
verstärkt
oder abgeschwächt.
Insbesondere wird das Ergebnis des Zusammentreffens von reflektierten
Wellen 41, 42 in dem Pumpenrohr 4 durch
ein Verhältnis zwischen
einer Wellenlänge λ der Wellen 41, 42 und der
Länge L
des Pumpenrohres 4 beeinflusst.
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Nach
der Theorie der Hydrodynamik wird die Wellenlänge λ entsprechend der folgenden
Formel berechnet:
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In
Experimenten, die im Kontext der vorliegenden Neuerung ausgeführt worden
sind, ist eine Beziehung zwischen einem Druck in der Brühkammer 7 und
der Länge
L des Pumpenrohres 4 ermittelt worden. Die graphischen
Darstellungen in 3-5 beruhen
auf Ergebnissen dieser Experimente.
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In
der graphischen Darstellung von 3 ist der
Druck als Funktion der Länge
L des Pumpenrohres 4 aufgetragen. Es wird deutlich sein,
dass die Ergebnisse, auf denen diese Kurve beruht, durch Variieren
der Länge
L des Pumpenrohres 4 erhalten worden sind und durch Messen
des zugehörigen
innerhalb der Brühkammer 7 herrschenden
Druckes, während
alle anderen Kennwerte der Pumpe 3, des Pumpenrohres 4 und
des Wassers konstant gehalten wurden, mit anderen Worten, während die
Wellenlänge λ konstant
gehalten wurde. Die dargestellten Werte für den Druck in der Brühkammer 7 und
die Länge
L des Pumpenrohres 4 sind, bei einer Pumpenfrequenz f von
50 Hz, für
ein Pumpenrohr 4 erhalten worden, das eine Härte von
60 Shore, einen Innendurchmesser R1 von
2 mm und einen Außendurchmesser
R2 von 4 mm aufweist. Unter diesen Bedingungen
ergab sich für
die Wellenlänge λ ein Wert
von etwa 880 mm. Es wird selbstverständlich sein, dass die genannte Kombination
von Werten nur eine von vielen vorhandenen Möglichkeiten ist.
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Die
graphische Darstellung von 3 veranschaulicht
deutlich, dass der Druck nicht auf einem konstanten Niveau bleibt,
wenn die Länge
L des Pumpenrohres verändert
wird. Im Gegenteil, es sind abwechselnd auftretende instabile Gebiete
und stabile Gebiete zu unterscheiden. In einem instabilen Gebiet
verändert
sich der Druck stark, wenn die Pumpenrohrlänge L verändert wird, während in
einem stabilen Gebiet der Druck bei Veränderung der Pumpenrohrlänge L nahezu
auf konstantem Niveau bleibt, mit anderen Worten, der Druck scheint
von der Pumpenrohrlänge
L unabhängig
zu sein. Es ist wichtig, dass die Pumpenrohrlänge L so gewählt wird,
dass die Beziehung zwischen dem Druck und dieser Pumpenrohrlänge L in
dem stabilen Gebiet liegt, um zu garantieren, dass in der Brühkammer 7 ein
zuvor bestimmter Druck erreicht wird. Wenn die genannte Beziehung
in dem instabilen Gebiet liegt, besteht ein erhebliches Risiko,
dass der Druck nicht hoch genug wird.
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Das
instabile Gebiet und das stabile Gebiet wechseln miteinander ab,
sodass auf ein erstes instabiles Gebiet ein erstes stabiles Gebiet
folgt, auf das erste stabile Gebiet ein zweites instabiles Gebiet folgt,
auf das zweite instabile Gebiet ein zweites stabiles Gebiet folgt,
usw. Um einen Punkt, wo die Pumpenrohrlänge L gleich 215 mm ist und
der Druck mehr oder weniger minimal ist, erstreckt sich ein erstes
instabiles Gebiet. Um einen Punkt, wo die Pumpenrohrlänge L gleich
640 mm ist, erstreckt sich ein zweites instabiles Gebiet. Um ein
instabiles und unvorhersehbares Betriebsverhalten der Kaffeemaschine 1 zu
vermeiden, sollte die Pumpenrohrlänge L so gewählt werden,
dass sie außerhalb
der instabilen Gebiete liegt.
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Darüber hinaus
zeigt die graphische Darstellung, dass sich das erste stabile Gebiet
von einem Punkt aus erstreckt, wo die Pumpenrohrlänge L ungefähr gleich
280 mm ist, bis zu einem Punkt, wo die Pumpenrohrlänge L ungefähr gleich
510 mm ist. Zwischen diesen Punkten ist eine Veränderung des Druckes klein und
zulässig.
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Der
Vollständigkeit
halber sei bemerkt, dass die in den vorhergehenden Absätzen erwähnten Werte
der Pumpenrohrlänge
L zu einem Pumpenrohr 4, das eine Härte von 60 Shore, einen Innendurchmesser
R1 von 2 mm und einen Außenmesser R2 von 4
mm hat, und zu einer Pumpenrohrfrequenz f von 50 Hz gehören. Wenn
zumindest einer dieser Kennwerte verändert wird, ändert sich
die Beziehung zwischen dem Druck und der Pumpenrohrlänge L. Diese Erscheinung
wird anhand von 4 veranschaulicht. Die in dieser
Figur dargestellten Kurven repräsentieren
eine experimentell erhaltene Beziehung zwischen dem Druck und der
Pumpenrohrlänge
L für zwei
unterschiedliche Pumpenfrequenzen, d.h. 50 Hz und 60 Hz. Eine gestrichelte
Linie bezieht sich auf die Pumpenfrequenz f von 50 Hz und eine ausgezogene
Linie auf die Pumpenfrequenz f von 60 Hz.
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Die
dargestellten Werte für
den Druck in der Brühkammer 7 und
die Pumpenrohrlänge
L sind für ein
Pumpenrohr 4 erhalten worden, das eine Härte von
69 Shore, einen Innendurchmesser R1 von
2 mm und einen Außendurchmesser
R2 von 4 mm hat. Es wird deutlich sein,
dass die dargestellten Werte durch Verändern der Länge L des Pumpenrohres 4 und durch
Messen des zugehörigen
innerhalb der Brühkammer 7 herrschenden
Druckes bei zwei unterschiedlichen Größen der Pumpenfrequenz f erhalten worden
sind, während
alle anderen Kennwerte der Pumpe 3, des Pumpenrohres 4 und
des Wassers konstant gehalten wurden.
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4 veranschaulicht
deutlich den Einfluss einer Veränderung
der Größe eines
der Kennwerte, in diesem Falle der Pumpenfrequenz f auf die Beziehung
zwischen dem Druck in der Brühkammer 7 und der
Länge L
des Pumpenrohres 4. Beispielsweise liegt bei einer Pumpenrohrlänge L von
etwa 300 mm die Beziehung zwischen dem Druck und der Pumpenrohrlänge L bei
einer Pumpenfrequenz f von 50 Hz in einem instabilen Gebiet, während diese
Beziehung bei einer Pumpenfrequenz f von 60 Hz in einem stabilen
Gebiet liegt.
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5 ist
eine graphische Darstellung, die auf den Kurven von 3 und 4 beruht.
Ein Unterschied zwischen den verschiedenen Kurven ist, dass die
Kurven von 3 und 4 eine Beziehung
zwischen dem Druck in der Brühkammer 7 und der
Länge L
des Pumpenrohres 4 veranschaulichen, während die Kurve 4 von 5 eine
Beziehung zwischen dem Druck in der Brühkammer 7 und einem Verhältnis zwischen
der Länge
L des Pumpenrohres 4 und der Wellenlänge λ in dem Pumpenrohr 4 veranschaulicht.
Alle Kurven beruhen auf Experimenten, bei denen die Länge L des
Pumpenrohres 4 verändert
worden ist und der zugehörige
Druck in der Brühkammer 7 gemessen
worden ist, und da die Wellenlänge λ durch eine
Veränderung
der Länge
L des Pumpenrohres 4 nicht beeinflusst wird, entspricht
die Form der in 5 gezeigten. Kurve der Form
der Kurven von 3 und 4.
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Die
dargestellte Beziehung zwischen dem Druck in der Brühkammer 7 und
dem Verhältnis
zwischen der Länge
L des Pumpenrohres 4 und der Wellenlänge λ in dem Pumpenrohr 4 ist
ermittelt worden, indem ein Pumpenrohr 4 mit einer Härte von
60 Shore, einem Innendurchmesser R1 von
2 mm, einem Außendurchmesser
R2 von 4 mm und einer Pumpenfrequenz f von
50 Hz verwendet wurde Der Vollständigkeit
halber sei bemerkt, dass diese Beziehung nicht nur unter diesen
speziellen Bedingungen gilt, sondern auch, wenn ein Pumpenrohr 4 mit
anderen Kennwerten eingesetzt wird und/oder die Pumpenfrequenz f
eine andere ist. Das Verhältnis
zwischen der Länge 1,
des Pumpenrohres 4 und der Wellenlänge λ bestimmt den in der Brühkammer 7 erhaltenen
Druck, ungeachtet der genauen Werte dieser Längen L, λ und ungeachtet der genauen
Werte der bestimmenden Faktoren der Wellenlänge λ.
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Die
graphische Darstellung von 5 veranschaulicht unter anderem,
dass das Muster stabiler Gebiete und instabiler Gebiete alle 0,5λ wiederholt wird.
Darüber
hinaus zeigt die graphische Darstellung, dass ein erstes instabiles
Gebiet sich um einen Punkt erstreckt, wo die Pumpenrohrlänge L gleich 0,25λ ist und
der Druck mehr oder weniger minimal ist. Ein zweites instabiles
Gebiet erstreckt sich um einen Punkt, wo die Pumpenrohrlänge L gleich
0,75λ ist,
ein drittes instabiles Gebiet erstreckt sich um einen Punkt, wo
die Pumpenrohrlänge
L gleich 1,25λ ist,
usw.
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Darüber hinaus
zeigt die Kurve, dass ein erstes stabiles Gebiet sich von einem
Punkt aus erstreckt, wo die Pumpenrohrlänge L ungefähr gleich 0,3λ ist, bis
zu einem Punkt, wo die Pumpenrohrlänge L ungefähr gleich 0,7λ ist. Zwischen
diesen Punkten ist eine Veränderung
des Druckes gering und zulässig.
Wie das instabile Gebiet wird das stabile Gebiet alle 0,5λ wiederholt.
Daher erstreckt sich beispielsweise ein zweites stabiles Gebiet
von einem Punkt, wo die Pumpenrohrlänge L ungefähr gleich 0,8λ ist, bis
zu einem Punkt, wo die Pumpenrohrlänge L ungefähr gleich 1,2λ ist.
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Der
in der Brühkammer 7 herrschende
Druck ist noch besser vorhersehbar, wenn die Länge L des Pumpenrohres 4 in
einem Bereich von 0,33λ bis 0,65λ ± 0,Nλ liegt. Daher
wird in einer bevorzugten Ausführungsform
der Kaffeemaschine 1 die Länge L des Pumpenrohres 4 so
gewählt,
dass sie innerhalb dieses Bereiches von 0,33λ bis 0,65λ ± 0,5Nλ liegt. Bei einer noch mehr
bevorzugten Ausführungsform liegt
die Länge
L des Pumpenrohres 4 in einem Bereich von 0,35λ bis 0,55λ ± 0,5Nλ. Bei einer
noch mehr vorzuziehenden Ausführungsform
liegt die Länge
L des Pumpenrohres 4 in einem Bereich von 0,38λ bis 0,5λ ± 0,5Nλ.
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Eine
Ausführungsform
der Kaffeemaschine 1, in der die Länge L des Pumpenrohres 4 als
die Länge
gewählt
wird, bei der der Druck in der Brühkammer 7 maximal
ist, wird durch die vorliegende Neuerung auch mit abgedeckt. Diese
Länge L
liegt in einem Bereich von 0,4λ bis
0,45λ ± 0,5Nλ. Wenn eine gewisse
Veränderung
des Druckes zulässig
ist, ist es nicht notwendig, die Länge L des Pumpenrohres 4 sehr
genau zu bestimmen und die Länge
L kann bei einem niedrigeren Wert als 0,4λ oder einem höheren Wert
als 0,45λ liegen.
Wenn die Länge
L einen niedrigeren Wert hat, liegt dieser Wert vorzugsweise in
einem Bereich von 0,35λ bis
0,4λ ± 0,5Nλ. Wenn die Länge einen
höheren
Wert hat, liegt dieser Wert vorzugsweise in einem Bereich von 0,45λ bis 0,55λ ± 0,5Nλ.
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Zusammenfassend
sind in den graphischen Darstellungen von 3 und 4,
mit denen eine experimentell ermittelte Beziehung zwischen dem Druck
in der Brühkammer 7 und
der Länge
L des Pumpenrohres 4 veranschaulicht wird, und in der graphischen
Darstellung von 5, mit der eine experimentell
ermittelte Beziehung zwischen dem Druck in der Brühkammer 7 und
dem Verhältnis
zwischen der Länge
L des Pumpenrohres 4 und der Wellenlänge λ veranschaulicht wird, abwechselnd
auftretende instabile Gebiete und stabile Gebiete zu unterscheiden.
In dem instabilen Gebiet verändert
sich der Druck stark, wenn die Pumpenrohrlänge L verändert wird, während in
dem stabilen Gebiet der Druck nahezu auf einem konstanten Niveau
bleibt, wenn die Pumpenrohrlänge
L verändert
wird.
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Damit
das Betriebsverhalten der Kaffeemaschine 1 stabil und vorhersehbar
ist, sollte die Kombination aus verschiedenen Faktoren, die die
Wellenlänge λ und die
Länge L
des Pumpenrohres 4 bestimmen, so gewählt werden, dass diese innerhalb
eines stabilen Gebietes liegen, sodass eine eventuelle geringe Störung nicht
zu einer unakzeptablen Druckabweichung führt. Gemäß der vorliegenden Neuerung ist
dies der Fall, wenn die Länge
L in einem Bereich von 0,3λ bis
0,7λ ± 0,5λ liegt.
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Im
Vorstehenden wird eine Kaffeemaschine 1 offenbart, die
eine Pumpe 3 umfasst, um Wasser unter Druck zu setzen,
sowie ein mit einer Auslassseite der Pumpe 3 verbundenes
Pumpenrohr 4. Darüber
hinaus umfasst die Kaffeemaschine 1 eine Brühkammer 7,
die zum Aufnehmen eines Kaffeepads ausgebildet ist. Beim Betrieb
der Kaffeemaschine 1 wird das Wasser erhitzt und durch
ein Kaffeepad hindurchgepresst. Auf diese Weise wird Kaffee erhalten.
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Damit
das Betriebsverhalten der Kaffeemaschine 1 stabil ist,
ist es wichtig, dass in der Brühkammer 7 ein
zuvor bestimmter Druck erhalten wird. Es zeigte sich, dass die Stabilität des Betriebsverhaltens der
Kaffeemaschine 1 von einem Verhältnis zwischen einer Länge L des
Pumpenrohres 4 und einer Wellenlänge λ einer von der Pumpe 3 im
Pumpenrohr 4 beim Betrieb verursachten Welle 41, 42 abhängig ist. Wenn
dieses Verhältnis
in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 ± 0,5N liegt, wobei N eine
ganze Zahl ist, ist das Betriebsverhalten der Kaffeemaschine 1 stabil.
Liegt das Verhältnis
jedoch außerhalb
dieses Bereiches, ist das Betriebsverhalten der Kaffeemaschine 1 instabil.
-
Es
wird deutlich sein, dass für
den Fachkundigen der Anwendungsbereich der vorliegenden Neuerung
sich nicht auf die vorstehend besprochenen Beispiele beschränkt, sondern
dass mehrere Änderungen
und Abwandlungen hiervon möglich
sind, ohne vom Rahmen der vorliegenden Neuerung, wie sie in den
anhängenden
Ansprüchen
definiert wird, abzuweichen.
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Inschrift
der Zeichnung
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1
- 1
- Kaffeemaschine
- 2
- Wassertank
- 3
- Pumpe
- 5
- Sieder
- 7
- Brühkammer
- 8
- Auslassdüse
-
3, 4
-
- Pressure in brew chamber – Druck in der Brühkammer
- Length L of the pump tube – Länge L des
Pumpenrohres
-
5
-
- Pressure in brew chamber – Druck in der Brühkammer
- Ratio between pump tube length L and wavelength λ – Verhältnis zwischen
dem Pumpenrohr L und der Wellenlänge λ
