TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft das allgemeine Gebiet der
Vorrichtungen zur Zubereitung von Heißgetränken, beispielsweise
Kaffeemaschinen,- und insbesondere das Gebiet der Mehrwerg-
Steuerventile, die in der Lage sind, wahlweise verschiedene
Funktionen zu steuern, die von dem in der Maschine angebrachten
Heizmittel erfüllt werden können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrwege-Steuerventil
zur selektiven Steuerung der Funktionen Heißwasser/Dampf einer
Heißgetränkemaschine wie einer Kaffeemaschine, die mit einem
Niederdruck-Erhitzer ausgestattet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine
Heißgetränkemaschine wie eine Kaffeemaschine, die mit einem solchen
Steuerventil ausgestattet ist.
STAND DER TECHNIK
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In den meisten Vorrichtungen zur Zubereitung von Heißgetränken
vom eingangs genannten Typs ist es selbstverständlich bereits
bekannt, Mehrwege-Steuerventile zu verwenden.
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Diese Ventile dienen dazu, über ein vom Benutzer
handbetätigbares Steuerorgan verschiedene Funktionen zu steuern, die sich
aus der Verbindung von verschiedenen Innenkreisen der Maschine
ergeben, welche mit dem Erhitzer verbunden sind.
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Ein Beispiel für solche Funktionen besteht in der Fähigkeit der
Heißgetränkemaschine, durch das Mehrwege-Steuerventil wahlweise
Dampf, um z. B. eine Flüssigkeit zu erhitzen, oder einfach
heißes Wasser bereitzustellen, um das Heißgretränk
zuzubereiten.
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Aus der EP-A-307 497 ist ein Mehrwege-Steuerventil zur
selektiven Steuerung der Funktionen Heißwasser/Dampf einer
Heißgetränkemaschine wie einer Kaffeemaschine bekannt, wobei
das Ventil einen Hauptkörper mit einer mit dem Erhitzer
verbindbaren Einlaßöffnung und zwei Auslaßöffnungen für das
Heißwasser bzw. den Dampf aufweist.
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Im speziellen Fall der Verwendung von Heißgetränkemaschinen,
die mit einem Niederdruck-Erhitzer ausgestattet sind, d. h. die
mit einem Druck unter 1 bar, z. B. in der Größenordnung von 0,5
bis 0,6 bar funktionieren, sollte der Erhitzer zwei Funktionen
erfüllen, nämlich selbstverständlich das Wasser zu erhitzen und
auch das Strömen des Wassers durch die Innenkreise der Maschine
bis zum gemahlenen Kaffee zu gewährleisten.
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Aufgrund der Verwendung eines Niederdruck-Erhitzers ist es
notwendig, auf relativ geringe Wasserströmungsquerschnitte
zurückzugreifen, um eine gleichmäßige Strömung des Wassers
durch die Innenkreise der Maschine zu sichern.
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In den meisten heutzutage bekannten Systemen, in denen
Mehrwege-Steuerventile in Kombination mit mit Niederdruck-
Erhitzer ausgestatteten Heißgetränkemaschninen verwendet
werden, stellt sich heraus, daß die allgemeine Funktion dieser
Maschinen nicht zufriedenstellend ist. Es wurde nämlich
festgestellt, daß die heutigen Steuerventilen die Erzeugung von
Heißwasser aufgrund des Antagonismus zwischen dem vom Erhitzer
erzeugten Niederdruck und seiner Funktion als Thermosiphon
nicht zufriedenstellend erfüllen. Es wurde ebenfalls
festgestellt, daß der Erhitzer unregelmäßig funktioniert und
einen bestimmten Anteil von Dampf innerhalb des Heißwassers
erzeugt. Die Heißwassererzeugung ist somit nicht
zufriedenstellend gesichert, wobei der Betrieb solcher
Heißgetränkemaschinen sich zudem als laut herausstellt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung zielt somit darauf, den zuvor
genannten Problemen abzuhelfen und insbesondere ein Mehrwege-
Steuerventil bereitzustellen, das in der Lage ist, die ihm
zugewiesenen Funktionen, insbesondere die Erzeugung von
Heißwasser einerseits und von Dampf andererseits, einwandfrei
zu erfüllen, ohne wesentliche Druckverluste im Kreis der
Heißgetränkemaschine zu erzeugen, in welcher das Ventil
angebracht ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung zielt darauf, ein
Steuerventil bereitzustellen, dessen gesamte Funktion
verbessert wird und das einen Betrieb mit aller Sicherheit,
insbesondere im Falle eines zufälligen Überdrucks, ermöglicht.
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Diese Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch ein Mehrwege-
Steuerventil zur selektiven Steuerung der Funktionen
Heißwasser/Dampf einer Heißgetränkemaschine wie einer
Kaffeemaschine, die mit einem Niederdruck-Erhitzer ausgestattet ist,
wobei das Ventil einen Hauptkörper mit einer mit dem Erhitzer
verbindbaren Einlaßöffnung und zwei Auslaßöffnungen für das
heiße Wasser bzw. den Dampf aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil auch einen Verteilerfinger aufweist, der im
Hauptkörper beweglich angebracht und in der Lage ist, über ein
Steuerorgan, mit welchem er verbunden ist, die Einlaßöffnung
mit der einen oder der anderen Auslaßöffnung durch einen
zwischen dem Hauptkörper und dem Finger gebildeten Kreis zu
verbinden, wobei der Abschnitt des Kreises, der die Einlaßöffnung
mit der Heißwasser-Auslaßöffnung verbindet, auf seiner ganzen
Länge einen konstanten Querschnitt aufweist, der im wesentlich
gleich dem Querschnitt der Einlaßöffnung und der Heißwasser-
Auslaßöffnung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
im einzelnen aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf
die beigefügten, beispielhaft aber nicht einschränkend
gegebenen Zeichnungen bezieht. In den Zeichnungen zeigen:
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- die Fig. 1, 2 und 3 im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes
Mehrwerg-Steuerventil, in jeweils einer Stellung zur Erzeugung
von heißem Wasser, einer Rückführungsstellung bzw. einer
Stellung zur Erzeugung von Dampf,
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- Fig. 4 gemäß einer perspektivischen Explosionsansicht eine
Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Ventils, in welchem
das Antisaugsystem aus einer verformbaren Zunge besteht,
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- Fig. 5 eine Kaffeemaschine, in welcher ein erfindungsgemäßes
Steuerventil eingebaut werden kann.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Wie z. B. schematisch in Fig. 5 gezeigt, ist das
erfindungsgemäße Mehrwege-Steuerventil dazu bestimmt, in eine
Heißgetränkemaschine wie eine Kaffeemaschine eingebaut zu werden.
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In Fig. 5 ist schematisch das Einsetzen eines solchen
Steuerventils in eine Kaffeemaschine bekannten Typs gezeigt,
welche ein Flüssigkeitsbehälter 1 enthält, der über eine
Leitung 2 mit einem Mehrwege-Steuerventil 3 verbunden ist. Das
den Erhitzer des Geräts bildende Erhitzungsmittel 4 besteht aus
einem gekapselten Heizwiderstand, der in thermischer Verbindung
mit der Leitung 2 steht, um das Wasser zu erhitzen und
gleichzeitig dessen Umlauf zu sichern.
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Vorzugsweise ist der Heizwiderstand typischerweise L-förmig
ausgebildet und kann als ein Niederdruck-Erhitzer betrachtet
werden, der in der Lage ist, im System einen Druck unter 1 bar
zu erzeugen, vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,6 bar.
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Die Leitung 2 weist in herkömmlicher Weise ein Rückschlagventil
5 auf.
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In diesem beim Stand der Technik wohlbekannten Typ von
Vorrichtung erfüllt somit der Heizwiderstand 4 gleichzeitig die
Funktion einer Pumpe und eines Erhitzers.
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Das erfindungsgemäße Steuerventil 3 ist ein Mehrwege-Ventil,
das selektiv die Funktionen Heißwasser/Dampf einer
Heißgetränkemaschine wie einer Kaffeemaschine mit Niederdruck-Erhitzer
steuern kann.
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Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, die eine bevorzugte
Ausführung des erfindungsgemäßen Steuerventils 3 darstellen,
enthält dieses einen Hauptkörper 10, das die Form eines im
wesentlichen länglichen Hohlkörpers mit Symmetrieachse x-x'
aufweist. Der Hauptkörper 10 ist mit einer Einlaßöffnung 11
versehen, die über eine Leitung wie die Leitung 2 (Fig. 5) mit
dem Erhitzer der Heißgetränkemaschine, im vorliegenden Fall
z. B. mit dem gekapselten Widerstand 4, verbindbar ist.
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Der Hauptkörper 10 enthält auch zwei Auslaßöffnungen 12 bzw. 13
für das heiße Wasser bzw. den Dampf, die auf jeder Seite der
Einlaßöffnung 11 und mit Abstand zu dieser angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Mehrwege-Steuerventil 3 enthält auch einen
Verteilerfinger 20, der die Form einer Stange mit mehreren
Profilquerschnitten aufweist und deren Durchmesser so gewählt
sind, daß je nach der axialen Stellung der Stange im
Hauptkörper 10 der selektive Durchfluß der Flüssigkeit von der
Einlaßöffnung 11 bis zu der einen oder anderen Auslaßöffnung
12, 13 möglich ist.
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Der Verteilerfinger 20 ist im Hauptkörper 10 beweglich
angebracht und in der Lage, über ein Steuerorgan, mit dem er
verbunden ist, die Einlaßöffnung 11 mit der einen oder anderen
Auslaßöffnungen 12, 13 durch einen zwischen dem Hauptkörper 10
und den Außenseiten des Verteilerfingers 20 gebildeten Kreis in
Verbindung zu bringen.
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Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung weist der
Kreisabschnitt, der die Einlaßöffnung mit der Heißwasser-
Auslaßöffnung verbindet, auf seiner gesamten Länge einen
konstanten Querschnitt auf, der im wesentlichen gleich dem
Querschnitt der Einlaßöffnung und der Heißwasser-Auslaßöffnung
ist.
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Nach diesem Merkmal wird das heiße Wasser, das über den
Heizwiderstand 4 in der Leitung 2 erhitzt wurde und das
Steuerventil 3 über die Einlaßöffnung 11 erreicht, innerhalb
des Ventils in keiner Weise gedrosselt, da das heiße Wasser
durch einen Abschnitt des Kreises fließt, dessen Querschnitt im
wesentlichen mit dem der Einlaßöffnung identisch ist.
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Der Heißwasserfluß ist somit nicht gestört, auch wenn der
Betriebsdruck relativ gering ist, wobei die Bildung von Dampf
im Wasser dadurch begrenzt ist, daß es keinen Druckverlust
gibt.
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In bekannter Weise wird das Verschieben des Verteilerfingers 20
mittels einer kombinierten Rotationsbewegung des Fingers um die
Achse x-x' und einer axialen Verschiebung entlang der gleichen
Achse erreicht. Eine solche Verschiebung kann mittels einer
Steuereinheit erreicht werden, die einerseits aus einem
Langloch 21 (Fig. 4) in der Dicke des Mantels des Hauptkörpers
10 besteht, das eine Gleitrampe bildet, und andererseits einer
mit dem Verteilerfinger fest verbundenen Spitze 22, die in das
Langloch 21 einsteckbar ist, um sich in diesem zu verschieben.
Der Verteilerfinger 20 bildet somit einen durch Drehung axial
beweglich angebrachten Schieber.
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Das Organ zur Steuerung der Verschiebung des Verteilerfingers
20 ist vorteilhafterweise durch einen mit einem Ende des -
Verteilerfingers fest verbundenen Knopf 25 gebildet.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung
enthält der Hauptkörper 10 auch einen Rückführungsausgang 15,
der zwischen der Heißwasser-Einlaßöffnung 11 und der
Heißwasser-Auslaßöffnung 12 angeordnet ist und über den
Verteilerfinger 20 den Durchfluß der Flüssigkeit von der
Einlaßöffnung 11 zum Behälter 1 der Getränkemaschine
ermöglicht.
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Der Verteilerfinger 20 enthält eine Reihe von O-Ringen 26, die
in Kombination mit den spezifischen Formen des Verteilerfingers
20 die Dichtigkeit beim Betrieb des Ventils sichern.
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Das erfindungsgemäße Ventil enthält auch ein Dampf-Ausgangsrohr
27, das die Dampf-Auslaßöffnung 13 verlängert.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der in den Fig. 1 bis
4 gezeigten Erfindung ist das erfindungsgemäße Ventil
insbesondere dazu bestimmt, in einer im wesentlichen
horizontalen Lage in die Getränkemaschine integriert zu werden. Es
umfaßt auch ein Antisaugsystem 30, das im oberen Teil des
Ventils gegenüber dem Steuerungsknopf 25 angebracht ist, wobei
das Antisaugsystem 30 in einer oberen Kammer 31 angebracht ist,
die im Hauptkörper 10 angeordnet ist und somit dem im Ventil 3
herrschenden Druck unterliegt.
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Nach einer Ausführungsvariante weist das Antisaugsystem ein im
Hauptkörper 10 in der Nähe der Dampf-Auslaßöffnung 13
angebrachtes Sicherheitsventil 32 auf.
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Das Sicherheitsventil 32 weist eine Kammer 33 zur Aufnahme
einer Kugel 34 auf und ist mit einem Kragen 35 umgeben. Das
Sicherheitsventil 32 liegt mit dem Kragen 35 am oberen Ende des
Hauptkörpers 10 an und ist gegen mindestens eine Feder 36
elastisch beweglich angebracht, die zwischen dem Kragen 35 und
einer Verschlußkappe 37 liegt. In der Ruhestellung verhindert
somit das Sicherheitsventil 32 die Entlüftung des Ventils
aufgrund der durch die Feder 36 ausgeübte Kraft.
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Das Sicherheitsventil 32 ist folglich gegen die Feder 36
elastisch beweglich angebracht und der Kugel 34 zugeordnet, die
wiederum unter dem im Hauptkörper herrschenden Druck in der
Kammer 33 frei verstellbar angebracht ist, welche wiederum mit
einer Ausströmöffnung versehen ist.
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Das erfindungsgemäße Ventil funktioniert in der bevorzugten, in
den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform wie folgt:
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Indem der Benutzer den Steuerknopf 25 dreht und verschiebt,
bringt er den Verteilerfinger 20 in die gewählte Stellung,
nämlich in die der Fig. 1 entsprechende sogenannte Heißwasser-
Stellung, in die der Fig. 2 entsprechende sogenannte
Rückführungs-Stellung oder in die der Fig. 3 entsprechende
sogenannte Dampf-Stellung.
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In der der Fig. 1 entsprechenden Stellung kann das heiße Wasser
direkt von der Einlaßöffnung 11 bis zur Auslaßöffnung 12
fließen, indem es dem geschlossenen inneren Kreis mit
konstantem Querschnitt des Ventils folgt.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Ventils wird das durch
die Einlaßöffnung 11 kommende Wasser zur
Rückführungsausgangsöffnung 15 kanalisiert und kann somit zum Behälter 1
zurückfließen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung des Ventils kann
der Dampf folglich von der Einlaßöffnung 11 zur
Dampf-Auslaßöffnung 13 strömen. In dieser Stellung ist die
Antisaugvorrichtung 30 unwirksam, da die Kugel 34 aufgrund des im Ventil
herrschenden inneren Drucks die Öffnung der Kammer 33
verschließt und eine Entlüftung des Systems verhindert.
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Wenn aus irgendeinem Grund der Druckpegel im System sinkt, wie
z. B. bei einer ungewollten Unterbrechung der Stromversorgung
des Erhitzers, und wenn der Benutzer dabei das Dampfrohr 27 in
einem Gefäß getaucht hält, kann dann ein Unterdruck entstehen.
Eine solche Situation birgt die Gefahr, daß die im Behälter
befindliche Flüssigkeit angesaugt wird. Eine Antisaug-Kugel 34
im System ermöglicht, diesen Vorgang zu verhindern, indem eine
Entlüftung des Systems ermöglicht wird, da die Antisaug-Kugel
34 dann herabfallen und eine Entlüftung des Systems schaffen
kann und somit die Gefahr des Absaugens des Wassers abwendet.
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Der elastische Einbau des Antisaugsystems 30 ermöglicht auch
eine Entlüftung des Systems im Falle eines Überdrucks durch den
elastischen Einbau des Sicherheitsventils 32. Das
Antisaugsystem 30 kann als Sicherheitssystem mit doppelter
Funktion betrachtet werden.
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Nach einer in Fig. 4 gezeigten Ausführungsvariante des
Antisaugsystems kann dieses aus einer verformbaren Zunge 40
bestehen, die als U-Ausschnitt in einer z. B. aus Kunststoff
ausgeführten Scheibe 41 gebildet ist. Nach dieser
Ausführungsvariante ist die Zunge 40 unter dem im Hauptkörper
10 herrschenden Druck verformbar und auf eine Rippe 42
aufgeschoben, die aus einem Ringteil 43 hervorgeht, an welchem
die Zunge 40 anliegt.
INDUSTRIELLE ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN
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Die Erfindung findet in Vorrichtungen zur Zubereitung von
Heißgetränken ihre Anwendung.