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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen und Aufschäumen einer Flüssigkeit, insbesondere eines Getränks, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erhitzen und Aufschäumen einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18. Die Vorrichtung und das Verfahren können insbesondere zum Erhitzen und Aufschäumen von Milch verwendet werden, beispielsweise für die Herstellung von milchhaltigen Heißgetränken, wie z.B. Cappuccino, Latte Macchiato, oder Kakaogetränken.
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Eine Vorrichtung zum Erhitzen und Aufschäumen eines Getränkeprodukts, insbesondere Milch, ist aus der
DE 10 2011 077 776 A1 bekannt. Diese Vorrichtung umfasst einen Dampferzeuger, eine Druckluftquelle mit einer Luftzuleitung zum Zuleiten von Druckluft von der Druckluftquelle zum Dampferzeuger und eine mit dem Dampferzeuger verbundene Dampf-/Luftleitung zum Zuleiten eines Dampf-/Luftgemischs vom Dampferzeuger in das Getränkeprodukt. An der Luftzuleitung und/oder der Dampf-/Luftleitung ist (jeweils) ein Absperrelement, beispielsweise in Form eines Ventils, vorgesehen. Die Vorrichtung ermöglicht ein verbessertes Aufschäumen des Getränkeprodukts, indem die Druckluft direkt von der Druckluftquelle in den Dampferzeuger geführt wird. Dadurch wird bereits im Dampferzeuger ein erhitztes Dampf-/Luftgemisch bereitgestellt, wodurch eine Kondensation von Flüssigkeit in der Dampfleitung reduziert werden kann. Durch Öffnen und Schließen der Absperrelemente in der Luftzuleitung bzw. der Dampf-/Luftleitung kann der Luftstrom bzw. der Strom des Dampf-/Luftgemisches in das Getränkeprodukt gesteuert und geregelt werden.
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Eine weitere Vorrichtung zum Erhitzen und Aufschäumen von Milch, insbesondere zum Zubereiten von Cappuccino in einer Kaffeemaschine, ist in der
EP 1 501 398 A1 beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst einen dampferzeugenden Heißwasserbereiter, ein Fördermittel mit einem offenen Ende, welches in ein Milch enthaltendes Gefäß getaucht werden kann, eine Dampfleitung zum Zuführen von Dampf, welche zwischen dem Heißwasserbereiter und dem Fördermittel geschaltet ist, ein Absperrelement, eine Druckluftquelle, eine zwischen der Druckluftquelle und dem Fördermittel geschaltete Druckluftleitung zur Zuführung von Druckluft in das Fördermittel, einen Temperatursensor, der mit dem in die Milch eintauchbaren Ende des Fördermittels verbunden ist, um die Temperatur der Milch in dem Gefäß zu erfassen, sowie eine Steuereinheit, die mit dem Absperrelement, der Druckluftquelle und dem Temperatursensor gekoppelt und so programmiert ist, dass ein Öffnen und Schließen des Absperrelements und die Betätigung der Druckluftquelle unabhängig voneinander und entsprechend der gewünschten Temperatur und/oder der Aufschäumung der Milch gesteuert werden kann. Dadurch kann die Milch auf eine benötigte Temperatur erhitzt werden und mit einem vorgegebenen Schaum-/Flüssigkeits-Verhältnis aufgeschäumt werden. Das Schaum-/Flüssigkeits-Verhältnis der aufgeschäumten Milch kann dadurch in gewissem Umfang den Bedürfnissen angepasst werden.
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Die bekannten Vorrichtungen zum Erhitzen und Aufschäumen von Getränken, insbesondere von Milchgetränken, ermöglichen zwar ein automatisches Erhitzen und Aufschäumen des Getränks unter Einhaltung einer vorgegebenen Getränketemperatur. Allerdings ist die Vorgabe bzw. Erzeugung einer gewünschten Konsistenz des aufgeschäumten Getränks und insbesondere eines vorgegebenen Schaum/Flüssigkeits-Verhältnis des erzeugten Schaums nur bedingt möglich. Zur Erzeugung einer gewünschten Konsistenz mit einem vorgegebenen Verhältnis des Schaums zur Flüssigkeit des aufgeschäumten Getränks sind in der Steuereinheit der bekannten Vorrichtungen vorgegebene Steuerprogramme einprogrammiert, so dass ein Bediener eine gewünschte Schaumtemperatur und -konsistenz durch Auswahl eines der Steuerprogramme vorgeben kann, woraufhin eine automatisierte Steuerung der Vorrichtung entsprechend dem ausgewählten Steuerprogramm erfolgt. Dies gewährleistet zwar einerseits einen vollautomatisierten Ablauf. Andererseits kann ein Bediener nicht mehr in den Ablauf eingreifen, was beispielsweise notwendig wird, wenn sich schon während des Aufschäumens zeigt, dass die gewünschte Schaumkonsistenz nicht erzielt werden kann. Darüber hinaus ist der Bediener an die vorprogrammierten Steuerprogramme gebunden und kann keine individuelle Zusammensetzung der aufgeschäumten Flüssigkeit in Bezug auf ihre Temperatur und Schaumkonsistenz sowie weitere Eigenschaften des Schaums erzeugen.
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Es ist jedoch bekannt, dass die Schaumbildungseigenschaften von Milch neben der Aufschäumtemperatur auch ganz wesentlich von den Eigenschaften der verwendeten Milch abhängen, wie z.B. vom Fettgehalt, von der der Pasteurisierung bzw. der thermischen Vorbehandlung (Kurzzeit-, Hoch- oder Ultrahocherhitzung), dem pH-Wert, dem Proteingehalt und der Lagerungszeit, wie bspw. in der Dissertation von Katja Borcherding, Universität Kiel, „Untersuchungen zur Charakterisierung der Makro- und Mikrostruktur von Milchschäumen“ (November 2004) beschrieben. Es ergibt sich daher ein Bedürfnis, die bekannten Vorrichtungen zum Erhitzen und Aufschäumen von Milch dahin gehend zu verbessern, dass sich Flüssigkeitsschäume und insbesondere Milchschäume mit einer individuell gewünschten und unterschiedlichen Konsistenz und Standhaftigkeit herstellen lassen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erhitzen und Aufschäumen einer Flüssigkeit aufzuzeigen, mit denen der Bediener eine größere Flexibilität in Bezug auf die Eigenschaften des gebildeten Schaums wie z.B. seine Konsistenz, Cremigkeit, Porosität, Schaumdichte, und Schaumstabilität (Drainage) hat.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen und Aufschäumen einer Flüssigkeit umfasst einen Dampferzeuger, eine Druckgasquelle und ein mit dem Dampferzeuger und der Druckgasquelle in Verbindung stehendes Fördermittel zur Überführung eines Dampf-/Gasgemischs in die Flüssigkeit. Zur Überführung des Dampfs von dem Dampferzeuger in das Fördermittel ist das Fördermittel zweckmäßig über eine Dampfleitung mit dem Dampferzeuger verbunden. Entsprechend ist das Fördermittel zweckmäßig über eine Druckgasleitung mit der Druckgasquelle verbunden, um das Fördermittel mit Druckgas zu beaufschlagen. Gemäß der Erfindung erzeugt die Druckgasquelle Druckpulse von komprimiertem Gas, welche periodisch über die Druckgasleitung in das Fördermittel eingeleitet werden.
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Die Parameter der von der Druckgasquelle erzeugten Druckpulse, wie Amplitude, Pulsdauer und Wiederholrate (Pulsfrequenz), können dabei zweckmäßig verändert und von einem Bediener an der Vorrichtung, beispielsweise mittels Schalt- oder Drehknöpfen, eingestellt werden. Durch das Einleiten von Dampf und der Druckpulse von komprimiertem Gas wird in dem Fördermittel ein Dampf-/Gasgemisch erzeugt und über das Fördermittel in die Flüssigkeit geleitet, wodurch die Flüssigkeit erhitzt und aufgeschäumt wird. Die Konsistenz des dabei erzeugten Schaums, insbesondere das Verhältnis von Schaum zu Flüssigkeit, sowie weitere Parameter des Schaums wie z.B. seine Cremigkeit, Porosität, Schaumdichte und die Schaumstabilität (Drainage), sind dabei von den ausgewählten Parametern der Druckpulse des komprimierten Gases abhängig und können dadurch durch Auswählen geeigneter Parameter der Druckpulse beeinflusst werden. Ein Bediener kann deshalb durch Änderung der Parameter der Druckpulse vor und auch noch während des Aufschäumvorgangs die Eigenschaften des Schaums beeinflussen. So kann beispielsweise auch noch während des Aufschäumvorgangs die Wiederholrate (Pulsfrequenz) der periodisch in das Fördermittel eingeleiteten Druckpulse verändert werden. Durch eine Änderung der Pulsfrequenz der Druckpulse wird die Konsistenz des in der Flüssigkeit erzeugten Schaums beeinflusst. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, über einen an der Vorrichtung vorgesehenen Drehregler die Pulsfrequenz stufenlos zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert einzustellen und dadurch die Konsistenz des erzeugten Schaums in vorgegebenen Grenzen zwischen fein und grob auszuwählen. Auf diese Weise wird es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, einen Schaum beliebiger Konsistenz zu erzeugen, wobei auch noch während des Aufschäumvorgangs (in gewissem Umfang) die erzeugte Schaumkonsistenz angepasst werden kann.
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In einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel umfasst die Druckgasquelle zur Erzeugung der Druckpulse einen Kompressor, beispielsweise einen Hubkolbenverdichter, sowie ein Magnetventil. Das Magnetventil ist in der Druckgasquelle stromabwärts des Kompressors angeordnet. Der Kompressor stellt dabei permanent komprimiertes Gas (Druckgas) bereit und beaufschlagt die Druckgasleitung mit diesem Druckgas. Das Magnetventil wird zur Erzeugung der Druckpulse periodisch geöffnet und geschlossen, so dass dem Fördermittel über die Druckgasleitung periodisch Druckpulse zugeleitet werden. Das Magnetventil wird hierfür zweckmäßig von einer Steuereinrichtung angesteuert. Insbesondere kann das Magnetventil von der Steuereinrichtung pulsweitenmoduliert angesteuert werden, um das Magnetventil periodisch mit einer vorgegebenen Wiederholrate (Pulsfrequenz) zu öffnen und zu schließen. Dabei ist es auch möglich, unterschiedliche Öffnungs- und Schließzeiten für das Magnetventil vorzugeben. Die vorgegebenen Öffnungs- oder Schließzeiten für das Magnetventil definieren dabei die Pulsdauer der Druckpulse. Die Amplitude der in das Fördermittel eingespeisten Druckpulse ergibt sich aus dem (vorgegebenen und zweckmäßig einstellbaren) Druck, der permanent in der Druckgasquelle von dem Kompressor erzeugt wird, und dem Druckabfall entlang des Strömungspfades bis zur Verbindung der Druckgasleitung mit dem Fördermittel.
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Das Magnetventil kann in der Druckgasquelle seriell an deren Ausgang angeordnet sein, so dass es beim Öffnen und Schließen den Strömungspfad von dem Kompressor zu der Druckgasleitung freigibt bzw. unterbricht und hierdurch einen Druckanstieg bzw. Druckabfall in der am Ausgang der Druckgasquelle angeschlossenen Druckgasleitung bewirkt. In diesem Fall definiert die Öffnungszeit des Magnetventils die Pulsdauer eines Druckpulses. Alternativ kann am Ausgang der Druckgasquelle eine Leitungsverzweigung vorgesehen sein, von der aus das Magnetventil in die Umgebung führt. In diesem Fall wird beim Öffnen und Schließen der Strömungspfad von dem Kompressor zu der Druckgasleitung mit der Umgebung verbunden bzw. von dieser getrennt und hierdurch ein Druckabfall bzw. Druckanstieg in der am Ausgang der Druckgasquelle angeschlossenen Druckgasleitung bewirkt. In diesem Fall definiert die Schließzeit des Magnetventils die Pulsdauer eines Druckpulses.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Druckgasquelle auch lediglich einen regelbaren Kompressor (ohne ein zusätzliches Magnetventil) enthalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der regelbare Kompressor, bei dem es sich beispielsweise um einen regelbaren Hubkolbenverdichter oder einen regelbaren Membrankompressor handeln kann, so von einer Steuereinrichtung angesteuert, dass der Kompressor bereits Druckpulse ausgibt, bevorzugt periodisch mit einer einstellbaren Pulsfrequenz. Zweckmäßig wird die Druckgasquelle hierfür pulsweitenmoduliert von der Steuereinrichtung angesteuert. Hierbei kann ebenfalls sowohl die Pulsfrequenz, als auch die Pulsdauer und/oder die Amplitude der Druckpulse durch die Steuereinrichtung vorgegeben und zweckmäßig von einem Bediener der Vorrichtung eingestellt werden.
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Die Wiederholrate (Pulsfrequenz) der zweckmäßig periodisch von der Druckgasquelle ausgegebenen Druckpulse liegt zweckmäßig im Bereich von 0,1 bis 200 Hz und bevorzugt zwischen 1 und 50 Hz. Neben der Pulsfrequenz ist bevorzugt auch die Pulsdauer und/oder die Amplitude der von der Druckgasquelle erzeugten Druckpulse einstellbar. Zum Einstellen einer gewünschten Pulsfrequenz, Pulsdauer und Pulsamplitude weist die Vorrichtung zweckmäßig eine geeignete Eingabeeinrichtung mit Tastschaltern oder Drehreglern auf, über welche die gewünschten Parameter der Druckpulse von einem Bediener eingegeben und von der Steuereinrichtung entsprechend eingestellt werden können. Insbesondere für die Einstellung der Pulsfrequenz ist zweckmäßig ein Drehregler vorgesehen, der bevorzugt stufenlos zwischen einer Minimalstellung und einer Maximalstellung einstellbar ist, um die Wiederholrate (Pulsfrequenz) der Druckpulse zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert (stufenlos) einstellen zu können. Ein Bediener kann mit diesem Drehregler bspw. zu Beginn des Aufschäumvorgangs eine gewünschte Konsistenz für den Schaum auswählen und über den Drehregler einstellen. Die vorgenommene Einstellung kann dabei zweckmäßig noch während des Aufschäumvorgangs geändert und insbesondere nachgeregelt werden, um eine an die individuellen Bedürfnisse angepasste Schaumqualität und -konsistenz zu erzeugen.
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Um eine gewünschte Temperatur der Flüssigkeit beim Aufschäumen einzuhalten, umfasst die Vorrichtung zweckmäßig einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Flüssigkeit bzw. des erzeugten Flüssigkeitsschaums. Der Temperatursensor ist dabei mit der Steuereinrichtung gekoppelt. Weiterhin ist zweckmäßig in der Dampfleitung ein Dampfventil vorgesehen, welches ebenfalls mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist und von dieser geöffnet und geschlossen werden kann. Sobald der Temperatursensor eine vom Bediener vorgegebene Produkttemperatur (Temperatur der Flüssigkeit bzw. des Flüssigkeitsschaums) erfasst, wird das Dampfventil in der Dampfleitung geschlossen und gleichzeitig die Einleitung der Druckpulse in das Fördermittel gestoppt. Hierfür wird das gegebenenfalls von der Druckgasquelle umfasste Magnetventil geschlossen und/oder der Kompressor der Druckgasquelle abgeschaltet.
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Um zu verhindern, dass Dampf oder Flüssigkeit in die Druckgasquelle gelangt, ist zweckmäßig in der Druckgasleitung ein Rückschlagventil angeordnet, welches lediglich den Durchtritt von Druckgas von der Druckgasquelle in das Fördermittel zulässt, jedoch das Durchströmen von Dampf in entgegengesetzter Richtung verhindert.
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Da der Druck des von der Druckgasleitung in das Fördermittel abgegebenen Gases bei gegebener Kompressorleistung vom Strömungswiderstand des von dem Kompressor zu dem Fördermittel führenden Strömungspfades abhängt, ist es zweckmäßig, in der Druckgasleitung ein Drosselventil vorzusehen um diesen Strömungswiderstand definiert einzustellen. Im einfachsten Fall kann ein Drosselventil mit festem Strömungswiderstand vorgesehen sein. Ein Drosselventil mit regelbarem Strömungswiderstand bietet einen zusätzlichen Freiheitsgrad zur Einstellung des Drucks des in das Fördermittel abgegebenen Gases.
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Zeichnungen zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer Steuerung des von der Druckgasquelle abgegebenen Drucks durch ein Magnetventil,
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2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einer Steuerung des von der Druckgasquelle abgegebenen Drucks durch einen Kompressor,
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3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit einer Steuerung des von der Druckgasquelle abgegebenen Drucks durch ein Magnetventil und
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4 den zeitlichen Verlauf des von der Druckgasquelle abgegebenen Drucks.
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Wie aus 1 zu ersehen ist, umfasst eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Dampferzeuger 1, eine von diesem ausgehende Dampfleitung 6, eine Druckgasquelle 2, eine von dieser ausgehende Druckgasleitung 4, ein Fördermittel 3 in Form eines Förderrohres 3a und eine an dessen Ende angeordnete Düse 3b zur Überführung eines Dampf-Gas-Gemischs in eine aufzuschäumende Flüssigkeit 10. Bei der Flüssigkeit 10, die sich in einem Behälter 11 befindet, kann es sich insbesondere um ein Getränk wie Milch oder ein milchhaltiges Getränk handeln. Zum Aufschäumen der Flüssigkeit 10 wird das offene Ende des Förderrohres 3a, welches mit der Düse 3b ausgestattet ist, in die Flüssigkeit 10 eingetaucht. Über die Dampfleitung 6 wird dem Fördermittel 3 in dem Dampferzeuger 1 erzeugter Dampf zugeführt und über die Druckgasleitung 4 wird ein in der Druckgasquelle 2 komprimiertes Gas in das Fördermittel 3 eingeleitet, so dass dort ein Dampf-Gas-Gemisch entsteht, welches über das Förderrohr 3a in die Flüssigkeit 10 eingeleitet wird.
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Die Dampfleitung 6 und die Druckgasleitung 4 sind an einer Leitungsverzweigung 12, von der aus sich das Förderrohr 3a in Richtung der Düse 3b erstreckt, miteinander verbunden. Die Druckgasquelle 2 umfasst einen Kompressor 2a und ein elektrisch steuerbares Schaltventil in Form eines Magnetventils 2b zwischen dem Kompressor 2a und der vom Ausgang der Druckgasquelle 2 zu der Leitungsverzweigung 12 führenden Druckgasleitung 4. Dem Kompressor 2a wird über eine Gaszufuhrleitung 13 Gas bei niedrigem Druck zugeführt. Der Kompressor 2a verdichtet das zugeführte Gas und gibt es mit erhöhtem Druck über die Druckgasleitung 4 ab. Bei dem Gas handelt es sich zweckmäßig um Luft, es kann sich jedoch auch um andere Gase wie Kohlendioxid (CO2) oder Stickstoff (N2) oder um Gasgemische handeln. Vorzugsweise wird von dem Kompressor 2a über die Gaszufuhrleitung 13 Luft aus der Umgebung angesaugt.
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In der Druckgasleitung 4 sind zwischen der Druckgasquelle 2 und der Leitungsverzweigung 12 ein Rückschlagventil 5 und ein Drosselventil 14 angeordnet. Das Rückschlagventil 5 verhindert im Fall eines Druckabfalls in der Druckgasleitung 4 den Eintritt von Dampf aus der Dampfleitung 6 oder von Flüssigkeit 10 aus dem Behälter 11 in die Druckgasquelle 2. Das zweckmäßig zwischen dem Rückschlagventil 5 und der Leitungsverzweigung 12 angeordnete Drosselventil 14 sorgt dafür, dass durch den Kompressor 2a in dem Abschnitt der Druckgasleitung 4 zwischen dem Kompressor 2a und dem Drosselventil 14 ein definierter Druck aufgebaut wird. Das Drosselventil 14 kann im einfachsten Fall einen festen Strömungswiderstand haben. Es kann jedoch auch regelbar ausgebildet sein, damit sein Stömungswiderstand auf einen gewünschten Wert eingestellt und bei Bedarf verändert werden kann.
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In der Dampfleitung 6 ist zwischen dem Dampferzeuger 1 und der Leitungsverzweigung 12 ein elektrisch steuerbares Dampfventil 7 angeordnet, welches ebenfalls in Form eines Magnetventils ausgebildet sein kann. Das Dampfventil 7, das Magnetventil 2b und der Kompressor 2a werden von einer elektronischen Steuereinrichtung 9, mit der sie über entsprechende Steuerleitungen verbunden sind, gesteuert. Die Steuereinrichtung 9 enthält eine Mensch-Maschine-Schnittstelle in Form von Tasten, Drehknöpfen und eines Bildschirms, der auch berührungsempfindlich sein kann, zur Kommunikation mit einem Benutzer. Der Benutzer kann über die Schnittstelle Steueranweisungen eingeben und angezeigte Betriebszustände und Fehlermeldungen auslesen.
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An dem in die Flüssigkeit eingetauchten offenen Ende des Fördermittels 3 und zweckmäßig an der Düse 3b ist ein Temperatursensor 8 angebracht, welcher die Temperatur der Flüssigkeit 10 erfasst und über eine Messleitung an die Steuereinrichtung 9 überträgt. Nicht dargestellt sind in 1 eine weitere Steuerleitung, die von der Steuereinrichtung 9 zu dem ebenfalls von dieser gesteuerten Dampferzeuger 1 führt, sowie eine Steuerleitung, die beim Einsatz eines regelbaren Drosselventils 14 von der Steuereinrichtung 9 zu dem Drosselventil 14 führt.
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Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nach Inbetriebnahme des Dampferzeugers 1 das Dampfventil 7 von der Steuereinrichtung 9 in die offene Stellung versetzt und gleichzeitig die Druckgasquelle 2 aktiviert. Der von dem Dampferzeuger 1 erzeugte Dampf gelangt durch die Dampfleitung 6 zu der Leitungsverzweigung 12. Dort vermischt er sich mit der Druckluft, welche von dem Kompressor 2a ausgehend durch das von der Steuereinrichtung 9 gesteuerte Magnetventil 2b und die Druckgasleitung 4 durch das Rückschlagventil 5 und das Drosselventil 14 hindurch ebenfalls zu der Leitungsverzweigung 12 gelangt. Von dieser strömt das Dampf-Luft-Gemisch dann durch das Förderrohr 3a zu der Düse 3b, wo es in die Flüssigkeit 10 eintritt und diese aufschäumt.
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Hierbei wird das Magnetventil 2b von der Steuereinrichtung 9 vom gleichen Zeitpunkt ab, zu dem das Dampfventil 7 geöffnet wird, so angesteuert, dass es fortlaufend periodisch öffnet und schließt, so dass der Druck in der Druckgasleitung 4 einen zeitlich wechselnden Verlauf hat, wie er in 4 schematisch dargestellt ist. Es wird eine Folge von einzelnen Druckpulsen p abgegeben, die eine vorbestimmte Amplitude p0, Pulsdauer t0 und Frequenz f bzw. Periodendauer 1/f haben. Hierbei ist die Amplitude durch den von dem Kompressor 2a abgegebenen Druck und die Wirkung des Drosselventils 14 vorgegeben. Zur Einstellung einer gewünschten Amplitude p0 wird der Kompressor 2a durch die Steuereinrichtung 9 entsprechend den Eingaben des Benutzers angesteuert. Falls das Drosselventil 14 regelbar ist, bietet dieses einen weiteren Freiheitsgrad zu Einstellung der Amplitude p0.
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Die Pulsdauer t0 und die Pulsfrequenz f werden von der Steuereinrichtung 9 entsprechend den Eingaben des Benutzers durch eine Ansteuerung des Magnetventils 2b eingestellt, und zwar unabhängig voneinander, so dass auch der Tastgrad, d.h. das Verhältnis der Pulsdauer t0 zur Periodendauer 1/f variiert werden kann. Insgesamt stehen somit drei Parameter zur Verfügung, die unabhängig voneinander variiert werden können, um das Ergebnis des Aufschäumvorgangs zu optimieren, wobei diese Parameter zweckmäßig auch noch während des laufenden Betriebs der Vorrichtung in Abhängigkeit vom aktuellen Verlauf des Aufschäumvorgangs durch den Benutzer verändert werden können. Die Darstellung in 4 ist insofern schematisch und idealisiert, als die realen Anstiegs- und Abfallraten eines Druckpulses p begrenzt sind und ein Druckpuls p somit nicht streng rechteckförmig sein kann.
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Das Messsignal des Temperatursensors 8 dient als Kriterium für die Beendigung des Aufschäumvorgangs. Durch die Zufuhr von Dampf erwärmt sich die Flüssigkeit 10. Daher wird bei Erreichen einer vorbestimmten Temperaturschwelle der Aufschäumvorgang beendet. Im Fall von Milch als Flüssigkeit 10 ist dies deshalb zweckmäßig, weil ab einer bestimmten Temperatur wegen einer Gerinnung der Milcheiweiße keine weitere Schaumbildung mehr erfolgt. In diesem Fall werden durch die Steuereinrichtung 9 sowohl das Magnetventil 2b, als auch das Dampfventil 7 gleichzeitig geschlossen, sobald von dem Temperatursensor 8 die vorgegebene Temperaturschwelle erfasst wird.
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Ein zweite Ausführungsform der Erfindung, die in 2 dargestellt ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Druckgasquelle 2 kein Magnetventil zwischen dem Kompressor 2a und der Druckgasleitung 4 aufweist. Die in 4 gezeigte Signalform des Drucks in der Druckgasleitung 4 wird bei dieser Ausführungsform allein durch den Kompressor 2a im Zusammenwirken mit dem Drosselventil 14 erzeugt. Hierzu ist der Kompressor 2a als regelbarer Hubkolbenverdichter oder regelbarer Membrankompressor ausgebildet. Über die Steuerleitung von der Steuereinrichtung 9 wird dem Kompressor 2a bei dieser Ausführungsform nicht nur die Amplitude p0 des abzugebenden Drucks, sondern auch die Pulsdauer t0 und die Frequenz f vorgegeben, d.h. der Kompressor 2a allein erzeugt bereits ein Drucksignal der in 4 gezeigten Form, so dass sich der Einsatz eines Magnetventils zur Erzeugung dieser Druckpulse erübrigt. Ansonsten besteht kein Unterschied zu der ersten Ausführungsform, weshalb die Elemente der Vorrichtung in 2 mit den gleichen Bezugszahlen wie in 1 gekennzeichnet sind.
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Ein dritte Ausführungsform der Erfindung, die in 3 dargestellt ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Magnetventil 2b nicht seriell am Ausgang der Druckgasquelle 2 zwischen dem Kompressor 2a und der Druckgasleitung 4 eingebaut ist, sondern am Ausgang der Druckgasquelle 2 zwischen dem Kompressor 2a und der Druckgasleitung 4 eine Leitungsverzweigung 2c vorgesehen ist, mit welcher ein Anschluss des Magnetventil 2b verbunden ist. Der andere Anschluss des Magnetventils 2b führt in die Umgebung. Ansonsten besteht im Aufbau der Vorrichtung kein Unterschied zu der ersten Ausführungsform, weshalb die Elemente der Vorrichtung in 3 mit den gleichen Bezugszahlen wie in 1 gekennzeichnet sind.
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Während bei der ersten Ausführungsform nach 1 ein Schließen des Magnetventils 2b zu einem Druckabfall in der Druckgasleitung 4 führt, das Magnetventil 2b also während eines Druckpulses p offen und in der Pause zwischen zwei Druckpulsen p geschlossen ist, ist dies bei der dritten Ausführungsform genau umgekehrt, da die Leitungsverzweigung 2c durch das offene Magnetventil 2b unmittelbar mit der Umgebung verbunden wird, was einen Druckabfall in der Druckgasleitung 4 zur Folge hat. Das Magnetventil 2b muss also bei der dritten Ausführungsform von der Steuereinrichtung 9 umgekehrt angesteuert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann bspw. alternativ zu Umgebungsluft auch ein anderes Gas, beispielsweise ein inertes Gas wie Stickstoff, verwendet werden, falls die oxidierende Wirkung des Sauerstoffgehalts von Luft einen Störeffekt für die Schaumbildung oder für die Eigenschaften des fertigen Schaums darstellen würde. Je nach Art der aufzuschäumenden Flüssigkeit kommt auch Kohlendioxid als Gas in Betracht. In einem solchen Fall entfällt die Notwendigkeit, einen Kompressor 2a einzusetzen, da technische Gase in Druckbehältern unter hohem Druck bevorratet werden. Stattdessen ist dann ein Druckminderer zur Reduzierung des Gasdrucks von dem im Vorratsbehälter herrschenden Wert auf den in der Druckgasleitung 4 benötigten Wert, d.h. auf die gewünschte Amplitude p0 der Druckpulse p, vorzusehen. Folglich ist zur Erzeugung von Druckpulsen p der Einsatz eines steuerbaren Magnetventils 2b wie bei der ersten und dritten Ausführungsform nach 1 bzw. 3 erforderlich, um die Druckpulse zu erzeugen.
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Weiterhin kann der zeitliche Verlauf der Druckpulse auch anders gewählt werden als in 4 gezeigt. So ist es beispielsweise möglich, die Druckpulse p nicht periodisch mit einer fest vorgegebenen Frequenz f sondern aperiodisch auszugeben. Weiterhin kann die Pulsdauer t0 und der zeitliche Abstand der aufeinanderfolgenden Druckpulse p beliebig gewählt werden. Auch der zeitliche Verlauf der Amplitude p0 muss nicht, wie in 4 gezeigt, konstant sein, sondern kann während eines Aufschäumvorgangs geändert werden, bspw. durch eine Regelung des Drosselventils 14 mit regelbarem Strömungswiderstand.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011077776 A1 [0002]
- EP 1501398 A1 [0003]
