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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet der Getränkebereitung, insbesondere
der Bereitung von Heißgetränken mittels einer
heißen, unter Druck stehenden Flüssigkeit.
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Die
Verwendung von unter Druck stehenden Flüssigkeiten zur
Extraktion eines Getränkegrundstoffes führt zu
einem erhöhten Bedarf an Sicherheitsvorkehrungen. Hierbei
ist ein vorrangiger Aspekt die Beschränkung des Druckes
innerhalb des Braubehälters. Im Braubehälter ist
die Brauflüssigkeit zu Bereitungsbeginn des Getränkes
vorhanden und wird darin in den gewünschten Zustand versetzt.
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Natürlicherweise
sind hierbei zwei Ansatzweisen möglich: Die Beschränkung
der Druckerhöhung und die gezielte Drucksenkung. Da der
Gebraucher oftmals den Brauprozess nicht genügend überwachen
kann oder es schlichtweg vernachlässigt, die Beschränkung
der Druckerhöhung verlässlich vorzunehmen, sind
Maßnahmen zur automatischen Drucksenkung unerlässlich.
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Zur
Beurteilung der Notwendigkeit eines druckregulierenden Mechanismus
sei insbesondere die Zubereitungsweise von Espresso zu beachten. Ein
typischer Espresso hat ein Volumen zwischen 22,5 ml und 27,5 ml
und entsteht durch eine 22,5 bis 27,5 Sekunden lange Extraktion
aus 6,5 g bis 7,5 g gleichmäßig und fein gemahlenem
Getränkegrundstoff aus stark gerösteten Kaffeebohnen
(Espressoröstung) mit ca. 86°C bis 90°C
heißer Brauflüssigkeit unter 800 kPa bis 1 MPa
Druck. Die Getränketemperatur in dem Auffangbehälter
beträgt idealerweise zwischen 64°C und 70°C.
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Die
Druckbegrenzung wird durch das kontrollierte Ableiten von im Braubehälter
entstehenden Gasen und/oder Flüssigkeiten bewirkt.
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Das
amerikanische Patent
US 4386109 (Bowen
et al.) beschreibt einen Heißgetränkebereiter,
in dem ein handelsübliches Überdruckventil mit
Ball und Feder eingesetzt ist. Damit der Braubehälter zur Befüllung
stabil stehen kann, ist ein goßer Teil des Braubehälters
versenkt um dort das Überdruckventil einzusetzen.
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Im
amerikanischen Patent
US 5884881 (Orrico
et al.) wird ein Überdruckventil beschrieben, das als Umleitung
der Braukammer funktioniert. Eine Gummidichtung verbiegt sich ab
einer gewissen Druckdifferenz zwischen Braukammer und Umgebung und
gibt so den Weg für die Flüssigkeit frei.
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Diese
Vorrichtung ist für Überdrücke bis ca. 414
kPa geeignet. Nachteil ist, dass durch den schnellen Abfluss der
Flüssigkeit die Brauzeit signifikant reduziert wird, und
dass durch die Verwendung der Gummidichtung der Ansprechdruck des
Sicherheitsmechanismus nur sehr ungenau einstellbar ist.
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Die
PCT Patentanmeldung
WO 91/12757 (Yu)
offenbart einen Kaffeebereiter mit einem zweistufigem Ventilsystem,
das in Abhängigkeit vom Druck in der Braukammer öffnet.
Bei Erreichen des regulären Arbeitsdruckes öffnet
sich die Flüssigkeitsbarriere in Richtung der Filterkammer,
und bei Übersteigen des Sicherheitsdruckes öffnet
sich die Gasbarriere zur Atmosphäre. Durch das Einstellen
der Vorspannung der im Ventilsystem enthaltenen Feder durch den
Gebraucher werden die Öffnungsschwellen der Ventile gekoppelt
eingestellt. Dies hat zur Folge, dass der Sicherheitsdruck sehr
unterschiedlich eingestellt werden kann, und dadurch signifikanten Konsequenzen
für den Brauprozess und folglich für die Getränkequalität
entstehen. Des Weiteren ist die Änderung des Sicherheitsdruckes
durch den Gebraucher sicherheitstechnisch bedenklich.
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In
der amerikanischen veröffentlichten Patentanmeldung
US 2004/0020922 (Alves)
wird ein Einkammer-Getränkebereiter beschrieben, der im Braubehälter
ein Überdruckventil enthält. Das Ventil ist ein
mit einem federnden Kunststoffstift mit halbkugelförmigen
Verschluss verschlossenes Loch im Boden des Braubehälters.
Dieser Mechanismus lässt nur die grobe Regulierung des Überdrucks
zu. Des Weiteren ist diese Vorrichtung sehr stark Fertigungstoleranzen
und Alterungserscheinungen des federnden Plastikstiftes ausgesetzt,
wodurch auf Dauer die Funktionstüchtigkeit des Sicherheitsmechanismus nicht
gewährleistet werden kann.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 3742507 (Hirsch) wird ein Sicherheitsmechanismus beschrieben,
der durch das Lösen des Braubehälterverschlusses
den Austritt des Braukammerinhaltes bewirkt. Die Gebrauchssicherheit
des Getränkebereiters ist hierdurch gewährleistet,
allerdings auf Kosten des zu bereitenden Getränkes. Dieses
ist bei Ansprechen des Sicherheitsmechanismus nicht mehr zum Konsum
geeignet, da der Deckel und der Kaffeesatz es verunreinigen.
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Die
Europäische Norm EN 13248:2002 beschreibt
Haushalts-Kaffeebereiter mit einer Sicherheitseinrichtung, die als
eigenständiges Element eingesetzt ist, und sich genau dort
befindet, wo der Dampf im Getränkebereiter entsteht. Der
Druck im Braubehälter beträgt maximal 400 kPa.
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Eine
mögliche Heizmethode bei der Bereitung von Heißgetränken
ist die Verwendung elektromagnetischer Strahlung. Hierbei ist die
Abschirmung von nicht zu erhitzenden Teilen zu beachten. Bestehende
Methoden, wie z. B. in den Patenten
US 2601067 (Spencer)
und
US 4386109 (Bowen
et al.) beschrieben, sind die Verwendung von solidem Metall oder
einer leitenden Beschichtung um die entsprechenden Bereiche von
der elektromagnetischen Strahlung abzuschirmen. Ebenfalls bekannt
ist die Eigenschaft von elektromagnetischer Strahlung, sich durch Öffnungen,
die eine bestimmte Größe unterschreiten, nicht
fortpflanzen zu können.
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Zuletzt
ist festzustellen, dass in allen bekannten Anwendungen das Design,
also die ästhetische Anmutung und Haptik des Espressobereiters, von
der technischen Vorrichtung maßgebend bestimmt ist. Eine
weitgehende Trennung von Design und der technischen Funktion der
Getränkebereiter ist bisher nicht ermöglicht worden.
Dies wird unter anderem durch die Verwendung eines fertigen oder
angesetzten, nicht integrierten Sicherheitsmechanismus verursacht
und hat zufolge, dass die Geräte vorwiegend unästhetisch
sind und dadurch keine Marktakzeptanz finden.
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Ziel
der Erfindung ist die Verbesserung der Sicherheit von Getränkebereitern,
insbesondere von Getränkebereitern, die mittels einer heißen,
unter Druck stehenden Flüssigkeit einen Getränkegrundstoff
extrahieren bzw. auflösen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Sicherheitsmechanismus,
der auch bei höheren Braudrücken verlässlich
funktioniert, sowohl in seinem passiven, d. h. den Druck nicht regulierdenden
Zustand, als auch in seinem aktiven, d. h. den Druck regulierdenden
Zustand.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist das Erreichen einer günstigen
und fehlerfreien Herstellungsweise von Sicherheitsmechanismen in
Getränkebereitern.
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Ebenso
ist ein Ziel der Erfindung, die äußerliche Anmutung
von Getränkebereitern zu verbessern bzw. mehr Raum für
die designerische Ausgestaltung zu schaffen.
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Die
Erfindung findet Anwendung in allen Getränkebereitern,
die einen Druckbehälter enthalten oder bei denen beim Bereitungsprozess
ein normalerweise druckfreier Behälter unter Druck stehen kommen
könnte.
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Ebenso
ist die Erfindung in allen Heißgetränkebereitern
anwendbar, sei es mit einer unabhängigen, also nicht Teil
des Bereiters formende oder abhängigen, also Teil des Bereiters
formende Energiequelle. Hierbei ist die Notwendigkeit bei Getränkebereitern,
die mittels einer heißen, unter Druck stehenden Flüssigkeit
einen Getränkegrundstoff extrahieren bzw. auflösen,
offensichtlich.
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Insbesondere
findet die Erfindung Verwendung in kleinen Systemen, die ausschließlich
einzelne Getränkeportionen zubereiten. Eine einzelne Getränkeportion
ist die Menge, die für genau eine Person zum direkten Konsum
zubereitet wird.
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Des
Weiteren ist die Erfindung auch auf Getränkebereiter anwendbar,
die mit elektromagnetischer Strahlung als Heizquelle arbeiten.
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Die
Erfindung ist eine neuartige Art und Weise der Ausführung
eines Überdruckmechanismus für Getränkebereiter,
die mittels einer heißen, unter Druck stehenden Flüssigkeit
einen Getränkegrundstoff extrahieren bzw. auflösen.
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Der
Druckbehälter des Getränkebereiters enthält
eine nach innen zeigende topfförmige Ausbildung, in die
von außen der druckregulierende Mechanismus eingefügt
ist und mit einem Verschluss plan verschlossen ist. Der Verschluss
weist keine Löcher auf, sondern bildet mit dem Druckbehälter
Zwischenräume, die als Dampfableitungskanäle wirken. Der
Auslass der Gase am Getränkebereiter befindet sich fast
unsichtbar bei einem Übergang zweier Teile.
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Die
Dampfableitungskanäle können so gestaltet sein,
dass sich die austretenden, heißen Gase noch innerhalb
des Sicherheitsvorrichtung entspannen können und so die
Sicherheit des Getränkebereiters weiter erhöhen.
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bis zeigen
verschiedene Ausführungen der Erfindung:
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zeigt
eine erste Ausführung der Erfindung;
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zeigt
eine Explosionsdarstellung der ersten Ausführung der Erfindung.
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zeigt
den Schnitt A-A in ;
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zeigt
den Schnitt B-B in .
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zeigt
eine zweite Ausführung der Erfindung, so wie sie auch zur
Verwendung mit einer elektromagetische Strahlung emmittierenden
Heizquelle verwendbar ist;
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Der
in gezeigte Ausschnitt eines Braubehälters
(3) zeigt eine Ausführung des erfindunsgemäßen
Sicherheitsmechanismus (11). Die zeigt
eine Explosionsdarstellung des Sicherheitsmechanismus (11).
Der Braubehälter (3) besitzt eine topfförmige
Vertiefung (55), die auf der zum Braubehälterinneren
(78) zeigenden Seite ihren Boden (75) hat und
auf der zur Atmosphäre (77) zeigenden Seite offen
ist. Ist die Dicke der Braubehälterwand nicht ausreichend,
um den gesamten Sicherheitsmechanismus (11) zu beherbergen,
so besteht die Möglichkeit, durch den Einsatz einer substanziell zylindrischen
Anfügung (83) auf der Seite des Braubehälterinneren
(78) genügend Material zum Umschließen
der topfförmigen Vertiefung (55) zu schaffen.
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Der
Boden (75) der Vertiefung (55) enthält mindestens
ein Loch (73), das den Austausch von Gasen und/oder Flüssigkeiten
zwischen Braubehälterinneren (78) und der topfförmigen
Vertiefung (55) derart erlaubt, dass der Druck im Braubehälterinneren
(78) bei der vorgesehenen Heizleistung der Heizvorrichtung
unterhalb des vorgegebenen Sicherheitsdruckes bleibt.
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In
der Vertiefung (55) ist ein druckregulierender Mechanismus
(76) eingefügt, der den Druck im Braubehälterinneren
(78) bei oder unterhalb der vorgesehenen Heizleistung der
Heizvorrichtung durch Öffnen regelt, sodass der Druck unterhalb
des vorgegebenen Sicherheitsdruckes bleibt. Die topfförmige Vertiefung
(55) ist mit einem Verschluss (19) verschlossen,
der den druckregulierenden Mechanismus (76) in der Vertiefung
(55) arretiert.
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Wie
auch detailliert in und dargestellt
ist, weist der Verschluss (19) keine Löcher auf.
Solche Löcher werden üblicherweise zur Ableitung
des Dampfes beim Öffnen des druckregulierenden Mechanismus
(76) verwendet. An deren Stelle sind zur Ableitung des
Dampfes zwischen dem Braubehälter (3) und dem
Verschluss (19) ein oder mehrere Dampfableitungskanäle
(68) gebildet, die in den Dampfauslassschlitzen (85)
an der Braubehälteraußenseite münden.
Diese Dampfableitungskanäle (68) bilden in den
gezeigten Ausführungen der Erfindung eine Fortführung
der Führungsnuten (80) (siehe unten), sie können
aber auch willkürliche Formen annehmen.
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Der
Verschluss (19) besteht aus einer Verschlussblende (82),
an die ein hohler, offener Flansch (79), vorzugsweise ein
Zylinder, fest angefügt ist. Dieser Flansch (79)
klemmt den Verschluss (19) in der Vertiefung (55)
des Braubehälters (3) fest und enthält
den druckregulierenden Mechanismus (76). Andere Arten der
Befestigung des Verschlusses (19) sind möglich,
z. B. durch Verschweißen von Komponenten oder durch Verwendung
eines Gewindes. Die Verschlussblende (82) fügt
sich in eine im Braubehälter vertiefte Blendenfassung (84),
sodass die Oberfläche (50) des Braubehälters
(3) plan bleibt, d. h. Oberfläche (50)
des Braubehälters (3) und Verschlussblende (82)
bilden im Wesentichen eine ebene Oberfläche. Es ist zu
beachten, dass die Verschlussblende (82) auch anders konstruiert
sein kann, als in den hier gezeigten Ausführungen. Besonders
ist der Fall zu betrachten, dass die Verschlussblende (82)
genau so groß ist, wie die Grundfläche des Flansches
(79).
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An
Flansch (79) sind eine oder mehrere Führungsschienen
(81) angefügt, die in entsprechende Führungsnuten
(80) in der Vertiefung (55) greifen. Diese Führungsschienen
(81) sind so angeordnet, dass der Verschluss (19)
auf nur einer Art und Weise in den Braubehälter (3)
eingefügt werden kann und er sich bei der Montage innerhalb
gewisser Grenzen automatisch ausrichtet, um die Fehleranfälligkeit
der Montage zu verringern. Das Letztere kann durch die Gestaltung
der Führungsschienen (81) verstärkt werden,
z. B. indem diese sich am unteren Ende verjüngen.
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Der
druckregulierende Mechanismus (76) besteht in den dargestellten
Ausführungen aus einer Ventilkugel (15), die durch
eine vorgespannte Feder (17) gegen das Loch (73)
gedrückt wird. Für eine bessere Dichtung zwischen
Loch (73) und Kugel (15) ist ein O-Ring (67)
eingesetzt, auf den, je nach Arbeitsbedingungen des Sicherheitsmechanismus
(11), auch verzichtet werden kann. Um die Feder (17)
genauer an ihrem Platz zu halten, z. B. weil die Feder kleiner ist
als der Verschlusszylinder, kann wahlweise eine Federhalterung (18)
verwendet werden, die beispielsweise eine kegelstumpfförmige
Form hat und die Feder (17) auf deren Seiten anliegt und
dadurch zentriert wird.
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Die
Verwendung der Feder (17) erlaubt ein sehr genaues Einstellen
des Ansprechdruckes des Sicherheitsmechanisemusses (11).
Des Weiteren ist durch die andere Herstellungsweise von Federn eine Veränderung
der Wirkungsweise duch den Verschleiß der Herstellungswerkzeuge
ausgeschlossen. Als weiteren Vorteil sei bekannt, dass der druckregulierende
Mechanismus (67) für willkürliche Drücke eingerichtet
werden kan und somit der Sicherheitsmechanismus (11) ausnahmslos
in jedem Getränkebereiter Verwendung finden kann.
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Sollte
der Druck im Inneren (78) des Braubehälters (3)
derart ansteigen, dass die Kraft des Dampfdrucks, der auf Kugel
(15) wirkt, größer ist als die Vorspannung
der Feder (17), so hebt sich die Kugel (15) an
und gibt den Weg für den Dampf vom Braubehälterinneren
(78) über die Dampfableitungskanäle (68)
zur Atmosphäre (77) frei.
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Eine
nicht dargestellte Alternative zum druckregulierenden Mechanismus
(76) ist, dass der Verschluss (19) derart in der
Vertiefung befestigt ist, dass bei Übersteigen des Regeldrucks
der Verschluss (19) anhebt, und so den Weg zwischen Braubehälterinneren
(78) und Atmosphäre (77) freigibt. Hier
sind verschiedenste Ausführungen möglich, z. B.
dass die Bewegung durch Federung gesteuert wird, dass der Mechanismus
vom Gebraucher manuell zurückgesetzt werden muss oder dass der
Verschluss (19) vollständig sich vom Braubehälter
(3) trennt.
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Eine
weitere nicht dargestellte Ausführung der Erfindung ist,
den oben beschriebenen Mechanismus mit einer zweiten Sicherheitsstufe
zu erweitern. Hierbei hat der Boden (75) der topfförmigen Ausformung
mindestens ein zweites Loch oder Schlitz, das oder der normalerweise
vom eingesetzten Verschluss (19) verschlossen ist. Sollte
der Druck im Braubehälter derartig vehement steigen, dass
der primäre druckregulierende Mechanismus (76) überfordert
ist, z. B. durch eine stärker als vorgesehene Heizquelle,
so löst sich der Verschluss (19), wie schon oben
beschrieben, aus seiner Verankerung und gibt dabei mm auch weitere
Löcher oder Schlitze zur Dampfableitung frei.
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In ist
eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die auch
für die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung geeignet
ist. Hier ist der druckregulierende Mechanismus (76) in
einen die elektromagnetischen Strahlen abschirmenden, auf einer
Seite geschlossenen Zylinder (74) eingesetzt, der wiederum
in den Verschluss (19) eingesetzt ist. Durch diese Abschirmung
ist die Verwendung von einer Feder (17) aus Metall im Zusammenspiel
mit elektromagnetischer Strahlung unbedenklich.
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Der
in den und gezeigte Sicherheitsmechanismus
(11) kann in Getränkebereitern verwendet werden,
die über Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dadurch
sind keine speziellen Fertigungsmethoden für den Sicherheitsmechanismus
(11) notwendig und die Herstellung des Sicherheitsmechanismus
(11) besonders günstig. Da für die Fertigung
mittels Spritzgießen eine Entformung erforderlich ist,
ist im Fall, dass die Braubehälterwand, wie gezeigt, schräg
zur Entformungsrichtung ist, auch der Mechanismus schräg
in Relation zur Braubehälterwand. Dies hat zur Folge, dass
der Zylinder (79) schräg auf der Verschlussblende
(82) angeordnet ist.
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Die
Materialwahl der Vorrichtung ist im allgemeinen arbiträr.
Die verwendeten Materialien sollten allerdings auf jeden Fall lebensmittelecht
sein und die organoleptischen Eigenschaften des Nahrungsmittels
nicht ändern.
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Des
Weiteren empfiehlt es sich, bei Verwendung unter elektromagnetischer
Strahlung, die Materialien so auszuwählen, dass möglichst
wenig unzweckmäßige Erwärmungen auftreten.
Wie oben gezeigt, kann bei Fällen, die dies nicht zulassen,
durch gezielte Abschirmung die Erwärmung auf ein akzeptables
Niveau bishin zur gänzlichen Vermeidung reduziert werden.
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Natürlich
ist es für den Fachman ein leichtes, aus der vorgehenden
Beschreibung veschiedenste Sicherheitsmechanismen zu entwickeln,
die den Geist der Erfindung verkörpern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4386109 [0006, 0013]
- - US 5884881 [0007]
- - WO 91/12757 [0009]
- - US 2004/0020922 [0010]
- - DE 3742507 A [0011]
- - US 2601067 [0013]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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