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Zur Veränderung des wirksamen Querschnitts der Drosseleinrichtung
in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers kann ein Drosselventil
vorgesehen sein mit einem bewegten, in die offene Stellung vorgespannten Ventilkörper,
der mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit zunehmend in Richtung auf seinen Sitz
bewegt wird, wobei zwischen dem Ventilkörper und dem Sitz eine zunehmende Verengung
auftritt und damit eine zunehmende Drosselwirkung erzielt wird. Der Ventilsitz kann
Nuten aufweisen, die einen Mindestdurchfluß auch bei völlig aufsitzendem Ventilkörper
freilassen, so daß die maximale Drosselwirkung begrenzt ist. Da die Förderung im
Durchlauferhitzer ungleichmäßig d. h. pulsierend ist, wird der Ventilkörper sich
hin und her bewegen, wobei er seine größte Drosselwirkung bei den größten Geschwindigkeiten
erzielt und dadurch die auftretenden Maximalgeschwindigkeiten herabsetzt, was zu
einer Vergleichmäßigung der Förderung und damit auch zu einer besseren Dampfbildung
und einem besseren Druckaufbau zu Beginn des Betriebes beiträgt. Gemäß einer vorteilhaften
Ausführungsform kann das üblicherweise in der Frischwasserleitung angeordnete Rückschlagventil
einen zweiten Ventilsitz erhalten und damit gleichzeitig als von der Strömungsgeschwindigkeit
abhängiges
erfindungsgemäßes Drosselventil ausgebildet sein. Anstelle
einer Vorspannfeder kann bei Einbau des Drosselventils in eine vertikale Leitung
auch die Schwimmkraft des Ventilkörpers wie z. B. einer Ventilkugel verwendet werden.
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Zur Bildung eines Zeitschalters kann anstelle der Wärme des Durchlauferhitzers
auch die Wärme des bereiteten Heißwassers verwendet werden und dazu ein auf die
Drosselstelle in der Frischwasserleitung einwirkendes Bimetall in bzw. an der Heißwasserleitung
angeordnet sein.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Schemadarstellung
einer erfindungsgemäßen Kaffeemaschine mit einer abhängig vom Druck im Drucksystem
gesteuerten Drosseleinrichtung in der Frischwasserleitung, Fig.2 einen Schnitt im
wesentlichen entlang der Linie ll-ll in Fig. 1, F i g. 3 eine ausschnittsweise Schemadarstellung
einer erfindungsgemäßen Kaffeemaschine mit einer zeitabhängig gesteuerten Drosseleinrichtung
in der Frischwasserleitung, F i g. 4 eine ausschnittsweise Schemadarstellung einer
erfindungsgemäßen Kaffeemaschine mit einer zeitabhängig und abhängig vom Druck im
Drucksystem gesteuerten Drosseleinrichtung und Fig.5 in einem vertikalen Schnitt
ein mit einem Rückschlagventil kombiniertes, von der Strömungsgeschwindigkeit in
der Frischwasserleitung abhängiges Drosselventil.
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Die in F i g. 1 zum Teil stark schematisiert dargestellte elektrische
Haushaltskaffeemaschine weist einen Frischwasserbehälter 1 auf, der über eine, ein
Rückschlagventil 2 enthaltende Verbindungsleitung 3 an einen Durchlauferhitzer 4
angeschlossen ist, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich eine Warmhalteplatte
5 beheizt. An den Durchlauferhitzer 4 ist eine Brühwassersteigleitung 6 angeschlossen,
von der eine Dampfrückleitung 7 abzweigt, die in den Luftraum 11 des Frischwasserbehälters
1 einmündet. Der Dampfrückleitung ist ein Kondenswasserabscheider 8 zugeordnet,
der über ein weiteres Rückschlagventil 9 an die Brühwassersteigleitung angeschlossen
ist. Der Frischwasserbehälter 1 ist durch einen druckdichten Deckel 12 verschlossen,
der von einem Luftkanal 14 mit einem darin eingebauten Sicherheitsventil 16 durchsetzt
wird. Die Brühwassersteigleitung 6 ist druckdicht an einen Kaffeefilter 18 in Kegelform
angeschlossen, der an seinem Auslauf 20 durch ein Überdruckventil 22 verschlossen
ist, das betriebsmäßig den Druck mit dem gefiltert wird, reguliert. Mittels eines
Stellhebels 24 kann über eine Steuereinrichtung 26 die Vorspannung des Überdruckventils
22 von Hand eingestellt werden.
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Unter dem Filter 18 sitzt auf der Warmhalteplatte 5 ein Kaffeebehälter
28.
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In die Verbindungsleitung bzw. Frischwasserleitung 3 ist ein elastischer
Schlauchabschnitt 30 zwischengeschaltet auf den wie insbesondere auch in Fig.2 zu
sehen ist, eine Schlauchklemmeinrichtung 32 mit der Kraft einer sich gegen den Frischwasserbehälter
1 abstützenden Vorspannfeder 34 einwirkt, wodurch im elastischen Schlauch 30 eine
Drosselstelle gebildet wird.
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Die Schlauchklemmeinrichtung besitzt ein unteres im Kaffeemaschinengehäuse
befestigtes Klemm- und Führungsteil 36, mit einer Ausnehmung 38, in die der elastische
Schlauch 30 und ein zweites darauf gelegtes
Klemmteil 40 einlegbar ist. Schultern
42 in der Ausnehmung 38 verhindern, daß das zweite Klemmteil 40 den Schlauch völlig
zusammendrückt und bestimmen damit den Mindestdurchflußquerschnitt des Schlauches
30 bzw. die maximale Drosselwirkung. Die Klemmteile 36 und 40 sind plattenförmig
und weisen wie in dem Schnitt in Längsrichtung des Schlauches in F i g. 1 zu sehen
gewölbte, mit dem Schlauch zusammenwirkende Flächen auf. Zu Beginn des Betriebs
der Kaffeemaschine muß der Druck im Drucksystem sich erst aufbauen, was durch die,
durch die engste Stellung der Drosseleinrichtung gedrosselte Wasserzufuhr zum Durchlauferhitzer
4 und die dadurch bewirkte verstärkte Dampfbildung gefördert wird. Mit zunehmendem
Druck, der sich auch im elastischen Schlauch 30 auswirkt, wird das obere Klemmteil
40 gegen den Druck der Vorspannfeder 34 angehoben, wodurch der Zufluß zum Wassererhitzer
erleichtert und die Dampfbildung wieder etwas herabgesetzt wird. Durch die Formgebung
der gewölbten Druckflächen kann der Verlauf der wirksamen Drosselöffnung in Abhängigkeit
vom Druck im Drucksystem beeinflußt und an die konstruktiven Gegebenheiten des Gerätes
angepaßt werden.
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Bei der in F i g. 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform,
sind die mit der Kaffeemaschine gemäß F i g. 1 übereinstimmenden Teile mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet. Die auf den elastischen Schlauch 30 einwirkenden Klemmteile
36 und 40 stehen unter der Wirkung einer Zeitsteuereinrichtung 350, die ein mit
einem Ende bei 352 am Kaffeemaschinengehäuse befestigtes Bimetall 354 aufweist,
daß der vom Durchlauferhitzer und der Warmhalteplatte entwickelten Wärme ausgesetzt
ist und an seinem freien Ende über einen Bügel 356 fest mit dem oberen Klemmteil
40 der Schlauchklemmeinrichtung 332 verbunden ist. Bei noch kaltem Gerät ist wie
auch für das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 in Fig.2 dargestellt ist, ein Mindestquerschnitt
des Schlauches 30 offen und damit ein Mindestdrosselquerschnitt gegeben. Mit zunehmender
Erwärmung des Durchlauferhitzers 4 bzw. der Warmhalteplatte 5 krümmt sich das freie
Ende des Bimetalls 354 nach oben und öffnet langsam die Drosselstelle, bis der gesamte
Schlauchquerschnitt frei ist. Die Charakteristik des Bimetalls und die Stärke seiner
Beheizung muß an die jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten angepaßt werden, um
den gewünschten Verlauf des Druckanstiegs im Drucksystem zu erhalten.
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Die Charakteristik der Drosselstelle, d. h. ihr Öffnungsquerschnitt
in Abhängigkeit von der Zeit kann ferner durch eine zwischen das Bimetall und die
Schlauchklemmeinrichtung 332 zwischengeschaltete ausgewählte Getriebeeinrichtung
beeinflußt werden. Es sei noch bemerkt, daß das Bimetall 354 eine gewisse Elastizität
aufweist und daher je nach dieser Elastizität auch der Druck im Schlauch 30 eine
mehr oder weniger große Rolle spielen wird.
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F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform mit einer sowohl
durch eine Zeitsteuereinrichtung 350 mit einem Bimetall 354 als auch mit einer Vorspannfeder
434 auf den elastischen Schlauch einwirkenden Schlauchklemmeinrichtung 432. Das
Bimetall 354 wirkt dabei mit dem befestigten Bügel 356 so auf eine Vorspannfeder
434 ein, die auf das obere Klemmteil 40 einwirkt, daß die Vorspannung zeitabhängig
gesteuert wird.
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In F i g. 5 ist ein von der Strömungsgeschwindigkeit in der Frischwasserleitung
abhängiges, mit einem Rückschlagventil kombiniertes Drosselventil 560 dargestellt,
das
bei einer Kaffeemaschine der in F i g. 1 dargestellten Art anstelle des mit der
Schlauchklemmeinrichtung zusammenwirkenden elastischen Schlauches 30 in die Frischwasserleitung
eingesetzt werden kann. Jedoch kann dieses Ventil auch in Verbindung mit den in
den F i g. 1 bis 4 dargestellten Drosseleinrichtungen verwendet werden. Das Drosselventil
560 besitzt in seinem Ventilgehäuse 562 im Einlauf- bzw. oberen Bereich einen Rückschlag-Ventilsitz
564, der mit einer Ventilkugel 566 zusammen ein Rückschlagventil bildet. Im unteren,
ablaufseitigen Bereich des Ventilgehäuses ist ein weiterer, im folgenden als Drosselventilsitz
bezeichneter Ventilsitz 568 ausgebildet, in dem mehrere Kanäle 570 ausgebildet sind,
die bei auf dem Ventilsitz 568 aufsitzender Ventilkugel 566 einen mindest Drosselquerschnitt
freihalten. Eine schwache Vorspannfeder 572 drückt die in F i g. 5 in einer mittleren
Betriebsstellung dargestellte Ventilkugel 566 vom Drosselventilsitz 568 weg in Richtung
auf den Rückschlagventilsitz 564.
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Der Innendurchmesser des Ventilgehäuses 562 ist in seinem unteren
Bereich gegen den Drosselventilsitz 568 zu bei 574 leicht konisch verringert, wodurch
die Charakteristik der Drosselwirkung beeinflußt wird. Das Drosselventil 560 funktioniert
wie folgt. Bei der im Durchlauferhitzer auftretenden pulsierenden Förderung schwankt
die Geschwindigkeit der Strömung des Frischwassers in der Frischwasserleitung beträchtlich
und kommt teilweise sogar zum Stehen, wobei der als Rückschlagventil wirkende Teil
des Ventils 560 eine Umkehrung der Strömungsrichtung verhindert. Die Ventilkugel
566 wird je nach der Geschwindigkeit der Strömung mehr oder weniger weit nach unten
in Richtung auf dem Drosselventilsitz 568 gedrückt, wobei aufgrund der Keilförmigkeit
der Innenkammer bei 574 die Drosselwirkung sich schon geringfügig ändert, wenn die
Ventilkugel 566 noch einen größeren Abstand von dem Drosselventilsitz 568 hat. Bei
Erreichen einer gewissen Geschwindigkeit setzt sich die Ventilkugel auf den Drosselventilsitz
568. Auf diese Weise werden die Geschwindigkeitsspitzen herabgesetzt, wodurch die
Strömung insgesamt vergleichmäßigt. In der Druckaufbauphase vor dem Brühbetrieb
kann das Heißwasser vom Durchlauferhitzer durch die Dampfrückleitung 7 gefördert
werden und den Kondenswasserabscheider 8 füllen und dann in den Frischwasserbehälter
11 überlaufen. Da dabei der Frischwasserbehälter noch voll ist, muß dazu nur eine
geringe Förderhöhe in den Rohren 7 und 8 überwunden werden, was eine schnelle Strömung
im Durchlauferhitzer 4 begünstigt. Das Drosselventil 560 ist so ausgelegt, daß es
speziell in diesem Fall verlangsamend auf die Strömung durch den Durchlauferhitzer
einwirkt, wodurch mehr Dampf erzeugt werden kann und der Druck im System sich schneller
aufbaut Wenn das Drosselventil 560 in seiner in Fig.S dargestellten senkrechten
Stellung in die Frischwasserleitung eingebaut wird kann es genügen, die als Ventilkörper
dienende Ventilkugel 566 als Schwimmkörper auszubilden, wobei dann auf die Vorspannfeder
572
verzichtet werden kann. Es ist selbstverständlich, daß der Abstand zwischen dem
Rückschlagventilsitz 564 und dem Drosselventilsitz 570 zusammen mit der Größe des
Ventilkörpers 566 von Einfluß auf das Verhalten des Drosselventils ist, da bei einer
größeren Strecke bei Auftreten einer Geschwindigkeitsspitze mehr Zeit bis zum wirksamwerden
der Drosselwirkung des Drosselventils vergeht.
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Die vorstehend beschriebenen Drosseleinrichtungen können mit Vorteil
auch bei sogenannten drucklosen Kaffeemaschinen, bei denen der Frischwasserbehälter
und der Kaffeefilter an ihrer Oberseite zur Atmosphäre offen sind verwendet werden,
was in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung mit dem Anmelder-Aktenzeichen
TZP 78/647 näher beschrieben ist. Gegenüber den vorstehend beschriebenen Druck-Kaffeemaschinen
entfällt auch das Dampfabscheidersystem mit seiner Verbindung zum Frischwasserbehälter
und vom Durchlauferhitzer führt eine unverzweigte Steigleitung nur zum Kaffeefilter.
Bei diesen Kaffeemaschinen muß der Druchlauferhitzer bei vollem Frischwasserbehälter
nur eine geringe Förderhöhe aufbringen, während mit absinkendem Wasserstand im Frischwasserbehälter
die in der Steigleitung zu überbrückende Förderhöhe immer größer wird, wodurch die
Wasserförderung sich verlangsamt und die Temperatur des dem Kaffeefilter zugeführten
Brühwassers dementsprechend ansteigt.
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Will man nun insgesamt die Brühtemperatur anheben, so kann man nicht
die Heizleistung erhöhen, da dann gegen Ende des Brühbetriebes zuviel Dampf erzeugt
würde, der die Förderung behindert und darüber hinaus weitere Nachteile hat. Die
vorstehend beschriebenen gesteuerten Drosseleinrichtungen können nun mit Vorteil
dazu verwendet werden im ersten Teil der Brühzeit die Fördergeschwindigkeit durch
eine stärkere Drosselwirkung herabzusetzen und damit die Brühtemperatur in diesem
Bereich und damit die gesamte Durchschnittsbrühtemperatur anzuheben. Lediglich die
Steuerung der Drosseleinrichtung durch den Wasserdruck kann dann nicht wie vorstehend
am Beispiel der Druckmaschine beschrieben erfolgen, da dort der von der Wassersäule
bewirkte Druck durch den Druck, der durch den Dampf im geschlossenen System bewirkt
ist überlagert wird. Bei einer drucklosen Kaffeemaschine kann eine an sich bekannte
Membraneinrichtung, die einerseits mit dem Druck des Frischwassers beaufschlagt
und andererseits mit dem Atmosphärendruck oder dem Druck eines eingeschlossenen
Gaspolsters beaufschlagt ist, ein Drosselventil steuern, wobei die Düsennadel so
zu profilieren ist, daß mit abnehmendem Wasserdruck, d. h. abnehmender Wassersäule
im Frischwasserbehälter der wirksame Drosselquerschnitt erweitert und die Drosselwirkung
herabgesetzt wird.
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Die Drosselung durch ein Zeitglied oder ein geschwindigkeitsgesteuertes
Drosselventil können unverändert wie vorstehend an der Druckmaschine beschrieben
auch bei der drucklosen Maschine eingesetzt werden, um eine Erhöhung der Brühtemperatur
zu erzielen.