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Die Erfindung betrifft einen Heißgetränkebereiter mit Brüheinheit, wobei die Brüheinheit die folgenden Merkmale aufweist:
ein Brühsieb;
eine Brühkammer zur Aufnahme von aufzubrühendem Brühgut;
ein Wassereinlasssieb mit zumindest einer Einlassleitung zum Einlassen von Brühwasser in die Brühkammer, wobei die Brühkammer zwischen dem Brühsieb und dem Wassereinlasssieb angeordnet ist und das Wassereinlasssieb in einer Durchlaufrichtung des Brühwassers durch den Heißgetränkebereiter dem Brühsieb vorgelagert ist;
ein Ventilmittel, das dem Brühsieb strömungstechnisch nachgeschaltet ist und aufgrund eines Fluiddrucks des aus der Brühkammer austretenden Fluids zu öffnen ist.
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Eine derartige Kaffeemaschine ist aus der
EP 1 440 645 A1 bekannt. Die bekannten Kaffeemaschine gehört zu denjenigen Kaffeemaschinen, die in der Lage sind, wenigstens zwei verschiedene Sorten Kaffeegetränk herzustellen und auszugeben; insbesondere sind dies Kaffeegetränke vom Filterkaffeetyp und Kaffeegetränke vom Espressotyp. Die beiden Kaffeegetränke unterscheiden sich neben der vorzugsweisen Verwendung verschiedener Sorten von Kaffeebohnen, durch einen unterschiedlichen Brühdruck, wobei die Kaffeegetränke vom Filterkaffeetyp unter Atmosphärendruck bis leichtem Überdruck bis zu 1,5 bar zubereitet werden, während die Kaffeegetränke vom Espressotyp einen höheren Druck, d.h. über bzw. deutlich über 1,5 bar bis etwa 7,5 bar, erfordern. Getränke vom Espressotyp werden vom Verbraucher nur dann akzeptiert, wenn sie eine gut ausgeprägte, feinporige und standfeste Schaumschicht, die sogenannte Crema aufweisen. Zu diesem Zweck wird bei der bekannten Kaffeemaschine ein Ventil in den Strömungsweg geschaltet, das selbstständig aufgrund des auftretenden Fluiddrucks öffnet und so den gewünschten Brühdruck in der Brühkammer bereitstellt. Diese Vorrichtung ist dazu ausgelegt, nur zwei unterschiedliche Brühdrücke bereitzustellen. Es ist jedoch mit zunehmender Anzahl an verschiedenen Brühgetränken die Anforderung zu erkennen, mehr als zwei Brühdrücke in der Brühkammer bereitzustellen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Heißgetränkebereiter dahingehend weiterzubilden, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Brühgetränken optimal zubereitet werden können.
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Erfindungsgemäß wird unter anderem diese Aufgabe durch einen Heißgetränkebereiter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein mit der Erfindung erreichbarer Vorteil besteht darin, dass die geräteseitig oder steuerungsseitig voreingestellten Getränke hinsichtlich des Brühprozesses nahezu beliebig verändert oder nachjustiert werden können. Hierbei wird insbesondere der Brühdruck, der für das zu bereitende Getränk ein wesentlicher Parameter ist, manipuliert. Wie bereits bekannt, wird bei normalem Kaffee ein geringer Brühdruck des Fluids innerhalb der Brühkammer im Bereich von 0,5 bis 1,5 bar eingestellt. Manche Kaffeegenießer mögen jedoch normalen Kaffee mit einer besonderen Note oder Crema, die durch erhöhten Brühdruck erreicht wird. Hierbei ist es nun möglich, die Zubereitung eines normalen Kaffees in Richtung „Espresso“ zu trimmen. Anders ausgedrückt, der Brühdruck kann unabhängig von der Getränkeauswahl vorgewählt oder eingestellt werden. Der Fluiddruck innerhalb der Brühkammer wird durch eine Fluidpumpe bereitgestellt, der das Wasser für das Brühgetränk durch den Erhitzer und dann durch die Brühkammer pumpt, wobei das Ventilmittel im Ausgang der Brühkammer so ausgelegt ist, dass es nach Erreichen eines vorbestimmten Fluiddrucks öffne, wobei der Wert des Öffnungsdrucks dem Fluiddruck, also dem Brühdruck innerhalb der Brühkammer entspricht.
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Um diese Vorteile auf elegante und einfache Weise zu erreichen, umfasst das Ventilmittel ein Verstellmittel, mit dem der Fluidruck zum Öffnen des Ventils verändert werden kann. Diese Maßnahme ist besonders einfach und zuverlässig zu implementieren, weil keine zusätzlichen Strömungswege oder verstopfungsgefährdende Bypassleitungen mit definierten Querschnitten notwendig sind.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist das Verstellmittel im Zusammenwirken mit dem Ventilmittel für mehr als zwei unterschiedliche Fluiddrücke innerhalb der Brühkammer ausgebildet. In zweckmäßiger Weiterbildung ist das Verstellmittel dazu ausgebildet, eine stufenlose Verstellung oder Einstellung des Fluiddrucks innerhalb der Brühkammer bereitzustellen Dadurch ist eine Vielzahl von verschiedenen individuellen Einstellungen für das auszuwählende Getränk möglich. Beispielsweise wird die Crema durch den Brühdruck beeinflusst. Insgesamt ist eine variable Verstellung des Gegendrucks in der Brüheinheit möglich, durch Veränderung des Fluiddrucks innerhalb der Brühkammer, somit lässt sich jede beliebige Kaffee-Crema realisieren. Über die Kaffee-Crema lässt sich auch der Geschmack des Kaffees beinflussen.
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In einer insgesamt vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst die Ventilvorrichtung einen elektrischen Antrieb, wie Schrittmotor oder Hubmagnet zum Betätigen oder Bewegen des Verstellmittels. Die Ansteuerung erfolgt dabei mittels der geräteseitigen Steuereinrichtung und wird über die Bedienvorrichtung des Gerätes konfiguriert.
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In einer weiteren, insgesamt vorteilhaften Ausführung umfasst das Ventilmittel Ventilsitz und einen relativ dazu beweglichen und mit dem Ventilsitz korrespondierenden Schließkörper, wobei der Schließkörper mittels einer Feder gegen den Ventilsitz wirkt und die Federkraft mittels dem Verstellmittel einstellbar ist. Eine solche Anordnung ist besonders einfach und dauerhaft zuverlässig zu betreiben, insbesondere lassen sich kugelförmige Körper einfach in einen Hohlzylinder anordnen und bieten bei Auflage auf einer Kreisöffnung als Ventilsitz eine gute Dichtigkeit.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist das Verstellmittel dazu eingerichtet, die Vorspannung der Feder einzustellen oder zu verändern. Dies ist sehr einfach auszuführen, weil die Verstellmittel sich außerhalb der fluidführenden Bereiche befinden. Hierzu ist das Verstellmittel dazu eingerichtet, die Position des Gegenanschlags der Feder zu verändern oder einzustellen, um dadurch die Vorspannung der Feder vorzugeben.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausführung ist die Feder eine Schraubfeder, wobei das eine Ende der Feder auf den Schließkörper wirkt und das andere Ende zumindest mittelbar an den Gegenanschlag anliegt, wobei der Gegenanschlag mittels einer Spindel in der axialen Position durch Drehung der Spindel veränderbar ist. Hierdurch ist eine sehr genaue und filigrane Einstellung der Federkraft und daraus resultierend des Öffnungsdrucks möglich.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die als Verstellmittel dienende Spindel mit einer Bedienhandhabe gekoppelt zur manuellen Betätigung des Verstellmittels. Dabei kann eine Verlängerung der Spindelachse aus dem Gerätegehäuse herausgeführt werden, die mit der von außen zugänglichen Bedienhandhabe, wie Drehknopf, oder Drehknebel, gekoppelt oder verbunden ist.
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In einer anderen Weiterbildung ist die als Verstellmittel dienende Spindel mit einem Schrittmotor gekoppelt zur automatischen oder motorisch gesteuerten Betätigung des Verstellmittels. Hierbei erfolgt die Verstellung oder Einstellung der Federkraft mit Hilfe der geräteseitigen Steuereinrichtung, wobei die Benutzerauswahl über eine Bedienvorrichtung der Steuereinrichtung zugeführt wird. Mit der automatischen Einstellung des Brühdrucks ergeben sich weitere Möglichkeiten der Getränkezubereitung. Während des Brühprozesses besteht ein hoher Druck in der Brühkammer. Wird nun am Ende des Brühprozesses die Feder entlastet, so sinkt der Druck in der Brühkammer und der Kaffee-Trester kann besser ausgedrückt und entfeuchtet werden. Indem der Trester trockener wird, fällt weniger Wasser in der Abtropfschale an zudem minimieren wir die Feuchteentwicklung im Gerät.
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Zudem können spezielle Kaffeeverfahren entwickelt werden, in dem ein Brühdruckprofil abgefahren wird. Sprich am Anfang des Getränks wird die Feder auf eine definierte Kraft gestellt, beispielsweise 100% und während des Brühprozesses entlastet, beispielsweise 0%.
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In einen anderen Ablauf wird auch ein hoher Druck beim Vorbrühen und während des Brühprozesses ein niedriger Druck innerhalb der Brühkammer eingestellt. Damit lässt sich z.B. ein intensiver Filterkaffee herstellen.
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In einer alsternativen Ausführung besitzt das Ventil einen elastisch verformbaren Leitungsabschnitt in der Auslassleitung besitzt, der zur Veränderung seines Querschnitts mit einem Quetschmittel zusammenwirkt. Dies ist konstruktiv besonders einfach bereitzustellen, weil innerhalb des Fluidflusses keine filigranen und beweglichen Teile vorhanden sind. Ferner ist die Reinigung und Entkalkung aufgrund der ununterbrochenen Innenwände der Auslassleitung zuverlässig und einfach bereitzustellen.
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In einer anderen Ausführung wird das Ventil durch zwei relativ zueinander rotatorisch bewegbaren Siebscheiben bereitgestellt, wobei die Positionierung der Sieböffnungen den Querschnitt für den Fluiddurchlass bestimmt. Auch diese Ausführung ist besonders einfach auszuführen, da hierbei keine filigranen beweglichen Einzelteile, wie ein federnd gelagerter Ventilkörper, notwendig sind. Ferner befindet sich das einstellbare Ventilelement in der ohnehin gut zu reinigenden Brühlammer, sodass besondere Wartungsmaßnahmen nicht anfallen.
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In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist die Ventilvorrichtung mit dem Verstellmittel für einen vorzugebenden oder einzustellenden Fluiddruck innerhalb der Brühkammer in einem Bereich von 0,5 bar bis 8 bar ausgebildet. Mit diesem Bereich an verschiedenen Brühdrücken lassen sich nahezu alle heute vorstellbaren Kaffeegetränke in einem Kaffeevollautomaten herstellen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen
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1: einen Heißgetränkebereiter in einer teilweise schematischen Schnittdarstellung;
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2: eine bevorzugte Ausführung des Strömungsleitungssystems in einer schematischen Ansicht;
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3, 4: die Brühkammer mit dem einstellbaren Ventil in verschiedenen Einstellungen und
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5, 6: weitere Ausführungen der Brühkammer.
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Die 1 zeigt am Beispiel eines als Standgerät ausgebildeten Heißgetränkebereiter 1 mit allen relevanten Komponenten für die Zubereitung eines Heißgetränks. Der Getränkebereiter 1 umfasst unter anderem ein Gehäuse 11, in dem der Vorratsbehälter 71 für Kaffeebohnen mit darunter angebrachtem Mahlwerk 70 mit Motor, den Wasserbehälter 14 sowie die Möglichkeit, der Unterbringung des Strömungsleitungssystems 2. Im Frontbereich des Heißgetränkebereiter 1 verfügt dieser über einen höhenbeweglichen Auslass 20, in dem mehrere Entnahmeeinrichtungen, hier Auslassdüsen 21, 22 untergebracht sind. Bei der Entnahmeeinrichtung 22 handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Dampfdüse zur Abgabe heißen Wasserdampfes oder heißem Wasser, beispielsweise zur Verdünnung eines fertigen Kaffees oder zur Zubereitung eines Teegetränks. Die Entnahmeeinrichtung 21 stellt eine Ausgabeleitung oder Ausgabedüse 21 zur Abgabe von Kaffeegetränken dar. Eine Brüheinheit 40 mit einer Brühkammer 41 im Inneren des Gerätes 1 dient zur Zubereitung des Getränkes, wobei in die Brühkammer 41 das Kaffeepulver eingebracht und anschließend mit heißem Wasser durchflutet wird, sodass zur Ausgabeleitung und durch die Ausgabedüse 21 das fertige Kaffeegetränk ausgegeben wird. Bei dieser Ausführung sind die Ausgabedüsen 21, 22 in der Höhe verschiebbar angeordnet, so dass sie der Höhe eines auf der Abstellfläche 33 abgestellten Trinkgefäßes angepasst werden kann, ohne dass bei der Abgabe des Getränkes ein Verspritzen erfolgt. Den oberen Abschluss der Abstellfläche 33 bildet ein Abtropfblech 32, das mit Öffnungen und Schlitzen versehen ist, um Flüssigkeitsreste in einer unterhalb des Abtropfbleches 32 vorhandenen Auffangschale 34 abzuführen. Ferner umfasst der Heißgetränkebereiter 1 einen Tresterbehälter 35, in den die aufgebrauchte Substanz, beispielsweise Kaffeekuchen, nach Vollendung der Getränkezubereitung hineingeworfen wird. Das Gerät 1 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, die einzelnen Funktionsbaugruppen, wie Pumpen 8, Ventile V1 bis V4 und Heizeinrichtung 9 und Mahlwerk 70, soweit vorhanden, zu steuern, wie es für die Zubereitung des jeweils ausgewählten Getränkes notwendig ist. Die Steuereinrichtung 18, die als Mikrocontroller uC mit einem zugeordneten Speicher MEM ausgeführt ist (2), ist in dieser Ausführung ferner dazu eingerichtet, die Ventile V1, V2 des Strömungsleitungssystems 2 so anzusteuern, dass das heiße Wasser durch die Brühkammer 41, gepumpt wird.
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2 zeigt einen vereinfachten Schaltplan eines Strömungsleitungssystems 2 innerhalb eines Getränkeautomaten 1. Von einer Wasserquelle 14, in diesem Beispiel ein Wassertank, wird das Strömungsleitungssystem 2 mit frischem Wasser versorgt. Das Strömungsleitungssystem 2 umfasst dabei Leitungsabschnitte und Komponenten, die zur Zubereitung von Getränken dienen. Zur Erzeugung der Strömung innerhalb des Strömungsleitungssystems 2 sowie des erforderlichen Druckaufbaus dient eine Pumpe 8. Darüber hinaus weist der zur Zubereitung der Getränke genutzte Teil des Strömungsleitungssystems 2 eine Heizeinrichtung 9 zur Erwärmung des Wassers 2a sowie mehrere Entnahmeeinrichtungen 21, 22, sowie Leitungsabschnitte L1, L2, L3, L3 zur Verbindung der einzelnen Komponenten miteinander auf, wobei die Dampfdüse 22 zur Ausgabe von Dampf und zur Ausgabe von heißem Wasser und/oder die Kaffeedüse 21 zur Ausgabe des zubereiteten Kaffeegetränkes oder Teegetränkes, je nachdem, welches Pulver oder Substrat der Brühkammer 41 zugeführt wurde, vorgesehen ist. Zur selektiven Ansteuerung der Entnahmeeinrichtungen 21, 22 dienen die Mehrwegeventile V3 und V4, die den Entnahmeeinrichtungen 21, bzw. der Brühkammer 41 in Strömungsrichtung betrachtet vorgeschaltet sind. Darüber hinaus kann das Strömungsleitungssystem 2 ein Messgerät zur Volumenstrommessung, das als Flowmeter 10 bezeichnet wird, aufweisen, das hilfreich ist, um eine genaue Menge frischen Wassers zu bestimmen, die für die Zubereitung eines Getränkes erforderlich ist. Darüber hinaus lässt sich mit einer derartigen Messeinrichtung 10 auch die Anzahl der hergestellten Getränke bestimmen.
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Eine Steuereinrichtung 18 mit einem Mikrocontroller uC und einer Speichereinrichtung MEM dient zur Durchführung einer Getränkezubereitung, wobei hierbei die Aktivierung der Heizeinrichtung 9, der Ventile V1, V2, V3 und V4 sowie der Pumpe 8, der Brühkammer 40 und bedarfsweise weiteren Komponenten, wie einem Mahlwerk 70 durch entsprechende Signalverbindungen 31 erfolgt. In 2 ist die Signalverbindung 19 zum Motor der Pumpe 8 und zu den anderen, zu steuernden Komponenten grob skizziert, wobei die Ansteuerung der Pumpe 8 in einer bevorzugten derart erfolgt, dass verschiedene Förderleistungen eingestellt werden können. Die Steuereinrichtung 18 ist in einer bevorzugten Ausführung ferner dafür programmiert, den Servomotor 52 (3, 4) der Ventilvorrichtung 46 zur Einstellung des Brührucks in der Brühkammer 41 zu aktivieren oder u betreiben, um unterschiedliche Drücke zum Öffnen des Ventils 46 einzustellen.
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3 zeigt schematisch die Brühkammer 41 in einer ersten Ventileinstellung, die für einen geringen Brühdruck, beispielsweise 0,5 Bar, vorgesehen ist. Im Inneren der Brühkammer 41 ist in Fluidrichtung F eingangsseitig die Einlassleitung L4 mit dem Einlasssieb 42 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Brühkammer 41 ist das Brühsieb 43 mit der daran angeschlossenen Auslassleitung L5 angeordnet. Zwischen den beiden Sieben 42, 43 ist die Aufgusssubstanz 60, beispielsweise Kaffeemehl, eingebracht. Zwischen dem Brühsieb 43 und der Auslassleitung L5 bzw. in der Auslassleitung L5 ist das Ventil 46 angeordnet, das selbständig bei Überschreiten eines vorgegebenen Fluiddrucks öffnet und das Aufgussfluid durch die Auslassleitung L5 strömen lässt. Das Ventil 46 umfasst einen Ventilsitz 48, auf den der bewegliche Ventilkörper 47 zur Anlage kommt, wenn der Körper 47 mittels der Druckfeder 50 gegen den Sitz 48 gedrückt wird. Die Feder 50 liegt dabei mit dem einen Ende auf dem Ventilkörper 47 auf und stützt sich mit dem gegenüberliegenden Ende an dem Anschlag 49 ab. Der Anschlag 49 ist dabei auf einer Gewindespindel 51 angekoppelt und kann durch Verdrehung der Spindel 51 in seiner axialen Position verändert werden. In der in 3 skizzierten Situation ist die Feder 50 entlastet, wie es für einen geringen Brühdruck erforderlich ist. Das bedeutet, zum Bewegen des Ventilkörpers 47 aus dem Ventilsitz 48 heraus ist ein geringer Fluiddruck nötig, beispielsweise ein Druck im Bereich von 0,3 bis 0,8 Bar, vorzugsweise 0,5 Bar. Mittels des Verstellmittels 52 wird die axiale Verlängerung 51a der Spindel 51 in Rotation versetzt, sodass aufgrund des Gewindes im Verstellbereich 53 des Anschlags 49 eine axiale Positionsänderung des Anschlags 49 und dadurch eine Vorspannung oder Komprimierung der Feder 50 bewirkt wird. Das Verstellmittel 52 ist im einfachen Fall als manuell zu betätigender Drehknopf ausgebildet, vorzugsweise ist es ein elektrisch angetriebener Stellmotor vorhanden, der mit der Spindel 51 gekoppelt ist.
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4 zeigt schematisch die Brühkammer 41 in einer zweiten Ventileinstellung, die für einen hohen Brühdruck, beispielsweise 7,5 Bar, vorgesehen ist. Der Anschlag 49 ist auf einer Gewindespindel 51 angekoppelt ist aufgrund der Verdrehung der Spindel 51 in seiner axialen Position in die äußerste, zum Ventilkörper 47 gerichtete Position gefahren. Hierbei ist die Feder 50 vorbelastet oder komprimiert, wie es für einen hohen Brühdruck erforderlich ist. Das bedeutet, zum Bewegen des Ventilkörpers 47 aus dem Ventilsitz 48 heraus ist ein hoher Fluiddruck nötig, beispielsweise ein Druck im Bereich von 7 bis 8 Bar, vorzugsweise 7,5 Bar. Mittels des Verstellmittels 52 wird die axiale Verlängerung 51a der Spindel 51 in Rotation versetzt, sodass aufgrund des Gewindes im Verstellbereich 53 des Anschlags 49 eine axiale Positionsänderung des Anschlags 49 bewirkt wird. Bei der Positionierung des Anschlags 49 in Positionen innerhalb des Gewindebereichs 53 sind Brühdrücke einstellbar, die zwischen dem minimal und maximal einzustellenden Brühdruck liegen. Durch einen Stellmotor 52 oder manuelle Handverstellung kann die Federstärke des Ventils 46 und somit der Fluiddruck innerhalb der Brühkammer 41 verstellt werden, vorzugsweise stufenlos 0–100%. Die Feder 50 wird entsprechend gestaucht oder vollständig entlastet. Im skizzierten Beispiel wird diese mit Hilfe einer Gewindestange 51 oder Spindel realisiert, dies kann auch technisch anders umgesetzt werden. In der skizzierten Ausführung gemäß 3 und 4 ist der Ventilsitz 48 trichterförmig ausgebildet, wobei der Ventilkörper 47 als Kegelstumpf geformt ist und der Kegelmantel die dichtende Anlage an den Ventilsitz 48 bildet.
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5 zeigt schematisch die Brühkammer 41 gemäß einer anderen Ausführung. Hierbei unmfasst das Ventil 46 einen verformbaren Abschnitt 56 des Auslassrohres L5. Ferner ist diesem Leitungsabschnitt 56 ein Quetschmittel 55 zugeordnet, mit dem der Querschnitt innerhalb dieses Abschnitts 56 der Auslassleitung L5 verändert werden kann. Das Quetschmittel 55 ist dabei motorisch (nicht gezeigt) oder von der Geräteaußenseite manuell mittels einer Bedienhandhabe (nicht gezeigt) zu betätigen. In der dargestellten Situation ist der Leitungsabschnitt 56 verengt, wodurch ein hoher Brühdruck, beispielsweise 7,5 Bar, vorgesehen bzw. bereitgestellt ist. Die Anordnung der Siebe 42, 43, der Aufgusssubstanz 60 und der Fluidleitungen L4, L5 und der Fluidstrom L entspricht der Beschreibung zum Beispiel gemäß 3 und 4.
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6 zeigt eine weitere Möglichkeit den Fluiddruck innerhalb der Brühkammer 41 zu variieren besteht über den Einsatz von zwei übereinander gelagerten Brühsieben 43a, 43b, deren Position relativ zueinander rotatorisch um die Drehachse 58 verändert werden kann. Durch das gegeneinander verdrehen der zwei Siebescheiben 43a, 43b wird der Durchgangsquerschnitt der Sieblöcher 43c variiert. Die Sieblöcher 43c erstrecken sich dabei auf den Siebscheiben 43a, 43b quer zum Fluidstrom F.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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