DE3430953C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Mischen von Getränken aus gekühltem, unter Druck stehendem carbonisiertem Wasser und einem Getränkekonzentrat nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Anordnung findet beispielsweise Anwendung in einem Getränkeautomaten, bei welchem ein Getränkekonzentrat oder wahlweise ein von mehreren Getränkekonzentraten mit karbonisiertem Wasser zu ei­ nem Erfrischungsgetränk unmittelbar vor dem Konsum mischbar sind.

Das zu diesem Zweck erforderliche karbonisierte Wasser wird gekühlt und unter Druck stehend bevorratet. In bekannter Weise wird dieses karbonisierte Wasser über ein Absperrventil und gegebenenfalls über ein diesem nachgeschaltetes Entspannungs­ ventil für den Mischvorgang ausgegeben. Die Güte des Mischgetränks ist im wesent­ lichen Maße abhängig vom Mischungsverhältnis aus Getränkekonzentrat und karboni­ siertem Wasser. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, Maßnahmen zu ergreifen, wel­ che geeignet sind, das erforderliche Mischungsverhältnis bei dem im Normalbetrieb üblichen unte rschiedlichen Bedingungen zu gewährleisten. So ist es beispielsweise be­ kannt, die Getränkekonzentrats-Mengenbestimmung über Dosierkammern portionswei­ se vorzunehmen.

Aufgrund insbesondere der wesentlich höheren Zugabemenge des karbonisierten Was­ sers wird dieses aber in der angesprochenen bekannten Weise im kontinuierlichen Durchlauf ausgegeben, wobei die Mengenbestimmung, resultiert aus der Ausgabemen­ ge je Zeiteinheit und der Ausgabezeit. Die Beherrschung der Ausgabezeit ist durch bekannte steuertechnische Maßnahmen ohne weiteres möglich. Probleme stellen sich vielmehr im Bereich der mechanischen Ausgabeeinheit und zwar in so weit, daß durch die bekannten Maßnahmen keine ausreichend genauen Durchflußmengen je Zei­ teinheit realisierbar sind. Eine nicht unerhebliche Störgröße ist darin zu sehen, daß die Flüssigkeit der Ausgabevorrichtung unter unterschiedlichen Druckverhältnissen zu­ geführt wird.

In Übereinstimmung mit der gattungsgemäßen Anordnung ist es bekannt (DE-OS 31 47 769), einem Auslaß-Absperrventil unmittelbar eine notwendige, sogenannte Ent­ spannungsvorrichtung nachzuordnen, mit der erreicht wird, daß dies unter Druck ste­ hende carbonisierte Wasser drucklos und somit entspannt ausgegeben wird. Druck­ schwankungen des bereitgestellten carbonisierten Wassers verursachen zwangsläufig Durchflußschwankungen. Zur Begrenzung der Ausgabemenge ist das elektromagnetisch betätigbare Auslaß-Absperrventil zeitlich begrenzt ansteuerbar, beispielsweise ent­ sprechend der Ansteuerung der Förderpumpe bei einer weiteren bekannten Anord­ nung (DE-OS 26 08 503).

Durchflußmengenregler an sich sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Geläufig ist in einer Gehäusebohrung einen Steuerschieber verschieblich anzuordnen, welcher dem eingangsseitig - ausgangsseitigen Druckgefälle und einer Federkraft ausgesetzt ist, wodurch als Regelstrecke eine Durchflußöffnung in der Zylinderwandung je nach Druckgefälle unterschiedlich weit geöffnet wird. Damit ist in einfachster Form eine Durchflußmengen-Konstanthaltung bei unterschiedlichen Druckgefällen durchführbar. Durch eine nachgeordnete, verstellbare Drosselstelle ist bei einer bekannten Anord­ nung die Durchflußmenge einstellbar (DE-AS 13 03 132). Die Regelstrecke ist somit sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig unterschiedlichen Drucksituationen aus­ gesetzt.

Weiterhin ist ein Durchflußmengenregler bekannt (DE-OS 29 08 881), bei dem in ei­ nem von der Flüssigkeit durchströmten rotationssymmetrischen Gehäuseabschnitt ein mit einer verengten Durchflußöffnung zusammenwirkender Drosselkörper axial beweg­ lich von zwei gegeneinander wirkenden Federn gehalten ist, dessen Konturen so auf die Federkräfte und die Durchflußöffnung abgestimmt sind, daß aufgrund dynami­ scher Rückkopplung seine Lage bestimmt ist und der Durchströmquerschnitt an der Öffnung nur soweit freigegeben wird, daß die in einer Zeiteinheit durchströmende Flüssigkeitsmenge unabhängig vom Vordruck stets gleich groß ist. Diese Anordnung setzt eine ausreichend große Dynamik der durchfließenden Flüssigkeit für die ge­ wünschte Durchflußmengen-Regulierung voraus.

Die mengendosierte Ausgabe von carbonisiertem Wasser im gattungsgemäßen Umfeld ist durch die bekannten Anordnungen nur unzureichend durchführbar, da durch frei­ werdendes CO₂ in diesen Anordnungen das Regelverhalten verfälscht wird und CO₂ für die Weiterverwendung verloren geht.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß eine exakte Bestimmung der Ausga­ bemengen von Flüssigkeiten ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die gesamte Anordnung folgt dem Konzept, unterschiedlichen Funktionsanforderungen unterschiedliche Funktionseinheiten zuzuordnen und diese möglichst funktionsnah zueinander anzuordnen. Eine Funktionsanforderung ist dadurch gegeben, daß die durch die Zeitsteuerung vorgegebene Öffnungszeit des Ausgabeventils möglichst exakt reali­ siert wird. Aus diesem Grunde ist ein Auslaß- Absperrventil angeordnet, welches eben dieser Aufgabe in hervorragendem Maße gerecht werden kann. Für die Durchfluß­ mengen-Regelung ist diese Baueinheit jedoch nicht verantwortlich. Dazu ist das ei­ nen konstanten Durchfluß unabhängig vom Druck der zugeführten Flüssigkeit steuern­ des Durchfluß-Regelventil angeordnet. Dieses wiederum kann der ihm gestellten Aufgabe in hervorragendem Maße gerecht werden. Es ist aber auch wesentlich, daß beide Funktionseinheiten in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind, da somit weitestgehend ein unkontrolliertes Ausfließen der Flüssigkeit während der Schaltpha­ sen des Auslaß-Absperrventils vermieden wird.

Durch die erfindungsgemäß getroffenen Maßnahmen wird eine besonders gleichförmi­ ge Durchflußmenge realisiert, da die getroffenen Maßnahmen äußerst feinfühlig in der Lage sind, insbesondere auf Druckschwankungen zu reagieren und in Abhängig­ keit davon das Drosselverhalten zu verändern. Dadurch, daß die Strömungs-Eintritts­ öffnung in das druckabhängig wirkende Durchfluß-Regelventil als Drosselstrecke wirkt, wird bereits in diesem Bereich eine Druckherabsetzung durchgeführt, so daß das Regelverhalten näher in einen dem Ausgabedruck sich nähernden Bereich gelegt ist.

Nach einer besonderen Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Bohrungen am Umfang der Drosselkammer im Verschiebebereich des Kolbens angeordnet sind. Durch leichte Versetzung dieser Bohrungen in Kolbenhub-Richtung ist eine besonders günstige Regelcharakteristik für die Durchflußmenge erzielbar.

Für die Bereitstellung der Rückstellkraft an den Kolben wird zweckmäßigerweise ei­ ne Feder anzuordnen sein. Zur Nachregelung der Durchflußmenge auf ein bestimmtes gewünschtes Quantum und zur Nachjustierung der Anordnung ist es zweckmäßig, für eine Verstellbarkeit der Rückstellkraft Sorge zu tragen. Dazu kann eine auf die Rückstellfeder wirkende Druckschraube dienen.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung ausgestaltetes Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Mischeinrichtung für einen Getränke­ automaten und

Fig. 2 eine Anordnung zur Ausgabe von karbonisiertem Wasser mit gleich­ förmiger Durchflußmenge.

Ein Getränkeautomat zum wahlweisen Mischen von unterschiedlichen Getränkekon­ zentraten mit gekühltem CO₂-Wasser zu einem Mischgetränk enthält als wesentliche Bestandteile eine Mischrinne 1, in welcher der Mischvorgang eingeleitet bzw. durchgeführt wird, Getränkekonzentrats-Behälter 2, aus denen über Dosiereinrich­ tungen 3 die Getränkekonzentrate portionsweise der Mischrinne 1 zugeführt werden und einen Vorratsbehälter 4 für gekühltes CO₂-Wasser, welches über ein Ausgabe­ ventil 5 in die Mischrinne bedarfsweise einfließen kann. Die Getränkemischung ver­ läßt die Mischrinne 1 über einen Auslauftrichter 6. Der CO₂-Wasservorrat wird ge­ kühlt durch Kältemittel, welche über eine um den Vorratsbehälter 4 gewickelte Rohrleitung 7 geleitet sind. Ergänzt wird der CO₂-Wasservorrat innerhalb des Be­ hälters 4 um die über das Ausgabeventil 5 entnommenen Mengen dadurch, daß über eine Rohrleitung 8 - gesteuert über ein Ventilsystem 9 - Frischwasser zugeführt wird und über eine Rohrleitung 10 aus einem Behälter 11 mit CO₂-Gasfüllung - gesteuert durch ein Ventilsystem 12 - CO₂-Gas zugeführt wird. Die Güte des er­ zielbaren Mischgetränks ist in hohem Maße abhängig vom Mischungsverhältnis aus Getränkekonzentrat und karbonisiertem Wasser. Die Getränkekonzentrats-Mengenbe­ stimmung ist durch bekannte Ausgestaltungen der Dosiereinrichtungen 3 mit genü­ gend großer Genauigkeit durchführbar. Den jeweiligen Getränkekonzentrats-Mengen ist nunmehr eine entsprechende Menge von karbonisiertem Wasser zuzumischen. Zur Ausgabesteuerung dieses karbonisierten Wassers aus dem Vorratsbehälter 4 dient das Ausgabeventil 5, welches in der Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist. Die Zeitsteuerung erfolgt über eine nicht näher zu erläuternde Ansteuerschaltung 13.

Das Ausgabeventil 5 nach Fig. 2 besteht prinzipiell aus zwei Funktionseinheiten, und zwar aus einem elektromagnetisch ansteuerbaren Durchfluß/Absperrventil 14 und ei­ nem unabhängig vom zugeführten Flüssigkeitsdruck die Durchflußmenge steuernden Durchfluß-Regelventil 15. Das Durchfluß/Absperrventil 14 enthält eine Elektroma­ gnetspule 16. Bei deren Erregung durch Stromdurchfluß wird ein Magnetanker 17 entgegen der Kraft einer Feder 18 angezogen. Dabei hebt eine mit diesem Tauch­ anker 17 verbundene Membrane 19 von ihrem Ventilsitz 20 ab, so daß das aus dem Vorratsbehälter 4 über die Leitung 21 zugeführte karbonisierte Wasser dieses Ab­ sperrventil im wesentlichen ungehindert passieren kann. Durch Kanäle 22 und eine Gehäusebohrung 23 gelangt dieses in den Bereich des Durchfluß-Regelventils 15, und zwar in den eingangsseitigen Teilbereich 24 einer Kolbenkammer dieses Durch­ fluß-Regelventils. Ein in dieser Kolbenkammer angeordneter Kolben 25 ist mit der Kraft einer Feder 26 beaufschlagt, und zwar in Richtung auf den Einströmbereich 24 des karbonisierten Wassers. In der Stirnfläche des Kolbens ist eine Drosselboh­ rung 27 eingebracht, so daß das zugeführte karbonisierte Wasser vom ersten Teilbe­ reich 24 der Kolbenkammer in deren zweiten Teilbereich 28 gelangen kann. Bei Strömung findet an dieser Drosselbohrung 27 ein Druckabbau statt.

Am Umfang des zweiten Teilbereichs 28 der Kolbenkammer sind eine Mehrzahl von Bohrungen 29 in der Gehäusewandung angeordnet, welche über eine Ringleitung 30 zu einem Ausflußkanal 31 führen. Diese Bohrungen 29 liegen im Hubbereich des Kolbenmantels 25. Bei hohem Druck im ersten Teilbereich 24 wird der Kolben in verstärktem Maße gegen die Kraft der Feder 26 gedrückt, so daß die Austrittsöff­ nungen 29 durch den Kolbenmantel verstärkt überdeckt werden. Dabei tritt an die­ sen Stellen eine erhöhte Drosselwirkung auf. Liegt im Bereich des ersten Teilbe­ reichs 24 der Drosselkammer weniger Druck an, so folgt entsprechend der Kolben 25 der Kraft der Feder 26 und die Austrittsöffnungen 29 werden verstärkt freige­ geben. Die Drosselwirkung auf die durchströmende Flüssigkeit in diesem Bereich nimmt demgemäß ab. Durch entsprechende Dimensionierung ist nunmehr erreichbar, daß die Drosselwirkung im Bereich der Austrittsöffnungen 29 proportional zu den in dem ersten Teilbereich 24 der Kolbenkammer auftretenden Flüssigkeitsdrucks sich verändert. Damit läßt sich aber die Durchflußmenge des karbonisierten Wassers un­ abhängig vom über die Leitung 21 zugeführten Flüssigkeitsdruck konstant regeln.

Durch eine entsprechende Zeitsteuerung ist damit die ausgegebene Menge von kar­ bonisiertem Wasser äußerst genau bestimmbar.

Um die Durchflußmenge ein- und nachjustieren zu können, ist die Kraft der Feder 26 durch Veränderung ihrer Vorspannung über eine Verstellschraube 32 veränderbar. Diese Schraube 31 wirkt über einen Kompensierstab 33 auf die Feder 26. Durch diesen Kompensierstab 33 können die Auswirkungen unterschiedlicher Temperatur-Koeffi­ zienten von z.B. Gehäuse und Kolben kompensiert werden.

Claims (5)

1. Anordnung zum Mischen von Getränken aus gekühltem, unter Druck stehendem carbonisiertem Wasser und einem Getränkekonzentrat unter Verwendung einer aus einem über eine Zeitsteuereinrichtung ansteuerbaren Auslaß-Absperrventil und einem diesem unmittelbar nachgeschalteten Durchfluß-Drosselventil beste­ henden Anordnung zur Ausgabe dieses Wassers, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein das Durchfluß-Drosselventil bildende druckunabhängige Durchfluß-Regelventil (15) eine Kolbenkammer mit einem mit Rückstellkraft beaufschlagten verschieblichen Kolben (25) aufweist, welcher die Kolbenkam­ mer in zwei Teilbereiche (24, 28) unterteilt, daß zwischen diesen beiden Teil­ bereichen eine unveränderliche Strömungs-Drosselstrecke (27) liegt und daß der erste Kolbenkammer-Teilbereich (24), in dessen Richtung die Rückstell­ kraft wirkt, eine unveränderliche als Drossel wirkende Strömungs-Eintrittsöff­ nung (23) aufweist und der zweite Kolbenkammer-Teilbereich (28) eine durch die Kolbenhubstellung im Querschnitt veränderliche Strömungs-Austrittsdros­ sel (29) aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Aus­ trittsdrossel eine Mehrzahl von am Umfang der Kolbenkammer angeordneten Bohrungen (29) aufweist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Kolben (26) wirkende Rückstellkraft einstellbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch ein Federelement (26) ausgeübt wird.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft über einen Temperatur-Kompensationsstab (33) veränderbar ist.