NL2023999B1 - Schuimvormingsinrichting voor het vormen van een vloeibaar schuim alsmede een schuimafgifte-toestel en een drankafgifte-toestel - Google Patents

Abstract

-23- Uittreksel: Schuimvormingsinrichting voor het vormen van een vloeibaar schuim alsmede een schuimafgifte—toestel en een drankafgifte-toestel 5 Inrichting voor het vormen van een vloeibaar schuim uit een vloeistof, in het bijzonder een melk houdende, althans melkachtige vloeistof, omvattende opschuimeenheid (300) met een schuimkamer (350) welke is voorzien van een vloeistofingang (310) en een schuimuitgang (320) die ruimtelijk van elkaar zijn gescheiden. In de schuimkamer is een 10 rotorlichaam (330) voorzien dat draaibaar om een rotatieas X is aangebracht. Het rotorlichaam (330) bewaart rondom een spleet (360) naar een kamerwand (351,352) van de schuimkamer bewaart. De vloeistofingang (310) en de schuimuitgang (320) staan via de spleet met elkaar in verbinding. Het rotorlichaam heeft in de axiale richting van de vloeistofingang (310) naar de schuimuitgang (320) toe uitwendig een afnemende 15 werkzame doorsnede, die in het bijzonder geleidelijk verjongt. De kamerwand (351,352) en het rotorlichaam (330) omvatten naar elkaar gerichte, althans in hoofdzaak parallelle werkzame oppervlakken, waarvan ten minste één oppervlak althans ter hoogte van de spleet (360) geaccidenteerd is. Een dergelijke schuimvormingsinrichting leent zich met name voor een schuimafgifte—toestel en/of een drankafgifte—toestel. 20 Fig. 3B

Description

Schuimvormingsinrichting voor het vormen van een vloeibaar schuim alsmede een schuimafgifte-toestel en een drankafgifte-toestel De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een Inrichting voor het vormen van een vloeibaar schuim uit een vloeistof, in het bijzonder een melk houdende, althans melkachtige vloeistof, omvattende opschuimeenheid met een schuimkamer welke is voorzien van een vloeistofingang en een schuimuitgang die ruimtelijk van elkaar zijn gescheiden, waarbij in de schuimkamer een rotorlichaam draaibaar om een rotatieas is voorzien, waarbij het rotorlichaam rondom een spleet naar een kamerwand van de kamer bewaart, en waarbij de vioeistofingang en de schuimuitgang via de spleet met elkaar in verbinding staan. Daarbij zij opgemerkt dat waar in de onderhavige aanvrage kortweg wordt gesproken van een wand, tenzij nadrukkelijk anders aangegeven dan wel impliciet duidelijk is, daaronder tevens een samenstel van aaneengesloten wanden dient te worden verstaan. De uitvinding heeft bovendien betrekking op een schuimafgifte-toestel en op een drankafgifte-toestel, waarin een dergelijke schuimvormingsinrichting is toegepast. Daarbij zij opgemerkt dat waar in de onderhavige aanvrage wordt gesproken over schuimvorming daaronder tevens wordt verstaan het stabiliseren en/of modificeren van reeds uit de vloeistof althans ten dele gevormd schuim dat als fluidum aan de vloiestofingang wordt aangeboden.

Een schuimvormingsinrichting van de in de aanhef beschreven soort kan in het bijzonder worden ingezet voor het zogenaamd opschuimen van melk, althans een melk{eiwit) houdende vloeistof voor toevoeging aan een koffieproduct. Er bestaan verschillende technieken om uit melk een melkschuim te vormen. Een bekende techniek is bijvoorbeeld om bijvoorbeeld stoom onder druk turbulent in melk te introduceren om aldus direct het uiteindelijke melkschuim te vormen, zoals dit ook handmatig bekend is van traditionele, ambachtelijke koffie baristas. Daarnaast is het bekend om melkschuim voornamelijk langs mechanische weg te vormen door lucht met een agitatie-orgaan, zoals een klopper of rotor, mechanisch in te brengen. In de praktijk blijkt een dergelijk door het opkloppen van melk gevormd melkschuim bijzonder stevig en stabiel].

-2- Een schuimvormingsinrichting die langs een dergelijke mechanische weg melk tot een vloeibaar melkschuim vormt, is bijvoorbeeld bekend uit Internationale octrooiaanvrage WO 2016/151.422 ten name van de Italiaanse onderneming Rancilio Group S.P.A. De daaruit bekende inrichting omvat een opschuimeenheid met een schuimkamer. De schuimkamer is voorzien van een vloeistofingang voor al of niet verwarmde vloeistof, zoals verwarmde melk, alsmede, stroomafwaarts daarvan, van een uitgang waaraan een gevormd schuim kan ontwijken. Tussen de ingang en de uitgang bevindt zich in de schuimkamer een rotor die door een daartoe voorziene motor rondom een hartlijn van de schuimkamer in rotatie wordt gebracht. Een door de rotor gedragen conisch rotorlichaam bewaart daarbij een constante, nauwe spleet tot een wand van de dito gevormde schuimkamer.

Deze spleet biedt voor de vloeistof het enige stroompad van de vloeistofingang naar de schuimuitgang. De vloeistof wordt daarom in dit stroompad gedwongen en neemt daarbij lucht met zich mee. Dit leidt tot een laminair vloeigedrag van de vloeistof in de spleet tussen twee ten opzichte van elkaar roterende parallelle oppervlakken, ook wel aangeduid als Taylor-Couette-flow. De vloeistof ondervindt in de nauwe spleet een viscositeit-geinduceerde weerstand (drag). Bij lagere rotatiesnelheden (i.e. toerentallen) is deze stroom stabiel. Wanneer de rotatiesnelheid echter wordt verhoogd tot voorbij een drempelwaarde raakt de vloeistofstroom instabiel en uiteindelijk turbulent en worden luchtbellen gevormd en ingesloten. Deze luchtbellen manifesteren zich uiteindelijke als zodanig in een vloeibaar schuim dat aan uitgang kan worden afgenomen.

Een als goed gewaardeerd melkschuim is stevig, luchtig en stabiel, hetgeen inhoudt dat het voor langere tijd zijn volume behoudt. Bij voorkeur is het schuim daarbij opgebouwd met fijne luchtbelletjes in plaats van grotere bellen. Het schuimend vermogen van de inrichting wordt bepaald uit een volumetoename van het schuim ten opzichte van de hoeveelheid uitgangsvloeistof. Bij voorkeur is de inrichting bovendien relatief ongevoelig voor de aard en temperatuur van de toegepaste uitgangsvloeistof.

-3- Met de onderhavige uitvinding wordt onder meer beoogd te voorzien in een schuimvormingsinrichting waarmee een dergelijke stabiel en luchtig melkschuim kan worden gevormd.

Om het beoogde doel te bereiken heeft een schuimvormingsinrichting van de ín de aanhef beschreven soort volgens de uitvinding als kenmerk dat het rotorlichaam in de axiale richting van de vloeistofingang naar de schuimuitgang toe uitwendig een afnemende werkzame doorsnede heeft, en in het bijzonder geleidelijk verjongt, en dat de kamerwand en het rotorlichaam naar elkaar gerichte, althans in hoofdzaak parallelle werkzame oppervlakken omvatten, waarvan ten minste één oppervlak althans ter hoogte van de spleet geaccidenteerd is. Van belang is in dit verband dat het rotorlichaam volgens de uitvinding naar de uitgang toe verjongt. Vermoed wordt dat de daarmee samenhangende afname in rotatiesnelheid het schuim stabiliseert vooraleer het schuim aan de uitgang wordt afgegeven.

Het relief dat op één of beide werkzame hoofdoppervlakken wordt aangeboden zorgt voor extra beroering in de schuimende vloeistof hetgeen uiteindelijk tot uitdrukking komt in een verhoogd rendement qua schuimproductie. Een bijzondere uitvoeringsvorm heeft daarbij volgens de uitvinding als kenmerk dat het werkzame oppervlak van de buitenwand in axiale richting althans in hoofdzaak geleidelijk, in het bijzonder conisch verjongt, en dat de spleet van de vloeistofingang naar de schuimuitgang toe over althans een deel van een lengte daarvan een althans nagenoeg vaste spleetbreedte heeft.

Voor wat betreft een spleetbreedte van de tussen het werkzame oppervlak van het rotorlichaam en de kamerwand van de kamer gevormde spleet wordt gestreefd naar een evenwicht tussen enerzijds stromingsweerstand en anderzijds een effectieve schuimvorming van de vloeistof. In de praktijk blijkt een optimaal evenwicht met name voor warm schuim te worden gevonden in een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding, welke is gekenmerkt doordat de spleetbreedte kleiner is dan circa 1 mm, in het bijzonder ligt tussen 0,1 en 0,6 mm, en meer in het bijzonder tussen 0,3 en 0,6 mm is gelegen. Conform de uitvinding is ten minste één van beide werkzame hoofdoppervlakken geaccidenteerd. Het kan daarbij gaan om een min of meer willekeurig relief, maar ook om een al of niet min of meer regelmatig stelsel van oneffenheden, in het bijzonder in de vorm van verhogingen, verdiepingen dan wel een combinatie van verhogingen en verdiepingen.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm heeft de schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de oneffenheden onderling althans nagenoeg congruent zijn en in een regelmatig stelsel zijn voorzien. In het bijzonder omvat het betreffende oppervlak daarbij een stelsel van putten, meer in het bijzonder ronde putten, ook wel aangeduid als dimples, buiten, groeven of ribben. De dichtheid en individuele vorm en grootte kan daarbij worden gevarieerd voor een verdere optimalisatie van de kwaliteit van het beoogde schuim.

Een verdere bijzondere uitvoeringvorm van de schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de oneffenheden langgerekt zijn met een lengterichting die zich onder een vaste hoek uitstrekt ten opzichte van een dwarsvlak door de rotatieas van het rotorlichaam. Een verdere uitvoeringsvorm daarvan heeft daarbij als kenmerk dat opeenvolgende oneffenheden steeds tegen een rotatierichting van het rotorlichaam zijn gericht, Een dergelijk oppervlak van langgerekte verdiepingen (putten) en/of verhogingen {bulten) voert de vloeistof afwisselend volgens de daardoor gedefinieerde langsrichting en daartussen volgens een door de rotatie opgelegde radiale richting. Deze beroering van de vloeistof levert een fijn verdeelde luchtbelvorming en uiteindelijk een stevig, luchtig en vol schuim uit de vloeistof, in het bijzonder van dierlijke of plantaardige melk.

Met het oog op een axiaal transport van de vloeistof naar de schuimuitgang heeft een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting daarbij als kenmerk dat dat

-5- opeenvolgende oneffenheden in axiale richting onderling verspringen, en in het bijzonder althans nagenoeg volgens een spiraallijn van een aantal denkbeeldige, onderling parallelie spiraallijnen zijn voorzien. Opeenvolgende oneffenheden voeren de vloeistof aldus volgens een helix naar de uitgang waarmee een zekere pompwerking wordt verkregen die de afgifte van schuim aan de uitgang bevorderd. Daaraan wordt verder bijgedragen door een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting welke is gekenmerkt doordat het ten minste ene geaccidenteerde werkzame oppervlak een stelsel van verdiepingen omvat die elk naar de schuimuitgang toe vernauwen. De vernauwing van de verdiepingen leidt daarin tot een beperkter ingesloten volume zodat de vloeistof daaruit zal worden geforceerd. Deze zelf-lozende werking draagt verder bij aan het axiale vloeistof transport van de vloeistof en/of het daaruit gevormde schuim naar de uitgang toe.

In een tweede voorkeursuitvoeringsvorm is de schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat één van de werkzame oppervlakken een aantal ribben omvat die elk volgens een spiraallijn van een aantal denkbeeldige, onderling parallelle spiraallijnen helisch verlopen, en meer in het bijzonder dat de spiraallijnen een spoed definiëren die in een rotatierichting van het rotorlichaam is gericht. Een dergelijk stelsel! van helische ribben geeft bij rotatie van de rotor een dito werveling in de vloeistof waarbij bijzonder effectief daarin luchtbellen worden gevormd en ingesloten raken. Daarnaast biedt een dergelijke meervoudige helix een bijzonder krachtige voorwaartse stuwing van het vloeistof/schuim mengsel naar de schuimuitgang, wat het vloeistof transport en de schuimafvoer ten goede komt.

Uit een vergelijkend onderzoek is gebleken dat onder een aantal daarbij onderling vergeleken configuraties, steeds een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting werd gekenmerkt doordat het ten minste ene geaccidenteerde oppervlak ten minste van het rotorlichaam uitgaat. Indien het rotorlichaam daarbij uitneembaar wordt uitgevoerd, vereenvoudigt dit bovendien een eventuele reiniging, vervanging en/of onderhoud daaraan.

-6- De inrichting leent zich zowel voor het vormen van koud schuim als voor het vormen van warm schuim, waarbij in het laatste geval de vloeistof vooraf dan wel in de kamer wordt verwarmd. Met het oog op dit laatste heeft een eerste bijzondere Uitvoeringsvorm van de schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de opschuimkamer nabij de vloeistofingang een stoominlaat omvat voor het inlaten van hete stoom, terwijl een tweede bijzondere uitvoeringsvorm daarbij is gekenmerkt doordat een verwarmingsinrichting stroomopwaarts van de vloeistofingang is voorzien voor het verwarmen van de vloeistof. Een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding heeft daarbij als kenmerk dat de verwarmingsinrichting een stoomgenerator omvat voor het genereren en in de vloeistof introduceren van hete stoom.

Voor de vorming van koud, althans onverwarmd, schuim zijn uitmuntende resultaten geboekt met een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrìchting volgens de uitvinding, gekenmerkt doordat zowel van de buitenwand van het rotorlichaam als van de kamerwand van de schuimkamer een geaccidenteerd oppervlak uitgaat. Voor de vorming van zowel koud, althans onverwarmd, als warm, althans verwarmd, schuim wordt daarbij bij voorkeur uitgegaan van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de buitenwand van het werkzame oppervlak van rotorlichaam één omvat van een regelmatig stelsel van verdiepingen en een aantal helisch verlopende ribben met een spoed in de rotatierichting, waarbij de kamerwand een werkzaam oppervlak met een regelmatig stelsel van verdiepingen omvat.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een schuimafgifte-toetstel dat is voorzien van een schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding zoals hiervoor werd beschreven. Conform de uitvinding omvat een dergelijk schuimafgifte-toestel een behuizing met, naast een dergelijke schuimvormingsinrichting, - een vloeistofreservoir voor het houden van de vloeistof, in het bijzonder een melk houdende, althans melkachtige vloeistof;

-7- - pompmiddelen met een vioeistofleiding voor het voeren van de vloeistof uit het vloeistofreservoir naar een inlaat van de opschuimeenheid, welke inlaat is gekoppeld aan de vloeistofingang van de schuimkamer; - schakelbare verwarmingsmiddelen stroomopwaarts van de vloeistofinlaat in warmte uitwisselend contact met de vloeistof in de vloeistofleiding voor het optioneel verwarmen van de vloeistof; en - een schuimuitlaat gekoppeld aan de schuimuitgang van de schuimkamer, waaraan een uit de vloeistof gevormd schuim ontvangbaar is.

De uitvinding biedt daarmee een autonome inrichting voor het produceren van vloeibaar schuim uit een uitgangsvioeistof, in het bijzonder uit een plantaardige of dierlijke melk, Met het oog op een verlengde houdbaarheid van met name dergelijke melkproducten, heeft een voorkeursuitvoeringsvorm van het schuimafgifte-toetstel volgens de uitvinding daarbij als kenmerk dat koelmiddelen in warmte uitwisselend contact met het vloeistofreservoir zijn voorzien.

Ten behoeve van een toepassing met warme dranken wordt bij voorkeur uitgegaan van een eveneens warm schuim om aldus een temperatuur van de warme drank daardoor ten minste ìn geringere mate te beïnvloeden. Met het oog daarop heeft een bijzondere uitvoeringsvorm van het schuimafgifte-toetstel volgens de uitvinding als kenmerk dat de verwarmingsmiddelen een menginrichting omvatten, stroomafwaarts van de pompmiddelen, met een mengkamer die is voorzien van een eerste inlaat waaraan de vloeistofleiding is gekoppeld, een tweede inlaat waaraan een stoomleiding is gekoppeld en met een uitlaat die is gekoppeld aan de inlaat van de opschuimeenheid.

Ook heeft de uitvinding betrekking op een drankafgifte-toestel, dat is voorzien van een schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding zoals hiervoor werd beschreven. Conform de uitvinding omvat een dergelijk drankafgifte-toestel een dergelijke schuimvormingsinrichting en een zet-inrichting voor het bereiden van een warme drank uit water en een poeder, in het bijzonder uit heet water en gemalen koffie, - waarbij een vloeistofreservoir is voorzien voor houden van een op te schuimen vloeistof, in het bijzonder een melk houdende, althans melkachtige vloeistof,

-8- welke vioeistofreservoir door een vloeistofleiding is gekoppeld met de vioeistofingang van de schuimkamer van de schuimvormingsinrichting; - waarbij de zet-inrichting een waterinlaat omvat waaraan een waterleiding is gekoppeld voor toevoer van een hoeveelheid water; - waarbij de zet-inrichting een productuitlaat omvat waaraan, tijdens bedrijf, een waterig mengsel of extract van het poeder ontwijkt; - waarbij de schuimuitgang van de schuimkamer van de schuimvormingsinrichting is gekoppeld met een schuimuitloop; - waarbij de productaflaat van de zet-inrichting is gekoppeld met een productuitloop in een nabijheid van de schuimuitloop; - waarbij de schuimvormingsinrichting en de zet-inrichting zijn gekoppeld aan een gemeenschappelijke watervoorziening; en - waarbij de behuizing besturingmiddelen omvat die in staat en ingericht zijn voor het besturen van een water- en poedertoevoer aan de zet-inrichting, voor het in werking stellen en besturen van de zet-inrichting en het in werking stellen en besturen van de schuimvormingsinrichting.

Het gaat hierbij in het bijzonder om wat gewoonlijk wordt aangeduid als koffiemachine, waarbij het vloeistofreservoir bestemd en ingericht is voor het gekoeld houden van dierlijke of plantaardige melk, althans een melkachtige vloeistof, die zich leent voor het vormen van melkschuim, en het poeder een koffiebonenmaalsel omvat.

Het daarmee in combinatie met een koffie-extract te vormen melkschuim leent zich met name voor de bereiding van koffie-melkschuim variaties zoals cappuccino en latte, Hierbij is een bijzonder uitvoeringsvorm van het drankafgifte-toestel gekenmerkt doordat koelmiddelen in warmte uitwisselend contact met het vloeistofreservoir zijn voorzien.

De koeling verleent daarbij een verhoogde houdbaarheid aan met melkproduct.

De uitvinding zal navolgend thans nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een bijbehorende tekening.

In de tekening toont: Fig. 1 een uitvoeringsvoorbeeld van een drankafgifte-toestel in combinatie met een schuimafgifte-toestel volgens uitvinding;

-9- Fig. 2A een uitvoeringsvoorbeeld van een schuimafgifte-toestel volgens uitvinding; Fig. 2B een uitvoeringsvoorbeeld van een drankafgifte-toestel volgens uitvinding; Fig, 3A een explosie-tekening van een schuimeenheid zoals toegepast in de schuimvormingsinrichting van elk van de inrichtingen van figuur 1, 2A en 28; Fig. 3A een doorsnede van de schuimeenheid van figuur 3A; Fig. 4 een perspectivisch aanzicht van een stoominjector voor toepassing met de schuimeenheid van figuur 3A en 3B; Fig. 5A een perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een schuimkamer van een schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding; Fig. BA een perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een schuimkamer van een schuimvormingsinrichting volgens de uitvinding; Fig. 6A-6F verschillende uitvoeringsvormen van een rotorlichaam zoals toepasbaar met de schuimkamers van figuur 5A en 5B; Fig. 7 een elektro-mechanisch werkingsschema van de inrichting van figuur 1; en Fig. 8 een elektro-mechanisch werkingsschema van de inrichting van figuur 2B.

Overigens zij daarbij opgemerkt dat de figuren zuiver schematisch en niet steeds op (eenzelfde) schaal zijn getekend. Met name kunnen terwille van de duidelijkheid sommige dimensies in meer of mindere mate overdreven zijn weergegeven. Overeenkomstige delen zijn in de figuren met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.

in figuur 1 is een opstelling weergegeven van een toestel 100 voor het bereiden van een warme drank met daarnaast, althans daarbij, een toestel 200 voor het vormen van een vloeibaar schuim dat in combinatie met die drank kan worden toegepast. Het gaat daarbij in het bijzonder om een min of meer traditionele koffie/espresso machine 100 met één of meer bonenreservoirs 102 voor koffiebonen die openen naar een niet nader weergeven maaleenheid binnen de behuizing 104 van de machine. De behuizing biedt verder, hoewel niet nader getoond maar voor een gemiddelde vakman voldoende

-10- bekend verondersteld, plaats aan een warmwatervoorziening, zoals een boiler of thermoblok, een besturingseenheid en een pomp waarmee heet water onder verhoogde druk naar een zetgroep wordt geleid.

De zetgroep omvat hier een zetkamer waarin gemalen koffiepoeder van de maaleenheid wordt ontvangen en wordt samengeperst, om daaraan vervolgens met een gedoseerde hoeveelheid heet water onder verhoogde druk een koffie-extract te onttrekken. Dit extract is aan een dubbele uitloop 106 ontvangbaar. Het kan daarbij gaan om espresso koffie van een gewenste sterkte of een ander koffieproduct, zoals lungo of americano, al naar gelang een voorkeur van de gebruiker die hij via een daartoe voorziene gebruikersinterface 110 kan ingeven. Ook biedt de behuizing plaats aan een stoomgenerator en een stoomuitloop 112 waarvan hete stoom kan worden afgenomen. Tevens is een stel verdere uitlopen 113 voorzien voor een afgifte van heet en koud water.

Eventueel kan de zetgroep overigens ook worden gevoed met gemalen koffiepoeder dat rechtstreeks van een reservoir of desbetreffende inlaat werd ontvangen, in welk geval eventueel kan worden afgezien van een bonenmolen in het toestel. Ook kan worden uitgegaan van een oplosbaar product, zoals gevriesdroogde koffie, in welk geval de zetinrichting niet veel meer dan een mengkamer zal omvatten waarin het product met een gedoseerde hoeveelheid heet water worden vermengd en daarin opgelost.

Bij de koffiemachine is een zelfstandig toestel 200 geplaatst waarmee uit koude melk een melkschuim kan worden gevormd ter bereiding van bijvoorbeeld cappuccino of latte in combinatie met het van de koffiemachine 100 verkregen koffieproduct. Hiertoe omvat de inrichting een gekoeld melkreservoir 202 met een geschikt dierlijk of plantaardig melkproduct, Door middel van een daartoe binnen een behuizing 204 van de schuim-inrichting 200 voorziene pomp wordt melk vanuit het reservoir 202 naar een vloeistofingang van een opschuimeenheid geleid, welke in figuur 3A en 3B nader is weergeven.

11- Stroomopwaarts van de vloeistofingang loopt de vloeistof door een stoom c.q. luchtinjector 400, zie figuur 4, die daartoe in de melkleiding is opgenomen. Deze omvat een ingaande aansluiting 410 en een uitgaande aansluiting 420 in lijn met de melkleiding, naast een stel inlaten 430 voor stoom en een inlaat 440 voor omgevingslucht. Om te vermijden dat een lucht/stoom/vloeistofmengsel uit de injector 400 ontwijkt, zijn in of nabij anders open inlaten 430, 440 terugslagkleppen opgenomen. De stoominlaten 430 kunnen worden gevoed door een eigen stoomgenerator binnen de behuizing 204 van de schuiminrichting 200. Het is evenwel ook mogelijk om hete stoom van de koffiemachine 100 te betrekken via een daartoe voorziene stoomleiding 150 en corresponderende aansluitingen die dan tussen beide inrichtingen 100,200 zijn voorzien. Omgekeerd kan ook de stoomgenerator van de schuiminrichting 200 via een daartoe voorziene stoomleiding 150 ten behoeve van de koffiemachine 100 dienen. De injector 400 vormt een lucht/melk c.g. stoom/melk mengsel waarmee de opschuimeenheid 300 wordt gevoed en waaruit door en opschuimeenheid een vloeibaar melkschuim wordt gevormd dat via een daartoe voorziene leiding 250 naar het hoofdtoestel 100 wordt geleid en daarin aan een tweede uitloop 206 kan worden afgenomen. De werking van de opschuimeenheid zal hieronder in nader detail worden beschreven. De schuiminrichting volgens de uitvinding kan ook zelfstandig worden toegepast. Figuur 2A geeft hiervan een voorbeeld. De inrichting is hoofdzakelijk gelijk aan de inrichting 200 die in figuur 1 bij het toestel 100 voor het bereiden van een warme drank is geplaatst, zij het dat in een zelfstandige uitvoering de leidingen 150,250 ontbreken, althans niet zijn aangesloten, en het toestel 200 zelf met een schuimuitloop 206 is uitgerust. De schuimuitloop 206 is stroomopwaarts aan een uitgang van een melkopschuimeenheid gekoppeld die in het toestel 200 is opgenomen.

in plaats van in de vorm van twee afzonderlijke toestellen, kan het samenstel van figuur 1 ook in een enkel toestel worden geïntegreerd, zoals in figuur 2B is weergegeven. In dit

-12- geval omvat de inrichting behalve een functioneel deel voor het bereiden van een koffieproduct, zoals hiervoor werd beschreven, optioneel tevens een functioneel deel voor het bereiden van melkschuim.

Daartoe is in de inrichting behalve één of meer bonenreservoirs 102 tevens een gekoeld melkreservoir 202 voorzien, en heeft de inrichting binnen de dubbele koffie-uitloop 106 tevens een uitloop 206 voor melkschuim.

Zoals nader weergegeven in een explosie-tekening in figuur 3A, en in dwarsdoorsnede in figuur 3B, omvat de melkopschuimeenheid 300 een schuimkamer 350 die is voorzien van een vloeistofingang 310 en een schuimuitgang 320. Een inlaat van de vloeistofingang 310 is daarbij gekoppeld aan de uitlaat 420 van de stoominjector 400, terwijl de schuimuitgang 320 is gekoppeld met de schuimuitloop 206 van het toestel.

Binnen de schuimkamer 350 is een rotorlichaam 330 draaibaar om een axiaal gerichte rotatieas X aangedreven door een elektromotor 340, waarvan een uitgaande werkas

345 in het rotorlichaam 330 steekt.

De werkas 345 steekt daarbij door een opening in een deksel! 370 die de schuimkamer 350 afsluit, waarbij in de opening zowel een lagering als een vloeistofkering is voorzien.

Ook aan een distaal uiteinde is het rotorlichaam 330 gelagerd en gefixeerd.

Hiertoe gaat een press-fit bodemlagering 355 van de schuimkamer 350 uit.

De elektromotor 340 is ondergebracht in een motorhuis

380 dat op zijn beurt met het frame 390 van het toestel is verbonden.

Zoals met name blijkt uit figuur 3B, staan de vloeistofingang 310 en de schuimuitgang 320 met elkaar in verbinding door een smalle spleet 360 tussen het rotorlichaam 330 en de kamerwand van de schuimkamer 350. Al of niet verwarmde melk die via de vloeistofingang 310 wordt ingelaten kan louter via de spleet 360 de schuimuitgang bereiken.

Het snel roterende rotorlichaam agiteert daarbij de vloeistof waardoor deze zich met lucht mengt en zich daarin luchtbellen vormen.

Het aldus gevormde melkschuim verlaat via de schuimuitlaat de schuimkamer.

Daarbij is binnen het kader van de onderhavige van belang dat een doorsnede van het rotorlichaam 330 in axiale richting afneemt, en evenzeer een doorsnede van de schuimkamer 350, Door deze, hìer, geleidelijke verjonging van het rotorlichaam daalt de omtreksnelheid bij een

-13- gegeven toerental, waardoor het gevormde schuim verder zal stabiliseren. Het toerental van het rotorlichaam is typisch van de orde van grootte van 2000-5000 toeren per minuut, bij een diameter van het rotorlichaam die in axiale richting over een lengte van het kanaal 360 verloopt (verjongt) van breed naar smal.

Tevens binnen het kader van de onderhavige uitvinding is van belang dat ten minste één van het buitenoppervlak van het rotorlichaam en het oppervlak van de kamerwand ter hoogte van het kanaal 360 niet vlak, maar geaccidenteerd is. Dit kan uiteenlopende vormen aannemen. In het voorbeeld van figuur 3A en 3B is het oppervlak van rotorlichaam als zodanig voorzien van een groot aantal nagenoeg congruente verdiepingen (dimples} 331 die in opeenvolgende rijen over een omtrek daarvan zijn aangebracht, zie ook figuur SA. De verdiepingen 331 van axiaal opeenvolgende rijen liggen daarbij ten opzichte van elkaar versprongen en liggen daardoor althans nagenoeg op een denkbeeldige spiraallijn van een aantal onderling evenwijdige spiraallijnen. Zoals in figuur 3A is te zien, vernauwen de verdiepingen 331 elk naar de uitgang 320 toe, i.e. stroomafwaarts. Door deze geleidelijk geringere inhoud van de verdiepingen 331 zal de vloeistof geleidelijk aan daaruit worden geforceerd. De verdiepingen 33 zijn daardoor zelf-lozend.

Er kan worden uitgegaan van een schuimkamer 350 met een volledig vlakke, gladde binnenwand 351, althans ter hoogte van het rotorlichaam 330, zoals getoond in figuur 5A, maar ook deze binnenwand kan worden voorzien van oneffenheden 352, zoals in figuur 5B is weergegeven. Voor wat betreft deze oneffenheden wordt ten aanzien van de kamerwand dan bij voorkeur uitgegaan van verdiepingen 352 in verband met een adequate reiniging van het systeem, waarbij dit van eventule melkresten dient te worden verlost. Bij een dergelijke geaccidenteerde kamerwand 350 kan desgewenst worden uitgegaan van een glad rotorlichaam 330, bijvoorbeeld zoals getoond in figuur 6B, met een gladde omtrekswand 336, De figuren 6C tot en met 6F tonen, overigens niet limitatief, verdere voorbeelden van het rotorlichaam 330 zoals dat binnen het kader van de uitvinding kan zijn uitgevoerd.

14- In het geval van figuur 6C en 6D gaat het daarbij om langwerpige verdiepingen 332 respectievelijk verhogingen 333 die in een regelmatig stelsel zijn voorzien. De betreffende oneffenheden 332,333 zijn daarbij met hun lange as georiënteerd volgens een denkbeeldige helix van een aantal onderling parallelle helices die over het oppervlak van het rotorlichaam gedacht kunnen worden. Een spoed van de betreffende helix is tegengesteld gericht aan een rotatierichting R van het rotorlichaam 330 en daarmee tevens een oriëntatie van de betreffende oneffenheden. Verdere alternatieve uitvoeringvormen van het rotorlichaam 330 zijn afgebeeld in figuur 6E en 6F, waarbij het oppervlak van het rotorlichaam 330 geaccidenteerd is doordat daarover een stel evenwijdige ribben 334,335 of groeven zich uitstrekt. Deze ribben/groeven 334,335 verlopen daarbij volgens een denkbeeldige spiraallijn van een aantal parallelle spiraallijnen met een spoed met de rotatierichting R van het rotorlichaam 330 meedraait, dat wil zeggen in die rotatierichting is gericht.

De spleet 360 tussen het rotorlichaam 330 en de kamerwand heeft typisch een breedte van minder dan een millimeter. Voor de vorming van koud melkschuim blijkt de specifieke breedte daarbij weinig kritisch. Een goede schuimrendement kan worden verkregen in het gehele gebied onder een spleetbreedte van 1 millimeter. Wel neemt de stabiliteit van het schuim in sommige gevallen significant af vanaf een spleetbreedte boven circa 0,6 millimeter. Bij voorkeur wordt dan ook van een spleetbreedte onder deze maat van 0,6 millimeter uitgegaan. In dat geval blijkt het schuim ook na verloop van 5 minuten niet of nauwelijks te zijn ingezakt.

Ter vorming van warm schuim blijkt een spleetbreedte onder 0,8 millimeter, in het bijzonder tussen 0,3 en 0,6 millimeter, sowieso de voorkeur te genieten. Binnen dit gehele gebied levert de schuim-inrichting een acceptabel schuimrendement in termen van volumevergroting, waarbij het schuim bij een spleetbreedte tussen 0,3 en 0,6 millimeter tevens afdoende lang in stand blijft. Steeds blijken zowel schuimrendement als stabiliteit toe te nemen met een afnemende spleetbreedte. Daar staat tegenover dat een (door)stromingsweerstand van de inrichting eveneens zal toenemen met

15- afnemende spleetbreedte en daarmee van een afnemende opbrengst per tijdseenheid. Daarnaast is ook een goede doorstroming van belang wanneer de inrichting wordt onderworpen aan een spoeling voor reiniging van de onderdelen. Met het oog op de genoemde opbrengst, doorstroming en bovenal tolerantie wordt daarom bij voorkeur een spleetbreedte van boven 0,1 millimeter aangehouden. In de hier gegeven uitvoeringsvoorbeelden is uitgegaan van een spleetbreedte van circa 0,3 tot 0,6 millimeter als voorkeur en guldenmiddenweg. in figuur 7 en 8 is schematisch een beknopt technisch werkingsschema weergegeven van de inrichting van respectievelijk figuur 1 en 2. In figuur 7 gaat het daarbij om een afzonderlijk schuimafgifte-toestel 200 naast, althans bij, een drankafgifte-toestel 100, zoals weergegeven in figuur 1. Het drankafgifte-toestel 100 omvat een stoomgenerator 70 met een watervoorziening 71 ten behoeve van de eigen stoomuitloop 112, zie ook figuur 1. Deze stoomgenerator 70 wordt via een daartoe tussen beide toestellen 100,200 voorziene stoomleiding 150 tevens benut voor het schuimafgifte-toestel 200 en is daarbij gekoppeld aan een stoominlaat 430 van een stoominjector 400. Het schuimafgifte-toestel 200 kan eventueel ook op zichzelf (i.e. stand-alone) worden toegepast, in welk geval een dergelijke of vergelijkbare stoomvoorziening 70 in het schuimafgifte-toestel 200 zelf zal zijn ondergebracht.

Het schuimafgifte-toestel 200 omvat één of meer reservoirs 73,74 waarin een op te schuimen vloeistof kan worden gehouden. In dit voorbeeld gaat het om een tweetal melkhouders voor dierlijke of plataardige melk, waarbij beide reservoirs kunnen worden ingezet om tezamen een dubbele hoeveelheid van dezelfde vloeistof te kunnen houden, dan wel elk afzonderlijk een afwijkend melkproduct bevatten, bijvoorbeeld respectievelijke dierlijke koemelk en plantaardige soja- of amandelmelk. Door midde! van een daartoe in een afgaande vloeistofleiding toegepaste driewegklep 76 kan tussen beide producten een selectie worden gemaakt. Naarnaast is aan de driewegklep een reservoir 77 voor het houden van een reinigingsvloeistof gekoppeld van waaruit periodiek of op commando de inrichting kan worden gespoeld met een daarin gehouden reinigingsvloeistof. Ten behoeve van een verlengde houdbaarheid van de melkproducten in beide eerstgenoemde reservoirs 73,74 zijn deze met een thermisch isolerende mantel uitgevoerd en van een geforceerde, en bij voorkeur thermostatisch geregelde, koeling voorzien.

De reservoirs 73,74,77 zijn gekoppeld met een pomp 75 waarmee, al naar gelang de stand van de driewegklep 76, daaruit een vloeistof word gezogen en onder druk naar een ingang 410 van de stoominjector 400 wordt gepompt die in de melkleiding 160 is opgenomen. In de stoominjector wordt een melk/stoom mengsel gevormd en wordt de vloeistof onder invloed van de hete stoom verwarmd tot een temperatuur van typisch tussen 55 °C en 65 °C. Dit mengsel verlaat de stoominjector aan de uitgang 420 daarvan. Een stel terugslagkleppen 78,79 vermijdt dat dit mengsel de stoomleiding 150 of luchtleiding 180 kan binnendringen. Eventueel kan stroomopwaarts dan wel, zoals hier, stroomafwaarts daarvan nog lucht in het mengsel worden ingeblazen met een daartoe voorziene luchtpomp 72 die lucht aanzuigt vanuit de omgeving. Het aldus gevormde stoom/lucht/mengsel wordt naar een ingang 310 van de schuimeenheid 300 geleid waarin het mengsel door agitatie, zoals hiervoor omschreven, tot een stevig en luchtig melkschuim wordt geproduceerd dat aan een schuimuitgang 320 kan worden afgenomen.

Het gevormde schuim kan via een schuimleiding 170 tussen beide toestellen naar een schuimuitloop 206 worden geleid die in de nabijheid van een koffie-uitloop 106 van de koffiemachine 100 is geplaatst om daaronder een koffie met melkschuim product te ontvangen. Als alternatief kan de schuimuitloop 206 ook in het schuimafgifte-toestel 200 zijn voorzien, zoals weergegeven in figuur 1. In dat geval dient de gebruiker een kop of beker van het ene toestel naar het andere te verplaatsen om beide producten te ontvangen. Voor een besturing, aansturing en controle van de schuimafgifte-toestel is een processor gestuurde besturingseenheid 80 in het toestel 200 voorzien, die tevens operationeel is gekoppeld met te minste de stoomgenerator 70 in de koffiemachine 100 in het geval, zoals in de getoonde situatie, daarvan gebruik wordt gemaakt. De besturingseenheid 80 is operationeel verder ondermeer gekoppeld met de beiden

17- pompen 72,75, de driewegklep 76 en de opschuimeenheid 300, zoals weergeven met respectievelijke stippellijnen in de figuur. In plaats van twee gescheiden toestellen, zoals in figuur 1, kan ook worden uitgegaan van een volledig geintegreerd toepassing, waarbij in een gemeenschappelijke behuizing zowel onder meer een zet-inrichting voor het bereiden van een warme drank als een schuimvormingsinrichting zijn ondergebracht. Een dergelijk toestel is getoond in figuur 2 en figuur 8 geeft daarvoor een mogelijk aansturingsschema met enkele specifiek daarbij betrokken componenten. Overeenkomstige componenten met de inrichting van figuur 7 hebben daarbij eenzelfde verwijzingscijfer en in hoofdzaak eenzelfde werking, zij het dat in dit geval geen afzonderlijke stoominjector 400 is toegepast, maar stoom en lucht rechtsreeks in de schuimkamer worden ingelaten via daartoe alsdan voorziene inlaten of een gemeenschappelijke inlaat 450 van de schuimkamer, Ook in dit geval wordt de werking en controle van de schuimvormingsinrichting beheerst door een daartoe voorziene processor gestuurde besturingseenheid 90, die hier gekoppeld is met of deel uitmaakt van de besturingseenheid 91 van het koffie-bereidingsdeel van de inrichting dat hier verder onbesproken wordt gelaten en genoegzaam bekend verondersteld. Het gevormde melkschuim verlaat de schuimkamer via een schuimleiding 170.

Hoewel de uitvinding hiervoor aan de hand van louter een enkele uitvoeringsvoorbeeld nader werd toegelicht, moge het duidelijk zijn dat de uitvinding daartoe geenszins is beperkt. Integendeel zijn binnen het kader van de uitvinding voor een gemiddelde vakman nog vele variaties en verschijningsvormen mogelijk.

Claims (23)

-18- Conclusies:

1. Inrichting voor het vormen van een vloeibaar schuim uit een vloeistof, in het bijzonder een melk houdende, althans melkachtige vloeistof, omvattende opschuimeenheid met een schuimkamer welke is voorzien van een vioeistofingang en een schuimuitgang die ruimtelijk van elkaar zijn gescheiden, waarbij in de schuimkamer een rotorlichaam draaibaar om een rotatieas is voorzien, waarbij het rotorlichaam rondom een spleet naar een kamerwand van de schuimkamer bewaart, en waarbij de vloeistofingang en de schuimuitgang via de spleet met elkaar in verbinding staan, met het kenmerk dat het rotorlichaam in de axiale richting van de vloeistofingang naar de schuimuitgang toe uitwendig een afnemende werkzame doorsnede heeft, en in het bijzonder geleidelijk verjongt, en dat de kamerwand en het rotorlichaam naar elkaar gerichte, althans in hoofdzaak parallelle werkzame oppervlakken omvatten, waarvan ten minste één oppervlak althans ter hoogte van de spleet geaccidenteerd is.

2. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het werkzame oppervlak van de buitenwand in axiale richting althans in hoofdzaak geleidelijk, in het bijzonder conisch verjongt, en dat de spleet van de vloeistofingang naar de schuimuitgang toe over althans een deel van een lengte daarvan een althans nagenoeg vaste spleetbreedte heeft.

3. Schuimvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de spleetbreedte kleiner is dan circa 1 mm, in het bijzonder ligt tussen 0,1 en 0,6 mm, en meer in het bijzonder tussen 0,3 en 0,6 mm is gelegen.

4. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk dat het ten minste ene geaccidenteerde oppervlak een al of niet regelmatig stelsel van oneffenheden omvat.

-19-

5. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de oneffenheden onderling althans nagenoeg congruent zijn en in een regelmatig stelsel zijn voorzien.

6, Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk dat de oneffenheden langgerekt zijn met een lengterichting die zich onder een vaste hoek uitstrekt ten opzichte van een dwarsvlak door de rotatieas van het rotorlichaam.

7. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk dat opeenvolgende oneffenheden steeds tegen een rotatierichting van het rotorlichaam zijn gericht.

8. Schuimvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het ten minste ene geaccidenteerde werkzame oppervlak een stelsel van verdiepingen omvat die elk naar de schuimuitgang toe vernauwen.

9, Inrichting volgens één of meer der conclusies 4 tot en met 8, met het kenmerk dat opeenvolgende oneffenheden in axiale richting onderling verspringen, en in het bijzonder althans nagenoeg volgens een spiraallijn van een aantal denkbeeldige, onderling parallelle spiraallijnen zijn voorzien.

10. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk dat één van de werkzame oppervlakken een aantal ribben omvat die elk volgens een spiraallijn van een aantal denkbeeldige, onderling parallelle spiraallijnen helisch verlopen.

11. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk dat de spiraallijnen een spoed definiëren die in een rotatierichting van het rotorlichaam is gericht.

-20-

12. Schuimvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het ten minste ene geaccidenteerde oppervlak ten minste van het rotorlichaam uitgaat.

13. Schuimvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat zowel van de buitenwand van het rotorlichaam als van de kamerwand van de schuimkamer een geaccidenteerd oppervlak uitgaat.

14. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de buitenwand van het werkzame oppervlak van rotorlichaam één omvat van een regelmatig stelsel van verdiepingen en een aantal helisch verlopende ribben met een spoed in de rotatierichting, waarbij de kamerwand een werkzaam oppervlak met een regelmatig stelsel van verdiepingen omvat.

15. Schuimvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een motor is voorzien voor het roteren van het rotatielichaam om de rotatieas.

16. Schuimvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de opschuimkamer nabij de vioeistofingang een stoominlaat omvat voor het inlaten van hete stoom.

17. Schuimvormingsinrichting volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een verwarmingsinrichting stroomopwaarts van de vloeistofingang is voorzien voor het verwarmen van de vloeistof.

18. Schuimvormingsinrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk dat de verwarmingsinrichting een stoomgenerator omvat voor het genereren en in de vloeistof introduceren van hete stoom.

19. Schuimafgifte-toestel, omvattende een behuizìng met:

-21- - een schuimvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies; - een vloeistofreservoir voor het houden van de vloeistof, in het bijzonder een melk houdende, althans melkachtige vloeistof; - pompmiddelen met een vloeistofleiding voor het voeren van de vloeistof uit het vloeistofreservoir naar een inlaat van de opschuimeenheid, welke inlaat is gekoppeld aan de vloeistofingang van de schuimkamer; - schakelbare verwarmingsmiddelen stroomopwaarts van de vloeistofinlaat in warmte uitwisselend contact met de vloeistof in de vloeistofleiding voor het optioneel verwarmen van de vloeistof; en - een schuimuitlaat gekoppeld aan de schuimuitgang van de schuimkamer, waaraan een uit de vloeistof gevormd schuim ontvangbaar is.

20. Schuimafgifte-toestel volgens conclusie 19, met het kenmerk dat koelmiddelen in warmte uitwisselend contact met het vloeistofreservoir zijn voorzien.

21. Schuimafgifte-toestel volgens conclusie 19 of 20, met het kenmerk dat de verwarmingsmiddelen een menginrichting omvatten, stroomafwaarts van de pompmiddelen, met een mengkamer die is voorzien van een eerste inlaat waaraan de vloeistofleiding is gekoppeld, een tweede inlaat waaraan een stoomleiding is gekoppeld en met een uitlaat die is gekoppeld aan de inlaat van de opschuimeenheid.

22. Drankafgifte-toestel, omvattende een schuimvormingsinrichting volgens één of meer der conclusies 1 tot en met 18, en een zet-inrichting voor het bereiden van een warme drank uit water en een poeder, in het bijzonder uit heet water en gemalen koffie, - waarbij een vioeistofreservoir is voorzien voor houden van een op te schuimen vloeistof, in het bijzonder een melk houdende, althans melkachtige vloeistof, welke vloeistofreservoir door een vloeistofleiding is gekoppeld met de vloeistofingang van de schuimkamer van de schuimvormingsinrichting;

-22- - waarbij de zet-inrichting een waterinlaat omvat waaraan een waterleiding is gekoppeld voor toevoer van een hoeveelheid water; - waarbij de zet-inrichting een productuitlaat omvat waaraan, tijdens bedrijf, een waterig mengsel of extract van het poeder ontwijkt; - waarbij de schuimuitgang van de schuimkamer van de schuimvormingsinrichting is gekoppeld met een schuimuitloop; - waarbij de productaflaat van de zet-inrichting is gekoppeld met een productuitloop in een nabijheid van de schuimuitloop; - waarbij de schuimvormingsinrichting en de zet-inrichting zijn gekoppeld aan een gemeenschappelijke watervoorziening; en - waarbij de behuizing besturingmiddelen omvat die in staat en ingericht zijn voor het besturen van een water- en poedertoevoer aan de zet-inrichting, voor het in werking stellen en besturen van de zet-inrichting en het in werking stellen en besturen van de schuimvormingsinrichting.

23 Drankafgifte-toestel volgens conclusie 22, met het kenmerk dat koelmiddelen in warmte uitwisselend contact met het vloeistofreservoir zijn voorzien.