DE60212593T2

DE60212593T2 - Stauscheibenbetriebenes system zur flüssigkeitserhitzung und -abgabe für einzelportionsbrühgetränkegerät

Info

Publication number: DE60212593T2
Application number: DE60212593T
Authority: DE
Inventors: Jon Groton TAYLOR; F. Jason LIPMAN
Original assignee: Keurig Inc
Current assignee: Keurig Inc
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: CA2442983A1; DE60212593D1; US20020144602A1; US6666130B2; KR20030088058A; EP1372444A2; WO2002080743A2; JP2004538044A; WO2002080743A3; CA2442983C; EP1372444B1; AU2002248753A1; JP3883963B2; ATE330520T1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Einzelportionsgetränkezubereitungsgeräte und befasst sich insbesondere mit einem verbesserten verschlussscheibenbetätigten System zum schnellen Erhitzen und wiederholten Abgeben von abgemessenen Mengen an erhitzter Flüssigkeit, die benötigt wird, um erfolgreiche Zubereitungszyklen zu bewirken.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Das US-Patent Nr. 6 082 247 (Beaulieu) beschreibt ein bekanntes System zum Abgeben von abgemessenen Mengen an erhitzter Flüssigkeit an die Zubereitungskammer eines Einzelportionszubereitungsgerätes. In diesem System wird eine Einlassöffung zwischen einem Vorratstank für erhitztes Wasser und einer Zumesskammer durch eine in der Zumesskammer enthaltene Kugel wahlweise geöffnet und verschlossen. Die Kugel sitzt unter der Wirkung der Schwerkraft in einer geschlossenen Position, in der sie die Einlassöffnung blockiert, wenn die Zumesskammer während eines Zubereitungszyklus unter Druck gesetzt wird. Am Ende des Zubereitungszyklus wird die Zumesskammer entlüftet, und die Kugel wird von der Einlassöffnung durch eine aus dem Vorratstank einströmende Flüssigkeit hydraulisch getrennt.
Dieses System arbeitet zwar insgesamt zufriedenstellend, es sind jedoch gelegentlich Dichtungsprobleme aufgetreten wegen eines Aufbaus von mineralischen Ablagerungen und dgl. auf der Kugeloberfläche oder der Zumessbecherdichtfläche. Darüber hinaus ergeben sich manchmal Verzögerungen zwischen aufeinanderfolgenden Zubereitungszyklen aufgrund der Zeit, die benötigt wird, um den Inhalt des Vorratstanks wieder auf die Temperatur aufzuheizen, die für eine optimale Zubereitungseffizienz benötigt wird.
Das US-Patent Nr. 5 111 740 (Klein) offenbart weiter ein bekanntes System zum Abgeben von abgemessenen Mengen an erhitzter Flüssigkeit an die Zubereitungskammer eines Einzelportionszubereitungsgerätes, das einen Vorratstank umfasst, der dafür ausgebildet ist, einen Vorrat an Flüssigkeit aufzunehmen, eine Zumesskammer, die dafür ausgebildet ist, mit einer abgemessenen Menge der Flüssigkeit gefüllt zu werden, welche sie aus dem Vorratstank empfängt, eine Zubereitungskammer, die dafür ausgebildet ist, eine Getränkefilterkartusche aufzunehmen, welche ein Getränkemedium enthält, eine bewegliche Verschlussscheibe, die in dem Vorratstank angeordnet ist, eine Betätigungseinrichtung zum Bewegen der Verschlussscheibe aus einer offenen Position, in der die Flüssigkeit zwischen dem Vorratstank und der Zumesskammer fließen kann, und einer geschlossenen Position, in welcher sie die Zumesskammer von dem Vorratstank isoliert, und eine Abgabeeinrichtung, die während eines Zubereitungszyklus betätigbar ist, um Flüssigkeit aus der isolierten Zumesskammer in die Zubereitungskammer zu fördern zur Vereinigung mit dem Getränkemedium, wobei die Verschlussscheibe durch eine mechanische Einrichtung innerhalb des Systems bewegt wird. Auch in diesem Fall kann die mechanische Einrichtung verunreinigt werden und so Dichtprobleme zwischen dem Vorratstank und der Zubereitungskammer erzeugen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Dichtprobleme des Standes der Technik zu vermeiden oder wenigstens beträchtlich zu minimieren durch Schaffung eines verbesserten verschlussscheibenbetätigten Systems zum wiederholten Abgeben der abgemessenen Mengen an Flüssigkeit, die erforderlich sind, um erfolgreiche Zubereitungszyklen zu bewirken.
Ein begleitendes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, für ein schnelleres Erhitzen von Flüssigkeit zu sorgen, die in die Zumesskammer ge langt, sowie eine allmählichere und gleichförmigere Erhitzung der Flüssigkeit in dem Vorratstank.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Getränkezubereitungsgerät geschaffen mit einem Vorratstank, der dafür ausgebildet ist, eine Flüssigkeit aufzunehmen; einer Zumesskammer, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie mit einer abgemessenen Menge der Flüssigkeit gefüllt werden kann, welche sie aus dem Vorratstank über einen mit diesem in Verbindung stehenden Einlass empfängt; einer Zubereitungskammer, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie eine Getränkefilterkartusche aufnehmen kann, welche ein Getränkemedium enthält; einer Verschlussscheibe, die in dem Vorratstank beweglich angeordnet ist; einer Betätigungseinrichtung, die in der ersten Betriebsart betätigbar ist, um die Verschlussscheibe aus einer offenen Position, in der sie einen Flüssigkeitsdurchfluss zwischen dem Vorratstank und der Zumesskammer über den Einlass zulässt, in eine geschlossene Position zu verschieben, in welcher sie den Durchfluss verhindert und die Zumesskammer von dem Vorratstank isoliert; und einer Verbindungseinrichtung zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Zumesskammer und der Zubereitungskammer; gekennzeichnet durch eine Abgabeeinrichtung, die während eines Zubereitungszyklus betätigbar ist, um Flüssigkeit pneumatisch mit Druck zu beaufschlagen und aus der so isolierten Zumesskammer über die Verbindungseinrichtung in die Zubereitungskammer zu leiten zur Vereinigung mit dem Getränkemedium, das in der Filterkartusche enthalten ist, wobei die Betätigungseinrichtung in einer zweiten Betriebsart am Ende des Zubereitungszyklus betätigbar ist, um die Verschlussscheibe in die offene Position zu verschieben und dadurch zu erlauben, dass die Zumesskammer wieder mit Flüssigkeit gefüllt wird, die sie aus dem Vorratstank über den Einlass empfängt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr ins Einzelne gehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 eine Vertikalschnittansicht durch ein Einzelportionszubereitungsgerät ist, das ein Flüssigkeitsabgabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei das Abgabesystem in einem „Bereit"-Zustand vor dem Beginn eines Zubereitungszyklus gezeigt ist;
2 eine Ansicht ähnlich der in 1 ist und das Abgabesystem im Betrieb während eines Zubereitungszyklus zeigt;
die 3A und 3B vergrößerte Ansichten der in den 1 und 2 eingekreisten Bereiche sind;
4 eine vergrößerte Ansicht ist, die schematisch Luft zeigt, die aus der Zumesskammer abgegeben wird, und erhitze Flüssigkeit, die in die Zumesskammer strömt, wenn die Verschlussscheibe am Ende eines Zubereitungszyklus angehoben wird; und
5 eine Ansicht ähnlich der in 4 ist und schematisch eine Wasserzirkulation 25 zeigt, nachdem die Zumesskammer wieder gefüllt worden ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß 1, auf die zuerst Bezug genommen wird, hat ein Einzelportionszubereitungsgerät 10 ein Gehäuse 12, das einen Flüssigkeitsvorratstank 14 umgibt. Der Tank hat eine untere Zumesskammer 16, die gebildet ist durch einen becherförmigen Boden 18 reduzierten Durchmessers, der mit der Tankseitenwand größeren Durchmessers an einer kreisförmigen Dichtfläche, welche einen Sitz 20 bildet, einstückig verbunden ist.
Ein feststehender innerer Aufbau umfasst eine horizontale Plattform 22 und Streben 24, die einer vertikal angeordnete Lagerbüchse 26 tragen, welche in Bezug auf den Tank 14 und dessen becherförmigen Boden 18 zentral ausgerichtet ist.
Eine vertikal hin- und herbewegbare Stange 28 erstreckt sich durch die Lagerbüchsen 26. Die Stange trägt eine kreisförmige Verschlussscheibe 30 an ihrem unteren Ende und eine kreisförmige Platte 32, die unterhalb der Plattform 22 angeordnet ist. In 3A, auf die zusätzlich Bezug genommen wird, ist zu erkennen, dass die untere Oberfläche der Verschlussscheibe 30 mit einer nach unten vorstehenden, zentralen konischen Fläche 30a konfiguriert ist, die von einem horizontalen, flachen, ringförmigen Sims 30b umgeben ist. Eine elastische, kompressible Dichtung 33 ist an dem Sims an einer Stelle, die dem Sitz 20 überlagert ist, befestigt.
Ein Arm 34 ist an einer Konsole 36, die durch die Plattform 22 gehaltert ist, schwenkbar gelagert. Der Arm 34 ist mit der Stange 28 durch einen Stift 38 verbunden. Eine Schraubenfeder 40 umgibt den Stift 38 zwischen dem Arm 34 und der oberen Oberfläche der Plattform 22, und eine aufpumpbare Blase 42 ist zwischen der unteren Oberfläche der Plattform 22 und der Platte 32 angeordnet.
Das distale Ende des Arms 34 erstreckt sich in eine Zubereitungskammer 44, die dafür ausgebildet ist, eine Einzelportionsgetränkefilterkartusche 46 des Typs aufzunehmen, wie er zum Beispiel in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Serial No. 09/782,622, eingereicht am 13.02.2001, beschrieben ist, deren Beschreibung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einverleibt wird.
Eine Luftpumpe 48 auf der Plattform 22 ist mit der Blase 42 verbunden und ist außerdem über einen biegsamen Schlauch 50 mit einer Öffnung 52 in der Verschlussscheibe 30 verbunden. Ein Zumessrohr 54 erstreckt sich durch die Verschlussscheibe 30 in die Kammer 16. Das Zumessrohr 54 ist über einen zweiten biegsamen Schlauch 56 mit einer nach unten vorstehenden rohrförmigen Sonde 58 verbunden, die durch den Arm 34 gehaltert ist. Eine zweite rohrförmige Sonde 60 ist der Kartusche 46 unterlagert und öffnet sich abwärts oberhalb eines äußeren Simses 62, der dafür konfiguriert und dimensioniert ist, einen Becher 64 oder dergleichen Behälter zu tragen.
Der Tank 14 speichert einen Vorrat an Flüssigkeit 66, die durch ein elektrisches Heizelement 68 erhitzt wird, welches unter dem becherförmigen Boden 18 angeordnet ist.
Während eines Zubereitungszyklus betätigt ein Steuersystem, das geeignete Ventile und Leitungen (nicht dargestellt) umfasst, die Luftpumpe 48, um pneumatisch die folgende Sequenz zu bewirken:

a) Gemäß der Darstellung in 2 wird die Blase 42 aufgepumpt, wobei sie die Stange 28 und die Verschlussscheibe 30 nach unten drückt, bis die Dichtung 33 an den Sitz 20 angepresst ist, um die Flüssigkeit in der Zumesskammer 16 von dem übrigen Tank 14 abzuschließen. Die Abwärtsbewegung der Stange 28 erzeugt auch eine Abwärtsschwenkbewegung eines Arms 34 gegen den Widerstand der Feder 40, was wiederum zur Folge hat, dass der Deckel und der Boden der Kartusche 46 in der Zubereitungskammer 44 durch die Sonden 58 bzw. 60 durchbohrt werden.
b) Verdichtete Luft wird dann über den Schlauch 50 in die Zumesskammer 16 geleitet, was zur Folge hat, dass eine abgemessene Menge an Flüssigkeit ausgestoßen und über den Schlauch 56 und die rohrförmige Sonde 58 zu der Kartusche 46 geleitet wird. Die resultierende erhitzte Flüssigkeit vereinigt sich mit einem Getränkemedium in der Kartusche, um ein zubereitetes Getränk zu erzeugen, das über die Sonde 60 austritt und in dem darunter befindlichen Becher 64 aufgenommen wird.
c) Am Ende des Zubereitungszyklus wird die Pumpe 46 inaktiviert, und das System wird entlüftet und in den in 1 gezeigten Zustand zurückversetzt. Die Blase 42 wird unter der Rückstellkraft der Feder 40 zusammengedrückt, was eine Aufwärtsverlagerung der Stange 28 zur Folge hat. Die Blase 30 wird so über den Sitz 20 angehoben, was Luft in der Kammer 16 gestattet, durch Flüssigkeit in dem Tank 14 verdrängt zu werden. Die Rückstellkraft der Feder 40 verschwenkt auch den Arm 34 nach oben, der seinerseits die Sonde 58 aus der Kartusche 46 hinausbewegt.

Die verbrauchte Kartusche 46 kann dann aus der Zubereitungskammer entnommen werden, um das System für den nächsten Zyklus bereitzumachen.
In 4, auf die nun Bezug genommen wird, ist zu erkennen, dass die konische Fläche 30a einen Konuswinkel α von etwa 5 bis 20° hat, wobei der bevorzugte Bereich bei etwa 8 bis 12° liegt.
Mit dieser Anordnung, wie sie in 4 gezeigt ist, unterstützt bei dem Anheben der Verschlussscheibe am Ende eines Zubereitungszyklus die konische zentrale Fläche 30a ein gleichförmiges Verteilen der entweichenden Luft (schematisch dargestellt durch gestrichelte Pfeile) zu dem und um den gesamten Umfang der Verschlussscheibe. Die entweichende Luft wird durch einen Gegenstrom von Wasser (schematisch durch mit ausgezogenen Linien dargestellte Pfeile gezeigt) verdrängt, das an dem gesamten Umfang der Verschlussscheibe in die Zumesskammer eindringt.
Gemäß der Darstellung in 5 wirkt die Verschlussscheibe 30, wenn sie in der voll angehobenen Position ist, mit dem Sitz 20 zusammen, um einen Spalt „x" zu bilden, der etwa 2 bis 10% des Verschlussscheibendurchmessers „D" misst und vorzugsweise etwa 3 bis 5% des Verschlussscheibendurchmessers. Die Verschlussscheibe ruft eine thermische Schichtung zwischen der Zumesskammer 16 und dem übrigen Teil des Tanks hervor. Der Spalt „x" dient, wie durch die mit ausgezogenen Linien dargestellten Pfeile schematisch gezeigt, zum Steuern einer Konvektionsströmung und von Wärmeübertragung zwischen der Zumesskammer und dem übrigen Teil des Tanks, wobei sie eine rezirkulierende Konvektionsströmung innerhalb der Zumesskammer unterstützt. Das gewährleistet sowohl eine schnelle Erhitzung von Wasser, das in der Zumesskammer empfangen wird, als auch eine gleichmäßigere und gleichförmigere Erhitzung des Wassers in dem übrigen Teil des Tanks.
Verschiedene Modifikationen können an der hier offenbarten Ausführungsform vorgenommen werden. Zum Beispiel kann die Stange 28 durch andere Einrichtungen, z. B. durch ein mit Motorantrieb versehenes Zahnradgetriebe, oder durch eine manuelle Betätigung des Arms 34 vertikal hin- und herbewegt werden. Die Zumesskammer 16 und der Sitz 20 können auf einem separaten becherförmigen Einsatz, der in dem Tank aufgenommen ist, ausgebildet werden, statt integral mit dem Tank ausgebildet zu sein.
Interne statt externe Heizungselemente könnten verwendet werden, um die Flüssigkeit in dem Vorratstank zu erhitzen. Andere Tankformen mit z. B. quadratischen oder rechteckigen Querschnitten könnten vergleichbar geformte Verschlussscheiben verwenden. Mehrere Luftpumpen könnten verwendet werden, um die Blase 42 aufzupumpen und die Zumesskammer 16 unter Druck zu setzen.
Es ist unsere Absicht, diese und irgendwelche anderen Änderungen und Modifikationen mit abzudecken, die den Schutzbereich der Erfindung nicht verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Getränkezubereitungsgerät mit: einem Vorratstank (14), der dafür ausgebildet ist, einen Vorrat an Flüssigkeit aufzunehmen; einer Zumesskammer (16), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie mit einer abgemessenen Menge der Flüssigkeit gefüllt werden kann, welche sie aus dem Vorratstank (14) über einen damit in Verbindung stehenden Einlass empfängt; einer Zubereitungskammer (44), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie eine Getränkefilterkartusche (46) aufnehmen kann, welche ein Getränkemedium enthält; einer Verschlussscheibe (30), die in dem Vorratstank (14) beweglich angeordnet ist; einer Betätigungseinrichtung (42), die in einer ersten Betriebsart betätigbar ist, um die Verschlussscheibe (30) aus einer offenen Position, in der sie einen Flüssigkeitsdurchfluss zwischen dem Vorratstank (14) und der Zumesskammer (16) über den Einlass zulässt, in eine geschlossene Position zu verschieben, in welcher sie den Durchfluss verhindert und die Zumesskammer (16) von dem Vorratstank (14) isoliert; und einer Verbindungseinrichtung (56) zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Zumesskammer (46) und der Zubereitungskammer (44); gekennzeichnet durch eine Abgabeeinrichtung (48), die während eines Zubereitungszyklus betätigbar ist, um Flüssigkeit pneumatisch mit Druck zu beaufschlagen und aus der so isolierten Zumesskammer (16) über die Verbindungseinrichtung (56) in die Zubereitungskammer (44) zu leiten zur Vereinigung mit dem Getränkemedium, das in der Filterkartusche (46) enthalten ist, wobei die Betätigungseinrichtung (42) in einer zweiten Betriebsart am Ende des Zubereitungszyklus betätigbar ist, um die Verschlussscheibe in die offene Position zu verschieben und dadurch zu erlauben, dass die Zumesskammer (16) wieder mit Flüssigkeit gefüllt wird, die sie aus dem Vorratstank (14) über den Einlass empfängt.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1, wobei der Vorratstank eine zylindrische Seitenwand hat und wobei die Zumesskammer als ein becherförmiger Boden (18) reduzierten Durchmessers des Vorratstanks ausgebildet ist.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 2, wobei der becherförmige Boden mit der zylindrischen Seitenwand durch eine kreisförmige Dichtfläche (20) verbunden ist, welche den Einlass umgibt.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Betätigungseinrichtung in der ersten Betriebsart pneumatisch angetrieben wird.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei die Betätigungseinrichtung in der zweiten Betriebsart federnd angetrieben wird.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Verbindungseinrichtung mit der Zumesskammer über eine Öffnung (54) in Verbindung steht, die sich durch die Verschlussscheibe erstreckt.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Verschlussscheibe an einer Stange (28) angebracht ist, die zwischen der offenen und der geschlossenen Position vertikal hin- und herbewegbar gelagert ist.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 7, weiter mit einer horizontalen Plattform (22), die dem Vorratstank überlagert ist und in Bezug auf diesen fixiert ist, wobei sich die vertikale Stange durch die Plattform erstreckt und in Bezug auf diese vertikal hin- und herbewegbar ist, und mit einer Platte (32), die an der Stange unterhalb der Plattform befestigt ist, wobei die Betätigungseinrichtung eine Blase aufweist, die zwischen der Plattform und der Platte angeordnet ist, wobei die Blase in der ersten Betriebsart pneumatisch aufblasbar ist, um die Stange axial abzusenken, begleitet von einer Verschiebung der Verschlussscheibe aus der offenen in die geschlossene Position.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 8, weiter mit einem Arm (34), der oberhalb der Plattform angeordnet ist, wobei der Arm auf der Plattform schwenkbar gelagert ist und ein distales Ende hat, das sich in die Zubereitungskammer erstreckt, einer rohrförmigen Einlasssonde (58), die durch das distale Ende des Arms gehaltert ist, und einer Einrichtung (38) zum Verbinden des Arms mit der Stange, wodurch ein axiales Absenken der Stange von einem Nachuntenschwenken des distalen Endes des Arms begleitet ist, was zur Folge hat, dass die Einlasssonde eine Getränkefilterkartusche, die in der Zubereitungskammer aufgenommen ist, durchbohrt, wobei die Abgabeeinrichtung über die Sonde betätigbar ist, um Flüssigkeit in das Innere der so durchbohrten Getränkekartusche zu leiten.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1, wobei eine kreisförmige untere Fläche der Verschlussscheibe eine zentrale, nach unten vorstehende konische Fläche (30a) aufweist, die durch einen horizontalen, ringförmigen Sims (30b) umgeben ist.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 10, wobei die konische Fläche einen Konuswinkel von 5–20° hat.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 10, wobei die konische Fläche einen Konuswinkel von etwa 8–12° hat.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 10, wobei der kreisförmige Sitz (20) an einer Verbindungsstelle zwischen dem Vorratstank und der Zumesskammer gebildet ist und wobei eine Dichtung (33) auf dem ringförmigen Sims vorgesehen ist, die so aufgebaut und bemessen ist, dass sie in einer abdichtenden Beziehung mit dem Sitz zusammenwirkt, wenn die Verschlussscheibe in der geschlossenen Position ist.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 13, wobei, wenn die Verschlussscheibe in der offenen Position ist, die Dichtung von dem kreis förmigen Sitz um einen Spalt beabstandet ist, der etwa 2–10% des Durchmessers der Verschlussscheibe misst.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 14, wobei der Spalt zwischen etwa 3–5% des Durchmessers der Verschlussscheibe misst.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1, weiter mit: einer federnd betätigten Einrichtung (40), die in einer zweiten Betriebsart am Ende des Zubereitungszyklus betätigbar ist, um die Verschlussscheibe in die offene Position zu verschieben, wodurch erlaubt wird, die Zumesskammer wieder mit Flüssigkeit zu füllen, die sie aus dem Vorratstank über den Einlass empfängt.
Getränkezubereitungsgerät nach Anspruch 1, wobei der Vorratstank (14) und die Zumesskammer (16) an einer Verbindungsstelle zwischen denselben zusammenwirken, um einen Sitz (20) zu bilden, wobei die Verschlussscheibe eine nach unten gewandte Fläche (30a) hat, die von einer Dichtung (33) umgeben ist, und wobei die Betätigungseinrichtung (42) die Dichtung gegen den Sitz drängt, um den Durchfluss zu verhindern und die Zumesskammer von dem Vorratstank zu isolieren.