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Die Erfindung betrifft eine Kaffeemaschine mit einer Filterkammer zum
Kochen von Kaffee, einem Wasserbehälter, einer Heizvorrichtung zum Erhitzen von
von dem Wasserbehälter geliefertem Wasser und zum Versorgen der Filterkammer mit
heißem Wasser sowie einem Hauptstromschalter.
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Eine Kaffeemaschine mit einer Mühle zum Mahlen von Kaffeebohnen ist
bekannt, und diese Art einer Maschine mit einer Zeituhr wird in der japanischen
Gebrauchsmusterschrift 61 5215 beschrieben. Die Arbeitsweise dieser Maschine wird
anhand von Figur 3 beschrieben.
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Die aktuelle Zeit und die gewünschte Anfangszeit werden mit Hilfe einer
"Schnellauf"-Taste 34 oder einer "Langsamlauf"-Taste 36 eingestellt. Wenn dann ein
Hauptschalter 37 von der "AUS"-Stellung in die "ZEITUHR"-Stellung umgeschaltet
wird, geht die Kaffeemaschine in den Zeituhr-Betrieb über. Wenn im Zeituhr-Betrieb
ein Mühlenschalter gedrückt wird, wird die Mühle 28 betrieben, wodurch Kaffeebohnen
gemahlen werden, mit Kaffeepulver als Ergebnis. Wenn die aktuelle Zeit mit der
Anfangszeit übereinstimmt, wird einer Heizvorrichtung Strom zugeführt und in einem
Wasserbehälter 27 vorhandenes Wasser erhitzt. Ein Kaffeegetränk wird gekocht, indem
heißes Wasser durch das von der Mühle 28 gemahlene Kaffeepulver geleitet wird. Der
gekochte Kaffee gelangt aus dem vorspringenden Oberteil 29 in die Kaffeekanne 31.
Eine im Boden 30 enthaltene Heizplatte hält den Kaffee dann warm.
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Der Kaffeegeschmack verschlechtert sich jedoch infolge von Oxidation,
wenn der Kaffee lange Zeit erwärmt wird. Daher beendet die bekannte Kaffeemaschine
die Stromversorgung der Heizplatte dem Betrieb der Zeituhr der Maschine entsprechend
automatisch, wenn eine vorgegebene Zeit (59 Minuten) nach dem Kochen abläuft.
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Der in der bekannten Kaffeemaschine verwendete Hauptschalter ist ein
doppelter Dreikontaktschalter, der drei Stellungen einnehmen kann: "ZEITUHR",
"AUS" oder "EIN". Wenn der Schalter sich in der "EIN"-Stellung befindet, wird der
Heizvorrichtung immer Strom zugeführt. Wenn der Schalter in die "AUS"-Stellung
gebracht wird, wird die Stromquelle abgeschaltet.
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Außer dieser Art eines doppelten Dreikontaktschalters werden
herkömmlicherweise ein Kippschalter, ein Drucktastenschalter oder ein Schalter mit einer durch
eine Spiralfeder realisierten Zeituhrfunktion als Hauptschalter der Kaffeemaschine
verwendet. Wenn ein solcher Schalter verwendet wird, muß die Stromquelle jedoch von
Hand abgeschaltet werden.
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Im allgemeinen ist zwischen der Heizvorrichtung und den Speiseleitungen
ein Thermostat angeordnet, um die Heizvorrichtungstemperatur innerhalb eines
begrenzten Bereichs zu halten. Der Schaltkreis wird von diesem Thermostat eingeschaltet, wenn
die Temperatur unter einen vorgewählten Wert, beispielsweise 90 ºC, fällt, und
ausgeschaltet, wenn sie über einen anderen vorgewählten Wert, beispielsweise 120 ºC,
ansteigt. Außerdem ist die Kaffeemaschine nahe der Heizvorrichtung im allgemeinen mit
einer Thermosicherung versehen, um den Fall zu verhindern, daß der Thermostat die
Heizvorrichtung, auch wenn die Temperatur über den vorgewählten maximalen Wert
ansteigt, nicht abschaltet und die Heizvorrichtung weiterhin aufgeheizt wird.
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In der in der vorstehend erwähnten Gebrauchsmusterschrift 61-5215
dargestellten Kaffeemaschine wird der der Heizvorrichtung zugeführte Strom automatisch
nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit durch eine Zeituhr abgeschaltet. In einer
herkömmlichen Kaffeemaschine wird der der Heizvorrichtung zugeführte Strom durch das
Durchschmelzen einer Thermosicherung abgeschaltet, wenn eine Heizplatte zu stark
aufgeheizt wird. Im Fall der bekannten Maschine wird dem elektrischen Teil der
Maschine, der nicht zum Heizvorrichtungsteil gehört, jedoch weiterhin Strom zugeführt, so
daß der elektrische Teil noch immer einen Brand verursachen kann. Daher muß der
Benutzer bei der bekannten Kaffeemaschine jedesmal, wenn der Heizvorrichtung kein
Strom mehr zugeführt wird, oder jedesmal, wenn eine anormale Situation auftritt, zur
Vermeidung eines etwaigen Brandes den Hauptschalter mit der Hand ausschalten.
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Außerdem wird bei der bekannten Kaffeemaschine in dem Fall, daß ein
Motor anormal oder infolge von Überlastung übermäßig erhitzt wird und der Betreiber
die anormale Situation nicht erkennt, der Motor durchbrennen.
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Es ist eine der Aufgaben der Erfindung, eine Kaffeemaschine zu
verschaffen, die eine größere Sicherheit aufweist als eine herkömmliche Maschine. Die
Erfindung löst die genannten Probleme des Standes der Technik, indem sie eine
Kaffeemaschine verschafft, die einen Hauptstromschalter mit einer Schaltfunktion hat, mit dem
ein "EIN"-Zustand und ein "AUS"-Zustand als Reaktion auf eine manuelle Betätigung
des Hauptstromschalters abwechselnd gewählt werden, wobei die Kaffeemaschine
dadurch gekennzeichnet ist, daß Mittel zum Aufheben des "EIN"-Zustands als Reaktion
auf ein Entriegelungssignal vorhanden sind. Wenn ein Motor oder eine Heizvorrichtung
in der Kaffeemaschine sich nicht mehr normal verhält, oder wenn es nicht notwendig
ist, einer Heizplatte Strom zuzuführen, nachdem eine bestimmte Zeit nach Beendigung
des Kochvorgangs abgelaufen ist, schaltet das von einem elektronischen Schaltkreis
gelieferte Entriegelungssignal automatisch die gesamte Maschine ab.
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Figur 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
ein Schaltbild einer Kaffeemaschine mit einer Mühle.
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Figur 2 zeigt ein Schaltbild einer Kaffeemaschine, die ein zweites
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
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Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht einer bekannten Kaffeemaschine
mit einer Mühle.
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Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Figur 1
am Beispiel einer Kaffeemaschine mit einer Kaffeemühle erläutert.
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Die Kaffeemaschine umfaßt die gleiche Filterkammer, den Wasserbehälter
und die heißes Wasser erzeugende Vorrichtung wie die bekannte Maschine.
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Die Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Anzeigelampe 6
zum Anzeigen, daß die Stromversorgung eingeschaltet ist, die Reihenschaltung aus
einem Thermostat 7, einer Thermosicherung 43, einer beispielsweise mit einer
Heizplatte kombinierten Heizvorrichtung 8 und Relaiskontakten 9 für die
Heizvorrichtung und die Reihenschaltung aus einem Motor 10 und Relaiskontakten 11 für den
Motor sind parallel zueinander mit den von dem Stromzuführungsstecker 1 kommenden
Speiseleitungen verbunden. Ein Hauptstromschalter 2 ist in einer der beiden
Speiseleitungen angeordnet.
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In der gleichen Weise wie ein herkömmlicher Drucktastenschalter,
wechselt der Hauptstromschalter 2 jedesmal, wenn die Schalttaste 3 eingedrückt wird,
zwischen den verriegelten Zuständen "EIN" und "AUS". Wenn ein Entriegelungssignal
angelegt wird, wird die Spule 5 erregt und bewegt den
"EIN"-Zustands-Entriegelungshebel 4. Auf diese Weise wird der verriegelte "EIN"-Zustand des Schalters 2
aufgehoben und der Schalter schaltet in seinen "AUS"-Zustand um.
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Zusätzlich sind auch der Transformator 14, Gleichrichterdioden 15 und
der Drei-Anschluß-Spannungsregler 16 mit den Speiseleitungen verbunden. Diese
Schaltungsanordnung
erzeugt eine Gleichspannung von 5 Volt, die dem Speiseanschluß eines
Mikroprozessors 24 zugeführt wird.
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Eine nahe der Heizvorrichtung und der Heizplatte 8 angebrachte, von
einem Temperaturfühler (nicht abgebildet), wie z.B. einem Thermistor, kommende
Signalleitung 12 und eine nahe des Motors 10 angebrachte, von einem anderen
Temperaturfühler (nicht abgebildet) kommende Signalleitung 13 sind mit einem Multiplexer 17
verbunden.
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Das Ausgangssignal des Multiplexers 17 wird dem Mikroprozessor 24
über eine Abtast-und-Halteschaltung 18 und einen Analog-Digital-Umsetzer 19
zugeführt.
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Ein Relais 20 für den Motor und ein Relais 21 für die Heizvorrichtung
werden, mittels Transistoren, mit einer Gleichspannungsquelle von 5 V und auch mit
dem Mikroprozessor 24 verbunden.
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Außerdem wird der Mikroprozessor 24 zur Anzeige des Systemzustandes
mit der LED-Gruppe 22, zur Steuerung der Kaffeemaschine mit Eingabetasten 23 und
für Taktimpulse mit dem Quarzoszillator 25 verbunden. Der Mikroprozessor kann mit
Hilfe einer Schaltung 26 zurückgesetzt werden, wenn die Stromversorgung eingeschaltet
wird.
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Jetzt soll die Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Kaffeemaschine mit einer Kaffeemühle erläutert werden.
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Wenn die Heizvorrichtung 8 mit der kombinierten Heizplatte infolge des
Versagens beispielsweise des Thermostats überhitzt wird, erkennt der nahe der
Heizvorrichtung 8 angeordnete Thermistor die Überhitzung und erzeugt dann ein Signal. Das
den anormalen Zustand anzeigende Signal wird über die Signalleitung 12 dem
Mikroprozessor 24 zugeführt. Als Reaktion auf das Signal leitet der Mikroprozessor 24 über
einen Transistor der Spule 5 des Hauptstromschalters 2 ein Impulssignal zum Entriegeln
des "EIN"-Zustandes zu. Als Reaktion auf das Impulssignal wird die Spule 5 erregt und
bewegt den "EIN"-Zustands-Entriegelungshebel 4. So wird der verriegelte
"EIN"-Zustand des Hauptstromschalters 2 entriegelt und alle Teile der Kaffeemaschine werden
von der Stromquelle getrennt.
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In einer zweiten Betriebsweise des Sicherheitsschalters, wenn der Motor
10 während des Mahlens von Kaffeebohnen überhitzt wird, wird ein von dem nahe des
Motors angebrachten Thermistor kommendes Signal, das die anormale Situation anzeigt,
über die Signalleitung 13 dem Mikroprozessor 24 zugeleitet. Aufgrund dieses Signals
überträgt der Mikroprozessor 24 ein Entriegelungssignal an den Hauptstromschalter 2,
um die Kaffeemaschine auszuschalten.
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Nach Abschluß des Kochvorgangs wird der Kaffee von der Heizplatte für
eine vorgegebene Zeitdauer warm gehalten. Wenn diese Zeitdauer abgelaufen ist, leitet
der Mikroprozessor 24 dem Hauptstromschalter 2 ein Entriegelungssignal zu, um eine
Verschlechterung des Kaffeegeschmacks zu verhindern. Die Kaffeemaschine wird also
vollständig abgeschaltet, und der Warmhaltevorgang für den Kaffee endet.
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Als nächstes soll anhand von Figur 2 das zweite Ausführnngsbeispiel
erläutert werden. In diesem Beispiel enthält die Kaffeemaschine keine Kaffeemühle. Die
gleiche Funktion wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel wird jetzt nicht mittels
eines Mikroprozessors, der kostspielig ist, sondern mit Hilfe diskreter Bauelemente
realisiert.
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Eindrücken der Schalttaste 3 des Hauptstromschalters 2, der dem in dem
ersten Beispiel verwendeten entspricht, realisiert den "EIN"-Zustand. Der
Heizvorrichtung 8 wird über den Thermostat 7 ein Strom zugeführt, um Hochpumpen zu starten.
Wenn eine vorgegebene Menge hochgepumpt ist, steigt die Temperatur der
Heizvorrichtung 8 schnell an. Wenn sie die vorgegebene Temperatur erreicht hat, beispielsweise
115 ºC, schaltet der Thermostat 7 ab. Die Rücksetz-/Zeituhrstart-Steuerschaltung 39
erkennt den vorstehend genannten Zustand mittels eines Optokopplers 38 und läßt die
Zeituhr 40 starten.
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Die Zeituhr 40 (HEF 4060) erzeugt nach jedem Intervall von
beispielsweise 15 Minuten einen Impuls. Als Reaktion auf diesen Impuls schaltet ein
Schieberegister 41 bei jedem Intervall eine LED der LED-Gruppe 22 aus. Im Anfangszustand
waren alle LEDs der LED-Gruppe eingeschaltet.
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Nach Ablauf einer vorgegebenen festen Zeitdauer erzeugt das
Schieberegister 41 einen Impuls, der die letzte LED abschaltet und der über die Transistoren Q&sub1;
und Q&sub2; gleichzeitig dem Hauptstromschalter 2 zugeleitet wird, wodurch der Hebel 4
bewegt und die Maschine abgeschaltet wird.
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Wenn die Heizvortichtung überhitzt wird und eine vorgegebene
Temperatur, beispielsweise 200 ºC überschreitet, wird über die Signalleitung 12 ein von einem
Thermistor detektiertes Signal dem die anormale Temperatur detektierenden Schaltkreis
42 zugeleitet. Der die anormale Temperatur detektierende Schaltkreis 42 leitet dem
Hauptstromschalter 2 ein Entriegelungssignal zu, wodurch die Kaffeemaschine
abgeschaltet wird.
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Um die Temperatur des Kaffees auf einer gewünschten Temperatur zu
halten, nachdem das Hochpumpen beendet ist, sorgt der Thermostat 7 wiederholt für
Ein- und Aus-Betrieb, bis die Stromquelle abgeschaltet wird. Hierfür wird die Rücksetz-
/Zeituhrstart-Steuerschaltung 39 so angeordnet, daß sie nach Starten der Zeituhr 40
infolge des Empfangens des ersten Signals vom Optokoppler keine Signale mehr
empfängt.
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Für die erfindungsgemäße Kaffeemaschine können die folgenden
Auswirkungen erwartet werden:
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(1) Wenn der Heizvorrichtungsteil der Kaffeemaschine überhitzt wird,
wird nicht nur die Heizvorrichtung, sondern auch die Stromquelle selbst automatisch
ausgeschaltet, was zu einer bemerkenswert verbesserten Sicherheit der Maschine führt.
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(2) Selbst wenn die anormale Situation in dem Motor auftritt, wird die
Stromquelle abgeschaltet, um den Motorbetrieb zu beenden, so daß der Motor nicht
durchbrennt, wie es in der bekannten Maschine geschieht.
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(3) Wenn der Prozeß des Warmhaltens von Kaffee nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeitdauer endet, wird nicht nur die Heizvorrichtung, sondern auch jeder
andere Teil abgeschaltet, wodurch die Möglichkeit, daß ein Brand entsteht, vollständig
beseitigt und auch Einsparung von elektrischer Energie erhalten werden kann.
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(4) Es ist unnötig, jedesmal den Hauptstromschalter mit der Hand
auszuschalten, wenn der Aufheizprozeß für den Kaffee endet oder eine anormale Situation
aufgetreten ist.
Legende der Bezugszeichen:
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1...Stromzuführungsstecker 2...Hauptstromschalter
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3...Schalttaste 4..."EIN"-Zustands-Entriegelungshebel
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5...Spule 6...Anzeigelampe
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7...Thermostat 8...Heizvorrichtung
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9...Relaiskontakte für Heizvorrichtung 10...Motor
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11...Relaiskontakte für Motor 12,13...Signalleitung
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14...Transformator 15...Richtungsdiode
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16...Drei-Anschluß-Spannungsregler 17...Multiplexer
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18...Abtast- und Halteschaltung 19...Analog-Digital-Umsetzer
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20...Relais für den Motor 21...Relais für Heizvorrichtung
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22...LED-Gruppe 23...Tasteneingabeteil
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24...Mikroprozessor 25...Quarzoszillator
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26...Rücksetzschaltung 27...Wasserbehälter
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28...Mühle 29...vorspringendes Oberteil
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30...Boden 31...Kaffeereservoir
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32...Bedienteil 33...Zeitanzeigeteil
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34..."Schnellauf"-Taste 35..."Langsamlauf"-Taste
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36...Zeiteinstelltaste 37...Hauptschalter
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38...Optokoppler 39...Rücksetz-/Zeituhrstart-Steuerschaltkreis
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40...Zeituhr
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42...Detektionsschaltkreis für anormale 41...Schieberegister
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Temperatur