Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zubereiten frisch ge- brühter Heißgetränke, mit mindestens einem Heißwassererzeuger und mit einer Brühvorrichtung, der Heißwasser aus dem Heißwassererzeuger zuführbar ist, wobei es sich bei dem Heißwassererzeuger um einen Durchlauferhitzer handelt.

I m Stand der Technik sind Kaffeevollautomaten bekan nt, welche auf Knopfdruck portionsweise frischgebrühte Kaffeegetränke zubereiten . Das hierfür erforderli- che Heißwasser wird üblicherweise in einem Heißwasserboiler vorgehalten , so- dass eine lange Aufheizzeit entfällt. Vereinzelt wurden auch Kaffeemaschinen vorgeschlagen , bei denen Wasser zum Zeitpunkt des Getränkebezugs mit einem Durchlauferhitzer erhitzt wird . So zeigt die Schrift DE 1 0 2008 028 031 A1 eine Kaffeemaschine für Kaffeekapseln , bei der Wasser mit einem Durchlauferhitzer erhitzt wird .

Nachteilig an der Verwendung eines Durchlauferhitzers zur Bereitstellung von Heißwasser ist neben einer üblicherweise langen Aufwärmzeit, die Schwierigkeit einer genauen Temperaturregelung. Einerseits ist eine Regelung der Ausgangs- temperatur aufgrund des im Durchlauferhitzer erforderlichen langen Durchfluss- weges recht träge. Anderseits besteht die Gefahr lokaler Ü berhitzung, da der Durchlauferhitzer, um eine ausreichend hohe Auslasstemperatur zum Aufbrühen von Heißgetränken wie insbesondere Kaffee zu erreichen , mit hoher Leistung arbeiten muss. Eine lokale Ü berhitzung führt zu verstärkter Verkalkung , was ein weiteres Problem bei der Verwendung eines Durchlauferhitzers darstellt.

Ein Durchlauferhitzer für eine Kaffeemaschine, der mehrere Heizbereiche auf- weist, ist z. B. aus der Schrift US 2,680,802 bekannt. Das dort gezeigte

Heizprinzip beruht darauf, dass Strom direkt durch das zu erhitzende Wasser geleitet wird . Da einerseits die Netzspannung regionale Unterschiede aufwei- sen , anderseits jedoch auch das Wasser einen unterschiedlichen Mineralgehalt aufweisen kann und somit die sich im Wasser einstellende Stromstärke unter schiedlich sein kan n , können zum Ausgleich dieser U nterschiede wahlweise mehrere Heizbereiche kombiniert werden .

I n der Schrift DE691 8057U wird eine herkömmliche Kaffeemaschine mit Heizung und Steigrohr beschrieben . H ierbei ist d ie Heizung zweistufig ausgeführt. Der Zweck dieser zweistufigen Anordnung besteht darin , das Wasser bei Verwen- dung nur eines Heizbereiches langsamer bzw. bei Verwendung beider Heizbe- reiche schneller durch den Filter zu fördern („Rasch-Filtermethode“).

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, eine Vorrichtung zum Zubereiten von Heißgetränken unter Verwendung eines Durchlauferhitzers an- zugeben , welche eine verbesserte Regelung der Heißwassertemperatur ermög- licht, schnell und zuverlässig arbeitet und weniger zu Verkalkung neigt.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Aus- gestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen .

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche mindestens einen als Durchlauferhitzer ausgeführten Heißwassererzeuger und eine Brühvorrichtung umfasst, der Heißwasser aus dem Heißwassererzeuger zuführbar ist, ist vorge- sehen , dass der Durchlauferhitzer mindestens zwei Heizbereiche mit getrennt ansteuerbaren elektrischen Heizungen aufweist, wobei die Heizbereiche derart angeordnet sind , dass sie von durchströmendem und zu erhitzenden Wasser nacheinander durchströmt werden . Erfindungsgemäß werden die Heizungen von einer Steuerung derart angesteuert, dass die erste Heizung mit einer konstanten Heizleistung betrieben wird , während die zweite Heizung geregelt betrieben wird , um die Ausgangstemperatur des nach Durchströmen des Heißwasserer- zeuger erhitzten Wassers an eine vorgegebene Solltemperatur anzugleichen .

Das Vorsehen von zwei hintereinander durchströmten Heizbereichen ermöglicht es, dass der erste Heizbereich mit konstanter Heizleistung betrieben wird und so eine Art Grundlast erzeugt und dass zur Regelung der Auslasstemperatur lediglich der zweite - vorzugsweise kleiner dimensionierte - Heizbereich dient. Die zweite Heizstufe kann zur Regelung der Ausgangstemperatur zeitweilig zu- geschaltet werden . Die Regelung erfolgt dann nahe am Ausgang des Durchlauf- erhitzers. H ierdurch wird eine schnellere Regelung erreicht. Ü berschwinger auf- grund sich ändernder Durchflussrate fallen geringer aus. Außerdem hat sich herausgestellt, dass die Verkalkung des Durchlauferhitzers auf diese Weise vermindert wird . Dies mag daran liegen , dass eine lokale Ü berhitzung des Was sers bis zum Sieden und damit verbundene Kalkablagerungen durch die schnel- lere Regelung vermieden werden . Die Heizbereiche sollten einander angrenzend sein , sich jedoch nicht überlappen , damit es nicht in einem Überlappungsbereich zu lokaler Ü berhitzung kommt.

Wie bereits erwähnt haben vorzugsweise die beiden Heizungen unterschiedliche elektrische Nennleistungen . Es hat sich herausgestellt, dass die besten Ergeb- nisse erzielt werden , wenn der in Durchflussrichtung nachfolgende Heizbereich , der für die Fein-Regelung der Ausgangstemperatur verantwortlich ist, für eine geringere Nenn-Heizleistung ausgelegt ist. Der in Durchflussrichtung erste Heizbereich sollte somit die höhere Leistung haben . Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn das Verhältnis der Nennleistungen der beiden Heizungen höchstens 60:40, vorzugsweise etwa 66:33 beträgt.

Bevorzugt sind die Heizbereiche derart angeordnet, dass der stromaufwärtige erste Heizbereich , der zuerst von zu erhitzendem Wasser durchströmt wird , die Heizung mit der höheren Nennleistung und der stromabwärtige zweite Heizbe- reich , der in Strömungsrichtung hinter dem ersten Heizbereich angeordnet ist, die Heizung mit der niedrigeren Nennleistung aufweisen .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind d ie Heizungen als wendelförmige Heizwiderstände, beispielsweise Heizdrähte, ausgebildet und der Heizwider- stand mit der niedrigeren Nennleistung weist eine geringere Länge, insbesonde- re eine geringere Anzahl an Heizwendeln , und/oder eine geringere Drahtstärke auf als der Heizwiderstand mit der höheren Nennleistung.

I m Rahmen der vorliegenden Erfindung dient als Durchlauferhitzer bevorzugt eine Heizpatrone, die einen zylindrischen I nnenkörper und einen diesen umge- benden äußeren Mantel aufweist und bei der zwischen der Mantelfläche des I nnen körpers und der I nnenseite des Mantels ein wendelförmig verlaufender Strömungskanal für zu erhitzendes Wasser ausgebildet ist. Eine solche Heizpat- rone ist besonders kompakte und ermöglicht durch geringe thermische Masse ein besonders schnelles Aufheizen .

Die beiden elektrischen Heizungen sind bei dieser Bauform als Heizwendel aus- gebildet, die innerhalb des zylindrischen I nnenkörpers wendelförmig um dessen Mittelachse verlaufend in axial benachbarten Abschnitten des I nnenkörpers an- geordnet sind . I nsbesondere können die Heizwendel um einen axial angeordne- ten hitzebeständigen Kern gewunden sein . Der Zwischenraum zwischen den Heizwendeln und der Außenhaut des I nnenkörpers kann mit einem pulverförm i- gen Material, welches einerseits elektrisch isoliert, anderseits wärmeleitend ist, wie etwa Magnesiumoxid oder ein anderes Oxid verfüllt sein .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in Strömungsrichtung hinter dem Durchlauferhitzer mindestens ein Temperatursensor angeordnet. Die Heizungen werden von einer Steuerung angesteuert, derart, dass die Heizung mit der klei- neren Heizleistung in Abhängigkeit des von dem Temperatursensor ermittelten Temperaturwertes geregelt wird , vorzugsweise indem die zweite Heizung zeit- weilig zu- oder abgeschaltet wird , um die Ausgangstemperatur des Heißwassers an eine vorgegebene Solltemperatur anzugleichen .

I m Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind ein erster Temperatursensor in Strömungsrichtung vor dem Durchlauferhitzer und ein zweiter Temperatursensor in Strömungsrichtung hinter dem Durchlauferhitzer angeordnet. Außerdem ist ein Durchflussmesser zur Bestimmung einer Flussmenge an durch den Durch- lauferhitzer strömenden Wassers vorgesehen . Die Steuerung ist hierbei derart ausgebildet bzw. programmiert, dass sie anhand der von dem ersten Tempera- tursensor ermittelten Eingangstemperatur und der Flussmenge eine elektrische Heizleistung für die erste oder die erste und die zweite Heizung vorgibt und dass sie anhand der mittels des zweiten Temperatursensors ermittelten Au s- gangstemperatur die Heizleistung der zweiten Heizung regelt. Der Durchfluss- messer kann außerdem verwendet werden , um die bezogene Wassermenge zu messen und zu dosieren .

U m eine möglichst konstante Durchflussrate zu gewährleisten kann außerdem eine Wasserpumpe vorgesehen werden , die Wasser aus einer Trinkwasserzulei- tung zu dem Durchlauferhitzer fördert. H ierbei kann auch die Pumpleistung der Wasserpumpe regelbar sein bzw. über die Steuerung regelbar sein . Dies ermög- licht einen weiteren Freiheitsgrad zur Regelung der Ausgangstemperatur.

Vorteilhaft ist außerdem ein in Durchflussrichtung hinter dem Durchlauferhitzer angeordnetes, als steuerbares Wegeventil ausgebildetes Drainageventil vorge- sehen , über das durch den Durchlauferhitzer strömendes Wasser statt in Rich- tung der Brühvorrichtung direkt in eine Abwasserleitung oder einen Abwasser- sammelbehälter geleitet werden kann . Das Drainageventil kann während einer Aufwärmphase des Durchlauferhitzers geöffnet und das vom Durchlauferhitzer kommende Wasser in die Abwasserleitung oder den Abwassersammelbehälter geleitet werden . Diese Aufwärmphase wird vorzugsweise bei jedem Bezug eines Heißgetränks ausgeführt, d . h . der Durchlauferhitzer wird nur während eines Produktbezugs betrieben und danach abgestellt.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zubereiten frisch gebrühter Heiß- getränke wird mittels eines Durchlauferhitzers Heißwasser erzeugt und einer Brühvorrichtung zugeleitet. H ierbei ist vorgesehen , dass der Durchlauferhitzer mindestens zwei Heizbereiche mit getrennt ansteuerbaren elektrischen Heizu n- gen aufweist, die von dem zu erhitzenden Wasser nacheinander durchströmt werden .

I nsbesondere wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zweistu- fige Regelung der beiden elektrischen Heizungen durchgeführt, indem eine Flussmenge an durch den Durchlauferhitzer strömenden Wassers und eine Ein- gangstemperatur des dem Durchlauferhitzer zugeleiteten Wassers gemessen und anhand der der Messwerte eine elektrische Heizleistung für die erste oder die erste und die zweite Heizung vorgegeben wird und indem eine Ist- Temperatur des erhitzten Wassers gemessen und anhand der gemessenen Ist- Temperatur die Heizleistung der zweiten Heizung geregelt wird .

Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren . H ierbei zeigt Figur 1 ein Wasserflussschema eines Getränkevollautomaten mit zwei Durch- lauferhitzern und einem integrierten Entkalkungssystem zum automati- schen Entkalken der Durchlauferhitzer,

Figur 2 eine Schnittzeichnung eines im Rahmen der Erfindung eingesetzten

Durchlauferhitzers,

Figur 3 eine schematische Darstellung der in dem Durchlauferhitzer aus Figur

2 verbauten Heizung und

Figur 4 einen Schnitt durch einen Durchlauferhitzer in einem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel .

I n Figur 1 ist in einem sogenannten Wasserlaufschema der Aufbau einer Vor- richtung zum Zubereiten von Heißgetränken gezeigt, wie er etwa bei einem Kaf- feevollautomaten zum Einsatz kommt. Zur Erzeugung von Heißwasser, mit dem Heißgetränke zubereitet werden , dient ein Durchlauferhitzer 1 0. I n Wasserfluss- richtung stromaufwärts des Durchlauferhitzers 1 0 befinden sich eine Wasser- pumpe 1 1 und ein Durchflussmesser 12, die über eine Leitung 1 3 mit dem Durchlauferhitzer 1 0 verbunden sind . Am Heißwasserausgang des Durchlaufer- hitzers 1 0 sind über eine Leitung 14 mehrere Wegeventile 1 5a, 1 5b, 1 5c und 1 6 angeschlossen . Am Eingang und am Ausgang des Durchlauferhitzers 1 0 sind außerdem je ein Temperaturfühler 1 7, 1 8 angeordnet, deren Funktion nachfol- gend genauer erläutert wird .

Zusätzlich zu dem für die Zubereitung von Heißwasser vorgesehenen Durch- lauferhitzer 1 0 besitzt die Vorrichtung einen zweiten Durchlauferhitzer 20, der zur Erzeugung von Dampf dient, der ebenfalls zur Zubereitung von Heißgeträn- ken , beispielsweise zur Nacherwärmung oder zum Aufschäumen von Milch oder anderen Getränken dienen kann . Auch der zweite Durchlauferhitzer 20, der hier zu r Erzeugung von Dampf dient, wird er im Sinne der vorliegenden Erfindung ebenfalls als Heißwassererzeuger im weiteren Sinne verstanden .

Stromaufwärts des zweiten Durchlauferhitzers 20 befinden sich ebenfalls eine Wasserpumpe 21 und ein Durchflussmesser 22, die über eine Leitung 23 mit dem Zulauf des Durchlauferhitzers 20 verbunden sind . Am Heißwasser- bzw. Dampfausgang des Durchlauferhitzers 20 sind über eine Leitung 24 verschiede- ne Wegeventile 25a, 25b, 26 angeschlossen. Wir bei dem Durchlauferhitzer 1 0 sind auch am Eingang und am Ausgang des Durchlauferhitzers 20 je ein Tempe- raturfühler 27, 28 angeordnet, deren Funktion ebenfalls nachfolgend erläutert wird .

Die beiden Durchflussmesser 12, 22 sind im Ausführungsbeispiel jeweils vor den zugehörigen Pumpen 1 1 , 21 angeordnet. Es wäre jedoch in gleicher Weise möglich , die Durchflussmesser 12, 22 in Flussrichtung hinter den zugehörigen Wasserpumpen 1 1 , 21 anzuordnen. Saugseitig sind die beiden Wasserpu m- pen 1 1 , 21 über eine Trinkwasserzuleitung 30 und ein optionales U mschaltven- til 31 mit einem Trinkwasseranschluss 32 des öffentlichen Leitungsnetzes oder einem an oder in dem Gerät vorgesehenen Wassertank 33 verbunden . I m Falle eines Anschlusses an ein öffentliches Leitungsnetz 32 sind in der Zuleitung ein Absperrventil 34, ein Rückschlagventil 35 sowie ein Druckminderer 36 vorgese- hen .

Die Wasserpumpe 1 1 fördert Trinkwasser aus der angeschlossenen Trinkwas- serzuleitung 30 über die Leitung 1 3 zu dem Durchlauferhitzer 1 0, von wo aus das Heißwasser über das Wegeventil 1 5b zu einer Brühgruppe 50 gefördert werden kann . Die Brühgruppe 50 umfasst in an sich bekannter Weise eine Hei- zung 51 , mit der das zugeführte Heißwasser zum Sieden gebracht oder die Brühgruppe vorgewärmt werden kann , und eine Brühkammer 52, in die portio- niertes, frisch gemahlenes Kaffeepulver 53 eingefüllt wird . Eine Brühgruppe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann , ist beispiels- weise in der E P 2561 778 A1 beschrieben , auf die, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden , hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird .

Die Brühgruppe 50 ist so ausgestaltet, dass sie geöffnet werden kann , um eine portionierte Menge Kaffeepulver einzufüllen , welches zuvor in einer Mühle des Kaffeevollautomaten portionsweise frisch gemahlen wurde. Außerdem kann bei geöffneter Brühgruppe nach dem Brühvorgang der verbleibende Kaffeesatz in einen Tresterbehälter ausgeworfen werden . Die Brühgruppe weist außerdem einen beweglichen Kolben auf (nicht dargestellt), der das eingefüllte Kaffeepu l- ver gegen ein in der Brühkammer befindliches Brühsieb verdichtet. Nach Zu- rückfahren des Kolbens kann das so verdichtete Kaffeepu lver von dem unter dem Druck der Pumpe 1 1 stehenden Brühwasser aus dem Durchlauferhitzer 1 0 durchströmt werden . Der fertig gebrühte Kaffee wird von der Brühgruppe 50 über eine Auslassleitung zu einem Auslauf 55 für Kaffeegetränke geleitet. Über das Wegeventil 1 5a kann Heißwasser direkt zu dem Auslauf 55 geleitet werden , beispielsweise zu Reinigungszwecken oder zum Zubereiten von I nstantgeträn- ken . Außerdem kann Heißwasser über das Wegeventil 1 5c auch zu einem sepa- raten Heißwasserauslass 56 geleitet werden , der beispielsweise zur Zubereitung von Tee dient.

Anstatt einer wie hier gezeigten Brühgruppe 50 kann auch eine Brühvorrichtung zum Einsatz kommen , die zur Aufnahme sogenannter Kaffeekapseln oder Kaf- feepads ausgebildet ist.

Von dem zweiten Durchlauferhitzer 20 erzeugter Dampf kann über das Wege- ventil 25a entweder zu einer sogenannten Dampflanze 57 geleitet werden , um beispielsweise Milch aufzuschäumen , außerdem kann Dampf über das Wege- ventil 25b auch zu dem Auslauf 55 geleitet werden , um zum Beispiel über eine separate Leitung (nicht gezeigt) zugeleitete Milch zu erwärmen oder aufzu- schäumen .

Als Wegeventile ausgebildete Drainageventile 1 6 und 26 dienen dazu , den Heißwasserausgang des Durch lauferhitzers 1 0 bzw. des Durchlauferhitzers 20 mit einer sogenannten Drainage, also einer Abwasserleitung oder einem Abwas- sersammelbehälter für Abwasser zu verbinden . Dies ist unter anderem zum Zwecke einer Entkalkung des zugehörigen Durch lauferhitzers 1 0, 20 notwendig, um die durch die Durchlauferhitzer 1 0, 20 geleitete Entkalkerlösung abzuleiten .

Daneben dienen die beiden Drainageventile 1 6, 26 aber auch dazu , in einer Aufwärmphase des zugehörigen Durchlauferhitzers das durchströmende Wasser in die Abwasserleitung oder den Abwassersammelbehälter zu leiten . Somit wird sichergestellt, dass erhitztes Wasser bzw. Wasserdampf erst nach Erreichen einer vorgebbaren Mindesttemperatur in Richtung des zugehörigen Auslasses geleitet werden. Hingegen wird Wasser, dass während des Aufheizvorgangs noch nicht heiß genug ist, in zum Abwasser abgeleitet wird , also nicht zu einem der Auslässe 55, 56, 57 gelangen kann . Der im Ausführungsbeispiel gezeigte Heißgetränkeautomat besitzt außerdem optional ein integriertes Entkalkungssystem 40. Das Entkalkungssystem 40 u m- fasst einen Mischbehälter 41 , einen Vorratsbehälter 42 für flüssiges Entkalker- konzentrat und eine Dosierpumpe 43. Die saugseitig der Wasserpu mpen 1 1 , 21 befindliche gemeinsame Trinkwasserzuleitung 30 kann über einen Umschaltven- til 44 mit einer bis zum Boden des Mischbehälters 41 reichenden Ansauglei- tung 49 verbunden werden , um zum Zwecke einer Entkalkung eine Entkal- kungsmittellösung aus dem Mischbehälter 41 anzusaugen und zu den Durch- lauferhitzern 1 0, 20 zu fördern . Zuvor wird die Entkalkungsmittellösung im Mischbehälter 41 angemischt, indem über die Dosierpumpe 43 eine dosierbare Menge des Entkalkerkonzentrats über die Zuleitung 48 in den Mischbehälter gefördert wird .

Über ein Wegeventil 45, welches mit der druckseitig an die Pumpe 1 1 ange- schlossenen Zuleitung 1 3 verbunden ist, kann mittels der Wasserpumpe 1 1 Frischwasser über die Zuleitung 47 in den Mischbehälter eingefüllt werden . Die Menge des eingefü llten Frischwassers lässt sich hierbei mithilfe des Durch- flussmessers 12 bestimmen , sodass das Ventil 45, nachdem eine vorbestimmte Wassermenge in den Mischbehälter 41 eingefüllt wurde, geschlossen werden kann .

Nachdem die Entkalkungsmittellösung im Mischbehälter 41 angemischt wurde, kann das über das Ventil 44 die Zuleitung 30 mit der Ansaugleitung 49 verbu n- den werden . Anschließend wird das Drainageventil 1 6 geöffnet und über die Wasserpumpe 1 1 die Entkalkungsmittellösung aus dem Mischbehälter 41 durch den Durchlauferhitzer 1 0 gefördert. Anschließend wird das U mschaltventil 44 wieder in die Betriebsstellung zurückgeschaltet, in der die Zuleitung 30 mit dem öffentlichen Wasseranschluss 32 oder dem Wassertank 33 verbunden ist und mittels der Wasserpumpe 1 1 der Durchlauferhitzer 1 0 nochmals mit Frischwas- ser durchgespült. Ein Rückschlagventil 46 verhindert, dass gegebenenfalls noch in der Zuleitung 30 befindliche Entkalkungsmittellösung in den Frischwassertan k 33 zurückströmen kann . I n gleicher Weise kann auch der Durchlauferhitzer 20 entkalkt und gereinigt werden , indem über die Wasserpumpe 21 Entkalkungsmit- tellösung aus dem Mischbehälter 41 durch den Durchlauferhitzer 20 und über das Drainageventil 26 in den Auslauf gefördert wird . Auch wenn der Durchlauferhitzer 20 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von Dampf dient, wird er im Sinne der vorliegenden Erfindung eben- falls als Heißwassererzeuger im weiteren Sinne verstanden . Es ist offensicht- lich, dass das Wegeventil 45 des Entkalkungssystems 40 statt über die Lei- tung 1 3 mit der Wasserpumpe 1 1 auch über die Leitung 23 mit der Wasserpu m- pe 21 verbunden sein kann .

Bei den Durch lauferhitzern 1 0, 20, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen , handelt es sich um kompakte Durchlauferhitzer in Form soge- nannter Heizpatronen . Eine solche Heizpatrone ist in Figur 2 näher gezeigt. Sie besitzt einen dünnwandigen zylindrischen I nnenkörper 1 02, dessen Mantelflä- che 1 04 außenseitig mit einer wendelförmig verlaufenden Rippung bzw. wendel- förmigen N ut 1 06 versehen ist, die nach außen hin von einem äußeren zylindri- schen Mantel 1 08 begrenzt wird und so einen Strömungskanal für das zu erhit- zende Leitungswasser bildet. Zwischen äußerem Mantel 1 08 und I nnenkörper 1 02 kann sich optional noch eine Dichtung beispielsweise in Form einer elasti schen Silikonhülle 1 09 befinden , die eine Leckströmung quer zum wendelförmi- gen Strömungskanal 1 06 verhindert.

I m I nneren des I nnenkörpers befindet sich eine Heizeinheit 1 1 0, welche einen Kern 1 12 aus hitzebeständigem Material , beispielsweise Keramik, und um den Kern 1 12 gewundene elektrische Heizdrähte 1 14 umfasst. Der Zwischenraum zwischen der Außenhaut des I nnenkörpers und der Heizeinheit 1 1 0 ist mit einem elektrisch isolierenden Material 1 05 befüllt, insbesondere mit einem verdichte- ten , pulverförmigen Material 1 05. Vorliegend ist der Zwischenraum mit Magnesi- umoxid ausgefüllt.

An einer Stirnseite des Durchlauferhitzers 1 0, 20 sind elektrische Anschlüsse 1 1 3 der Heizeinheit 1 1 0 angeordnet, von denen in dem gezeigten Schnitt nur einer zu erkennen ist. Eine stirnseitige Schutzkappe 1 1 5 verdeckt und schützt die elektrischen Anschlüsse 1 1 3 vor versehentlicher Berührung.

An der Außenhülle 1 08 sind die Anschlüsse 1 08a, 1 08b angebracht, die mit den Zu- und Ableitungen für das zu erwärmende Wasser verbunden werden . Der zylindrische Innenkörper 102 kann aus lebensmitteltauglichem Edelstahl hergestellt werden. Die Außenhülle 108 besteht bevorzugt aus einem hitzebe- ständigen Kunststoff oder ebenfalls aus Edelstahl. Statt in der Mantelfläche 104 des Innenkörpers kann der wendelförmige Strömungskanal auch an der Innen- fläche der Außenhülle 108 ausformt sein. Die Mantelfläche 104 des Innenkör- pers 102 kann in diesem Fall glatt, also nicht gerippt ausgeführt sein.

Die Heizeinheit 110 ist in zwei getrennt ansteuerbare Heizbereiche 110a, 110b unterteilt. Die aufeinanderfolgenden Heizbereiche 110a, 110b werden von dem durchströmenden und zu erhitzenden Wasser nacheinander durch- bzw. um- strömt. Die Heizeinheit 110 ist somit zweiteilig aus zwei aufeinanderfolgenden Heizungen 114a, 114b aufgebaut. Dies kann wie in Figur 3 gezeigt dadurch er- reicht werden, dass der auf den Keramikkern 112 gewickelte Heizwendel 114a, 114b mit einem Mittelabgriff 116 versehen ist. Ebenso können auch separate Heizdrähte 114a, 114b auf die den aufeinanderfolgenden Heizbereichen 110a, 110b zugeordneten Bereich des Keramikkerns 112 gewickelt sein. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die beiden Heizungen 114a, 114b unterschiedliche elektrische Nennleistungen aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Heiz- wendel bzw. Abschnitt 114a die doppelte Nennleistung des zweiten 114b er- reicht, d.h. eine Aufteilung der Heizleistung im Verhältnis 2:1. In Figur 3 ist dies dadurch gezeigt, dass der erste Bereich 114a des Heizdrahtes 114 doppelt so lang ist, wie der zweite Bereich 114b.

Die beiden Heizbereiche sind so angeordnet, dass der stromaufwärtige erste Heizbereich 110a, der zuerst von zu erhitzendem Wasser durch- bzw. umströmt wird, die Heizwendel 114a mit der höheren Nennleistung und der stromabwärti- ge zweite Heizbereich 110b, der in Strömungsrichtung hinter dem ersten Heiz- bereich 110a angeordnet ist, die Heizwendel 114b mit der niedrigeren Nennleis- tung aufweisen.

Der erste Heizwendel 114a kann somit so betrieben werden, dass er eine Art Grundlast erzeugt und bei konstanter Leistung arbeitet. Die zweite Heizstufe wird zur Regelung der Ausgangstemperatur zeitweilig zugeschaltet. Die Rege- lung erfolgt somit nahe am Ausgang des Durchlauferhitzers 10, 20. Hierdurch wird eine schnellere Regelung erreicht. Überschwinger beim Umschalten des Drainage-Ventils aufgrund sinkender Durchflussrate fallen geringer aus. Außer- dem hat sich herausgestellt, dass die Verkalkung des Durchlauferhitzers auf diese Weise vermindert wird. Dies mag daran liegen, dass eine lokale Überhit- zung des Wassers bis zum Sieden und damit verbundene Kalkablagerungen durch die schnellere Regelung vermieden werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Durchlauferhitzer 10, 20 ist in Figur 4 gezeigt. Gleiche und gleichwirkende Teile sind hierbei mit gleichen Bezugszei- chen versehen wir bei dem Durchlauferhitzer in Figur 2. Bei dem in Figur 4 ge- zeigten Durchlauferhitzer besitzt der Innenkörper 102 eine nicht gerippte, glatte Mantelfläche 104 aus Edelstahl. Der äußere Mantel 108 besteht ebenfalls aus Edelstahl und auf seiner dem Innenkörper 102 zugewandten Innenseite ist die wendelförmige Rippung 106 ausgebildet, so dass sich wie im ersten Ausfüh- rungsbeispiel auch ein wendelförmig zwischen Innenkörper 102 und äußerem Mantel 108 verlaufender Strömungskanal für das zu erhitzende Leitungswasser ergibt. Eine Dichtung zwischen Innenkörper 102 und äußerem Mantel 108 wird ist benötigt.

Der Keramikkörper 112 der Heizeinheit 110, um den die Heizwendel 114a, 114b verlaufen, hat einen größeren Umfang als im ersten Ausführungsbeispiel, so dass der verbleibende Ringspalt 105 zwischen dem Keramikkörper 112 und der dünnwandigen Edelstahlhülle 104 des Innenkörpers 102 wesentlich schmaler ausfällt. Der Ringspalt 105 ist zur elektrischen Isolation der Heizwendel 114a,

114b und zur thermischen Überbrückung des Ringspalts 105 wie im ersten Aus- führungsbeispiel auch mit verdichtetem Magnesiumoxid ausgefüllt ist. Die bei- den Heizbereiche 110a, 110b sind durch einen Spaltabstand, der durch eine Ringnut 115 im Außenumfang des Keramikkörpers 112 ausgebildet ist, zusätz- lich thermisch und elektrisch getrennt. In der Figur angedeutet ist ebenfalls, dass die wendelförmig verlaufenden Heizdrähte 114a, 114b der beiden Heizbe- reiche 110a, 110b unterschiedlichen Querschnitt haben. Der Heizwendel 114a des ersten Heizbereichs 110a hat, da er für eine höhere elektrische Heizleistung ausgelegt ist, einen größeren Querschnitt als der Heizwendel 114b des zweiten Heizbereichs 110b. Die elektrischen Anschlüsse 113 für den ersten und den zweiten Heizwendel 114a, 114b befinden wie im ersten Ausführungsbeispiel auch auf der linken Stirnseite der Heizpatrone. Der im Ausführungsbeispiel beschriebene Kaffeevollautomat besitzt außerdem eine programmierbare Steuerung 60 mit einem Prozessor 62 und eine mit der Steuerung 60 verbundene Benutzerschnittstelle 61 , beispielsweise in Form ei- nes berührungsempfindlichen Displays oder einer anderweitigen Anzeige- und Eingabeeinheit. Ü ber die Steuerung 60 werden die Funktionen der Wasserpu m- pen 1 1 , 21 , sämtlicher Wegeventile, die Heizungen 1 14a, 1 14b der Durchlaufer- hitzer 1 0, 20 sowie des optionalen Entkalkungssystems 40 und dessen Dosier- pumpe 43 angesteuert. Die Steuerung liest auch die Messwerte von den Durch- flussmessern 12, 22 und den Temperatursensoren 1 7, 1 8, 27, 28 aus. Über die Steuerung 60 kann somit sowohl im normalen Betrieb die Zubereitung von Kaf- feegetränken oder anderen Heißgetränken gesteuert werden , als auch eine Entkalkung der Durchlauferhitzer 1 0, 20 mittels des Entkalkungssystems 40 durchgeführt werden . Eine entsprechende Steuerschaltung 60 kann in an sich bekannter Weise unter Verwendung eines programmierbaren Prozessors imple- mentiert werden .

Die mittels der Steuerung 60 lässt sich eine zweistufige Regelung der Heißwas- sertemperatur realisieren . I n einer sogenannten Feed-Forward-Regelung werden Eingangstemperatur und die Flussmenge erfasst und die elektrische Heizleis- tung wird unter Ausnutzung der bekannten Wärmekapazität von Wasser vorein- gestellt. Diese Stufe dient der Grobregelung. I n einer zusätzlichen Feinregelung wird die Ausgangstemperatur gemessen und die Heizleistung entsprechend nachreguliert (Feedback-Regelung). Durch die Feed-Forward-Regelung wird die Durchlaufzeit als Regelverzögerung umgangen , die Solltemperatur wird schnel- ler erreicht. Die zusätzliche Nachregelung anhand der Ist-Temperatur erreicht eine noch genauere Regelung der Ausgangstemperatur und vermeidet außer- dem herstellungsbedingte Temperaturunterschiede zwischen unterschied lichen Durchlauferhitzern einer Serie.

Die erläuterte zweistufige Regelung lässt sich grundsätzlich bei jedem Durch- lauferhitzer vorteilhaft einsetzen und ist von dem Aufbau des Durchlauferhitzers mit zwei hintereinander angeordneten Heizbereichen 1 00a, 1 00b unabhängig.

I m Zusammenspiel mit den beiden getrennt regelbaren Heizbereichen ergibt sich jedoch der zusätzliche Vorteil, dass ein erster der beiden Heizbereiche - oder auch beide Heizbereiche - für die Feed-Forward-Regelung eingesetzt wer- den können , d .h . es wird eine Heizleistung für den ersten Heizbereich oder für beide Heizbereiche vorgegeben. Für die nachgeschaltete Feedback-Regelung wird dann nur der in Flussrichtung hintere Heizbereich 1 1 0b angesteuert. Dieser kann zeitweilig zu- oder abgeschaltet werden , um die Ausgangstemperatur zu erhöhen oder zu erniedrigen , oder dessen aus der Feed-Forward-Regelung vor- gegebene Leistung wird zeitweilig um ein Leistungsinkrement erhöht oder er- niedrigt. Diese sowohl zweistufige als auch zweigeteilte Regelung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn wie erläutert der in Flussrichtung erste Heizbe- reich eine höhere Heizleistung als der in Flussrichtung nachfolgende Heizbe- reich hat.

I m vorliegenden Fall sind in Strömungsrichtung vor dem Durchlauferhitzer 1 0 der Temperatursensor 1 8 sowie in Strömungsrichtung vor dem Durchlauferhitzer 20 der Temperatursensor 28 angeordnet, die jeweils die Eingangstemperatur am zugehörigen Durchlauferhitzer 1 0, 20 messen . Außerdem ist vor jedem der bei- den Durchlauferhitzer 1 0, 20 ein Durchflussmesser 12, 22 zur Bestimmung einer Flussmenge des durch den Du rchlauferhitzer strömenden Wassers vorhanden . Die Steuerung 60 ist derart programmiert, dass sie anhand der von dem Tempe- ratursensor 1 7 bzw. 27 ermittelten Eingangstemperatur und der Flussmenge eine elektrische Heizleistung für den ersten Heizbereich 1 1 0a vorgibt. Diese ergibt sich aufgrund der bekannten Wärmekapazität von Wasser, der strö- mungsbedingten Verweildauer des Wassers im ersten Heizbereich 1 1 0a und eines Wärmeübergangskoeffizienten , der die I ntensität des Wärmeübergangs an der Grenzfläche entlang des wendelförmigen Strömungskanales 1 06 beschreibt.

Jeweils in Strömungsrichtung hinter dem jeweiligen Durchlauferhitzer 1 0, 20, sind die Temperatursensoren 1 8, 28 angeordnet und messen die tatsächliche Ist-Temperatur am Ausgang des betreffenden Durchlauferhitzers 1 0, 20. Die Steuerung 60 ist in H inblick auf diese Messwerte so programmiert, dass sie an- hand der jeweils tatsächlich gemessen Ist-Temperatur am Ausgang die Heizleis- tung der zweiten , in Flussrichtung nachfolgenden Heizung 1 14b regelt, indem sie den zweiten Heizwendel 1 14b kurzzeitig zu- oder abschaltet, um die Ist- Temperatur zu erhöhen oder zu erniedrigen .

Die über die Feed-Forward-Regelung grob voreingestellte Temperatur kann et- was unter der gewünschten Soll-Temperatur liegen , so dass dann über die zwei- te Regelstufe, der Feedback-Regelung anhand der gemessenen der Ist- Temperatu r, die Differenz zur gewünschten Soll-Temperatur erreicht wird .

Die Zubereitung eines Heißgetränks, insbesondere Kaffeegetränks, läuft folgen- dermaßen ab. Zu Beginn eines Produktbezugs wird die Wasserpumpe 1 1 ange- schaltet und pumpt Wasser aus der Zuleitung 30 in Richtung des Durchlauferhit- zers 1 0. Das Drainageventil 1 6 ist stromlos geöffnet, so dass das Wasser von dem Durchlauferhitzer 1 0 kommend über die Leitung 14 in den Abfluss fließt.

Die Ventile 1 5a, 1 5b und 1 5c sind geschlossen . Die Heizung des Durchlauferhit- zers 1 0 wird angeschaltet. Die Temperatur des durchströmenden Wassers steigt an bis zu einer gewünschten Solltemperatur. Ist die Solltemperatur erreicht, wird das Drainageventil 1 6 geschlossen (Spulenstrom an) und das Ventil 1 5b geöff- net, so dass das nun genügend heiße Wasser nicht mehr zum Abfluss, sondern zur Brühkammer 50 geleitet wird . Es beginnt die Zubereitung eines Kaffeege- tränks, welches am Auslauf 55 ausgegeben wird . Die Wassertemperatur wird durch Regelung der Heizleistung des Durchlauferh itzers 1 0 in der zuvor erläu- terten Weise im Rahmen der Regelgenauigkeit konstant gehalten .

Ist die Zubereitung des Kaffeegetränks abgeschlossen , so wird das Ventil 1 5b geschlossen und das Drainageventil 1 6 wieder geöffnet. Gleichzeitig wird die Heizung des Durchlauferhitzers 1 0 abgeschaltet. Die Pumpe 1 1 fördert noch eine Weile weiter, so dass bei ausgeschalteter Heizung die Wassertemperatur am Ausgang des Durchlauferhitzers 1 0 absinkt, da dieser abkühlt. Anschließend wird auch die Wasserpumpe 1 1 abgeschaltet. Für einen weiteren Produktbezug wird dieses Vorgehen wiederholt.