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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Getränkeautomaten
gemäß der Einleitung
zu Anspruch 1. Die Erfindung hat ihr besonderes Anwendungsgebiet
bei der Herstellung von heißen
Getränken
auf Milchbasis, wie heiße
Schokolade, Cappuccino, Kaffee Latte, aromatisierte Dampfgetränke (erwärmte, geschmacksverbesserte
Milch) und andere warme Getränke
auf Milchbasis. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren
zum Emulgieren von Flüssigkeiten
auf Milchbasis gemäß der Einleitung
zu Anspruch 15, und auf einen Einwegbehälter für Flüssigkeiten auf Milchbasis zur
Verwendung mit dem Getränkeautomaten
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Seit
vielen Jahren bestehen bereits verschiedene Systeme zum Emulgieren
von Flüssigkeiten
auf Milchbasis mit anderen Flüssigkeiten
zur Bereitung von heißen
Getränken.
Zum Beispiel beschreibt das US-Patent 4.715.274 eine: Emulgiereinheit
zum Emulgieren von Dampf, Luft und Milch zur Bereitung von Getränken wie
Cappuccino und Kaffee Latte. Bei der Bereitung solcher Getränke werden
Dampf und Luft mit Milch oder Sahne in einer Emulgierkammer vom
Venturityp gemischt und aus dieser Vorrichtung ausgegeben, so zum
Beispiel um mit Kaffee gemischt zu werden. Die Dampf- und Luftmengen,
die mit der Milch gemischt werden, variieren abhängig von dem jeweils gewünschten
warmen Getränk. Cappuccino
verlangt zum Beispiel eine mit Luft versetzte Mischung von Milch.
Diese Mischung besteht normalerweise zu etwa zwei Dritteln aus Milch
und etwa einem Drittel Volumenanteil Luft. Ungefähr die Hälfte der Milch in einer für die Zubereitung
von Cappuccinokaffee geeigneten Portion liegt in flüssiger Form
vor, während
die andere Hälfte
als Schaum oberhalb der Flüssigkeit
vorliegt. Die Milch und die Luft werden in der Emulgierkammer emulgiert
und mit Dampf erhitzt und vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen
68 °C und
74 °C ausgegeben.
Der Dampf liegt normalerweise unter einem Druck über dem umgebenden atmosphärischen
Druck vor (z.B. ein Druck von etwa 1 bis 2 Bar über dem Umgebungsdruck) und
wird vorzugsweise in die Emulgierkammer bei 120 °C–130 °C eingeleitet.
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Bei
der Herstellung von Kaffee Latte andererseits wird nur heiße Milch
verwendet, und in der Emulgierkammer wird keine Luft mit der Milch
und dem Dampf gemischt. Im Gegenteil wird die Luftzufuhr vollständig abgeschlossen.
Die heiße
Milch wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 68 °C und 74 °C ausgegeben.
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Herkömmliche
Emulgiersysteme zur Schaffung von Getränken auf Milchbasis, wie Cappuccino und
Kaffee Latte, haben eine Anzahl Nachteile. Insbesondere konventionelle
Systeme sind darauf angewiesen, die Luft und Milch in das Emulgiersystem infolge
der Saugkraft, die sich aus einem Venturieffekt in der Emulgierkammer
ergibt, anzusaugen. Manchmal wird der Milchstrom von einer Pumpe
unterstützt.
Die Milch wird normalerweise aus einem getrennten, gekühlten Vorratsort
abgezogen, der sich auf etwa demselben oder niedrigeren Höhenniveau wie
die Emulgiereinheit befindet. Die Milch wird durch ein Rohr angesaugt,
das von dem oberen Ende des Milchbehälters ausgeht, und in den Venturieinlass der
Emulgiereinheit mündet.
Ein anderer Lufteinlass zum Venturisystem saugt Umgebungsluft an.
Durch Einblasen von Dampf unter Druck durch die Venturidüse entsteht
eine Saugkraft, wobei die schnelle Strömung an der Verengung der Venturidüse eine Saugkraft
erzeugt, die auf die Milch ausgeübt
wird, und im Fall von Cappuccino ebenfalls auf die Außenluft.
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Herkömmliche
Ausgabesysteme für
Getränke
auf Milchbasis nach dem Emulgiersystem von Venturi des bei der Zubereitung
von Cappuccino und Kaffee Latte verwendeten Typs, sind dafür bekannt, unbeständig und
wenig zuverlässig
zu sein. Die Temperatur der aus einem solchen System ausgegebenen
Getränke
schwankt beträchtlich,
wodurch die Qualität
des Getränks
unterschiedlich ist. Wenn der Milchstand in einem Milchbehälter infolge
der Ausgabe von Getränken
fällt,
nimmt die durch die Saugwirkung der Venturidüse ausgegebene Milchmenge ebenfalls
ab, was bezogen auf die in die Einheit gesaugte Luft zu unbeständigen Milchmengen
führt. Herkömmliche
Systeme verwenden Ansaugung und Siphonwirkung, die allein durch
den atmosphärischen
Unterdruck entsteht, der von einem Emulgator nach dem Venturisystem,
manchmal auch "Schaumkopf" genannt, erzeugt
und aufrechterhalten wird.
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Ein
Milchgetränkeautomat
vom Venturityp wird in
US 6.289.796 offengelegt.
Der Automat wird zur Herstellung von aufgeschäumter und nicht-aufgeschäumter Milch verwendet.
Hierzu ist der Automat mit einem Behälter ausgestattet, der Milch
unter Schwerkrafteinwirkung über
ein einstellbares Ventil einer L-förmigen Kammer zuführt. Die
L-förmige Kammer
wird verwendet, um vom aufgeschäumten zum
nicht-aufgeschäumten Milchbetrieb
zu wechseln. Eine Anhäufung
von Milch in der mehrfach verwendbaren L-förmigen Kammer ist unvermeidlich und
sie bedarf daher regelmäßiger Reinigung.
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Auch
bringen herkömmliche
Systeme einen Milchfluss durch eine Anzahl Komponenten in dem automatischen
Mischersystem mit sich. Aus Gründen der
Hygiene, die für
Einrichtungen zur Bereitung von Nahrungsmitteln anwendbar sind,
muss die Reinigung aller Komponenten der emulgierenden Getränkeausgabeeinheit,
mit denen Milch oder andere Milchprodukte in Berührung kommen, regelmäßig erfolgen.
Der Reinigungsvorgang ist sehr zeitintensiv und die Reinigung wird
nicht immer nach bestehenden Spezifikationen durchgeführt.
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Ein
anderes häufig
auftretendes Problem in herkömmlichen
Venturi-Emulgiersystemen ist, dass die Temperatur, bei der nicht-aufgeschäumte Milch ausgegeben
wird, wie für
die Verwendung in Kaffee Latte, niedriger sein muss als die Temperatur,
bei der mit Dampf aufgeschäumte
Milch ausgegeben wird. Dies liegt daran, dass herkömmliche
Emulgiersysteme ihre Dampfzufuhr (d.h. die Energie) für beide
Getränke
auf ein und demselben festen Wert halten, während die benötigte Flüssigkeitsmenge,
die erhitzt werden muss, für
aufgeschäumte
heiße
Milch geringer als die Menge für
nicht-aufgeschäumte heiße Milch
ist (pro ausgegebene Volumeneinheit). Dies führt zu unterschiedlichen Temperaturen
für jeden Mischungstyp.
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Eines
der Ziele der vorliegenden Erfindung ist, ein Gerätesystem
zur Ausgabe heißer
Getränke auf
Frischmilchbasis bereitzustellen, das viele der Probleme, die herkömmlichen
Systemen zugeordnet werden, verringert oder eliminiert.
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Die
Erfindung stellt zu diesem Zweck einen Getränkeautomaten gemäß Anspruch
1 bereit. Dieser erlaubt Milch, zumindest teilweise unter dem Einfluss
der Schwerkraft von der Kühleinheit
herabfließen
zu lassen. Folglich variiert die angelieferte Milchmenge infolge von
Schwankungen der Saugkraft der Venturidüse in geringerem Maße. Die
ausgegebene Milch hat vielmehr eine sehr gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit, mit sehr
großer
Gleichmäßigkeit,
jedes Mal und zu jeder Zeit, wenn die Einheit betätigt wird.
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Ein
spezieller Behälter,
der ebenfalls Teil der vorliegenden Erfindung ist und in diesem
Text weiter unten beschrieben werden wird, ist mit einem Schlauch
versehen, der vorzugsweise durch ein Quetschventil eingeführt wird.
Sobald das Rohr durch das Quetschventil verlegt ist und der Druck
auf das Quetschventil weggenommen wird, kann die Milch, infolge
der auf die Milch einwirkenden Schwerkraft, nach unten strömen.
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Ein
weiteres einzigartiges Merkmal einiger Verwirklichungen der Erfindung
ist die Versorgung mit Druckluft für die Bereitung von Cappuccino
aus einer Druckluftquelle. Die Luft wird dabei unter Druck in die
Emulgierkammer gedrückt.
Die Ausgabeeinheit der vorliegenden Erfindung ist nicht notwendigerweise
auf eine Ansaugung nach dem Venturiprinzip angewiesen, um Luft in
die Einheit zu ziehen. Folglich besteht in diesen Verwirklichungen
für die
Bereitung von Cappuccinogetränken
eine viel größere Gleichmäßigkeit,
was die Luftmenge in der aufgeschäumten, erwärmten Milch betrifft.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein automatisches
Zeit- und/oder Ausgabeintervall-bezogenes Selbstreinigungssystem
zum Durchspülen
aller Komponenten, die mit dem Milchstrom in Berührung kommen. Dies wird erreicht
durch Positionieren eines Spül-Steuerventils
und eines Dreiwegeventils, das als Umleitungsventil dient, in der
Zufuhrleitung für
Luft, die zum Lufteinlass der Emulgiereinheit führt. Nach jeder Ausgabe einer Milchmenge
durch die Emulgiereinheit werden das Spül-Steuerventil und die Pumpe
betätigt
und das Umleitungsventil wird so gestellt, dass es einen Strom Spülwasser
durch die Zuleitung für
Luft und durch die Emulgierkammer ermöglicht, um alle Milchreste,
die in die Zufuhrleitung für
Luft gesickert sein mögen,
auszuspülen,
und um auch die Emulgierkammer selbst zu spülen. Die einzige andere Verbindung mit
der Emulgierkammer ist vom Dampfboiler, der bei jeder Betätigung Dampf
entlädt.
Eine geringe Dampfmenge kann auch durch die Emulgierkammer im Anschluss
an jede Abgabe einer Portion eines Milchgetränks abgegeben werden. Infolgedessen
können alle
Komponenten des Emulgiersystems, die mit den Flüssigkeiten auf Milchbasis in
Berührung stehen,
im Anschluss an jede Benutzung der Maschine zur Ausgabe von Getränken auf
Milchbasis gespült
oder gereinigt werden. Durch die Bereitstellung dieses Selbstreinigungsmerkmals
verhindert das System gemäß der Erfindung
die lästige
Arbeit der erforderlichen Reinigung der Einheit zwischen den Getränkeausgabezyklen
und während
des normalen täglichen
Geschäftsablaufs.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung
der mehrfach verwendbaren Komponenten, die mit dem Milchstrom in
Berührung
kommen, auf ein Minimum. Die Emulgierkammer und ihr Milcheinlass
und die Hohlräume
des Düsensitzes
werden als eine einzige Einwegeinheit geliefert, welche nach der
Benutzung täglich
weggeworfen werden. Die Düsen
selbst sind wiederverwendbar, sie sind jedoch sehr leicht zu reinigen.
Auf diese Weise eliminiert der Getränkeautomat in der vorliegenden
Erfindung die Reinigungsanforderungen, die bei herkömmlichen
Einheiten dieses Typs erforderlich sind.
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Noch
ein anderes Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems,
das auf Verlangen unterschiedliche Dampftemperaturen und Geschwindigkeiten
erlaubt. Zum Beispiel mag, abhängig
von der gewünschten
Ausgabegeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit,
bei der Zubereitung von einem Gemisch aus aufgeschäumter Milch
und Luft für Cappuccino
eine Dampftemperatur von 125 °C
geeignet sein. Andererseits mag für die Zubereitung von heißer nicht-aufgeschäumter Milch
für einen
Kaffee Latte eine höhere
Dampftemperatur von möglicherweise
140 °C nötig sein.
Dies ist dadurch verursacht, dass die absolute Milchmenge, bezogen
auf das ausgegebene Volumen, höher
ist, wenn heiße nicht-aufgeschäumte Milch
ausgegeben wird als bei heißer
aufgeschäumter
Milch. Daher muss für
die Zubereitung von heißer,
nicht-aufgeschäumter
Milch mehr Energie pro ausgegebene Volumeneinheit zugeführt werden;
folglich muss der eingeblasene Dampf eine höhere Temperatur haben. Herkömmliche
Systeme wenden keine Mittel an, um eine unmittelbare Änderung
der Dampftemperatur aus einer einzigen Dampfquelle herbeizuführen. In
der vorliegenden Erfindung initiiert andererseits ein Signal, das
angibt, dass beispielsweise heiße
nicht-aufgeschäumte
Milch das gewünschte
auszugebende Getränk
ist, einen Software-gesteuerten Prozess, in dem ein in einen Mikrochip
programmierter Algorithmus unmittelbar die Dampftemperatur in der Dampfquelle – normalerweise
einem Boiler – von
einer programmierbaren Stand-by-Basistemperatur
auf eine programmierbare höhere
Temperatur erhöht,
die die erforderliche Temperatur zum Emulgieren von Milch und Dampf
ist. Die Software erlaubt in der Tat die Anlieferung von Dampf bei
mehreren Zieltemperaturen. Die Basis- oder Stand-by-Temperatur des Dampfes in
der Einheit kann beispielsweise etwa 135 °C betragen.
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Zusätzlich zu
der Tatsache, dass die Erfindung Software umfasst, die die konstante
Zufuhr von Dampf bei mehreren Zieltemperaturen erlaubt, ermöglicht die
Software auch dem Boilersystem, diese mehreren, unterschiedlichen,
programmierbaren Temperaturen innerhalb einer sehr engen Bandbreite von
+2 °C bis –2 °C aufrecht
zu erhalten. Dies wird mithilfe eines Algorithmus erreicht. Die
Software behält
nicht nur die aktuelle Dampftemperatur im Boilerinneren im Auge,
sondern auch den Betrag, um den die Temperatur beim Aufheizen oder
Abkühlen
ansteigt oder abnimmt. Dies ermöglicht
der Software, vorauszusehen, wann eine programmierte Solltemperatur
erreicht wird. Die Quantifizierung dieser Vorausberechnung wird
benutzt, um das/die Heizelement(e) im Boilerinneren an- oder auszuschalten,
bevor die Solltemperatur erreicht ist. Das Ergebnis ist die Bereitstellung
von Dampf bei einer stabilen Temperatur.
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Die
Temperaturregelung im Boiler kann erreicht werden unter Verwendung
eines Temperaturkontrollalgorithmus, welcher eine einfache Temperaturkontrolle
mit einem Ein-Aus-Thermostaten
ist, der die Wärmezufuhr
einschaltet, wenn die Temperatur mehr als 1 °C unter der gewünschten
Temperatur ist und ausschaltet wenn die Temperatur mehr als 1 °C über der
gewünschten
Temperatur ist. Ein Problem, das bei dieser Anordnung auftreten
kann, ist, dass die Verzögerung
zwischen der Wärmeanwendung bzw. – absenkung
und der eintretenden Temperaturveränderung dazu führen kann,
dass die Temperatur um inakzeptable Beträge über den Sollwert hinausschießt bzw.
darunter bleibt. Zum Beispiel, wenn die Wärme entfernt wird, beginnt
die Temperatur im Boiler ziemlich schnell zu fallen, ungefähr 0,6 °C pro Sekunde.
Sobald die Temperatur 1 °C
unter der gewünschten
Temperatur erreicht, wird die Erwärmung eingeschaltet. Es kann
einige Sekunden dauern, bevor die Temperatur zu steigen beginnt.
Während
dieser Zeit setzt die Temperatur die Absenkung um einige weitere
Grade fort, was eine inakzeptable Unterschreitung der Temperatur
zur Folge haben kann. Bei einem Temperaturanstieg kann der Wärmeaufbau während der
Erwärmung
eine ähnliche
inakzeptable Überschreitung
der Temperatur zur Folge haben.
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Eine
Lösung
dieses Problems, wenn es auftritt, besteht darin, zum Temperaturkontrollalgorithmus
einen Differenzialausdruck hinzuzufügen. Dieser Ausdruck basiert
auf dem Betrag der Temperaturänderung.
Grundsätzlich
wird ein Temperaturänderungsausdruck
oder Delta T-Wert (ΔT-Wert)
ständig
errechnet. Wenn die augenblickliche Temperatur innerhalb eines vorherbestimmten
Bereichs der gewünschten
Temperatur (in diesem Fall ungefähr ±3 °C) ist, wird
der Delta T-Wert mit einem vorherbestimmten Wert verglichen. Wenn
die Wärme
ansteht und Delta T über
dem Wert ist, wird die Wärme
abgeschaltet, ungeachtet ob die augenblickliche Temperatur über oder
unter dem gewünschten
Temperaturwert liegt. Wenn die Wärme
abgeschaltet ist und Delta T über
dem Wert liegt, wird die Wärme
eingeschaltet, ungeachtet ob oder nicht die Temperatur über dem
gewünschten
Wert ist. Dieser Typ der "vorhersehenden" Temperaturkontrolle
kann gleichgesetzt werden mit dem Einsatz der Bremsen in einem Fahrzeug,
bevor es bei einem Stoppschild ankommt.
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Der Übergang
von der Basistemperatur zu einer höheren Temperatur geschieht
folgendermaßen.
Eine gedruckte Schaltung liest den Unterschied zwischen der tatsächlichen
Dampftemperatur innen im Boiler und der gewünschten höheren Temperatur und betätigt ein
Relais, das erlaubt, dass ein Strom zu dem(n) Heizelement(en) innen
im Boiler fließt,
wodurch die Temperatur, und dabei der Druck im Boiler, auf die gewünschte Zieltemperatur
steigt. Dieser Prozess wird von einem Algorithmus (Software, siehe oben)
gesteuert, der auf dem Mikrochip des Mikroprozessors programmiert
ist, der ebenfalls regelt, dass die tatsächliche Temperatur innerhalb
einer bestimmten Bandbreite, wie oben beschrieben, die gewünschte höhere Temperatur
bleibt. Für
den Fall, dass die gewünschte
Temperatur niedriger als die Stand-by-Temperatur ist, erlaubt die
Software, dass Dampf aus dem Boiler entweicht, und senkt dabei die tatsächliche
Dampftemperatur im Boiler, sodass die gewünschte niedrigere Solltemperatur
erreicht wird. Ein anderes Verfahren, zum Erreichen der gewünschten
niedrigen Temperatur ist das Nachfüllen des Boilers mit Leitungswasser
(das eine niedrigere Temperatur als die tatsächliche Temperatur im Boiler hat)
ungeachtet des Füllstands
im Boiler. Dieser Nachfüllvorgang
erfordert nur ein begrenztes Volumen an zusätzlichem Wasser. Dieses Verfahren,
die Temperatur durch Zuführen
von Wasser zum Boiler sofort (innerhalb weiniger als einer Sekunde
kann eine niedrigere Zieltemperatur von einigen °C erreicht werden) herabzusetzen,
kann auch zur Optimierung des stationären Temperaturniveaus des Boilers
bei relativ hoher Temperatur (oberhalb der Durchschnittstemperatur
von allen gewünschten Temperaturniveaus)
benutzt werden. Zusätzliches Füllen des
Boilers mit Wasser führt
zum Erreichen einer gewünschten
niedrigeren Temperatur mit einem bestimmten Delta T schneller als
Erwärmen
des Boilers mit demselben Delta T. Indem die stationäre Boilertemperatur
auf einem höheren
Niveau gehalten wird als der Durchschnitt der gewünschten
Temperaturen, ergibt sich der Vorteil, dass die Zeit, die zum Erreichen
einer gewünschten
Boilertemperatur benötigt
wird, weiter verkürzt
wird.
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Eine
Verwirklichung des Mengenventils für Milchgetränke kann in zwei Positionen
benutzt werden, 1) die AUS Position (z.B. keine Aktivierung einer Magnetspule),
die den Zufluss der Flüssigkeiten
auf Milchbasis vom gekühlten
Vorratsbehälter
zum Venturi-Emulgator
vollständig
abschließt,
und 2) die AN Position (z.B. Aktivierung einer Magnetspule). Die AN
Position erlaubt den ununterbrochenen Fluss aufgrund der Schwerkraft
der Flüssigkeiten
auf Milchbasis vom gekühlten
Vorratsbehälter
zum Venturi-Emulgator.
Wie zuvor angegeben, ist dieser Aspekt der Erfindung besonders nützlich mit "Beutel im Karton" Milchbehältern, aber
auch andere Milchbehältertypen
(Karton, Plastik, Metall und/oder andere Werkstoffe) können in
Verbindung mit dem Getränkeautomaten
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden.
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Andere
Fluids, die den Flüssigkeiten
auf Milchbasis zugefügt
werden können,
schließen
normalerweise ein: Dampf und für
einige Milchgetränke ebenfalls
Luft.
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In
noch einer anderen bevorzugten Verwirklichung umfasst der Getränkeautomat
einen thermostatischen Sensor und ein oder mehrere Heizelemente
zur wahlweisen Mischung von Dampf bei unterschiedlichen Temperaturen
mit der Flüssigkeit
auf Milchbasis. Auf diese Weise erzeugt die Wahl einer bestimmten
Eingabe, beispielsweise eine zu einem bestimmten Getränk zugeordnete
Drucktaste, zum Beispiel Cappuccino oder Kaffee Latte, ein Betätigungssignal,
das von einem elektrischen Prozessor erkannt und als das bestimmte ausgewählte Getränk identifiziert
wird. Dieses Betätigungssignal
veranlasst den Temperaturregler, den Strom zum Heizelement je nach
Anforderung zu erhöhen
oder zu verringern, um den Ausgangsdampf des Boilers auf eine höhere oder
niedrigere Temperatur zu bringen, verglichen mit der Stand-by-Temperatur
des Dampfes im Boiler, und ihn bei dieser höheren oder niedrigeren Temperatur
solange wie erforderlich durch fortgesetzte Betätigung des Betätigungssignals
zu halten.
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Ein
Aspekt einiger Verwirklichungen der Erfindung kann für eine Verbesserung
gehalten werden in einer Vorrichtung zum Emulgieren von Getränken auf
Milchbasis mit ausgewählten
anderen Fluids einschließlich
Luft, und Ausgabe einer emulgierten Mischung von ausgewählten Fluids
einschließlich
einem Getränk
auf Milchbasis von einem Emulgator. Gemäß der Verbesserung dieses Aspekts
in der Erfindung ist eine Luftquelle mit atmosphärischem Überdruck mit dem Emulgator
verbunden. Das System stützt
sich daher nicht nur auf die Saugwirkung, die aufgrund des Venturieffekts
des Emulgators erzeugt wird, um Luft für den Getränkemix zu liefern. Die Verwendung
von Druckluft kann die Gleichmäßigkeit
der Temperatur und das Verhältnis
der Fluids in dem Getränkemix,
wenn das Getränk
von der Emulgiereinheit freigegeben wird, verbessern.
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In
noch einer anderen Verwirklichung kann der Getränkeautomat als ein Apparat
zum Emulgieren von Flüssigkeiten
auf Milchbasis betrachtet werden, einschließlich einer Emulgierkammer,
die einen Auslass zur Ausgabe von Getränken hat, der sich stromabwärts von
der Mischkammer für
die Ausgabe von Getränkeportionen
auf Milchbasis und mindestens einem der anderen Fluids befindet.
Die Verbesserung für
die Erfindung umfasst eine Druckwasserzufuhr, die mit der Emulgierkammer
verbunden ist. Ein Spül-Steuerventil
und ein Dreiwegeventil befinden sich zwischen der Wasserzufuhr und
der Emulgierkammer. Ein Spül-Steuerventil
Stellorgan kann programmiert werden, um das Spül-Steuerventil automatisch
zu öffnen,
um eine Wassermenge von der Wasserzufuhr durch die Emulgierkammer
im Anschluss an die Ausgabe von jeder Getränkeportion auszugeben. Alternativ
kann programmiert werden, dass eine geringere Menge Wasser bereitgestellt wird,
das nur bis zur Emulgierkammer steigt, vor der Ausgabe eines Getränks, wenn
beabsichtigt ist, unerwünschte
Luft fernzuhalten und/oder unerwünschten
Ausdehnungsraum zu beseitigen, der andernfalls mit der Emulgierkammer verbinden
würde.
Eines der anderen ausgegebenen Fluids ist Luft und es ist eine Luftleitung
mit der Emulgierkammer gekoppelt. Das Dreiwegeventil ist mit der
Luftleitung und mit der Wasserzufuhr verbunden und kann alternativ
Wasser und Luft durch die Luftleitung zur Emulgierkammer leiten.
In einer besonderen Verwirklichung ist (oder kann sein) die Wasserzufuhr
mit der Luftleitung gekoppelt, die mit der Emulgierkammer verbunden
ist, wobei ein Spülen
der Luftleitung mit Wasser möglich wird.
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Die
Erfindung kann mit größerer Deutlichkeit und
insbesondere unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
werden. Hierin zeigt:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Verwirklichung einer
Vorrichtung zum Emulgieren von Flüssigkeiten auf Milchbasis mit
anderen Fluids und Ausgabe dieser Mischung als heißes Getränk bei einer
gewünschten
Temperatur,
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2 ist
eine Schnittbildzeichnung in Seitenansicht der in 1 gezeigten
Emulgier- und Ausgabeeinheit,
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3 ist
eine Schnittbildzeichnung in Seitenansicht von Teilen der Emulgier-
und Ausgabeeinheit von 2, und
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4 ist
eine schematische Diagrammdarstellung, die die Betriebskomponenten
der Emulgier- und Ausgabeeinheit der Erfindung zeigt.
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1 illustriert
eine Emulgier- und Ausgabeeinheit 10, die einen Schrank 12 verwendet,
der einen oberen Teil hat, in 2 allgemein
mit 14 angegeben, und einen unteren Teil, in jener Figur
mit 16 angegeben. Der obere Teil 14 schließt eine
elektrisch betriebene Kühleinheit 18 ein,
die Kühlschlangen
besitzt, die den Kühlraum
bei einer Temperatur von vorzugsweise zwischen etwa 0 °C und 5 °C (noch mehr bevorzugt
zwischen 0,5 °C
und 4,5 °C)
halten. Der Kühlraum
der Kühleinheit 18 kann
einen Einweg-Milchbehälter 22 vom
Typ "Beutel im Karton" oder jeden anderen
Behälter
aufnehmen, wie reguläre
Standard- ein bis fünf
Liter Plastikbehälter
oder Kartons, die einen Milchvorrat 20 im oberen Teil 14 des
Schranks 12 aufnehmen. Insbesondere wird der Behälter 22 von
einem äußeren rechteckigen
Karton aus Wellpappe gebildet, worin sich ein flexibler, in sich
zusammenfallender Plastikbeutel 24 befindet. Der Beutel 24 ist
mit einem Auslassschlauch 26 versehen, am besten illustriert
in 3, der von einem kurzen Gummischlauch gebildet
wird. Der Schlauch 26 hat ein nächstgelegenes mit dem Boden
des Beutels 24 in Strömungsverbindung
abgedichtetes Ende und ein gegenüberliegendes
freies entferntes Ende, das anfangs an seinem Ende fest verschlossen
ist.
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Um
den "Beutel im Karton" Behälter 22 zu gebrauchen,
wird die Tür 28 der
Kühleinheit 18 im oberen
Teil 14 der Einheit 10 geöffnet und der Behälter aus
Wellpappe 22 wird darin eingesetzt. Der Auslassschlauch 26 wird
durch eine kleine, im Boden des Kühlraums nahe der Vorderseite
der Einheit befindliche Öffnung,
unmittelbar hinter der Kühlraumtür 28 nach
unten eingeführt.
Der Schlauch 26 wird nach unten durch die Öffnung im
Kühlraumboden
eingeführt,
vorbei an einer Quetschtüre 30,
die schwenkbar um eine vertikale Achse gelenkig verbunden ist und
gegen den Gehäuseaufbau 12 eingeklinkt
ist. Die Quetschtüre 30 hat
einen vertikalen, halbzylindrischen Kanal 32, so als definiert
in seiner Innenfläche, der
in direktem Kontakt mit einem entsprechenden halbzylindrischen Kanal 34 steht,
der in einem rückwärtigen Aufbau 36 definiert
wird, der sich hinter der Quetschtüre 30 befindet. Die
Kanäle 32 und 34 bilden dabei
einen senkrechten zylindrischen Durchgang von der Öffnung im
Boden der Kühleinheit 18 nach unten.
Dieser Durchgang steht in Verbindung mit dem nach oben gerichteten,
hohlen ringförmigen Milcheinlassrohr 42 in
eine Emulgier- oder Schaumkopfeinheit 40.
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Wenn
die Quetschtüre 30 gegen
den rückwärtigen Block 36 geschlossen
und dort eingerastet ist, wird der Auslassschlauch 26 für Milch
gegen ein normalerweise geschlossenes Quetschventil 25 gedrückt, das
ein beidseitig bewegliches Absperrventil 38 einschließt, das
am Ende einer durch eine Magnetspule betätigten Armatur 39 montiert
ist. In ihrem deaktivierten Zustand drückt die durch eine Magnetspule
betätigte
Armatur 39 das Absperrventil 38 in horizontaler
Richtung vorwärts,
senkrecht zur Quetschtüre 30 und
senkrecht zur Fluchtlinie der Tür 28 der
Kühleinheit.
Das Absperrventil 38 quetscht dabei normalerweise den Auslassschlauch 26 zusammen,
wie 3 zeigt.
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Sobald
die Tür 28 geschlossen
ist und die Quetschtüre 30 gegen
den rückwärtigen Aufbau 36 gedrückt und
mit einer Schraube oder einem Schnappschloss gesichert ist, ist
der Auslassschlauch 26 für Milch abgesperrt und er wird
keine Milch nach unterhalb des Absperrventils 38 durchlassen.
Das untere Ende des entfernten Endes des Auslassschlauchs 26 für Milch
ist dann abgeschlossen und das abgetrennte entfernte Ende wird dann
koaxial auf das vertikal ausgerichtete Milcheinlassrohr 42 der
Emulgiereinheit 40 geschoben, wie 3 zeigt.
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Da
der Durchmesser des Auslassschlauchs 26 für Milch
vom "Beutel im Kanon" Behälter 22 viel größer ist
als benötigt,
um Milch zur Emulgiereinheit 40 zu leiten, wird vorzugsweise
ein einengender Durchflussbegrenzer 44 in das Milcheinlassrohr 42 eingesetzt.
Der Durchflussbegrenzer 44 ist ein ringförmiges Gebilde
mit einem Rohrflanschoberteil, das auf den ringförmigen oberen Rand des Milcheinlassrohres 42 gesetzt
wird. Eine enge zentrale Öffnung oder
Durchführung 46 erstreckt
sich in ihrem axialen Mittelpunkt über die Länge des Durchflussbegrenzers 44.
Die Durchführung 46 hat
vorzugsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 1,169 mm bis
1,397 mm, abhängig
vom Volumen der Getränke, die
von der Emulgiereinheit 40 ausgegeben werden sollen.
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Der
Kühlraum 18 der
Emulgier- und Ausgabeeinheit befindet sich oberhalb der Emulgier/Venturieinheit 40.
Das bedeutet, dass das niedrigst mögliche Milchniveau 20 im
Beutel 24 immer höher
als das Niveau der Emulgiereinheit 40 ist. Folglich wird
auf die Restmenge Milch 20 immer die Schwerkraft wirken
und sie zur Emulgiereinheit 40 befördern. Auch ist keine mechanische
Pumpe nötig,
um die Milch 20 zu der Emulgiereinheit 40 zu fördern.
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Die
Verwendung eines Systems, das teilweise aufgrund der Schwerkraft
gespeist wird, hat für
die Flüssigkeit
auf Milchbasis den weiteren Vorteil, dass es unmittelbar auf die
Betätigung
des Systems reagiert. Da die Flüssigkeit
auf Milchbasis immer direkt oberhalb des Quetschventils 25 anwesend
ist, gibt es keine Verzögerung
beim Abfüllen
von Milch durch irgendeine Zuleitung von einer entfernten Quelle,
und auch keine Verzögerung,
die dadurch verursacht wird, dass erst Luft aus der Milchversorgungsleitung abgesaugt
werden muss, bevor Milch abgefüllt
werden kann. Im Gegenteil, die Milch 20 ist für die Abgabe
an die Emulgiereinheit 40 immer direkt vorhanden.
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Die
Emulgiereinheit 40 ist aus einem gegossenen Kunststoffkörper 48 aufgebaut,
der in seinem Aufbau durch eine hohle zylindrische Emulgierkammer 50 gekennzeichnet
ist. In vielerlei Hinsicht ist die Emulgiereinheit 40 aufgebaut,
dass sie dieselbe Wirkungsweise hat, wie die in dem US-Patent Nr. 4.715.274
beschriebene Emulgiereinheit, die hierbei hierin unter Verweisung
auf ihre Gesamtheit aufgenommen ist. Eine Auslassleitung 52 für Getränke auf Milchbasis
ragt von der Misch- oder Emulgierkammer 50 nach unten.
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Das
Emulgatorgehäuse 48 kennzeichnet auch
ein Paar übereinander
liegender, seitlich ausgerichteter Hohlräume 53 und 55 zur
Aufnahme einer Dampfdüse 54 bzw.
einer Luftdüse 56.
Die Düsen 54 und 56 sind
in die entsprechenden Bohrungen 53 bzw. 55 in
dem Körper 48 eingesetzt
und sind in Strömungsverbindung
mit einer Venturikammer 60, die zum senkrechten Milcheinlassrohr 42 im
rechten Winkel stehen und dieses schneiden. In entsprechenden Ringnuten
in den Bohrungen 53 bzw. 55 befinden sich um die
Düsen 54 und 56 herum
O-Ringe 62 bzw. 64, um die flüssigkeitsdichte Abdichtung
der äußeren Begrenzung
der Düsen 54 und 56 mit
der Emulgiereinheit 40 zu gewährleisten. Die Düsen 54 bzw. 56 kennzeichnen
innerhalb ihres Aufbaus zentrale, axiale Strömungskanäle 66 und 68,
die mit Zufuhrleitungen für
Dampf 70 bzw. Pressluft 72 gekoppelt sind, wie
in 4 angezeigt wird. In der bevorzugten Verwirklichung
der Erfindung ist die Ausflussöffnung
der Dampfdüse 54,
beim Eintritt in die Mischerhöhle
vorzugsweise 2,2 mm im Durchmesser, aber das kann auch variieren.
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Das
System wird von einer AC/DC Stromquelle 74 gespeist, wie
im schematischen Schaubild in 4 gezeigt
wird, die die Betriebsspannung für einen
Mikroprozessor 76 liefert. In der in 1 gezeigten
bevorzugten Verwirklichung. der Emulgier- und Ausgabeeinheit 10 sind
vier Betätigungsknöpfe, gekennzeichnet
mit 78, 80, 82 und 84. Natürlich kann,
abhängig
von der Anwendung, die Anzahl Betätigungsknöpfe größer oder kleiner sein. Diese
Betätigungsknöpfe werden
niedergedrückt,
um einen Strom eines heißen
Getränkes
auf Milchbasis zu erzeugen, wie mit 86 in 1 angegeben
wird. Ein fünfter
Betätigungsknopf 85 ist
vorgesehen, um einem Benutzer die Möglichkeit zu geben, das System zu
aktivieren, um einen reinigenden Strom aus Wasser und Dampf abzugeben,
wie weiter unten beschrieben wird.
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Die
Parameter für
jeden Knopf sind programmierbar und flexibel. Jeder Knopf kann so
programmiert werden, dass aufgeschäumte Milch oder nicht-aufgeschäumte Milch abgegeben
wird. Außerdem
kann jeder Knopf programmiert werden, dass er eine bestimmte Funktion
hat, wenn er niedergedrückt oder
für eine
bestimmte Zeit gehalten wird. In zeitabhängigen Anwendungen wird der
Knopf durch einmaliges Eindrücken
betätigt
und die Funktion wird stoppen, wenn er erneut gedrückt wird
oder wenn die programmierte Zeitspanne abgelaufen ist.
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Beispielsweise
kann der Knopf 78 so programmiert werden, dass, wenn er
eingedrückt
und gehalten wird, eine Mischung aus komprimierter Luft, Dampf und
Milch, die in der Emulgiereinheit 40 emulgiert wurde, erzeugt
und in einem Strom 86 ausgegeben wird, wie 1 zeigt.
Der Strom 86 hält
solange an, wie der Knopf 86 eingedrückt bleibt.
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Ähnlich wie
der Knopf 78 kann der Knopf 80 verwendet werden,
um ein Cappuccino-Milchmixgetränk aus mit
Pressluft aufgeschäumter
und mit Dampf erhitzter Milch auszugeben. Der Knopf 80 gibt jedoch
ein Signal zum Mikroprozessor 76 das voreingestellte, spezifizierte
Fluidmengen für
den Strom 86 erzeugt, egal, wie lange er gedrückt wird.
Das heißt, ein
vorübergehendes
Eindrücken
von Knopf 80 erzeugt eine vorher festgelegte aliquote Portion
im Strom 86 zum Behälter 87,
es sei denn, er wird unterbrochen (durch kurzzeitiges Niederdrücken) bevor diese
Portion abgegeben worden ist.
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Der
Knopf 82 kann benutzt werden, um ein Signal an den Mikroprozessor 76 zu
geben, das, solange wie der Knopf 82 gedrückt bleibt,
einen Strom heißer,
nicht-aufgeschäumter
Milch für
Kaffee Latte erzeugt. Bei der Zubereitung von heißer, nicht-aufgeschäumter Milch
besteht keine Zufuhr von Luft zu der Düse 56. Der Milchstrom 86 zum
Behälter 87,
der durch Emulgieren mit Dampf erhitzt wird, dauert solange ein,
wie der Knopf 82 gedrückt
ist. In einer anderen Wahl kann der Knopf 84 kurzzeitig
gedrückt werden,
um einen Strom 86 aus einer vorgewählten aliquoten Portion heißer Milch
für Kaffee
Latte zu erzeugen. Das heißt,
selbst kurzzeitiges Drücken
des Knopfes 84 erzeugt einen Strom einer vorher festgelegten
Menge erhitzter Milch zum Behälter 87.
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Wie
in den 2 und 4 bildlich dargestellt wird,
enthält
die; Emulgier- und Ausgabeeinheit 10 in ihrem unteren Abschnitt
einen Dampfboiler 90. Der Dampfboiler kann ein Volumen
von einem Liter haben und ist mit einem Heizelement 91 ausgestattet,
das eine elektrische 6-Kilowatt-Heizspirale sein kann. Ein Messfühler 93 von
einer Temperaturregelung ist ebenfalls im Boiler 90 untergebracht.
Der Boiler 90 ist mit der Dampfdüse 54 über eine
Zufuhrleitung 70 für
Dampf verbunden. Der Betrieb des Dampfboilers wird über eine
elektrische Steuerleitung 92 mithilfe programmierbarer
Einstellungen im Mikroprozessor 76 gesteuert.
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Die
Emulgier- und Ausgabeeinheit 10 schließt auch eine optionale Luftpumpe 94 ein,
die mit einem Luftregler 96, welcher ein Nadelventil ist, verbunden
ist. Der Luftregler 96 seinerseits ist über eine Luftleitung 98 mit
einem Dreiwegeventil 100 verbunden. Das Dreiwegeventil 100 ist über die
Luftversorgungsleitung 72 mit der Luftdüse 56 verbunden.
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Die
Bedienung der Luftpumpe 94 zum Erreichen eines gewünschten
Druckes steht unter der Kontrolle einer elektrischen Signalkontrollleitung 102 von
dem Mikroprozessor 76. Der Mikroprozessor 76 kontrolliert
den Zustand und die Arbeitsrichtung des Dreiwegeventils 100 über Signale
auf der Leitung 116.
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Die
Einheit 10 schließt
auch eine Wasserpumpe 104 ein, die ebenfalls über eine
Wasserleitung 106 mit dem Dreiwegeventil 100 verbunden
ist. Der Betrieb der Wasserpumpe 104 wird über eine elektrische
Kontrollleitung 108 vom Mikroprozessor 76 aus
kontrolliert. Es ist auch ein Verzweigungsrohr 107 vorhanden,
das von der Wasserleitung 106 zu einem Nachfüllventil 110 führt, das
wiederum über
eine Leitung 112 mit dem Dampfboiler 90 verbunden
ist. Das Nachfüllventil 110 wird
von dem Mikroprozessor 76 über eine elektrische Kontrollleitung 114 kontrolliert.
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Ein
Niveausensor 95 im Dampfboiler 90 überwacht
den übriggebliebenen
Wasserstand im Boiler 90. Der Wasserstand wird von einer
Niveauüberwachungsschaltungsanordnung
auf dem Mikroprozessor 76 kontrolliert. Wenn der Wasserstand
im Boiler 90 unter einen Mindeststand fällt, öffnet die Schaltungsanordnung
im Mikroprozessor 76 über
ein Signal auf der Leitung 114 das Nachfüllventil 110.
Die Wasserpumpe 104 pumpt dann durch die Leitungen 106 und 107 sowie
durch das Nachfüllventil 110 und die
Leitung 112 Wasser, um den Wasservorrat in dem Dampfboiler 90 aufzufüllen.
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Die
Bedienung des Getränkeautomaten
für heiße Milchgetränke 10 kann
folgendermaßen
beschrieben werden. Eine Menge Milch 20 wird in dem "Beutel im Karton" Behälter 22 aufbewahrt.
Es versteht sich, dass jeder andere Milchbehältertyp, beispielsweise ein
1 bis 5 Liter Milchpack anstelle des "Beutel im Karton" Behälters 22 verwendet
werden kann. Der Behälter 22 wird
in gekühltem
Zustand bei etwa 0 °C
bis 5 °C
(am besten zwischen etwa 0,5 °C und
4,5 °C)
in der Kühleinheit 18 bewahrt.
Es sei bemerkt, dass die Milch in dem Beutel 20 oberhalb
des Niveaus der auf dem Venturisystem basierenden Emulgiereinheit 40 in
kaltem Zustand aufbewahrt wird.
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Wenn
einer der Anforderungsknöpfe 78, 80, 82 oder 84 betätigt wird,
aktiviert das voreingestellte Programm des Mikroprozessors 76 die
elektrische Spule 41, die in 2 gezeigt
wird, um den Spulenkern 39 nach innen zu ziehen und dadurch
den Riegel 38 des Quetschventils vom Klemmkontakt gegen den
Milchzufuhrschlauch 26 wegzunehmen. Abhängig davon, welcher der Knöpfe 78, 80, 82 oder 84 betätigt wird,
wird die Spule 41 den Ventilriegel 38 in zurückgezogenem
Zustand halten, entweder bis der Knopf losgelassen wird, oder während eines
vorher festgelegten Zeitraums, wie bei den Einstellungen des Mikroprozessors 76 festgelegt
worden ist, oder andernfalls, wenn der Knopf kurz niedergedrückt wird,
bevor der vorher festgelegte Zeitraum beendet ist.
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In
jedem Fall, wenn die Aktivierung der Spule 41 den Ventilriegel 38 vom
Klemmeingriff gegen den Milchzufuhrschlauch 26 zurückzieht,
fließt
die Milch 20 von oben unter dem Einfluss der Schwerkraft
nach unten zu dem Einlassrohr 42 für Flüssigkeiten auf Milchbasis.
Daraufhin läuft
Milch 20 von dem Behälter 24 durch
den Auslassschlauch 26 für Milch nach unten zum Milcheinlassrohr 42 und
weiter zur Emulgiereinheit 40. Der Durchflussbegrenzer 44 begrenzt den
Durchfluss der Milch 20, abhängig von der Größe der Durchlassöffnung.
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Gleichzeitig
mit der Aktivierung des Milchflusses zum Einlass 42 der
Emulgiereinheit 40 sendet die Schaltungsanordnung des programmierten
Mikroprozessors 76 ein Signal über die Steuerleitung 92,
um den Dampfboiler 90 zu aktivieren, dass er Dampf von
einer gewünschten
Temperatur erzeugt. Der Dampfboiler 90 wird normalerweise
in einem Beharrungs- oder Stand-by-Zustand gehalten, in einem Temperaturbereich
von 130 °C
bis 135 °C.
Wenn der Knopf 78 oder 80 gedrückt ist, womit die Zubereitung und
Ausgabe von aufgeschäumter
und erhitzter Milch für
Cappuccino angefragt wird, wird diese Temperatur herabgesetzt, durch
den Heizstrom zu der elektrischen Heizspirale 91, die sich
im Boiler 90 befindet, zu verzögern. Die Reaktion folgt beinahe
unmittelbar. Die Temperatur fällt
sehr schnell auf die neue Solltemperatur von beispielsweise 125 °C und der
Dampfdruck fällt
ebenfalls auf einen Druck von etwa 1,5 Bar über Umgebungsdruck. Unmittelbar
danach wird aus dem Dampfboiler 90 Dampf bei einer Temperatur
von ungefähr
125 °C und
einem Druck zwischen 1,0 und 1,5 Bar über atmosphärischem Druck abgegeben.
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Gleichzeitig
und als eine Option bedient der Mikroprozessor 76 über die
Signalsteuerleitung 102 die Luftpumpe 94 zur Erzeugung
von Luft mit einem Druck von 0,3 bis 0,7 Bar über atmosphärischem Druck und er bedient
auch das Dreiwegeventil 100 über Steuersignale auf der Leitung 116 zu
der Position, um die Leitung 98 mit der Leitung 72 zu
verbinden. Daraufhin wird der Luftregler 96 über die
Leitung 98 verbunden, um Luft durch das Dreiwegeventil 100 und
die Leitung 72 zur Luftdüse 56 zu lenken.
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Bei
der Zubereitung von heißer
aufgeschäumter
Milch, zum Beispiel zur Verwendung bei der Zubereitung von Cappuccino,
konditioniert ein Druck auf den geeigneten Knopf 78 oder 82 den
Mikroprozessor, um den Milchfluss zur Emulgiereinheit 40 durch
Aktivierung der Spule 41 zu starten, und sowohl den Luft-
als auch den Dampffluss zur Emulgiereinheit 40 in Gang
zu setzen, durch ein Auslösesignal
zum Heizelement 91 des Dampfboilers über die Leitung 92,
durch Bedienung des Dreiwegeventils 100 über Signale
auf der Steuerleitung 116, um die Leitungen 72 und 98 miteinander
zu verbinden, und durch Aktivieren der optionalen Luftpumpe 94 aufgrund
eines Signals auf der Steuerleitung 102. Die drei Fluids
werden dabei, alle unter Druck, der Emulgierkammer 50 zugeführt. Der
Druck auf den Milchfluss 20 geschieht teilweise aufgrund
der Schwerkraft, während
der Druck auf die Luft entweder durch die Saugkraft vom Schaumkopf
nach dem Venturiprinzip entsteht oder von der Pumpe 94 geliefert
wird. Der Dampfdruck wird von dem Dampf im Dampfboiler 90 gespeist.
Der Dampffluss wird von dem Dampfventil 47 gesteuert, das
in der Leitung 70 liegt und das entweder eine vollständig offene
oder vollständig geschlossene
Position kennt.
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Der
Dampf erhitzt die Milch und Luft innerhalb der Emulgierkammer 50 und
kondensiert zu einem relativ geringen Volumen an Wasser. Das Getränk 86,
das in den Getränkebehälter 87 für die Verwendung
in Cappuccino ausgegeben wird, besteht daher zu etwa zwei drittel
Volumenanteilen aus Milch und zu etwa einem drittel Volumenanteil
aus Luft, abhängig
von der Einstellung des Luftreglers. Es wird jedoch ein bedeutender
Teil der Milch im Schaum mitgeführt,
der auf dem Getränk
im Behälter 87 liegt.
In Wirklichkeit besteht das Getränk 86 zu
etwa fünfzig Prozent
aus erhitzter Milch und etwa fünfzig
Prozent aus Schaum, der von Milchblasen gebildet wird, die sich
in einer Schicht auf dem Getränk
im Behälter 87 befinden,
gemessen als Volumenprozente.
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Die
bevorzugte Temperatur des Cappuccino Milchmixgetränks 86 bei
Verlassen der Emulgierkammer 50 durch den Auslauf 52 liegt
zwischen 68 °C und
74 °C. Abhängig vom
Dampfdruck, d.h. von der Dampftemperatur, dauert das Füllen eines
sechzehn Unze (ca. 450 ml) Getränkebehälters 87 mit
heißer Milch
und Schaum zur Verwendung in einem Cappuccinogetränk ungefähr dreißig Sekunden.
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Für die Zubereitung
von heißer,
nicht-aufgeschäumter
Milch, zum Beispiel für
Kaffee Latte, wird entweder der Knopf 82 oder der Knopf 84 gedrückt. Zu
dieser Zeit wird der Mikroprozessor 76 so konditioniert,
dass das Dreiwegeventil 100 die Luftzufuhr von der Pumpe 94 vollständig abschließt. Die
programmierte Schaltungsanordnung des Mikroprozessors 76 überträgt auch
ein Signal auf die Leitung 92 zum Dampfboiler 90,
zum Aktivieren der Heizspirale 91 im Dampfboiler 90,
um die Dampftemperatur auf eine neue Solltemperatur von etwa 140 °C zu erhöhen, was
den Druck im Boiler 90 erhöht. Normalerweise liegt der
Dampfdruck im Boiler 90 bei der Bereitung von heißer nicht-aufgeschäumter Milch
bei etwa 1,0 bis 3,2 Bar über
atmosphärischem
Druck.
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Gleichzeitig
mit dem Drücken
von Knopf 82 oder 84 für heiße nicht-aufgeschäumte Milch
wird auch das Quetschventil 25 aktiviert, sodass Milch 20 am
Quetschventil 25 vorbeiströmt und mit Dampf gemischt wird,
der durch die Düse 54 eingeblasen
wird. Die beiden Fluids werden in der Emulgierkammer 50 gemischt
und durch den Getränkeausgabestutzen 52 ausgegeben.
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Das
Fluid, das die Emulgierkammer 50 bei der Zubereitung von
heißer
nicht-aufgeschäumter Milch
verlässt,
ist beinahe vollständig
Milch, da der zur Erhitzung der Milch verwendete Dampf zu einem relativ
geringen Volumen zu Wasser kondensiert. Die Temperatur der erhitzten
Milch in dem Fluss 86 für heiße nicht-aufgeschäumte Milch
sollte beim Verlassen des Ausgabestutzens 52 ebenfalls
im Bereich zwischen 68 °C
und 74 °C
liegen. Abhängig
von der Temperatur im Dampfboiler dauert es etwa dreißig Sekunden,
um eine genügend
große
Menge heißer Milch 86 für Kaffee
Latte in einen sechzehn Unze (ca. 450 ml) großen Getränkebehälter 87 abzugeben.
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Ein
sehr bedeutender Aspekt der Erfindung ist das Merkmal der Selbstreinigung.
Ungeachtet welcher der Knöpfe 78, 80, 82 oder 84 gedrückt wird, werden
die Luftdüse 56 und
die Leitung 72, die zu der Luftdüse 56 führt, im
Anschluss an die Abgabe einer Portion eines heißen Milchgetränks 86 durchgespült. Dieser
Schritt der Selbstreinigung geschieht auf folgende Weise. Im Anschluss
an die Beendigung von Milch, Dampf und Luftstrom, falls vorhanden,
entweder aufgrund der Zeiteinstellung des Aktivierungssignals, das
durch die Knöpfe 78 oder 82 eingeleitet wird,
oder aufgrund der Freigabe der Knöpfe 80 oder 84 durch
einen Benutzer, leitet das Programm des Mikroprozessors 76 einen
Reinigungszyklus ein. Besonders die Schaltungsanordnung im Mikroprozessor 76 positioniert über Signale
auf der Leitung 116 das Dreiwegeventil 100, um
die Wasserleitung 106 mit der Luftversorgungsleitung 72 zu
verbinden und jeden Rückfluss
durch die Leitung 98 zu unterbinden. Daraufhin liefert
die Wasserpumpe 104 eine Menge Spül- oder Reinigungswasser, das
von der Wasserleitung 106 durch das Spülsteuerungsventil 109 und das
Dreiwegeventil 100, durch die Luftzufuhrleitung 72 zu
der Luftdüse 56 und
in die Emulgierkammer 50 strömt. Zum Durchspülen der
Leitungen 106 und 72, des Dreiwegeventils 100 und
der Düse 56 ist
nur eine kleine Wassermenge erforderlich, da das Volumen innerhalb
dieser Komponenten relativ klein ist. Das Spülwasser wird durch die Luftdüse 56 für eine vorher
festgelegte, programmierbare Zeit abgegeben, vielleicht zwei Sekunden.
Gleichzeitig leitet ein Signal auf der Steuerleitung 92 an
den Dampfboiler 90 die Abgabe einer kleinen Menge Reinigungsdampf ein,
um die Dampfversorgungsleitung 70 und die Dampfdüse 56 von
jeglichen Milch- und Wasserresten zu befreien, die in diesen Komponenten
zurückgeblieben
sein könnten.
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Durch
Anwendung eines Spül-
oder Reinigungszyklus im Anschluss an jede Ausgabe eines Getränks 86 vermeidet
das System jede Verunreinigung durch Milch, die rückwärts in die
Luftdüse 56 oder
die Luftleitung 72, die Dampfdüse 54 oder die Dampfleitung 70 gelangt
sein könnte.
Folglich ist es möglich,
alle Milchspuren aus den Luft- und Dampfleitungen und -düsen durch
die Benutzung von Wasser von der Wasserpumpe 104 und dem
Dampf aus dem Boiler 90 auszuspülen. Die Spülwassermenge mit relativ kleinen
Milchspuren oder möglicherweise anderen
Verunreinigungen darin wird einfach über den Auslassstutzen 52 in
ein Abwasserbecken gegeben.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass abgesehen vom "Beutel im Karton" Behälter 22,
dem da herauskommenden Auslassschlauch 26, den Düsen 54 und 56,
sowie der Emulgiereinheit 40 kein Teil oder mechanische
Komponente der Ausgabeeinheit 10 in direkten Kontakt mit
der Milch 20 kommt. Dies erlaubt tägliche, äußerst effiziente und einfache
Reinigungshandlungen. Insbesondere ist die Emulgiereinheit 40 ebenfalls
ein sehr preiswerter Wegwerfartikel, der täglich weggeworfen wird. Ebenso
ist der "Beutel
im Karton" Behälter 22 für Milch 20 ein
Wegwerfartikel. Die Milch 20 bleibt in der Kühleinheit 18 bewahrt,
bis sie verbraucht ist oder bis das Haltbarkeitsdatum verstrichen
ist. Wenn dies eintritt, werden der "Beutel im Karton" Behälter 22 zusammen
mit dem davon ausgehenden Auslassschlauch 26 für Milch
ebenfalls weggeworfen.
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Die
Ejektordüsen
für Dampf
und Luft 54 und 56 sind die einzigen Teile der
Einheit, die mit Milch in Kontakt kommen und nicht zum täglichen
Wegwerfen entworfen sind. Die inwendigen Kanäle der Ejektoren 54 und 56 werden
nach jeder programmierten Menge eines ausgegebenen Getränks automatisch
mit Wasser und Dampf durchgespült.
Die zeitliche Festlegung des Spülzyklus
wird vom Mikroprozessor 76 gesteuert, der programmierbar
und Software gesteuert ist. Auch sind die Düsen 54 und 56 sehr
leicht zu reinigen, abzuwischen und/oder von außen abzubürsten.
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Der
Wahlknopf 85 kann dazu benutzt werden, einen Wasser- und
Dampfspül-
oder Reinigungszyklus durchzuführen,
zu jederzeit, wenn ein Bediener der Emulgier- und Ausgabeeinheit
dies wünscht.
Betätigen
des Wahlknopfes 85 bietet ein Mittel, um handmäßig denselben
Spül- und
Reinigungszyklus zu initiieren, der programmiert ist, um automatisch
nach jeder ausgegebenen Getränkeportion
stattzufinden.
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Während die
Ausgabeeinheit 10 besonders für den oben beschriebenen "Beutel im Karton" Behälter 22 geeignet
ist, kann sie auch in Verbindung mit handelsüblichen Gallon-Verpackungen (ea.
4 Liter), Gallon-Flaschen oder anderen handelsüblichen Milchproduktpackungen
verwendet werden, in denen der Milchausgabeschlauch über eine Öffnung an
der Oberseite des Behälters
verbunden ist. In einer solchen Anordnung wird der Schlauch von
oben in den Behälter
eingelegt, er ragt aber nach unten zum Boden des Milchbehälters. Mit
einer derartigen Schlauchverbindung wird anfänglich eine Saug- oder Siphonkraft
benötigt,
um die Milch vom Boden des Behälters
durch die Öffnung
nach oben zu ziehen und nach unten durch den Zufuhrschlauch, der
dann durch das Quetschventil 25 auf das Milcheinlassrohr 42 aufgesteckt
würde.
Danach würde
jedoch der erzeugte Siphoneffekt helfen, dass die Milch die Emulgiereinheit 40 erreicht.
Im Gegensatz zu herkömmlichen
Systemen wird keine Siphonunterbrechung benötigt, da der gesamte Milchbehälter und
die zugehörige
Schlauchanordnung innerhalb der Kühleinheit 18 untergebracht
sind.
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Das
Quetschventil 25 ist eine wichtige Komponente des Getränkeautomaten 10.
Die Verwendung eines derartigen Quetschventils in einer Anwendung
für die
Ausgabe heißer
Milchgetränke
ist einzigartig für
die vorliegende Erfindung. Das Quetschventil 25 befindet
sich direkt oberhalb der Emulgiereinheit 40. Das Quetschventil 25 erlaubt
einen automatischen Reinigungs- und Spülzyklus der Schaumkopf- oder
Emulgiereinheit 40, da kein Teil des Quetschventils 25 mit
der Milch 10 in Berührung kommt.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung eines Quetschventils 25 ist,
dass es ein Zurückströmen in den
kalten Aufbewahrungsbehälter 22 verhindert,
sodass der folgende Getränkeausgabezyklus
ohne Verzögerung
gestartet werden kann, und mit Hilfe von Schwerkraftzuführung, wie
beim "Beutel im
Karton" Behälter 22.
Da keine Siphonunterbrechung nötig
ist, ist die Zufuhrleitung immer vollständig mit Milch gefüllt. Als
Folge davon wird keine Verzögerung
erfahren und es tritt keine Unbeständigkeit in der Ausgabe ein,
wenn die Ausgabeeinheit 10 für die Ausgabe des nächsten Getränks aktiviert wird.
Dieses Merkmal ist für
echte Selbstbedienungsanwendungen äußerst wichtig, bei denen die
Ausgabe in den Behälter 87 unmittelbar
nach dem Drücken
von einem der Getränkeknöpfe 78, 80, 82 oder 84 durch
den Kunden erfolgen muss. Selbst bei einer kurzen Verzögerung werden
einige Kunden den Behälter 87 austauschen oder
entfernen und so eine Bloßstellung
der Haut ihrer Hand an die heißen
Getränke
riskieren.
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Die
Verwendung des Quetschventils 25 gegen den Schlauch 26 ist
in Verbindung mit einer Schaumkopf-Emulgiereinheit 40 nach
dem Venturiprinzip ebenfalls einzigartig, insofern dass sie einen direkten
Kontakt zwischen der Milch 20 und den Bedienungselementen
des Quetschventils 25 verhindert. Folglich braucht das
Quetschventil 25 selbst nicht täglich entfernt oder gereinigt
zu werden. Der Ausbau und die Reinigung eines mechanischen Ventils
sind im Allgemeinen für
den Endbenutzer oder Bediener der Maschine 10 zu kompliziert.
Es würde vielmehr
die Hilfe eines qualifizierten Technikers benötigt. Bei der Konstruktion
der vorliegenden Erfindung würde
jedoch der Ausbau und/oder die Reinigung des Quetschventils 25 nur
im Fall einer Funktionsstörung
eines Ventils erforderlich werden, was unwahrscheinlich ist, dass
dies geschieht.
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Im
Gegensatz hierzu bleiben herkömmliche, mechanische,
den Milchstrom unterbrechende Ventile im Allgemeinen in einer Maschine,
bis ein Techniker sie austauscht. Derartige Ventile erfordern einen täglichen,
gründlichen
Spülvorgang
mit speziellen Chemikalien. Wenn solche Ventile nicht richtig gereinigt
werden, leiden sie unter Bakterienbefall und unzuverlässigem Betriebsverhalten.
Die Verwendung des Quetschventils 25, das jeden direkten
Kontakt irgendeines Bedienungselements des Strömungssteuermechanismus mit
der Milch 20 verhindert, schließt jedoch die Notwendigkeit
einer solchen Reinigung aus.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet Dampf aus einem einzigen Boiler 90,
der bei unterschiedlichen, genauen Temperaturen, Drücken und
Geschwindigkeiten eingeblasen wird, wie durch die gedrückten Getränkeknöpfe 78, 80, 82 und 84 festgelegt
wird. Während
der Dampf, abhängig
von dem gewählten
Getränk,
durch zwei verschiedene Düsen eingeblasen
werden könnte,
wird er vorzugsweise durch eine einzelne Dampfdüse 54 zugeführt. Es
versteht sich jedoch, dass für
den Schaumkopf 40, falls erwünscht, getrennte Dampfdüsen 54 bereitgestellt werden
können.
Die Ausflussöffnung
von jeder Dampfdüse
kann unterschiedlich sein und besonders geeignet sein für das Getränk, für das es
verwendet wird.
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Die
Emulgier- und Ausgabeeinheit 10 bietet eine vollkommen
kontrollierte Gleichmäßigkeit
in der Temperatur des ausgegebenen Getränkeprodukts. Der Dampf stammt
aus einem einzigen Boiler 90 und wird bei verschiedenen,
genauen Temperaturen, Drücken
und/oder Geschwindigkeiten eingeblasen. Die Bahn des Dampfstromes
geht vorzugsweise durch einen einzelnen Einlass-Dampfinjektor 54 zu einem
einzelnen Schaumkopf 40. Die Temperatursteuerung geschieht
nach Bedarf, d.h. nach dem Drücken
eines der gewählten
Knöpfe 78, 80, 82 oder 84.
Verfügbarkeit
von Dampf nach Bedarf bei der gewählten, knopfbezogenen Temperatur
ist entscheidend. Anders als bei herkömmlichen Systemen verlangt
die vorliegende Erfindung nicht bei jedem Wechsel des ausgewählten Getränks eine
Rückstellung
oder Neukalibrierung des Boilers 90 auf eine neue Dampf-Basistemperatur.
Im Gegenteil bleibt die programmierbare Basis (Stand-by) Dampftemperatur,
unabhängig
vom gewählten
Getränk,
gleich. Nachdem das Getränk
gewählt
wurde, wird der Dampf in dem Boiler 90, infolge des relativ
leistungsfähigen
Heizelements 91 und des relativ kleinen Boilervolumens 90 schnell
erhitzt oder gekühlt.
Die Basis-Dampftemperatur liegt zwischen den höchsten und niedrigsten Dampftemperaturen,
die für
die bereiteten heißen,
emulgierten Getränke
auf Milchbasis erforderlich sind. Es ist möglich, einen relativ kleinen Boiler 90 zu
verwenden, infolge der Bereitstellung des Nachfüllventils 110 zum
Auffüllen
des Wasservorrats durch die Wasserpumpe 104, wie erforderlich und
angezeigt von dem Niveausensor.
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Die
Genauigkeit der Temperaturregelung, die mit der Emulgier- und Ausgabeeinheit 10 der
vorliegenden Erfindung erreicht wird, ist äußerst wichtig. Wenn die Temperatur
des ausgegebenen Milchgetränks
auf über
76 °C ansteigt,
beginnt das Milchprotein zu karamellisieren, was zu verbrannter
oder gekochter Milch führt.
Die Industrienormen legen fest, dass die Temperatur des ausgegebenen
Getränks 87 nicht
74 °C übersteigen
sollte. Die enge Temperaturkontrolle wird durch Ein- und Ausschalten
des Stroms zur Heizspirale 91 im Dampfboiler 90 erreicht.
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Die
Verwendung einer aktiven Pressluftquelle für die Zufuhr von Luft unter
Druck zu der Luftdüse 56 kann
auch Vorteile haben. Anders als bei herkömmlichen Emulgierkopfsystemen
nach dem Venturiprinzip stützt
sich die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise allein auf
einen Druckunterschied, der "passiv" durch die Saugwirkung
in dem Venturi-Schaumkopf entsteht. Derartige Systeme können unbeständige Getränkemischungen
infolge von Schwankungen im atmosphärischen Druck erzeugen. Der
positiv erhöhte
Druck über
Umgebungsdruck, der durch das System der vorliegenden Erfindung
geschaffen wird, liefert durch die Luftdüse 56 einen stabileren,
mehr gleich bleibenden und gleichmäßigen Luftstrom.
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Die
wahlweise Bereitstellung von Druckluft kann auch die Temperaturbeständigkeit
des Getränks 87 bei
der Ausgabe verbessern, da das Verhältnis von Milch zu Luft beständiger ist.
Bei herkömmlichen
Systemen, die Schwankungen in der Venturiansaugung ausgesetzt sind,
resultiert ein Strömungsabfall
der Luft infolge eines niedrigeren Umgebungsdrucks in der Mischung
zu einer größeren Milchmenge.
Umgekehrt wird ein Anstieg des Umgebungsluftdrucks das Luftvolumen
in einem herkömmlichen
Venturi-Schaumkopf erhöhen
und auf diese Weise die Milchmenge in der kombinierten Mischung
verringern. Je größer die
Luftmenge in der Mischung ist, desto weniger Milch wird dort erhitzt.
-
Die
aktive, vorprogrammierte Anwendung von Wasser zum Füllen der
Lufteinlassleitung 72 und der Luftdüse 56, um eine Spül- oder
Reinigungswirkung zu ermöglichen,
ist äußerst wichtig.
Die Möglichkeit
der Reinigung der Luftleitung erlaubt, dass eine einzige Emulgierkammer 50 für die Ausgabe
von sowohl aufgeschäumter
als auch nicht-aufgeschäumter Milch
verwendet werden kann, ohne die Menge des Milchstroms zu gefährden. In
Wirklichkeit ist die Länge
der Luftzufuhrleitung 72 zwischen der Luftdüse 56 und
dem Dreiwegeventil 100 sehr kurz. Auch verhindert bei der
Ausgabe von heißer nicht-aufgeschäumter Milch
die Anwesenheit von in der Leitung vom Reinigungszyklus zurückgebliebenem
Wasser, dass überschüssige Luft
von der Leitung 72 in die Emulgierkammer 50 gezogen
wird. Durch die Verwendung von Spül- oder Reinigungswasser in
der Leitung 72 wird auf diese Weise bei der Zubereitung
von heißer
nicht-aufgeschäumter
Milch die Anwesenheit von unerwünschter
Luft vermieden.
-
Dies
löst ein
Problem, das bei vielen Emulgiersystemen nach dem Venturiprinzip
bei der Zubereitung von sowohl aufgeschäumter als auch nicht-aufgeschäumter heißer Milch
allgemein verbreitet ist. Das heißt, derartige herkömmliche
Emulgiersysteme neigen dazu, infolge des Venturi-Saugeffekts, der
in der Emulgiereinheit entsteht, Luft in den Milchstrom lecken zu
lassen, auch dann, wenn keine Luft erwünscht ist. Dies führt zu einem
Problem mit unbeständiger
Qualität,
sowohl bei der Temperatur als auch in der Beschaffenheit von heißer nicht-aufgeschäumter Milch.
Indem die Luftzufuhrleitung 72 und die Luftdüse 56 mit
Reinigungswasser im Anschluss an jede Ausgabe eines Getränks 87 gefüllt werden,
stellt die vorliegende Erfindung ein System bereit, das nicht nur
Milchreste aus der Luftzufuhrleitung und -düse herausspült und reinigt, sondern auch die
Luft daran hindert in die Venturikammer 60 und die Emulgierkammer 50 einzudringen,
wenn das gewünschte
Produkt heiße
nicht-aufgeschäumte
Milch ist.
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Die
Luftzufuhrleitung 72 führt
zum Schaumkopf. Sie ist über
die Luftdüse 56 mit
der Emulgiereinheit 40 verbunden. Die Luftzufuhrleitung 72 kann,
abhängig
von der Art, wie der Mikroprozessor 76 programmiert wurde,
zur Ausführung
von zwei verschiedenen Funktionen verwendet werden. Insbesondere die
Luftzufuhrleitung 72 kann verwendet werden, um (1) der
Luft zu ermöglichen,
zur Emulgiereinheit zu strömen;
oder (2) um Wasser zu ermöglichen
zur Emulgiereinheit 40 zu strömen.
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Das
Dreiwegeventil 100 wirkt als ein Umleitungsventil, zum
Absperren des Stroms in der einen oder der anderen Richtung, abhängig davon,
ob Luft oder Wasser gewünscht
sind. Im Ruhezustand, dem Standardzustand, sperrt das Dreiwegeventil 100 die Luftleitung 98 und öffnet folglich
die Verbindung zwischen der Wasserleitung 106 und der Luftzufuhrleitung 72.
Wasser wird dann fließen
wenn die Wasserpumpe 104 und das Spülventil 109 betätigt werden. Wenn
aufgeschäumte
Milch ausgegeben werden soll, ändert
der Mikroprozessor 76 die Stellung des Dreiwegeventils 100,
sodass es die Wasserleitung 106 absperrt und Luft ermöglicht,
um von der Luftleitung 98 durch das Dreiwegeventil 100 zur
Luftzufuhrleitung 72 und weiter zur Emulgiereinheit 40 zu
strömen.
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Die
Luftzufuhrleitung 72 kann zu unterschiedlichen Zeiten aus
zweierlei Gründen
geflutet werden. Erstens kann der Mikroprozessor 76 so
programmiert werden, dass die Luftzufuhrleitung 72 nach
der Ausgabe eines Getränks
geflutet wird, um die Emulgiereinheit 40 zu spülen und
alle Milchrückstände von
sowohl der Emulgiereinheit 40 als auch von der Luftzufuhrleitung 72 zu
entfernen. Für
Milchrückstände ist
es möglich
nach der Ausgabe eines Getränks
in die Luftzufuhrleitung 72 einzudringen, infolge einer
Vakuumwirkung, die in der Luftzufuhrleitung 72 stattfindet.
Durch Spülen
der Luftzufuhrleitung 72 mit Wasser, nachdem ein Getränk ausgegeben
wurde, werden nach jeder Ausgabe eines Getränks sowohl die Luftzufuhrleitung 72 als
auch die Emulgiereinheit 40 gereinigt.
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In
einigen Anwendungen, wie bei einer Selbstbedienungseinrichtung,
kann es für
den Mikroprozessor 76 wünschenswert
sein, so programmiert zu werden, dass eine deutliche Verzögerung bei
der Spülentladung
von Wasser nach der Ausgabe eines Getränks erfolgt. Das könnte wünschenswert
sein, um ein versehentliches Verbrühen zu verhüten, wenn ein Benutzer seine
Hand unmittelbar nach der Fertigstellung der Getränkeausgabe
unter den Getränkeausgabestutzen 52 hält. In dieser
Situation und auch in anderen Situationen mag es wünschenswert sein,
die Luftzufuhrleitung 72 für einen anderen Zweck zu füllen.
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Der
Mikroprozessor 76 kann auch zum Fluten der Luftzufuhrleitung 72 verwendet
werden, unmittelbar nach dem Drücken
von entweder Knopf 82 oder von Knopf 84, bevor
heiße
nicht-aufgeschäumte Milch
ausgegeben wird. In diesem Fall sorgt die Betätigung von entweder Knopf 82 oder
Knopf 84 dafür, dass
eine geringe Menge Wasser in die Luftzufuhrleitung 72 über das
Dreiwegeventil 100 eingeleitet wird, unmittelbar bevor
die magnetspulenbetätigte
Armatur 39 erregt wird. Die Luftzufuhrleitung 72 wird
daraufhin für
die Zeit, in der der Ventilriegel 38 geöffnet ist, geflutet, um zu
ermöglichen,
dass die Milch durch den Auslassschlauch 26 fließen kann.
Hierdurch wird das Ansaugen von unerwünschter Luft durch die Luftzufuhrleitung 72 während der
Ausgabe von heißer nicht-aufgeschäumter Milch
verhindert.
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Zweifellos
werden zahllose Variationen und Modifikationen der Erfindung für diejenigen,
die mit der Ausgabe von heißen
Getränken
auf Milchbasis vertraut sind, ohne weiteres ersichtlich. So ist
die Verwendung der Emulgier- und Ausgabeeinheit 10 nicht auf
heiße
aufgeschäumte
oder nicht-aufgeschäumte Milch
beschränkt.
Sie kann auch für
die Ausgabe von heißer
Schokolademilch, heißer
Milch und heißer Sahne,
sowie anderer Getränke
auf Milchbasis bei hoher Temperatur verwendet werden.