DE102009045069B4 - Method for determining the delivery volume of a piston pump of a drinks vending machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung des Fördervolumens einer Kolbenpumpe als Fördereinrichtung eines Getränkeautomaten, insbesondere Kaffeevollautomaten, mit Hilfe eines Mikrofons, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Mikrofon ein Anschlagen eines Kolbens der Kolbenpumpe und eine Anschlagslautstärke oder ein hierfür vorgesehenes Ersatzsignal erfasst, – ein Mikrocontroller die Kolbenpumpe anregt und steuert, und – eine Zeitmesseinrichtung eine Zeitspanne zwischen einer Anregung und einem Anschlagen des Kolbens misst, – wobei der Mikrocontroller derart ausgebildet ist, dass er aus den von der Zeitmesseinrichtung und dem Mikrofon erfassten Werten ein Fördervolumen der Kolbenpumpe ermittelt.A method for determining the delivery volume of a piston pump as a conveyor of a beverage vending machine, in particular coffee machines, using a microphone, characterized in that - a microphone detects a striking a piston of the piston pump and a stop volume or a replacement signal provided for this purpose, - a microcontroller, the piston pump stimulates and controls, and - a time measuring device measures a time span between an excitation and a striking of the piston, - wherein the microcontroller is designed such that it determines a delivery volume of the piston pump from the values detected by the time measuring device and the microphone.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Fördervolumens einer Kolbenpumpe eines Getränkeautomaten, insbesondere Kaffeevollautomaten. The present invention relates to a method for determining the delivery volume of a piston pump of a beverage vending machine, in particular automatic coffee machines.
Bei herkömmlichen Getränkeautomaten wird eine Durchflussleistung einer Pumpe üblicherweise über eine Durchflussmesseinrichtung (Flowmeter) gemessen und anhand der dabei ermittelten Messwerte die Kolbenpumpe geregelt. Die Durchflussmesseinrichtung stellt dabei einen nicht zu unterschätzenden Kostenfaktor dar, welcher die Herstellungskosten für eine derartige Kolbenpumpe bzw. für einen derartigen Getränkeautomaten in nicht zu unterschätzender Weise beeinflusst. Die
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform für ein Verfahren zur Ermittlung des Fördervolumens einer Kolbenpumpe eines Getränkeautomaten anzugeben, bei welcher insbesondere eine Bestimmung des Durchflusses durch die Kolbenpumpe und damit eine Regelung des Fördervolumens der Kolbenpumpe alternativ, das heißt insbesondere ohne sogenanntes Flowmeter, erfolgt. The present invention is concerned with the problem of providing an improved embodiment of a method for determining the delivery volume of a piston pump of a beverage vending machine, in which in particular a determination of the flow through the piston pump and thus a control of the delivery volume of the piston pump alternatively, that is, in particular without so-called Flowmeter, done.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung des Fördervolumens einer Kolbenpumpe als Fördereinrichtung eines Getränkeautomaten, insbesondere Kaffeevollautomaten, mit Hilfe eines Mikrofons gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
- – ein Mikrofon ein Anschlagen eines Kolbens der Kolbenpumpe und eine Anschlagslautstärke oder ein hierfür vorgesehenes Ersatzsignal erfasst,
- – ein Mikrocontroller die Kolbenpumpe anregt und steuert, und
- – eine Zeitmesseinrichtung eine Zeitspanne zwischen einer Anregung und einem Anschlagen des Kolbens misst,
- – wobei der Mikrocontroller derart ausgebildet ist, dass er aus den von der Zeitmesseinrichtung und dem Mikrofon erfassten Werten ein Fördervolumen der Kolbenpumpe ermittelt.
- A microphone detects a striking of a piston of the piston pump and a stop volume or a replacement signal provided for this,
- A microcontroller energizes and controls the piston pump, and
- A time measuring device measures a time span between an excitation and a striking of the piston,
- - Wherein the microcontroller is designed such that it determines a delivery volume of the piston pump from the values detected by the time measuring device and the microphone.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Kolbenpumpe als Fördereinrichtung für einen Getränkeautomaten, eine bisher üblicherweise eingesetzte Durchflussmesseinrichtung (Flowmeter) durch ein Mikrofon, wie beispielsweise ein Klopfsensor, eine Zeitmesseinrichtung und einen Mikrocontroller zu ersetzen und dadurch die Bestimmung des Durchflusses durch die Kolbenpumpe auf alternative und insbesondere kostengünstigere Weise zu erreichen. Generell soll unter dem Begriff Mikrofon eine Einrichtung zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschall verstanden werden. Das erwähnte Mikrofon ist dabei in der Lage, ein Anschlagen eines Kolbens der Kolbenpumpe sowie eine Anschlaglautstärke oder ein hierfür vorgesehenes Ersatzsignal zu erfassen, wogegen der Mikrocontroller dazu da ist, die Kolbenpumpe anzuregen und zu steuern. Mittels der erwähnten Zeitmesseinrichtung kann eine Zeitspanne zwischen einer Anregung der Kolbenpumpe durch den Mikrocontroller und einem Anschlagen des Kolbens an einem Endanschlag gemessen werden. Aus den hierbei ermittelten Werten, das heißt der gemessenen Zeit zwischen der Anregung der Kolbenpumpe und dem Anschlagen des Kolbens und dem Anschlaggeräusch kann der Mikrocontroller ein Fördervolumen der Kolbenpumpe ermitteln, so dass auf die bisher erforderliche Durchflussmesseinrichtung verzichtet werden kann. Das Mikrofon ist dabei im Bereich des Kolbens bzw. eines Endanschlags des Kolbens an der Kolbenpumpe angeordnet. Die Zeitmesseinrichtung misst bei einem sinusförmigen Stromverlauf einen sogenannten Zeitschaltpunkt, der dem Einschalten der Kolbenpumpe entspricht und ermittelt ab diesem Zeitschaltpunkt die Zeitspanne bis zum Anschlagen des Kolbens. The present invention is based on the general idea to replace in a piston pump as a conveyor for a beverage vending machine, a previously commonly used flow meter (flow meter) by a microphone, such as a knock sensor, a time measuring device and a microcontroller and thereby determining the flow through the Piston pump to achieve alternative and more cost-effective in particular. In general, the term microphone is to be understood as a device for detecting airborne and / or structure-borne noise. The mentioned microphone is able to detect a striking of a piston of the piston pump and a stop volume or a replacement signal provided for this, whereas the microcontroller is there to excite the piston pump and control. By means of the mentioned time measuring device, a time span between an excitation of the piston pump by the microcontroller and a striking of the piston at an end stop can be measured. From the values determined here, that is to say the measured time between the excitation of the piston pump and the striking of the piston and the impact noise, the microcontroller can determine a delivery volume of the piston pump, so that the previously required flow measuring device can be dispensed with. The microphone is arranged in the region of the piston or an end stop of the piston on the piston pump. The time measuring device measures at a sinusoidal current curve a so-called time switching point, which corresponds to switching on the piston pump and determined from this time switching point, the time to strike the piston.
Gleichzeitig ist denkbar, dass für den Fall, in welchem die Kolbenpumpe zu einem Zeitschaltpunkt angeregt wird, der nur zu einem sehr schwachen, das heißt kaum wahrnehmbaren Anschlagen des Kolbens führt, ein Taktmuster (Ersatzsignal) vom Mikrocontroller vorgegeben wird, welches den Kolben der Kolbenpumpe zu einem zumindest leisen Anstoßen am Endanschlag anregt. Aus der Stärke der Anregung der Kolbenpumpe und/oder anhand der beim Anschlag erfassten Anschlaglautstärke ist der Mikrocontroller in der Lage, auf einen in der Kolbenpumpe herrschenden Gegendruck zu schließen. At the same time it is conceivable that for the case in which the piston pump is excited to a timing point, which leads only to a very weak, that is barely perceptible striking the piston, a clock pattern (replacement signal) is specified by the microcontroller, which the piston of the piston pump stimulates at least a soft abutment at the end stop. From the strength of the excitation of the piston pump and / or based on the stop volume detected during the stop, the microcontroller is able to close a prevailing in the piston pump back pressure.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Mikrocontroller derart ausgebildet, dass er die vom Mikrofon erfassten akustischen Signale, das heißt insbesondere das Anschlagen des Kolbens am Endanschlag, auswertet und die Kolbenpumpe derart ansteuert, dass vom menschlichen Gehör als störend empfundene Geräusche zumindest reduziert werden können. Beim Betrieb der Kolbenpumpe kann es unter Umständen vorkommen, dass diese akustische Signale in einem Frequenzbereich erzeugt, die vom menschlichen Gehör als unangenehm empfunden werden. Werden derartige akustische Signale, welche vorab definiert werden, vom Mikrofon erfasst und an den Mikrocontroller übermittelt, ist dieser in der Lage, die Kolbenpumpe derart anzusteuern, dass diese vom menschlichen Gehör als störend empfundenen Geräusche nicht mehr oder nur noch in stark reduziertem Maße erzeugt werden. Hierdurch kann insbesondere eine Komfortsteigerung erzielt werden, da die Kolbenpumpe bzw. ein mit der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ausgestatteter Getränkeautomat selbstständig in der Lage ist, für den Menschen unangenehme Geräusche zu eliminieren, zumindest aber zu reduzieren. Hierbei kann insbesondere auch eine sogenannte Fourriertransformation eingesetzt werden, mittels welcher es möglich ist, aus einem Messsignal ein Frequenzspektrum zu berechnen und dann ausschließlich relevante Frequenzen weiter zu betrachten, während Frequenzen von Störgeräuschen ignoriert werden können.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the microcontroller is designed such that it evaluates the acoustic signals detected by the microphone, that is, in particular striking the piston at the end stop, and controls the piston pump in such a way that noise perceived by human hearing as disturbing at least is reduced can be. During operation of the piston pump, it may sometimes happen that this generates acoustic signals in a frequency range that are perceived by the human ear as unpleasant. If such acoustic signals, which are defined in advance, detected by the microphone and transmitted to the microcontroller, this is able to control the piston pump such that these are perceived by human hearing as disturbing noises or only to a much reduced extent , In this way, in particular, an increase in comfort can be achieved, since the piston pump or a drink dispenser equipped with the piston pump according to the invention is capable of eliminating, but at least reducing, unpleasant noises for humans. In this case, in particular, a so-called Fourriertransformation can be used, by means of which it is possible to calculate a frequency spectrum from a measurement signal and then exclusively to consider relevant frequencies, while frequencies of noise can be ignored.
Zweckmäßig ist im Bereich des Mikrofons oder des Mikrocontrollers ein Akustikfilter vorgesehen, welches nicht von der Kolbenpumpe erzeugte Akustiksignale herausfiltert. Um den Durchfluss, das heißt das Fördervolumen der Kolbenpumpe möglichst exakt bestimmen zu können, ist sowohl eine exakte Zeiterfassung als auch eine exakte Erfassung der akustischen Signale erforderlich. Hierbei können sich Störgeräusche unter Umständen negativ auswirken und je nach Geräuschintensität den vom Mikrocontroller ermittelten Durchfluss verfälschen, wodurch dieser nicht mehr in der Lage ist, die Kolbenpumpe optimal anzusteuern bzw. zu regeln und dadurch qualitativ hochwertige Getränke herzustellen. Mit einem derartigen Akustikfilter können die nicht eindeutig der Bestimmung des Fördervolumens zuzurechnenden akustischen Störgeräusche zumindest reduziert, vorzugsweise sogar eliminiert werden, wodurch der Mikrocontroller in der Lage ist, den Durchfluss, das heißt das Fördervolumen der Kolbenpumpe besonders exakt zu bestimmen. Suitably, an acoustic filter is provided in the region of the microphone or the microcontroller, which filters out not generated by the piston pump acoustic signals. In order to be able to determine the flow rate, that is to say the delivery volume of the piston pump, as accurately as possible, both an exact time recording and an exact detection of the acoustic signals are required. This noise may under certain circumstances have a negative effect and distort the flow determined by the microcontroller depending on the noise intensity, whereby this is no longer able to optimally control the piston pump or regulate and thereby produce high quality drinks. With such an acoustic filter, the acoustic noise that is not clearly attributable to the determination of the delivery volume can be at least reduced, preferably even eliminated, whereby the microcontroller is able to determine the flow rate, that is to say the delivery volume of the piston pump, with particular accuracy.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist die Kolbenpumpe in einem Getränkeautomaten, insbesondere in einem Kaffeevollautomaten eingebaut und zugleich eine Heizvorrichtung vorgesehen, die ebenfalls vom Mikrocontroller gesteuert wird. Durch die Verbindung der Steuerung der Kolbenpumpe und der Heizeinrichtung kann insbesondere im Bereich eines Milchaufschäumers ein qualitativ erstklassiger Milchschaum erzeugt werden, da der Mikrocontroller nicht nur das Fördervolumen, sondern zusätzlich auch die Heizleistung der Heizeinrichtung kontrolliert. Neben der Herstellung von Milchschaum kann die gleichzeitige Kontrolle der Heizeinrichtung und der Kolbenpumpe durch den Mikrocontroller auch die Qualität anderer Getränke, wie beispielsweise mit Dampf verfeinerte Getränke, erhöhen. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the piston pump is installed in a beverage vending machine, in particular in a coffee machine and at the same time a heating device is provided, which is also controlled by the microcontroller. By combining the control of the piston pump and the heater, a qualitatively first-class milk froth can be produced, in particular in the region of a milk frother, since the microcontroller not only controls the delivery volume but also the heating capacity of the heating device. In addition to producing milk froth, the simultaneous control of the heater and piston pump by the microcontroller may also increase the quality of other beverages, such as steam refined beverages.
Generell bietet das erfindungsgemäße Verfahren den großen Vorteil, dass eine bisher zur Bestimmung des Fördervolumens der Kolbenpumpe erforderliche Durchflussmesseinrichtung (Flowmeter) nunmehr entfallen kann, wodurch die Kolbenpumpe insgesamt kostengünstiger hergestellt, trotzdem aber exakt gesteuert werden kann. In general, the method according to the invention offers the great advantage that a flow measuring device (flowmeter) previously required for determining the delivery volume of the piston pump can now be dispensed with, as a result of which the piston pump can be produced overall at lower cost, but nevertheless can be controlled precisely.
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