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Technisches Gebiet:
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Die Erfindung bezieht sich auf das allgemeine technische Gebiet von Vorrichtungen, Systemen oder Maschinen zum Erwärmen eines Getränks oder anderer Lebensmittel und zum Erzeugen von Schaum aus einem Produkt wie Milch. Es gibt bekannte Maschinen zur Zubereitung von Heißgetränken, wie z.B. Kaffeemaschinen für Cappuccino, heiße Schokolade oder dergleichen, die eine solche Vorrichtung umfassen. Letztere wird allgemein als Milchaufschäumer bezeichnet.
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Stand der Technik:
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Maschinen mit einer Vorrichtung zum Erwärmen von Getränken oder zum Erzeugen von Schaum sind bekannt. Diese Maschinen sind in ihrem Betrieb immer häufiger automatisiert.
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Solche Maschinen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. In der Tat werden diese Maschinen in Spitzenzeiten, in denen eine große Anzahl von Kunden bedient werden muss, von mehreren Bedienern benutzt, von denen jeder eine mehr oder weniger persönliche Art der Zubereitung von Heißgetränken hat. Darüber hinaus sind die verwendeten Produkte, wie z.B. Milch, nicht immer identisch, weder in ihrer Konsistenz noch in ihrer Ausgangstemperatur. Daher ist es oft schwierig, eine gleichbleibende Qualität des gewonnenen Produkts oder Heißgetränks zu gewährleisten.
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Es gibt auch bekannte Vorrichtungen oder Maschinen zur Schaumerzeugung, bei denen es notwendig ist, eine Düse zu ersetzen, um die Luftmenge während der Schaumproduktion zu ändern. Der Austausch einer Düse zur Anpassung an die Zubereitung eines bestimmten Getränks ist daher nicht einfach und nur schwierig zu erwägen, wenn die Maschine oder Vorrichtung in Betrieb ist. Daher ist das Risiko hoch, den Kunden ein Produkt oder ein Heißgetränk von relativ ungleicher Qualität zu liefern.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Ein Ziel dieser Erfindung besteht daher darin, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine neuartige Steuereinrichtung zur Steuerung einer Dampf- und Drucklufterzeugungsvorrichtung vorzuschlagen, deren Nutzung besonders einfach und effizient ist.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung betrifft die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf und Druckluft, deren Aufbau einfach, zuverlässig und ergonomisch ist.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine neuartige Steuereinrichtung für eine Dampf- und Drucklufterzeugungsvorrichtung vorzuschlagen, mit der eine sehr große Anzahl von heißen Produkten oder Getränken ohne Eingriff hergestellt werden kann und ohne die Vorrichtung, in der die Steuereinrichtung implementiert ist, strukturell zu verändern.
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Diese Ziele werden erfindungsgemäß erreicht mit einer Steuereinrichtung einer Maschine oder Vorrichtung zur Erzeugung und Abgabe von Wasserdampf und Druckluft zum Erwärmen und/oder Emulgieren eines Lebensmittelprodukts, um Wasserdampf und/oder Luft in ein Produkt einzuspritzen, umfassend
- - einen Dampfkessel zur Erzeugung von Wasserdampf unter Druck, der einen Mischer über ein Dreiwege-Magnetventil speist;
- - eine Luftpumpe, die dem Mischer über eine Druckleitung Druckluft zuführt;
- - einen Schäumer, der mit einem zusätzlichen Temperaturfühler versehen ist und von dem Mischer mit Wasserdampf und/oder Druckluft versorgt wird;
- - eine Steuereinheit, die den Betrieb der Luftpumpe und des Dreiwege-Magnetventils steuert und Informationen von dem Temperaturfühler empfängt; und
- - Betätigungsorgane, die mit der Steuereinheit verbunden sind, um die gewünschten Funktionen auszuwählen,
wobei die Steuereinheit zur Steuerung der Maschine oder Vorrichtung zur Erzeugung und Abgabe von Wasserdampf und Druckluft derart ausgebildet ist, dass
- (a) der Wasserdampf mit einem konstanten Durchfluss gemäß einer vorbestimmten Zeit in Abhängigkeit von der gewünschten Endtemperatur für das Produkt abgegeben wird; oder
- (b) der Wasserdampf mit konstantem Durchsatz gemäß einer vorbestimmten Zeit in Abhängigkeit von der gewünschten Endtemperatur für das Produkt abgegeben und eine bestimmte Luftmenge gleichzeitig durch Auswählen der Luftdurchsatzes abgegeben wird, um dem Produkt eine gewünschte Konsistenz zu verleihen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglichen die Betätigungsorgane der Steuereinrichtung die Auswahl der Dauer der Wasserdampfabgabe und des Luftvolumenstroms als Sollwertpaare aus einer vorgegebenen Menge an Wertpaaren aus einem Bereich von erreichbaren Werten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinheit ferner einen Mikroprozessor und eine Speichereinheit zum Speichern der vorgegebenen Werte.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinheit eine elektronische Karte mit einem Mikrospeicher, in dem die vorgegebenen Werte gespeichert sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ermöglicht die Steuereinrichtung die Auswahl von Funktionen in Bezug auf einen Produktionsmodus, in dem Dampf Druckluft erzeugt werden, oder einen Wartungsmodus, in dem die Vorrichtung gereinigt wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinheit einen Mikroprozessor und eine Speichereinheit zum Steuern der Funktionen der Maschine oder Vorrichtung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinrichtung ein in der Druckleitung angeordnetes Rückschlagventil, um die Rückführung von unter Druck stehendem Dampf zur Luftpumpe zu verhindern.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit mit einer allgemeinen elektronischen Zentraleinheit verbunden, um die physikalischen Parameter zu steuern, die zur Definition der verschiedenen Funktionen der Maschine oder Vorrichtung erforderlich sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinheit eine elektronische Karte mit einem Mikrospeicher, in dem die Werte der physikalischen Parameter gespeichert sind.
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Darüber hinaus werden die Ziele der mit einer, in der Maschine oder Vorrichtung zur Herstellung von Lebensmitteln, Kaffee oder Heißgetränken integrierten, vorstehend erläuterten Steuereinrichtung erreicht.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen:
- 1 eine funktionsschematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Maschine oder Vorrichtung zur Erzeugung eines Luft-Dampfgemischs gemäß der Erfindung; und
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1.
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Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:
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Die strukturell und funktionell identischen Elemente sind in den 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Steuereinrichtung beinhaltet einen Dampfkessel 1 zur Erzeugung von unter Druck stehendem Wasserdampf. Der Dampfkessel 1 beinhaltet einen Tank 2 mit Wasser 3. Dieses Wasser 3 wird durch einen eingetauchten elektrischen Widerstand 5 teilweise in Wasserdampf 4 umgewandelt. Der Dampfkessel 1 umfasst außerdem Füllstandsensoren 6 und 7 sowie einen Temperaturfühler 8.
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Die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung beinhaltet des Weiteren Bedienelemente, wie beispielsweise eine erste Bedientaste 9 und eine zweite Bedientaste 10, zur Ausführung der verschiedenen Funktionen. Die Bedientasten 9 und 10, z.B. Taster oder Berührungstasten, sind beispielsweise über einen elektrischen Anschluss 11 mit einer Steuereinheit 12 der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung der Maschine oder Vorrichtung verbunden.
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Mit dieser Steuereinheit 12 wird die Aktivierung und Deaktivierung der verschiedenen Funktionen der Maschine oder Vorrichtung gemäß der Erfindung entsprechend den Anweisungen gesteuert. Die Steuereinheit 12 umfasst beispielsweise auch eine elektronische Karte mit einem Mikrospeicher.
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So ist beispielsweise die Steuereinheit 12 über einen elektrischen Anschluss 11 mit einer allgemeinen elektronischen Karte 13 verbunden, die den Betrieb der Maschine oder Vorrichtung steuert, in der die erfindungsgemäße Steuereinrichtung integriert ist.
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Die Betriebsparameter der Maschine oder Vorrichtung gemäß der Erfindung sind physikalische Parameter, die vorteilhafterweise den Luftdurchsatz beinhalten, so dass die Luftmenge im Dampf-Luft-Gemisch maximal ist, wenn die Drehzahl einer Luftpumpe 14 maximal ist. So wird beispielsweise bei einer Drehzahl der Luftpumpe 14 von 6.000 U/min ein Luftdurchsatz von ca. 2,5 l/min erreicht.
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Zu den Betriebsparametern der Maschine oder Vorrichtung gemäß der Erfindung gehört auch die Endtemperatur eines flüssigen Produkts 22, die zwischen 10°C und 100°C liegt. Diese Endtemperatur ist repräsentativ für die Dauer der Wasserdampfinjektion in das Produkt 22 bei konstantem Durchfluss über einen Schäumer 21.
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So beträgt nach einem Ausführungsbeispiel, wenn der Dampfkessel 1 eine Temperatur von 120°C und einen Innendruck von 1 bar aufweist, die Dauer der Dampfinjektion 24 s bei maximalem Luftdurchsatz, um Milch von 10°C auf 60°C zu erhitzen.
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Die Steuereinheit 12 steuert auch den Betrieb der Luftpumpe 14, z.B. einer peristaltischen Pumpe, über einen elektrischen Anschluss 11. Letztere erzeugt Luft unter Druck, die notwendig ist, um das Produkt 22 zu schäumen. Der Luftdurchsatz wird durch die Drehzahl der Luftpumpe 14 bestimmt. Durch einfaches oder mehrfaches Betätigen der Bedientasten 9 und 10 können so unterschiedliche Luftmengenwerte gespeichert und gesteuert werden.
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Die erfindungsgemäße Maschine oder Vorrichtung beinhaltet auch eine Lufteinlassdüse 15 zur Begrenzung des Luftstroms, insbesondere wenn die Luftpumpe 14 mit einer maximalen Drehzahl arbeitet. Die Druckluft wird dann über eine Druckleitung 16 zu einem Mischer 17 geleitet. Letzterer besteht vorteilhafterweise aus einem T-förmigen Leitungsabschnitt.
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Ein Rückschlagventil 18 ist vorteilhafterweise in der Druckleitung 16 angeordnet, um die Rückführung von Dampf unter Druck zur Luftpumpe 14 zu vermeiden, wenn deren Betrieb unterbrochen wird. Wenn die Luftpumpe 14 Druckluft bereitstellt, strömt der Dampf zum Schäumer 21, solange der Druck im Produkt 22, in diesem Fall eine Flüssigkeit, stets niedriger ist als der Druck in der Druckleitung 16.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung auch ein Dreiwege-Magnetventil 19, das in einem Dampfversorgungskanal 1a angeordnet ist, der den Tank 2 mit dem Mischer 17 verbindet. Dieses Dreiwege-Magnetventil 19 ermöglicht somit das Öffnen oder Schließen des Dampfdurchgangs. Das Dreiwege-Magnetventil 19 ist vorteilhafterweise über einen elektrischen Anschluss 11 mit der Steuereinheit 12 verbunden.
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Der Mischer 17 ist über einen zusätzlichen Kanal 20 mit einem Schäumer 21 verbunden. Letzterer wird beispielsweise in das Produkt 22 oder ein in einem Behälter 23 enthaltenes Getränk eingetaucht. So führt beispielsweise der zusätzliche Kanal 20 ein Gemisch aus Dampf und Druckluft zum Schäumer 21. Dieser Weg ist in der 1 strichliniert dargestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich einen Temperaturfühler 24, der beispielsweise auf dem Schäumer 21 angeordnet und über einen elektrischen Anschluss 11 mit der Steuereinheit 12 elektrisch verbunden ist. Dieser zusätzliche Temperaturfühler 24 ermöglicht es, die Temperatur des Produkts 22 zu messen und über die Steuereinheit 12 den Dampf- und/oder Drucklufterzeugungszyklus zu stoppen, wenn die gewünschte Temperatur für das Produkt erreicht ist.
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Der Schäumer 21 umfasst vorteilhafterweise an seinem freien Ende eine Düse zum Ausstoßen von Druckluft oder eines Gemischs aus Wasserdampf und Druckluft. Die Abmessungen und Formen dieser Auslassdüse 25 sind für die Schaumerzeugung geeignet und schon bekannt. Sie werden daher nicht weiter beschrieben.
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Gemäß einem Beispiel für die Funktionsweise der Maschine oder Vorrichtung gemäß der Erfindung betätigt der Benutzer die erste Bedientaste 9 und die Luftpumpe 14 startet mit einer Drehzahl, die an die Erzeugung eines bestimmten Luftdurchsatzes angepasst ist. Der Betrieb der Luftpumpe 14 wird durch die Steuereinheit 12 gesteuert. Die durch die Lufteinlassdüse 15 angesaugte Luft wird über das Rückschlagventil 18 in den Mischer 17 geleitet.
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Gleichzeitig steuert die Steuereinheit 12 durch Drücken der zweiten Bedientaste 10 das Öffnen und Schließen des Dreiwege-Magnetventils 19. Das Öffnen des Magnetventils ermöglicht die Zufuhr des Dampfs unter Druck an den Mischer 17. Letzterer ermöglicht das Vermischen des Dampfes aus dem Kessel 1 mit Luft aus der Luftpumpe 14. Das entstehende Dampf-Luft-Gemisch wird dann dem Schäumer 21 zugeführt, der teilweise in das Produkt 22, zum Beispiel Milch, eingetaucht ist.
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Der zusätzliche Temperaturfühler 24, der an die Steuereinheit 12 angeschlossen ist, versorgt die Steuereinheit 12 mit Informationen über die Temperatur des Produktes 22. Bei Erreichen der eingestellten und gewünschten Temperatur des Produkts 22 wird das Dreiwege-Magnetventil 19 aktiviert und stoppt die Einspritzung des Dampfes allein oder des Luft-Dampf-Gemisches.
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So wird beispielsweise der Betrieb der Luftpumpe 14 unterbrochen, während gleichzeitig die Dampfeinspritzung unterbrochen und die Schaumproduktion abgeschlossen wird.
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Darüber hinaus ermöglicht die dritte Leitung des Dreiwege-Magnetventils 19 die Entlüftung des zusätzlichen Kanals 20, der in flüssiger Verbindung mit dem Schäumer 21 steht, um zu verhindern, dass das Produkt 22 in den zusätzlichen Kanal 20 gesaugt wird. Dieser Sog kann sich aus einem Druckabfall oder einem Vakuum ergeben, der bzw. das durch die Kondensation von Wasserdampf im zusätzlichen Kanal 20 verursacht wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, das in eine Speichereinheit geladen werden kann, die einem Mikroprozessor der Steuereinheit zugeordnet ist, um die Durchführung der oben beschriebenen Prozessschritte zu steuern, wenn die Anweisungen des Computerprogramms in der Steuereinheit ausgeführt werden.
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So kann beispielsweise das Computerprogramm in eine Speichereinheit geladen werden, die einem Mikroprozessor der Steuereinheit 12 oder der allgemeinen elektronischen Generalkarte 13 zugeordnet ist, um die Durchführung der oben dargestellten Prozessschritte zu steuern, wenn die Anweisungen des Computerprogrammprodukts auf der Steuereinheit 12 oder der allgemeinen elektronischen Generalkarte 13 ausgeführt werden.
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Gemäß einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Umsetzung besteht auch die Möglichkeit einer Auswahl von Funktionen, die sich auf einen Wartungsmodus beziehen, während dem die Maschine oder Vorrichtung gereinigt wird. In diesem Wartungsmodus wird das Dreiwege-Magnetventil 19 so gesteuert, dass Wasserdampf in Form von aufeinanderfolgenden Impulsen abgegeben wird. Das Magnetventil 19 ist z.B. für 2 s geöffnet, dann für 5 s geschlossen. Dieser Zyklus wird dann z.B. für 3 Minuten wiederholt. Einige Öffnungs- und Schließimpulse können vorteilhafterweise eine längere Dauer haben, z.B. respektive 10 s bzw. 30 s, um den Reinigungsvorgang und/oder die Beseitigung von Verstopfungen zu optimieren.
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Die unterschiedlichen Funktionen im Produktionsmodus der Maschine oder Vorrichtung gemäß der Erfindung werden beispielsweise durch die lange und kurze Betätigung der einzelnen Bedientasten 9 und 10 gesteuert, wobei vier Funktionen gesteuert werden können. Jede Funktion entspricht einem Wertepaar aus Luftvolumenstrom und Endtemperatur des Produkts 22.
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Um beispielsweise den Wartungsmodus einzuleiten, ist es notwendig, die Stromversorgung der Maschine oder Vorrichtung, in welche die erfindungsgemäße Steuereinrichtung integriert ist, abzuschalten und dann die Stromversorgung wiederherzustellen, indem die beiden Bedientasten 9 und 10 für eine bestimmte Zeit, zum Beispiel 3 s, gleichzeitig gedrückt werden. Der Wartungsmodus startet dann automatisch. Nach Beendigung des Wartungsmodus wird der Produktionsmodus automatisch wieder eingeleitet und die Maschine oder Vorrichtung gemäß der Erfindung steht in Erwartung der Betätigung der Bedientasten 9 und 10 bereit.
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Selbstverständlich beschränkt sich diese Beschreibung nicht auf die explizit beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern umfasst auch andere Arten der Ausführung und/oder Nutzung. So kann ein beschriebenes technisches Merkmal durch ein gleichwertiges technisches Merkmal ersetzt werden, ohne den durch die Schutzansprüche bestimmten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
