DE202019103392U1

DE202019103392U1 - Gefüllte Kaffeekapsel und Kaffeemaschine zum Brühen der gefüllten Kaffeekapsel

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Publication number: DE202019103392U1
Application number: DE202019103392.4U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: DE102020116006A1

Abstract

Gefüllte Kaffeekapsel (1) zum Einsatz in einer Kaffeemaschine (100) mit den folgenden Merkmalen:- es sind ein Kapselboden (4) und eine umlaufende Kapselwand (5) vorgesehen, wobei sich die umlaufende Kapselwand (5) vom Kapselboden (4) aus erstreckt und einen Kaffeeaufnahmeraum (6) umgrenzt;- es ist ein Kaffeepulver-Formling (20) vorgesehen, der in dem Kaffeeaufnahmeraum (6) angeordnet ist;- es ist eine Kapseldeckelanordnung (10) vorgesehen, durch die der Kaffeeaufnahmeraum (6) verschlossen ist;- der Kaffeepulver-Formling (20) umfasst zumindest n Presssegmente (211, ..., 21n), mit n ≥ 2 oder n ≥ 3 oder n ≥ 4 oder n ≥ 5;- jedes der n Presssegmente (211, ..., 21n) umfasst in Form gepresstes Kaffeepulver;- die n Presssegmente (211, ..., 21n) sind in Richtung einer Längsachse (22) des Kaffeepulver-Formlings (20) aufeinander gestapelt angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine gefüllte Kaffeekapsel sowie eine Kaffeemaschine zum Brühen der gefüllten Kaffeekapsel.
In der heutigen Zeit sind Kaffeekapseln bekannt, in denen Kaffeepulver zum späteren Gebrauch vorportioniert enthalten ist. Diese Kaffeekapseln haben einen Kapselboden und einen Kapseldeckel, wobei sowohl der Kapselboden als auch der Kapseldeckel in der Kaffeemaschine eingestochen werden. Über den Kapselboden wird heißes Wasser in die Kapsel eingepresst und über den eingestochenen Kapseldeckel wird der aufgebrühte Kaffee entnommen. Derartig versiegelte Kaffeekapseln haben den Vorteil, dass das Aroma des Kaffees länger erhalten bleibt als dies bei gemahlenem Kaffee der Fall ist. Für einen Kaffeetrinker ist es außerdem ohne weiteres möglich sich mit Kaffeekapseln verschiedener Mischungen und Stärken zu bevorraten, um beispielsweise am Morgen einen Espresso zu trinken und am Abend auf eine entkoffeinierte Mischung umzusteigen.
Eine derartige Kaffeekapsel ist beispielsweise aus der EP 1 566 127 A2 bekannt. In den aufgeführten Beispielen wird beispielsweise eine Extraktionsausbeute von 20,8% erreicht. Hierbei werden 5g gemahlenen Kaffees verwendet. Der mittlere Korndurchmesser des Kaffeepulvers beträgt ca. 0,35mm. Gleichzeitig werden ca. 40g Wasser verwendet.
In einem anderen Beispiel werden 6,5g dunkel gerösteter Kaffee verwendet. Der mittlere Korndurchmesser des Kaffeepulvers beträgt ca. 0,312 mm. Nun werden ca. 110g Brühwasser verwendet. Die Extraktionsausbeute liegt bei ca. 26%.
Nachteilig an den Kaffeekapseln aus dem Stand der Technik ist, dass nur ein Teil (weniger als 30%) der Aromen aus dem Kaffeepulver während des Brühvorgangs tatsächlich extrahiert werden und dass unverhältnismäßig viel Material benötigt wird, um die Kaffeekapseln herzustellen, welches danach im Hausmüll landet.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung eine gefüllte Kaffeekapsel zu schaffen, die im Brühvorgang mehr Aromen abgibt, wobei für die Herstellung der gefüllten Kaffeekapseln weniger Ausgangsmaterial notwendig ist. Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung eine Kaffeemaschine zu schaffen, mit welcher die gefüllte Kaffeekapsel verwendet werden kann.
Die Aufgabe wird bezüglich der gefüllten Kaffeekapsel durch den Anspruch 1 und bezüglich der Kaffeemaschine durch den Anspruch 35 gelöst. In den Ansprüchen 2 bis 34 werden erfindungsgemäße Weiterbildungen der gefüllten Kaffeekapsel beschrieben. In den Ansprüchen 36 bis 49 werden erfindungsgemäße Weiterbildungen der Kaffeemaschine erläutert.
Die gefüllte Kaffeekapsel umfasst einen Kapselboden und eine umlaufende Kapselwand. Die umlaufende Kapselwand erstreckt sich vom Kapselboden aus, wobei durch die umlaufende Kapselwand und den Kapselboden ein Kaffeeaufnahmeraum umgrenzt ist. Anstelle eines Kapselbodens kann auch von einem Kapselgehäuseboden und anstelle von der umlaufenden Kapselwand kann auch von der umlaufenden Kapselgehäusewand gesprochen werden. Der Kapselboden und die umlaufende Kapselwand stellen dabei das Kapselgehäuse dar. Die gefüllte Kaffeekapsel umfasst außerdem einen Kaffeepulver-Formling, der in den Kaffeeaufnahmeraum angeordnet ist. Der Kaffeeaufnahmeraum ist weiterhin durch eine Kapseldeckelanordnung verschlossen, so dass der Kaffeepulver-Formling nicht aus der Kaffeekapsel herausfallen kann. Der Kaffeepulver-Formling umfasst zumindest n-Presssegmente, mit n ≥ 2, n ≥ 3, n ≥ 4 oder n ≥ 5. Jedes dieser n-Presssegmente umfasst dabei in Form gepresstes Kaffeepulver. Die n-Presssegmente sind dabei in Richtung einer Längsachse des Kaffeepulver-Formlings aufeinander gestapelt angeordnet und liegen insbesondere lose aufeinander auf. Die Längsachse durch den Kaffeepulver-Formling verläuft dabei parallel oder identisch zu einer Längsachse der gefüllten Kaffeekapsel, die sich vom Kapselboden in Richtung der Kapseldeckelanordnung erstreckt.
Es ist besonders vorteilhaft, dass ein Kaffeepulver-Formling verwendet wird, der aus einzelnen Presssegmenten besteht. Dadurch, dass das Kaffeepulver verpresst (getapert) wird, erhöht sich die Dichte des Kaffeepulvers. Dieselbe Menge Kaffeepulver kann daher auf einem geringeren Volumen untergebracht werden, wodurch weniger Ausgangsmaterial zur Herstellung der Kaffeekapsel (z.B. Kapselboden, umlaufende Kapselwand, Kapseldeckelanordnung) notwendig ist. Weiterhin wird durch Einsatz dieser Presssegmente erreicht, dass das Brühwasser länger in der gefüllten Kaffeekapsel verweilt und nicht unmittelbar durch nicht verpresstes Kaffeepulver hindurch fließt. Durch die längere Verweilzeit des Brühwassers können mehr Aromen extrahiert werden. Insgesamt bedeutet dies, dass nicht nur das Volumen des Kaffeeaufnahmeraums der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel niedriger ist als das Volumen in bekannten Kaffeekapseln, sondern dass auch weniger Kaffeepulver notwendig ist, um dieselben geschmacklichen Ergebnisse zu erzielen. Selbst wenn nur kleine Mengen Kaffeepulver pro Kaffeekapsel eingespart werden, so stellt sich aufgrund des großen Marktes für Kaffeekapseln ein sehr großer Effekt ein. Durch Verwenden des verpressten Kaffeepulver-Formlings entweichen Aromastoffe nicht mehr so leicht. Dadurch kann eine Kaffeekapsel bzgl. des Kapselgehäuses bzw. der Kapseldeckelanordnung einfacher aufgebaut sein. Ein Composite-Aufbau mit sechs oder mehr Schichten ist dann nicht mehr notwendig.
Es ist besonders vorteilhaft, dass ein Kaffeepulver-Formling verwendet wird, der aus einzelnen Presssegmenten besteht. Mit einer Handpresse kann nur ein eher niedriger Druck aufgebracht werden. In Siebträgern, vorzugsweise mit 4 g bis 14 g Kaffeepulver (weniger oder mehr ist möglich), kann eine Kraft von 150N bis 200N aufgebracht werden. Bezogen auf die Fläche des Siebträgers (ca. 26,4 cm²) werden Kräfte von 5,7 N/cm² bis 7,6 N/cm² erreicht. Ein Kaffeepulver-Formling wird allerdings mit deutlich höheren Presskräften hergestellt. So können problemlos 50 N/cm², 60 N/cm², 70 N/cm², 80 N/cm², 90 N/cm², 100 N/cm² oder mehr als 120 N/cm², erreicht werden. Hierzu werden dann mechanische Presswerkzeuge aus Metallen oder andern Werksoffen z.B. Keramik verwendet. Dadurch erhöht sich die Volumen-Dichte (Gewicht/Volumen) des Kaffeepulvers, das in verschiedenen Korngrößen nach dem Mahlen vorliegt. Korngrößen von ca. 0,05 mm bis 0,5 mm oder bis zu 0,7 mm sind möglich. Dieselbe Menge Kaffeepulver kann durch das Pressen daher auf einem geringeren Volumen untergebracht werden, wodurch weniger Ausgangsmaterial (z.B. Kapselboden, umlaufende Kapselwand, Kapseldeckelanordnung) notwendig ist. Auch die Extinktion der Kaffeebestandteile (Koffein, Kaffeeöle, organischen Säuren bis hin zu den häufig unerwünschten Bitterstoffen) verbessert sich durch das Verpressen spürbar. Um die Extinktion der Bitterstoffe zu vermeiden sollte der Brühvorgang rechtzeitig abgebrochen werden.
Der Aufbau des Kaffeepulver-Formlings ist derart, dass das erste Presssegment auf dem Kapselboden aufliegt und die weiteren n-1 Presssegmente jeweils auf ihrem darunterliegenden Presssegment. Die Presssegmente werden dabei vorzugsweise einzeln verpresst und dann (lose) aufeinander gelegt.
Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, wie der Kaffeepulver-Formling aussehen kann. In einer ersten Möglichkeit sind zumindest ein, mehrere und bevorzugt alle der n-Presssegmente plattenartig, wobei ein Querschnitt durch das jeweilige Presssegment in Draufsicht kreisförmig, oval, ellipsenförmig, rechteckig, quadratisch, m-eckig (mit m ≥ 5) ist oder einer solchen Form angenähert ist. Dies bedeutet, dass die einzelnen Presssegmente aufeinander gestapelt sind und ein Presssegment maximal Kontakt zu dem darunter und dem darüber liegenden Presssegment hat. Dabei gelangt lediglich das n-te Presselement in Kontakt mit der Kapseldeckelanordnung.
In diesem Fall könnte die Querschnittsfläche von einem, mehreren oder allen der n-Presssegmente entlang der Längsachse konstant sein. Grundsätzlich könnte sich die Querschnittsfläche von einem, mehreren oder allen der n-Presssegmente entlang der Längsachse auch vergrößern. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich die umlaufende Kapselwand vom Kapselboden in Richtung der Kapseldeckelanordnung verbreitert. Diese Verbreiterung könnte auch stufenförmig erfolgen, wobei in diesem Fall die Querschnittsfläche der Presssegmente konstant wäre, allerdings sich die Querschnittsfläche der einzelnen Presssegmente voneinander unterscheidet. Dies bedeutet, dass Presssegmente, die näher am Kapselboden angeordnet sind vorzugsweise eine kleinere Querschnittsfläche aufweisen als Presssegmente, die näher an der Kapseldeckelanordnung angeordnet sind. Selbiges kann auch für die Dicke der einzelnen Presssegmente gelten. Die Dicke aller Presssegmente kann auch oder unterschiedlich sein. Es können auch zwei oder mehr Presssegmente dieselbe Dicke aufweisen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen gefüllten Kaffeekapsel umfasst zumindest eines von n-1 Presssegmenten der n-Presssegmente einen Bodenbereich und eine umlaufende Seitenwand, die sich an den Bodenbereich anschließt, wodurch ein Aufnahmeraum mit einer Innenkontur begrenzt ist. Der Aufnahmeraum ist dabei von einer Seite aus zugänglich. In dem Aufnahmeraum ist das in Richtung der Längsachse darüber liegende Presssegment angeordnet, wobei das darüber liegende Presssegment eine Außenkontur aufweist, die zu der Innenkontur des Aufnahmeraums des darunterliegenden Presssegments korrespondiert, wodurch das darüber liegende Presssegment auf dem darunter liegenden zumindest einen Presssegment flächig aufliegt. In diesem Fall hätte insbesondere das unterste, also das erste Presssegment, Kontakt mit dem Kapselboden und der umlaufenden Kapselwand, wohingegen das in dem Aufnahmeraum liegende Presssegment lediglich Kontakt mit dem darunterliegenden Presssegment und gegebenenfalls mit der Kapseldeckelanordnung hätte.
Insbesondere handelt es sich bei dem zumindest einen von n-1 Presssegmenten um das erste Presssegment, welches auf dem Kapselboden aufliegt.
Besonders bevorzugt umfassen n-1 Presssegmente der n-Presssegmente jeweils einen Bodenbereich und eine umlaufende Seitenwand, die sich an den Bodenbereich anschließt, wodurch jeweils ein Aufnahmeraum mit einer Innenkontur begrenzt wird. Der jeweilige Aufnahmeraum ist dabei von einer Seite aus zugänglich. In dem jeweiligen Aufnahmeraum ist das in Richtung der Längsachse darüber liegende Presssegment angeordnet, wobei das jeweils darüber liegende Presssegment eine Außenkontur aufweist, die zu der jeweiligen Innenkontur des Aufnahmeraums des jeweils darunter liegenden Presssegments korrespondiert. Dadurch liegt das jeweilige darüber liegende Presssegment auf dem jeweils darunter liegenden Presssegment flächig auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform enden die umlaufenden Seitenwände (die Stirnseiten dieser Seitenwände) der n-1 Presssegmente auf gleicher Höhe, wobei das letzte, also das n-te Presssegment frei von einem Aufnahmeraum ist und den Aufnahmeraum des darunterliegenden n-1-ten Presssegments (vollständig) ausfüllt und mit seiner Stirnseite ungefähr auf der gleichen Höhe mit den umlaufenden (Stirnseiten der) Seitenwänden der n-1 Presssegmente endet.
Grundsätzlich könnte es allerdings auch so sein, dass die umlaufende Seitenwand jedes der n-1 Presssegmente über das darüber liegende Presssegment in Richtung der Längsachse übersteht, wobei das n-te Presssegment frei von einem Aufnahmeraum ist und mit seiner Stirnseite auf der gleichen Höhe mit der umlaufenden Seitenwand (Stirnwand) des ersten Presssegments endet. Umgekehrt könnte es auch sein, dass die umlaufende Seitenwand jedes der n-1 Presssegmente über die umlaufende Seitenwand des darunter liegenden Presssegments in Richtung der Längsachse übersteht. In diesem Fall würden nicht alle bzw. nur das n-te Presssegment bündig mit der Stirnwand der umlaufenden Kapselwand enden.
Es könnte auch sein, dass die Seitenwände und/oder der Bodenbereich von zumindest zwei oder allen der n-1 Presssegmente (das letzte Presssegment ist vorzugsweise ohne Aufnahmeraum aufgebaut) dieselbe Wandstärke oder eine unterschiedliche Wandstärke haben.
Das jeweilige Presssegment, welches einen Aufnahmeraum umgrenzt ist insbesondere schalenförmig oder (halb-) hohlkugelförmig aufgebaut.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel hat das Kaffeepulver von zumindest zwei Presssegmenten überwiegend dieselbe Korngröße. Grundsätzlich könnte es auch sein, dass die Körnung des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder bevorzugt allen der n-Presssegmente überwiegend eine unterschiedliche Korngröße hat. Der Wortlaut „überwiegend“ ist zu verstehen, dass der mittlere Korndurchmesser (z.B. im trockenen Zustand) um vorzugsweise mehr als 10%, 20% oder mehr als 30 % voneinander abweicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Korngröße des Kaffeepulvers im ersten Presssegment höher als in den darauffolgenden n-1 Presssegmenten und die Korngröße des Kaffeepulvers im ersten Presssegment ist insbesondere größer als im n-ten Presssegment. Nichts anderes könnte auch für die Dichte gelten. Die Dichte des Kaffeepulvers in zumindest zwei Presssegmenten könnte ungefähr gleich sein. Bevorzugt ist die Dichte des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen der n-Presssegmente allerdings überwiegend unterschiedlich. Der Wortlaut „überwiegend“ bedeutet, dass sich die Dichte (z.B. im trockenen Zustand) um mehr als 10%, 20% oder mehr als 30% unterscheidet. Dabei ist insbesondere die Dichte des Kaffeepulvers im ersten Presssegment geringer (aufgrund des größeren Korndurchmessers) als im n-ten Presssegment. Bevorzugt nimmt die Dichte mit zunehmenden Presssegmenten sukzessive zu.
In einer anderen Ausführungsform der gefüllten Kaffeekapsel umfassen zumindest zwei Presssegmente dieselbe Kaffeesorte bzw. dieselbe Mischung aus denselben Kaffeesorten. Bevorzugt umfassen allerdings zumindest zwei oder alle der n-Presssegmente unterschiedliche Mischungen von Kaffeesorten.
In einer bevorzugten Ausführungsform gilt dies auch für die Röstung des Kaffeepulvers. Grundsätzlich könnte das Kaffeepulver von zumindest zwei Presssegmenten in etwa gleich geröstet sein. Bevorzugt ist allerdings die Röstung des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen der n-Presssegmente überwiegend unterschiedlich.
In einer bevorzugten Weiterbildung der gefüllten Kaffeekapsel sind die Presssegmente aus Kaffeepulver kalt gepresst. Dadurch entweichen in der Herstellung die wenigsten Aromen. Die Temperatur beim Pressen ist vorzugsweise niedriger als 20°C, 15°C, 10°C, oder niedriger als 5°C. Ein Gefrier-Pressen, also insbesondere leicht unter 0°C, wäre auch möglich. Das Pressen der Presssegmente sollte unmittelbar nach dem Mahlen erfolgen, um die leicht flüchtigen, organischen Kaffeepulverkomponenten nicht zu verlieren. Dies könnte in Reinräumen erfolgen, in denen ein leichter Überdruck zum relativen Umgebungsluftdruck außerhalb des Raumraums herrscht.
In einer weiteren Ausführungsform der gefüllten Kaffeekapsel ist zwischen zwei Presssegmenten noch ein Aromasegment angeordnet, das zusätzliche Aromen (wie z.B. Vanille, Milchpulver, Zucker, Kakao oder Schokolade) aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst zumindest ein Presssegment hierzu eine Ausnehmung, wobei das Aromasegment in dieser Ausnehmung ortsfest angeordnet ist.
Die einzelnen Presssegmente können vorzugsweise über Roboter mit pneumatischen Saugnäpfen oder auch über einen Schwerkraftfallprozessschritt (die Fallhöhe bzw. die ausgeübten Kräfte sollten dabei nicht zu hoch sein, um die Presssegmente nicht zu beschädigen oder gar zu zerstören) aufeinander angeordnet werden.
In einer besonderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel umfasst oder besteht die umlaufende Kapselwand aus einem Form-Gedächtnis-Material. Ergänzend oder alternativ kann dies auch für den Kapselboden gelten. Dadurch wird das Recycling direkt in der Kaffeemaschine erleichtert. So findet eine einfache Trennung der wiederverwendbaren Werkstoffe statt. Der Kaffeesatz kann sehr einfach von der umlaufenden Kapselwand und dem Kapselboden und der Kapseldeckelanordnung getrennt werden. Diese Ausführungsform könnte auch im Rahmen eines unabhängigen Anspruchs 1, beispielsweise auch im Rahmen einer Teilanmeldung separat verfolgt werden. In diesem Fall würde der Kaffeepulver-Formling durch das Form-Gedächtnis-Material ersetzt werden. Selbstverständlich kann eine solche Kaffeekapsel, die ein Form-Gedächtnis-Material umfasst, dann mit einem entsprechenden Kaffeepulver-Formling bestückt werden, wie er im Rahmen dieser Erfindung in dem unabhängigen Anspruch 1 beschrieben wurde. Dieser Kaffeepulver-Formling könnte dann z.B. in einem Unteranspruch weiterverfolgt werden. Durch den Einsatz eines solchen Form-Gedächtnis-Materials wird erreicht, dass sich die Kaffeekapsel nach dem Brühvorgang wieder in die Ursprungsform (Ausgangsform) rückverformt und dadurch weniger Volumen einnimmt, wodurch das Recycling vereinfacht wird.
Dies bedeutet, dass das Form-Gedächtnis-Material derart gewählt ist, dass sich dieses bei Einleiten von heißem Brühwasser zur Kaffeegewinnung von der Kapselform in seiner Martensit-Phase über die Austenit-(Umwandlungs-) Phase in seine Ursprungsform selbstständig rückverformt. Dadurch findet dann auch eine Trennung von benutztem Kaffeepulver und der Kaffeekapsel selbst statt.
Bei dem Form-Gedächtnis-Material handelt es sich vorzugsweise um eine Metalllegierung. Das Form-Gedächtnis-Material könnte allerdings auch ein Polymer umfassen bzw. lediglich aus einer Metalllegierung oder einem Metallpolymer bestehen.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Kaffeekapsel ist die Wandstärke der umlaufenden Kapselwand und des Kapselbodens konstant. Vorzugsweise nimmt die Wandstärke allerdings ausgehend von der umlaufenden Kapselwand in Richtung des Kapselbodens ab. Insbesondere bei Einsatz eines Form-Gedächtnis-Materials wird dadurch der Rückformprozess unterstützt.
Um den Rückformprozess weiter zu unterstützen ist die Höhe H der Kaffeekapsel kleiner als ein Radius R der Kaffeekapsel an einer Stirnseite der umlaufenden Kapselwand. Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, dass sich sehr gute Ergebnisse dann einstellen, wenn die Höhe H der Kaffeekapsel kleiner ist als 0,9 R, 0,8 R, 0,7 R, 0,6 R, 0,5 R, oder kleiner ist als 0,4 R, aber größer ist als 0,1 R, 0,2 R, 0,3 R, 0,45 R, 0,55 R, 0,65 R, 0,75 R, 0,85 R oder größer ist als 0,95 R.
In einer bevorzugten Weiterbildung der gefüllten Kaffeekapsel ist an der Stirnseite der Kapselwand ein Befestigungsflansch ausgebildet, welcher insbesondere eine umlaufende Befestigungsnut oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Befestigungsvertiefungen umfasst. Bevorzugt ist dabei die Kapseldeckelanordnung in Form einer Folie ausgebildet, die mit der Stirnseite der umlaufenden Kapselwand verklebt und/oder verlasert und/oder vercrimpt ist. Ein solches Befestigen gelingt bei Vorliegen eines Befestigungsflansches, welche insbesondere entsprechende Vertiefungen umfasst, leichter. Diese Vertiefungen können auch dazu dienen, dass die Kaffeemaschine die Kapsel während des Brühvorgangs in Position halten kann. Bei einem Laserschweißverfahren besteht die Kapseldeckelanordnung aus einem Material, welches für den Laserstrahl durchlässig ist. Die umlaufende Kapselwand (insbesondere der Befestigungsflansch) besteht dagegen aus einem Material, welches den Laserstrahl absorbiert.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der gefüllten Kaffeekapsel umfasst diese noch ein Identifizierungsmerkmal, welches durch eine Kaffeemaschine einlesbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Identifizierungsmerkmal um eine Farbe der Kaffeekapsel, einen Barcode, einen RFID-Chip, eine elektrische Leitfähigkeit eines Materials der Kaffeekapsel und/oder um codierte räumliche Formen, die an oder in die Kaffeekapsel eingebracht sind. Beispielsweise ist es durch dieses Identifizierungsmerkmal möglich, dass die Kaffeemaschine ein entsprechendes Brühprogramm selbstständig auswählt, um beispielsweise die Wassermenge, Brühtemperatur und Brühdruck der Kaffeekapsel (z.B. Pulvermenge) anzupassen. Handelt es sich bei der Kaffeekapsel um eine Espresso-Kapsel dann wird weniger Wasser und/oder ein höherer Druck verwendet als wenn es sich um eine andere Kaffeekapsel handelt.
Die erfindungsgemäße Kaffeemaschine zum Brühen der gefüllten Kaffeekapsel umfasst eine Steuereinheit, einen Wassertank und eine Heizanordnung. Die Heizanordnung ist dazu ausgebildet, um Wasser aus dem Wassertank zu erhitzen. Weiterhin gibt es eine Injektionsdornanordnung, die dazu ausgebildet ist, den Kapselboden der gefüllten Kaffeekapsel zu durchstoßen (durchstechen bzw. allgemein zu öffnen). Außerdem gibt es eine Extraktionsdornanordnung, die dazu ausgebildet ist, die Kapseldeckelanordnung der gefüllten Kaffeekapsel zu durchstoßen (durchstechen bzw. allgemein zu öffnen). Es ist außerdem eine Pumpenanordnung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Wasser aus dem Wassertank über die Heizanordnung in die Injektionsdornanordnung zu pumpen. Die Kaffeemaschine umfasst außerdem einen Kapselaufnahmeraum, wobei die gefüllte Kaffeekapsel in einem Befüll-Zustand in den Kapselaufnahmeraum einlegbar ist und in einem Brühzustand von der Injektionsdornanordnung und der Extraktionsdornanordnung durchstoßbar ist.
Die Pumpenanordnung umfasst bevorzugt eine elektrisch angetriebene offene Einflügelpumpe.
In einer besonderen Weiterbildung der Kaffeemaschine umfasst die Injektionsdornanordnung zumindest einen Injektionsdorn, der zumindest über eine Teillänge von einem Fluidkanal durchsetzt ist. Der Injektionsdorn hat über seine Länge mehrere voneinander in Längsrichtung beabstandete Austrittsöffnungen, die mit dem Fluidkanal in Fluidverbindung stehen. Verschiedene Austrittsöffnungen tauchen im Brühzustand (Kapselboden wird von der Injektionsdornanordnung durchstoßen) in unterschiedliche Presssegmente des Kaffeepulver-Formlings ein. Es ist hier besonders vorteilhaft, dass die einzelnen Presssegmente auch einzeln mit heißem Brühwasser aus dem Injektionsdorn versorgt werden. Dadurch ist gewährleistet, dass die Aromastoffe aus jedem Presssegment optimal ausgespült werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Injektionsdornanordnung verkleinern sich die Austrittsöffnungen entlang der Längsachse. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Wasserdruck in derjenigen Austrittsöffnung, die im ersten Presssegment angeordnet ist, niedriger ist als ein Wasserdruck in derjenigen Austrittsöffnung, die in einem höherrangigen Presssegment oder in dem n-ten Presssegment angeordnet ist. Dies hängt insbesondere damit zusammen, dass die Dichte in Richtung der höherrangigen Presssegmente zunimmt. Das n-te Presssegment hat vorzugsweise die höchste Dichte, wodurch der Wasserdruck auch am höchsten sein muss.
Es ist dabei auch möglich, dass eine oder alle Austrittsöffnungen in ihrer Größe veränderbar sind. Unter dem Verändern der Größe der Austrittsöffnungen wird auch verstanden, dass die Austrittsöffnungen lediglich offen oder geschlossen sein können. Selbstverständlich sind aber auch alle Zwischenzustände davon umfasst. Grundsätzlich könnte die Injektionsdornanordnung eine Blendenanordnung umfassen, die entlang der Längsachse der Injektionsdornanordnung verschoben, bzw. um die Längsachse der Injektionsdornanordnung herum gedreht werden kann. Durch das sukzessive Verschieben bzw. Verdrehen könnten die einzelnen Austrittsöffnungen sukzessive weiter verschlossen oder weiter geöffnet werden. Dieses Schließen und Öffnen kann vor dem Brühvorgang definiert (als Information in einem Speicher abgelegt sein) oder auch während des Brühvorgangs variabel geändert werden.
Neben einer Injektionsdornanordnung mit einem Injektionsdorn, der mehrere Austrittsöffnungen umfasst ist es auch möglich, dass die Injektionsdornanordnung mehrere Injektionsdorne aufweist. Diese sind dann nebeneinander angeordnet und jeweils über zumindest eine Teillänge von einem Fluidkanal durchsetzt. Jeder Injektionsdorn hat zumindest eine Austrittsöffnung (insbesondere genau eine Austrittsöffnung), die mit dem Fluidkanal des jeweiligen Injektionsdorns in Fluidverbindung steht. Die Austrittsöffnungen der unterschiedlichen Injektionsdorne sind im Brühzustand in unterschiedlichen Presssegmenten des Kaffeepulver-Formlings angeordnet. So kann es beispielsweise einen oder mehrere Injektionsdorne geben, die in das erste Presssegment eindringen und deren Austrittsöffnungen in dem ersten Presssegment enden und es kann ein oder mehrere andere Injektionsdorne geben, die in einem anderen der weiteren n-1 Presssegmente angeordnet sind bzw. deren Austrittsöffnungen in einem dieser weiteren n-1 Presssegmente enden.
Vorzugsweise sind die Injektionsdorne daher unterschiedlich lang. Grundsätzlich könnten sie auch gleich lang sein. In letzterem Fall könnten die Austrittsöffnungen unterschiedlich weit von der Spitze des Injektionsdorns entfernt sein. Vorzugsweise ist die Austrittsöffnung desjenigen Injektionsdorns, der im ersten Presssegment endet, größer als die Austrittsöffnung eines anderen Injektionsdorns, der in einem höherrangigen (weiteren) Presssegment oder im letzten, also im n-ten Presssegment endet.
Um den gebrühten Kaffee aus der gefüllten Kaffeekapsel auszuleiten umfasst die Kaffeemaschine die Extraktionsdornanordnung. Diese umfasst mehrere Extraktionsdorne, die nebeneinander angeordnet sind und die von einem Fluidkanal durchsetzt sind. Die Extraktionsdorne können auch als Deckelöffnungsdorne bezeichnet werden. Die Fluidkanäle aller Extraktionsdorne sind mit einer insbesondere trichterförmig verlaufenden, also sich verjüngenden Wirbelkammer verbunden. Das Ende dieser vorzugsweise trichterförmig zusammenlaufenden Wirbelkammer ist dabei vorzugsweise verschlossen. Um den gebrühten Kaffee auszuleiten umfasst eine Seitenwand der Wirbelkammer zumindest eine Öffnung, durch die der gebrühte Kaffee in einen Transportkanal abfließen kann. Durch die am Ende verschlossene Wirbelkammer wird erreicht, dass der gebrühte Kaffee stark verwirbelt wird und Strömungen entstehen, wodurch eine Luftaufnahme (Blasen) erfolgt und eine besonders gute Crema gebildet wird.
Um die Cremabildung weiter zu verstärken umfasst der daran anschließende Transportkanal (bisher wurden glatte Transportschläuche verwendet) entlang seiner Längsrichtung abschnittsweise Verbreiterungen, wodurch voneinander getrennte Wirbelbecken gebildet sind. Es ist auch möglich, dass der Transportkanal aus Seitenwänden besteht, die in einem Winkel aufeinander treffen. Der Winkel zwischen zwei Seitenwänden beträgt insbesondere 50° bis 70°, bevorzugt 60° (höhere Winkel bedeuten einen höheren Widerstand weshalb eine stärkere Pumpenanordnung notwendig wäre). Dadurch wird das Entstehen einer turbulenten Strömung (Reynoldszahl) Re > 2320 begünstigt, in der sich die gewünschten Luftblasen für die Crema bilden.
Der Transportkanal selbst kann dabei in einer Metallausführung oder in einer Kunststoffausführung gebildet sein. Er kann auch in einem Rohr, insbesondere in einem flexiblen Schlauch gebildet sein. Es können auch elektrische Widerstandsheizelemente in oder an dem Transportkanal vorgesehen sein, damit der gebrühte Kaffee nicht so schnell auskühlt. Bei den Widerstandsheizelementen kann es sich beispielsweise um Heizdrähte (z.B. leitfähige Polymerdrähte) handeln. Ergänzend oder alternativ kann der beschriebene Transportkanal kann auch in der Zuführung zu der Injektionsdornanordnung angeordnet sein.
Damit die gefüllte Kaffeekapsel mit der Injektionsdornanordnung und mit der Extraktionsdornanordnung in Kontakt gelangt ist vorzugsweise ein FGL-Federsystem (dt. Form-Gedächtnis-Legierung) vorgesehen. Das FGL-Federsystem ist dazu ausgebildet, um im Übergang vom Befüllzustand hin zum Brühzustand die Injektionsdornanordnung und die Extraktionsdornanordnung derart auf die gefüllte Kaffeekapsel zuzubewegen, dass der Kapselboden durch die Injektionsdornanordnung und die Kapseldeckelanordnung durch die Extraktionsdornanordnung durchstochen werden. Grundsätzlich ist es hier möglich, dass die gefüllte Kaffeekapsel stationär im Kapselaufnahmeraum angeordnet ist und sich sowohl die Extraktionsdornanordnung als auch die Injektionsdornanordnung bewegen. Es wäre allerdings auch möglich, dass sich lediglich die Injektionsdornanordnung oder lediglich die Extraktionsdornanordnung auf die gefüllte Kaffeekapsel zu bewegt und die Kaffeekapsel dann auf die jeweils andere Extraktionsdornanordnung bzw. Injektionsdornanordnung bewegt, wobei diese am Ende der Bewegung von beiden Dornanordnungen eingestochen bzw. durchdrungen wird.
Das FGL-Federsystem wird insbesondere dann aktiviert, wenn ein Strom dieses durchfließt. Die Höhe des Stromflusses kann insbesondere von der Steuereinrichtung gesteuert werden. Die Höhe des Stromflusses kann an die jeweilige Kapselgeometrie (z.B. an verschieden dicke Wandstärken) angepasst werden.
Vorzugsweise ist auch ein, insbesondere mechanisch arbeitendes, Rückhol-Federsystem vorgesehen. Dieses Rückhol-Federsystem ist dazu ausgebildet, um die Injektionsdornanordnung und die Extraktionsdornanordnung voneinander und von der Kaffeekapsel weg zu bewegen. Bei diesem Rückhol-Federsystem handelt es sich vorzugsweise um ein stationäres Federsystem, welches eine konstante (lineare) Kraft (mittelbar oder unmittelbar) auf die Injektionsdornanordnung und die Extraktionsdornanordnung aufbringt. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass das FGL-Federsystem nicht aktiviert ist, die gefüllte Kaffeekapsel nicht durch die Injektionsdornanordnung und die Extraktionsdornanordnung eingestochen ist. Die Steuereinrichtung ist dann dazu ausgebildet, dass FGL-Federsystem derart zu bestromen (im Brühzustand), dass dieses eine Kraft aufbringt, die größer ist als die Federkraft des Rückhol-Federsystem, wodurch die Kaffeekapsel durch die Injektionsdornanordnung und die Extraktionsdornanordnung eingestochen wird. Grundsätzlich könnten das FGL-Federsystem und das Rückhol-Federsystem auch durch einen Hebel ersetzt werden, der manuell durch den Benutzer betätigt wird.
Die durch die Steuereinrichtung einstellbare Kraft, die das FGL-Federsystem aufbringt, kann derart groß sein, dass für den Fall, dass die gefüllte Kaffeekapsel aus einem Form-Gedächtnis-Material besteht, diese Kaffeekapsel während des Brühvorgangs zusätzlich zusammendrückbar ist. Insbesondere wird die Kraft, mit welcher das FGL-Federsystem die Injektionsdornanordnung und die Extraktionsdornanordnung auf die gefüllte Kaffeekapsel zu bewegt während des Brühvorgangs sukzessive oder stufenweise vergrößert, so dass zusammen mit der durch das heiße Wasser erwärmten Kaffeekapsel ein Rückformungsprozess des Form-Gedächtnis-Materials eingeleitet und die zusammen insbesondere in ihre plattenartige bzw. plattenförmige Ausgangsstruktur rückverformbar ist.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine umfasst diese eine Leseeinrichtung. Die Leseeinrichtung ist dazu ausgebildet, die Identifizierungsinformation der Kaffeekapsel einzulesen. Die Steuereinrichtung ist dann dazu ausgebildet, um anhand der eingelesenen Identifizierungsinformation den Brühprozess anhand dieser Information entsprechend einzustellen. So ist die Steuereinrichtung beispielsweise dazu ausgebildet, um anhand der eingelesenen Identifizierungsinformation die Heizanordnung derart anzusteuern, dass diese das Wasser auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, die zu der eingelesenen Identifizierungsinformation korrespondiert. Ergänzend oder alternativ kann auch die Pumpenanordnung derart eingestellt werden, dass diese einen vorbestimmten Druck bzw. vorbestimmte Druckimpulse erzeugt, der zu der eingelesenen Identifizierungsinformation korrespondiert. Ergänzend bzw. alternativ hierzu kann auch der Brühvorgang für eine bestimmte Zeitdauer durchgeführt werden, wobei diese Zeitdauer zu der eingelesenen Identifizierungsinformation korrespondiert. So kann beispielsweise bei Einlegen einer Kaffeekapsel, die z.B. Espresso-Kaffeepulver umfasst, die Zeitdauer mit welcher der Kaffee gebührt wird, reduziert werden, so dass die ausgegebene Wassermenge am Ende geringer ist als bei anderen Kaffeemischungen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Kaffeemaschine auch eine Kommunikationseinrichtung. Die Kommunikationseinrichtung ist dazu ausgebildet, um Steuerbefehle von einem mobilen Endgerät (z.B. Mobiltelefon, Tablet) bevorzugt drahtlos zu empfangen. Dies kann über ein Mobilfunknetz oder ein WLAN-Netz geschehen. Auch die Übertragung der Steuerbefehle über eine Kabelverbindung ist möglich. Die Steuereinrichtung ist dann dazu ausgebildet, um anhand der (insbesondere drahtlos) empfangenen Steuerbefehle den Brühvorgang einzuleiten. Neben dem Einleiten eines entsprechenden Brühvorgangs könnte auch ein Entkalkungsvorgang durch Übermittlung der entsprechenden Steuerbefehle eingeleitet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine umfasst diese noch eine Motoreinrichtung. Die Motoreinrichtung ist dazu ausgebildet, um einen Ausgabekopf, aus dem der Kaffee in eine darunter gestellte Tasse fließt, in zumindest zwei Dimensionen zu bewegen. Insbesondere wird der Kopf in einer X- und einer Y-Achse bewegt. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, um die Motoreinrichtung derart anzusteuern, dass diese den Ausgabekopf derart bewegt, dass durch die aus diesem ausfließende Flüssigkeit ein auswählbares Bild in der Tasse zeichenbar ist. Bei der Flüssigkeit kann es sich um Kaffee handeln, wenn in der Tasse bereits Milch enthalten ist. Bei der Flüssigkeit kann es sich auch um Milch oder eine andere farbige Flüssigkeit handeln. Der Ausgabekopf kann dabei auch in die Tasse eintauchen und die Flüssigkeit direkt bzw. über einen Ausgabestift in den Kaffee ausgeben.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine ist eine Ventileinrichtung vorgesehen. Die Ventileinrichtung ist zwischen der Heizanordnung und der Injektionsdornanordnung angeordnet. Die Ventileinrichtung umfasst mehrere Ventilkammern. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, je nach gewählter Wassertemperatur eine zu dieser Temperatur korrespondierende Ventilkammer zu öffnen, so dass Wasser von der Heizanordnung kommend in diese Ventilkammer fließt. Jede Ventilkammer steht dabei in thermischer Verbindung zu einer FGL-Feder. Die Legierungen der einzelnen FGL-Federn, die den verschiedenen Ventilkammern zugeordnet sind, sind unterschiedlich. Jede Ventilkammer umfasst außerdem noch einen Ausgang, wobei die jeweilige FGL-Feder dazu ausgebildet, ist, den ihr zugeordneten Ausgang dann zu öffnen, wenn das in die Ventilkammer eingeleitete Wasser einen Temperaturschwellwert, der zu der Legierung der FGL-Feder korrespondiert, erreicht oder überschreitet. Dadurch wird nochmals gesondert sichergestellt, dass lediglich Wasser, welches eine bestimmte vorausgewählte Temperatur erreicht oder überschreitet auch zum Brühvorgang verwendet wird. Zu kaltes Wasser muss erst weiter aufgeheizt werden, bevor sich der Ausgang in der jeweiligen Ventilkammer der Ventileinrichtung öffnet.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine ist die gefüllte Kaffeekapsel in dem Kaffeeaufnahmeraum derart angeordnet, dass der Kapselboden in etwa senkrecht zur Horizontalebene angeordnet ist. Der Wortlaut „in etwa“ umfasst Abweichungen von vorzugsweise weniger als 30°, 25°, 20°, 15°, 10° oder weniger als 5°.
In einer Alternative umfasst die erfindungsgemäße Kaffeemaschine eine Drehtelleranordnung. Die Drehtelleranordnung ist zumindest in zwei Positionen verdrehbar. In einer ersten Position kann die gefüllte Kaffeekapsel im Befüllzustand derart in die Drehtelleranordnung eingelegt werden, dass der Kapselboden in etwa parallel zur Horizontalebene ausgerichtet ist. Die Drehtelleranordnung ist dann dazu ausgebildet, sich um einen bestimmten Winkel (z.B. 90°, 120° oder 180°) zu drehen, um vom Befüllzustand in den Brühzustand überzugehen. Durch die Drehung der Drehtelleranordnung wird die gefüllte Kaffeekapsel räumlich bewegt. Sie ist in diesem Fall nicht stationär angeordnet. Die gefüllte Kaffeekapsel wird durch die Drehung zur Extraktionsdornanordnung und zur Injektionsdornanordnung hin gedreht. Nach Abschluss der Drehung, also wenn sich die gefüllte Kaffeekapsel im Brühzustand befindet, werden die Extraktionsdornanordnung und die Injektionsdornanordnung auf die gefüllte Kaffeekapsel zubewegt und durchstechen diese.
Es kann auch noch weitere Zustände geben. So kann es neben einem Befüllzustand und einem Brühzustand noch einen ersten bzw. zweiten Auswurfzustand geben. In dem jeweiligen Auswurfzustand (dritte bzw. vierte Drehposition) könnte der Kaffeesatz bzw. die nun benutzte Kaffeekapsel in einen Auffangbehälter ausgeworfen werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:

1A bis 1C: eine Form zur Herstellung der Kaffeekapsel und verschiedene Herstellungsschritte der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel;
2A und 2B: verschiedene Formen der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel;
3: eine weitere Form der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel;
4: eine Erläuterung wie eine Kaffeekapsel aus einem Form-Gedächtnis-Material herstellbar ist;
5A bis 5C: verschiedene Längsschnitte durch unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel, die den Einsatz verschiedener Presssegmente verdeutlichen;
6A bis 6C: verschiedene Längsschnitte durch unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel, die den Einsatz verschiedener Presssegmente verdeutlichen;
7A und 7B: Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel in Explosionsdarstellung;
8: ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel mit möglichen Bemaßungsangaben;
9: ein Diagramm, welches den notwendigen Druck angibt, der zum Herstellen der Presssegmente notwendig ist;
10: ein Ausführungsbeispiel einer Presse zum Herstellen eines Presssegments;
11: ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen Dichte des Kaffeepulvers und dem Korndurchmesser verdeutlicht;
12A: ein Diagramm, das verdeutlicht, welche Kaffeebestandteile nach welcher Zeit extrahiert werden;
12B: ein Diagramm, das verdeutlicht, welcher Brühwasserdruck notwendig ist;
13A, 13B: verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kaffeemaschine;
14A bis 14C: verschiedene Ausführungsbeispiele eines Injektionsdorns mit verstellbaren Austrittsöffnungen;
15A, 15B: Ausführungsbeispiele, die beschreiben wie der Injektionsdorn nach dem Einstechen in der Kaffeekapsel angeordnet ist;
16A, 16B: Ausführungsbeispiele, die beschreiben wie der Injektionsdorn die Kaffeekapsel in der Kaffeemaschine einsticht;
17: ein Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung, die nur Wasser einer bestimmten Temperatur in Richtung der Injektionsdornanordnung weiterleitet;
18A bis 18C: die Funktionsweise einer FGL-Feder im Zusammenspiel mit einer Rückhol-Feder;
19, 20: die Funktionsweise einer Extraktionsdornanordnung;
21: einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Extraktionsdorns;
21 bis 25: Ausführungsbeispiele einer Wirbelkammer und von Wirbelbecken;
26: ein Ausführungsbeispiel eines Transportkanals zur Erzeugung einer turbulenten Strömung;
27: ein Ausführungsbeispiel einer Kaffeemaschine mit einem verdrehbaren Ausgabekopf;
28A bis 28C: verschiedene Beispiele von Figuren, die durch den verdrehbaren Ausgabekopf gezeichnet werden können; und
29: ein Ausführungsbeispiel eines Recyclingautomaten.

In den nachfolgenden Figuren wird der Aufbau der erfindungsgemäßen gefüllten Kaffeekapsel 1 sowie der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine 100, die mit der gefüllten Kaffeekapsel 1 betrieben werden kann, näher erläutert.
In 1A ist eine Form 2 dargestellt, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 verwendet werden kann. In diese Form 2 kann beispielsweise ein Ausgangsmaterial, insbesondere in Form eines dünnen Blechs 3 eingepresst werden. Aus diesem Blech 3 kann dann die gefüllte Kaffeekapsel 1 hergestellt werden.
Die 1B und 1C zeigen verschiedene Herstellungsschritte für die erfindungsgemäße Kaffeekapsel 1. In 1B ist dargestellt, dass das Ausgangsmaterial der Kaffeekapsel 1 plattenartig ist. Insbesondere handelt es sich um ein Blech 3, welches abrollbar ist und gemäß der 1C in Form gepresst wird. Anschließend werden die Kaffeekapseln 1 freigeschnitten bzw. ausgestanzt wird.
Bei der Kaffeekapsel 1 handelt es sich daher Biege- und/oder Stanz- und/oder Press- und/oder Schneide- und/oder Laserschnittteil. Die Kaffeekapsel 1 kann dabei aus Aluminium bestehen bzw. Aluminium umfassen. Sie kann auch aus Kunststoff (Polymer) oder sogar aus Papier bzw. einem abbaubaren Bio-Werkstoff bestehen bzw. einen solchen umfassen. Grundsätzlich kann die Kaffeekapsel 1, also insbesondere der Kapselboden 4 und die umlaufende Kapselwand 5 (siehe 2A, 2B) auch aus einem Kunststoff gebildet sein bzw. einen solchen umfassen. In 1B wird das Ausgangsmaterial abgerollt und durch eine entsprechende Presse bzw. einen entsprechenden Stempel 11, der in eine Matrize 14 eingreift in Kapselform gebracht. Anschließend werden die noch zusammenhängenden Kaffeekapseln 1 voneinander getrennt. Die wird insbesondere durch einen Laser- bzw. Schneide- bzw. Stanzprozess erledigt. Dies kann auch erst nach dem Befüllen der Kaffeekapseln 1 geschehen.
In dem Fall, wo die Kaffeekapseln 1 aus einem Kunststoff gebildet sind, handelt es sich bei dem Material insbesondere um eine Kunststofffolie, die durch eine entsprechende Folienreckanlage in Form gebracht wird.
Eine dadurch hergestellte Kaffeekapsel ist in den 2A und 2B zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Kaffeekapsel 1 umfasst einen Kapselboden 4 und eine umlaufende Kapselwand 5. Die umlaufende Kapselwand 5 erstreckt sich vom Kapselboden 4 aus und umgrenzt einen Kaffeeaufnahmeraum 6. Die umlaufende Kapselwand 5 endet mit einer Stirnseite 7.
In 2A sind verschiedene Formen der gefüllten Kaffeekapsel 1 dargestellt (durchgezogene Linie, gepunktete Linie, gestrichelte Linie). Der Kaffeeaufnahmeraum 6 ist dabei unterschiedlich groß. Die Kaffeekapsel 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel schalenförmig. Der Kapselboden 4 ist in diesem Fall gebogen, vorzugsweise entlang einer Kreisbahn. Die Kaffeekapsel 1 könnte allerdings auch eine Zylinderform aufweisen. In diesem Fall wäre der Kapselboden 4 biegungsfrei.
In 2A ist außerdem dargestellt, dass die umlaufende Kapselwand 5 und der Kapselboden 4 jeweils eine konstante Wandstärke aufweisen. Die Wandstärke der Kapselwand 5 und des Kapselbodens 4 ist auch in etwa gleich. Im Gegensatz dazu ist in 2B dargestellt, dass sich die Wandstärke ausgehend von der Stirnseite 7 der umlaufenden Kapselwand 5 in Richtung des Kapselbodens 4 verringert. Der Kapselboden 4 hat vorzugsweise eine geringere (mittlere) Wandstärke als die umlaufende Kapselwand 5.
An der Stirnseite 7 der umlaufenden Kapselwand 5 ist ein vorzugsweise vollständig umlaufender Befestigungsflansch 8 ausgebildet. Dieser Befestigungsflansch 8 umfasst in 2B eine umlaufende Befestigungsnut 9. Alternativ könnte der Befestigungsflansch 8 auch in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Befestigungsvertiefungen aufweisen. Der Kaffeeaufnahmeraum 6 wird durch ein 2B gestrichelt dargestellte Kapseldeckelanordnung 10 verschlossen. Die Kapseldeckelanordnung 10 ist vorzugsweise in Form einer Folie ausgebildet und mit der Stirnseite 7 der umlaufenden Kapselwand 5 vercrimpt und/oder verlasert und/oder verklebt. Die Befestigungsnut 9 bzw. die versetzt zueinander angeordneten Befestigungsvertiefungen dienen dazu, dass die Kapseldeckelanordnung 10 fest mit der Stirnseite 7 verbindbar ist bzw. dazu, dass die Kaffeekapsel sicher in der Kaffeemaschine 100 gehalten werden kann.
In 3 ist eine weitere Form der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 gezeigt. Die Kaffeekapsel 1 besteht überwiegend aus einem Kunststoff (Polymer), wobei die umlaufende Kapselwand 5 in Umfangsrichtung versetzt zueinander liegende Ausnehmungen 12 aufweist, die sich zumindest über eine Teillänge vom Kapselboden 4 in Richtung der Stirnseite 7 erstrecken. Die Ausnehmungen 12 sind durch ein Form-Gedächtnis-Material aus einer Metalllegierung 13 verschlossen, wobei die Metalllegierung 13 in den Kaffeeaufnahmeraum 6 hineinragt, wodurch entsprechende Sicken gebildet sind.
Wie später noch erläutert wird, kann die Kaffeekapsel 1 aus einem Form-Gedächtnis-Material gebildet sein. Es gibt auch Kunststoffe (Polymere), die Form-Gedächtnis-Eigenschaften aufweisen. Um diese Eigenschaften zu verstärken, können Teile durch entsprechende Form-Gedächtnis-Materialien aus einer Metalllegierung ersetzt werden.
Wie später weiterhin noch erläutert wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Kaffeekapsel 1 im Brühvorgang in ihre Ursprungsform rückverformt, weil dadurch das Recycling vereinfacht wird.
4 erläutert wie eine Kaffeekapsel 1 aus einem Form-Gedächtnis-Material herstellbar ist. Insbesondere bestehen sowohl die umlaufende Kapselwand 5 als auch der Kapselboden 4 aus einem Form-Gedächtnis-Material oder umfassen ein solches. Bei diesem Material handelt es sich vorzugsweise um eine Metalllegierung. Es kann sich aber auch um ein Polymer handeln.
Das Ausgangsmaterial, insbesondere die Metalllegierung, ist vorzugsweise plattenartig. Es liegt in der Martensit-Phase (verzwillingt) vor. Durch einen mechanischen Kaltumformungsprozess wird aus dem plattenförmigen Ausgangsmaterial die Kaffeekapsel 1 mit dem Kapselboden 4, der umlaufenden Kapselwand 5 mit der Stirnseite 7 und dem Befestigungsflansch 8 gebildet. Das Material liegt in diesem Zustand in der Martensit-Phase (entzwillingt) vor. Wird das Material im Zuge des Brühvorgangs erwärmt, findet eine thermische Rückverformung in die Austenit-Phase statt. Es wird dann in seine Ursprungsform rückverformt.
In diesem Zusammenhang lösen sich insbesondere die Kapseldeckelanordnung 10 von Kaffeekapsel 1 und das aufgebrühte Kaffeepulver aus Kaffeekapsel 1.
Damit dies besonders gut funktioniert, sollte die Höhe H der Kaffeekapsel 1 kleiner sein als ein Radius R der Kaffeekapsel 1 an einer Stirnseite 7 der umlaufenden Kapselwand 5. Insbesondere sollte die Höhe H der Kaffeekapsel 1 kleiner sein als 0,9 R bzw. kleiner sein als 0,4 R, aber größer sein als 0,1 R bzw. größer sein als 0,95 R. Beliebige Zwischenstufen sind hier denkbar.
In 8 ist eine Kaffeekapsel 1 mit einer Höhe von 2,0 cm und einem Radius von 2,5 cm dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel erfüllt daher obige Dimensionierungsvoraussetzung. Dadurch wird gewährleistet, dass eine vollständige oder überwiegende (mehr als 80%) Rückverformung in das Ursprungsmaterial beim Brühvorgang stattfindet.
Nicht dargestellt ist, dass die Kaffeekapsel 1 noch ein Identifizierungsmerkmal umfassen kann, welches durch die Kaffeemaschine 100 einlesbar ist. Ein solches Identifizierungsmerkmal kann beispielsweise ein Barcode sein, welcher am Kapselboden 4, der umlaufenden Kapselwand 5 oder an der Kapseldeckelanordnung 10 angebracht sein könnte. Bei dem Identifizierungsmerkmal könnte es sich auch um einen RFID-Chip handeln, welcher an oder in der Kaffeekapsel 1 angebracht ist. Diese könnte beispielsweise im Kapselboden 4 oder in der umlaufenden Kapselwand 5 an- oder eingebracht sein. Er könnte auch an der Kapseldeckelanordnung 10 an- oder in diese eingebracht sein. Grundsätzlich könnte es sich bei dem Identifizierungsmerkmal auch um die Leitfähigkeit eines Materials der Kaffeekapsel 1 handeln. So könnte ein bestimmter Teil der Kaffeekapsel 1 aus einem anderen Material hergestellt sein bzw. die gesamte Kaffeekapsel 1 könnte aus einem Material hergestellt sein, welches sich von dem Material einer anderen Kaffeekapsel 1 unterscheidet. Die Kapseldeckelanordnungen 10 verschiedener Kaffeekapseln 1 könnten sich auch voneinander unterscheiden. Bei diesem Material könnte es sich beispielsweise auch um einen Aufkleber handeln, der auf die Kaffeekapsel 1 aufgebracht wird. Diese Leitfähigkeit könnte innerhalb der Kaffeemaschine 100 über eine einfache elektrische Schaltung ermittelt werden. Eine codierte räumliche Form, die an der Kaffeekapsel 1 angebracht ist, könnte auch als Identifizierungsmerkmal dienen. So könnten spezielle Aussparungen beispielsweise am Befestigungsflansch 8 eine solche räumlich codierte Form darstellen. Die Kaffeemaschine 100 umfasst in diesem Fall eine Leseeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Identifizierungsinformation der Kaffeekapsel 1 einzulesen. Eine Steuereinrichtung 101 der Kaffeemaschine 100 ist dazu ausgebildet, um anhand der eingelesenen Identifizierungsinformation den Brühvorgang der Kaffeekapsel 1 zielgenau zu steuern. So kann je nach Identifizierungsinformation eine Heizanordnung derart angesteuert werden, dass diese das Wasser auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, wobei die Temperatur zu der Identifizierungsinformation korrespondiert. Ist die Kaffeekapsel 1 mit einer ersten Kaffeesorte gefüllt, dann wird eine erste Temperatur ausgewählt, wohingegen eine zweite Temperatur ausgewählt wird, die zur ersten Temperatur unterschiedlich ist, wenn die Kaffeekapsel 1 mit einer zweiten (anderen) Kaffeesorte gefüllt ist. Gleiches kann auch für eine Pumpenanordnung gelten, die je nach eingelesener Identifizierungsinformation einen unterschiedlichen Pumpendruck erzeugt. So kann je nach Dichte des Kaffeepulvers innerhalb der Kaffeekapsel 1 ein hierzu passender Pumpendruck ausgewählt werden. Gleiches gilt auch für die Zeitdauer des eigentlichen Brühvorgangs. Die Zeitdauer kann zur eingelesenen Identifizierungsinformation korrespondieren. Umfasst die Kaffeekapsel 1 beispielsweise einen größeren Kaffeeaufnahmeraum 6, dann wird die Zeitdauer verlängert, weil mehr Kaffee gebührt wird, als wenn der Kaffeeaufnahmeraum 6 kleiner ist. Ein Benutzer muss in diesem Fall keine weiteren Einstellungen an der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine 100 vornehmen. Grundsätzlich kann der Benutzer allerdings die entsprechenden Einstellungen auch verändern und seinen individuellen Vorliegen anpassen.
Die 5A bis 5C zeigen verschiedene Längsschnitte durch unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen gefüllten Kaffeekapsel 1. Erfindungsgemäß ist die Kaffeekapsel 1 nicht mit losem Kaffeepulver gefüllt, sondern mit einem Kaffeepulver-Formling 20. Der Kaffeepulver-Formling 20 ist dabei in dem Kaffeeaufnahmeraum 6 angeordnet. Der Kaffeepulver-Formling umfasst zumindest n-Presssegmente 21₁ , 21₂ , 21₃ , mit n ≥ 2, n ≥ 3, n ≥ 4 oder n ≥ 5. In den 5A, 5B, 5C hat n den Wert 3. Jedes der n-Presssegmente 21₁ , ..., 21_n umfasst in Form gepresstes Kaffeepulver. Die n-Presssegmente 21₁ , ..., 21_n sind in Richtung einer Längsachse 22 des Kaffeepulver-Formlings 20 aufeinander gestapelt angeordnet. Das erste Presssegment 21₁ liegt dabei auf dem Kapselboden 4 auf bzw. liegt an zumindest einem Teil oder an der gesamten Innenwand der umlaufenden Kapselwand 5 an. Die weiteren n-1 Presssegmente 21₂ , ..., 21_n liegen auf ihrem jeweils darunter liegenden Presssegment 21₁ , ..., 21_n-1 auf. Vorzugsweise hat lediglich das erste Presssegment 21₁ Kontakt zum Kapselboden 4 und/oder zur umlaufenden Kapselwand 5.
In den 5A bis 5C ist dargestellt, dass n-1 Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 einen Bodenbereich 23 und eine umlaufende Seitenwand 24 umfassen (siehe 7A, 7B), die sich an den jeweiligen Bodenbereich 23 anschließt, wodurch ein Aufnahmeraum 25 mit einer Innenkontur begrenzt wird. Der Aufnahmeraum 25 (siehe 7A, 7B) ist von einer Seite aus zugänglich. In dem Aufnahmeraum 25 ist das in Richtung der Längsachse 22 darüber liegende Presssegment 21₂ , ..., 21_n angeordnet, wobei das darüber liegende Presssegment 21₂ , ..., 21_n eine Außenkontur aufweist, die zur der Innenkontur des Aufnahmeraums 25 des darunter liegenden zumindest einen Presssegments 21₁ , ..., 21_n-1 korrespondiert, wodurch das darüber liegende Presssegment 21₂ , ..., 21_n auf dem darunter liegenden zumindest einen Presssegment 21₁ , ..., 21_n-1 flächig aufliegt.
Die Seitenwände 24 und/oder der Bodenbereich 23 von zumindest zwei oder allen der n-1 Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 hat dieselbe Wandstärke. Die Wandstärke kann sich auch unterscheiden. In den 5A und 5B ist die Wandstärke der Seitenwände 24 und des Bodenbereichs 23 der ersten beiden Presssegmente 21₁ , 21₂ unterschiedlich. Die Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 sind in den 5A, 5B kugelschalenförmig (mit einem festen Radius) und in 5C schalenförmig.
Das n-te Presselement 21_n ist in den 5A bis 5C frei von einer Ausnehmung 25.
In 5A und 5B ist dargestellt, dass die umlaufenden Seitenwände 24 der n-1 Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 auf gleicher Höhe enden. Das n-te Presssegment 21_n ist dabei frei von einem Aufnahmeraum 25 und füllt den Aufnahmeraum 25 des darunter liegenden n-1-ten Presssegments 21_n-1 (vollständig) aus. Es endet mit seiner Stirnseite ungefähr auf der gleichen Höhe wie die umlaufenden Seitenwände 24 der anderen darunter liegenden n-1 Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 . Die Presssegmente 21₁ , ..., 21_n enden mit ihrer Stirnseite bündig an der Stirnseite 7 der umlaufenden Kapselwand 5.
In 5C ragt lediglich die Seitenwand des n-ten Presssegments 21_n bis an die Stirnseite 7 der umlaufenden Kapselwand 5 der gefüllten Kaffeekapsel 1 heran. Die weiteren Seitenwände 24 der darunterliegenden n-1 Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 enden davor und werden von dem n-ten Presssegment 21_n vollständig überdeckt. Das jeweils darüber liegende Presssegment 21₂ , ..., 21_n steht daher jeweils über dem darunter liegenden Presssegment 21₁ , ..., 21_n-1 bzgl. seiner Seitenwand 24 vor, also über.
Es wäre allerdings auch möglich, dass die umlaufende Seitenwand 24 jedes der n-1 Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 über die umlaufende Seitenwand 24 des darüber liegenden Presssegments 21₂ , ..., 21_n in Richtung der Längsachse 22 übersteht, wobei das n-te Presssegment 21_n frei von einem Aufnahmeraum 25 ist und mit seiner Stirnseite in etwa auf der gleichen Höhe mit der umlaufenden Seitenwand 24 des ersten Presssegments 21₁ endet.
Die unterschiedlichen Schraffierungen der einzelnen Presssegmente 21₁ , ..., 21_n symbolisieren eine unterschiedliche Körnung, Dichte und/oder Röstung des Kaffeepulvers.
Die Körnung des Kaffeepulvers von zumindest zwei Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n kann überwiegend dieselbe Korngröße haben. Es ist allerdings auch möglich dass die Körnung des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen der n-Presssegmente 21₁ , ..., 21_n überwiegend eine unterschiedliche Korngröße aufweist.
Vorzugsweise ist die Korngröße des Kaffeepulvers im ersten Presssegment 21₁ größer als im n-ten Presssegment 21_n . Insbesondere gibt es ein darüber liegendes Presssegment 21₂ , ..., 21_n dessen Korngröße kleiner ist als die Korngröße im ersten Presssegment 21₁ .
Selbiges kann auch für die Dichte des Kaffeepulvers gelten. Die Dichte des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n kann gleich hoch sein. Vorzugsweise ist die Dichte des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen der n-Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n allerdings unterschiedlich hoch. Die Dichte des Kaffeepulvers im ersten Presssegment 21₁ ist vorzugsweise geringer als im n-ten Presssegment 21_n . Insbesondere gibt es ein darüber liegendes Presssegment 21₂ , ..., 21_n , dessen Kaffeepulver eine höhere Dichte aufweist als das Kaffeepulver im ersten Presssegment 21₁ . Für den Fall, dass die Korngröße in einem darüber liegenden Presssegment 21₂ , ..., 21_n geringer ist, ist die Dichte höher, weil die Lufteinschlüsse weniger sind.
Es ist auch möglich, dass das Kaffeepulver von zumindest zwei Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n dieselbe Kaffeesorte oder dieselbe Mischung aus denselben Kaffeesorten umfasst. Als Kaffeesorten werden insbesondere Robusta und Arabica verstanden. Allerdings gibt es noch eine Vielzahl weiterer Kaffeesorten, die ebenfalls in der gefüllten Kaffeekapsel 1 einsetzbar sind. Vorzugsweise unterscheidet sich das Kaffeepulver und insbesondere die Mischung der Kaffeesorten von zumindest zwei oder allen Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n voneinander. Die Presssegmente 21₁ , ..., 21_n können auch Kaffeepulver ohne Koffein oder mit einem reduzierten Koffeinanteil enthalten.
Selbiges kann auch für die Röstung des Kaffeepulvers gelten. Die Röstung des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n kann in etwa gleich sein. Dies bedeutet, dass die Kaffeebohnen insbesondere mit derselben Temperatur über denselben Zeitraum geröstet wurden. Die Röstung der Kaffeebohnen von zumindest zwei oder allen der n-Presssegmente 21₁ , ..., 21_n kann auch unterschiedlich sein.
Im Hinblick auf 5C ist zu erkennen, dass die ersten beiden Presssegmente 21₁ , 21₂ in ihren Bodenbereich 23 eine größere Wandstärke haben als an ihren Seitenwänden 24. Die Wandstärke nimmt beginnend von der Stirnseite der Seitenwände 24 in Richtung des Bodenbereichs 23 kontinuierlich zu. Eine abschnittsweise Zunahme wäre ebenfalls denkbar.
In 5B ist außerdem noch dargestellt, dass in den zweiten Presssegment 21₂ und in dem n-ten Presssegment 21_n eine Ausnehmung vorgesehen ist, wobei in der Ausnehmung jeweils ein Aromasegment 26 angeordnet ist. Dieses ist insbesondere ortsfest angeordnet. Bei dem Aromasegment 26 kann es sich beispielsweise um Vanille oder einen anderen Geschmacksstoff handeln. Es kann auch Milchpulver eingebracht sein.
Dieses Aromasegment 26 kann auch zwischen zwei Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n angeordnet sein. Das Aromasegment 26 kann auch nachträglich über Injektionsnadeln in die entsprechende Stelle in der mit den Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n gefüllten Kaffeekapsel 1 eingebracht werden.
In 6A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 gezeigt. Der Kapselboden 4 und die umlaufende Kapselwand 5 sind im unteren Bereich dargestellt. In den Kaffeeaufnahmeraum 6 der Kaffeekapsel 1 wird der Kaffeepulver-Formling 20 eingesetzt. Die einzelnen Presssegmente 21₁ , ..., 21_n , wobei n in diesem Fall 5 ist, umfassen allesamt dieselbe Wandstärke. Die Wandstärke ändert sich dabei vom Bodenbereich 23 hin zu der Seitenwand 24 nicht. Die n-1 Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 sind alle halbkugelförmig, wobei jede Stirnseite bündig mit der Stirnseite 7 der umlaufenden Kapselwand 5 abschließt.
In 6B ist gezeigt, dass die Wandstärken der einzelnen Presssegmente 21₁ , ..., 21_n unterschiedlich dick sind. Die Wandstärken nehmen dabei von dem ersten Presssegment 21₁ zum n-1-ten Presssegment 21_n-1 hin (sukzessive) zu.
In 6C ist dagegen dargestellt, dass lediglich das n-te Presssegment 21_n bei einer abgenommenen Kapseldeckelanordnung 10 von außen sichtbar ist.
In den 7A und 7B ist die Herstellung der gefüllten Kaffeekapsel 1 nochmals beschrieben. In 7A gibt es drei Presssegmente 21₁ , ..., 21₃ , wohingegen es in 7B fünf Presssegmente 21₁ , ..., 21₅ gibt. N-1 dieser Presssegmente 21₁ , ..., 21_n-1 sind in diesem Fall hohlkugelförmig ausgebildet, wobei sie lediglich halbkugelförmig aufgebaut sind. In den Kaffeeaufnahmeraum 6 der Kaffeekapsel 1 werden die einzelnen Presssegmente 21₁ , ..., 21_n vorzugsweise nacheinander eingesetzt. Mit dem Einsetzten des n-ten Presssegments 21_n ist der Kaffeepulver-Formling 20 komplettiert. Der Kaffeepulver-Formling 20 könnte auch im Vorfeld zusammengesetzt werden, wobei dieser dann insgesamt in dem Kaffeeaufnahmeraum 6 eingesetzt wird. Im Anschluss daran wird die Kaffeekapsel 1 durch die Kapseldeckelanordnung 10 verschlossen.
Grundsätzlich könnte es auch sein, dass die einzelnen Presssegmente 21₁ , ..., 21_n frei von einem Aufnahmeraum 25 sind. In diesem Fall könnten die einzelnen Presssegmente 21₁ , ..., 21_n plattenförmig sein. Sie könnten beispielsweise einen Querschnitt aufweisen, der in Draufsicht kreisförmig, oval, ellipsenförmig, rechteckig, quadratisch, m-eckig mit m ≥ 5 ist oder einer solchen Form angenähert ist. Dabei könnten die Querschnittsfläche von einem, mehreren oder allen der n Presssegmente 21₁ , ..., 21_n entlang der Längsachse 22 jeweils konstant sein oder sich entlang der Längsachse 22 innerhalb von jedem Presssegment 21₁ , ..., 21_n oder bezogen auf die Presssegmente 21₁ , ..., 21_n zueinander in Richtung des n-ten Presssegments 21_n vergrößern.
Grundsätzlich können auch zumindest zwei oder alle der n Presssegmente 21₁ , ..., 21_n dieselbe Querschnittsfläche und/oder dieselbe Dicke haben. Bevorzugt haben allerdings zwei oder alle der n Presssegmente 21₁ , ..., 21_n eine unterschiedliche Querschnittsfläche und/oder Dicke, wobei dasjenige Presssegment 21₂ , ..., 21_n , welches auf einem anderen Presssegment 21₁ , ..., 21_n-1 aufliegt, eine größere Querschnittsfläche aufweist als dasjenige Presssegment 21₁ , ..., 21_n-1 , auf dem es aufliegt.
In 9 ist dargestellt, welcher Druck ungefähr notwendig um das erste Presssegment 21₁ herzustellen. Der Druck ist abhängig von der Oberfläche (Größe der Fläche der Außenkontur) des ersten Presssegments 21₁ . Ein derartiger Druck kann durch einen händischen Pressvorgang nicht erreicht werden. Es ist ebenfalls dargestellt, dass nur zwei verschiedene Größen von Kaffeekapseln 1 notwendig sind. Eine erste Kaffeekapsel 1 könnte ein erstes Presssegment 21₁ umfassen, welches eine Oberfläche von bis zu 9 cm² aufweist, was bedeutet, dass die Fläche der Außenwandung des ersten Presssegments 21₁ ca. 9 cm² umfasst. Eine zweite Kaffeekapsel 1 könnte dann ein erstes Presssegment 21₁ aufweisen, welches eine Oberfläche von 9 cm² bis ungefähr 20 cm² umfasst. Die erste Kaffeekapsel 1 kann dann für einen Espresso bzw. für lediglich eine Tasse Kaffee verwendet werden, wohingegen die zweite Kaffeekapsel 1 für einen doppelten Espresso oder für zwei Tassen Kaffee Verwendung finden könnte.
In 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer Presse 30 dargestellt, um ein Presssegment 21₁ , ..., 21_n herzustellen. Für jedes der n Presssegmente 21₁ , ..., 21_n ist eine eigene Presse 30 notwendig. Das Kaffeepulver wird vorzugsweise kalt in Form gepresst. Die Presse 30 umfasst dabei eine Presskalotte die in eine Pressform eintaucht, wobei dazwischen das Kaffeepulver angeordnet und durch den Pressvorgang 21₁ , ..., 21_n zu dem Presssegment verpresst wird. Die Presskalotte kann dabei auch Hohlräume aufweisen, in die ein Aromasegment 26 angeordnet ist.
Das Pressen sollte sich unmittelbar an den Mahlvorgang der Kaffeebohnen anschließen, damit möglichst wenig Aroma verloren geht. Vorzugsweise sollte das Mahlen als auch das Pressen in einem Reinraum stattfinden, in welchem ein leichter Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck außerhalb des Reinraums herrscht. Weil die kleinsten gemahlenen Kaffeekörner, einen Korndurchmesser von 0,05 mm bis 0,5 mm haben können, sollten die definierten, zugelassenen Schmutzpartikel nicht merklich größer sein. Idealerweise arbeiten die Mahlwerke, Presswerke und Abfüll- bzw. Bestückungsautomaten vollautomatisch, mit möglich wenigen Personalzutritten innerhalb des Reinraums.
In 11 ist ein Diagramm dargestellt, welches die Dichte des Kaffeepulvers im Zusammenhang mit dem Korndurchmesser des Kaffeepulvers zeigt. Je größer der Korndurchmesser ist, desto niedriger ist die Dichte des Kaffeepulvers.
In 12A ist ein weiteres Diagramm dargestellt. Aus diesem gehen die Vorteile der erfindungsgemäßen gefüllten Kaffeekapsel 1 hervor, die einen entsprechenden Kaffeepulver-Formling 20 umfasst. Mit der durchgezogenen Linie sind herkömmliche Kaffeekapseln dargestellt. Dieser Linie ist zu entnehmen, dass nur ein bestimmter Prozentsatz der Aromastoffe extrahiert wird. Das Koffein wird bei herkömmlichen Kaffeekapseln in ungefähr 1 Sekunde extrahiert, wohingegen die meisten Kaffeeöle nach ungefähr 10 Sekunden und die meiste Kaffeesäure nach ungefähr 15 Sekunden extrahiert sind. Wird die Brühzeit verlängert, dann werden nur Bitterstoffe extrahiert, die den Kaffeegeschmack trüben. Im Vergleich dazu könnten deutlich mehr Aromastoffe aus der Kaffeekapsel 1 extrahiert werden, wenn der erfindungsgemäße Aufbau mit mehreren Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n Anwendung findet. Mit einer gepunkteten Kurve ist dargestellt, wie viel Prozent des Koffeins, der Kaffeeöle und der Kaffeesäure bei einer erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 mit drei Presssegmenten 21₁ , ..., 21₃ extrahiert werden kann. Mit gepunkteten und gestrichelten Kurve ist dargestellt, wie viel Koffein, Kaffeeöle und Kaffeesäure aus einer erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 mit fünf Presssegmenten 21₁ , ..., 21₅ extrahiert werden kann. Zu erkennen ist, dass bei einem mehrschichtigen Aufbau deutlich mehr Inhaltsstoffe extrahiert werden können. Dies liegt daran, weil das Wasser nicht so schnell durch das Kaffeepulver hindurchfließt (weil es verpresst ist). Das heiße Brühwasser verbleibt daher länger in der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 als es dies bei herkömmlichen Kaffeekapseln tut. Dadurch kann mit weniger Kaffeepulver, welches allerdings in Presssegmente 21₁ , ..., 21_n verpresst ist, mehr Aromastoffe extrahiert werden.
12B ist zu entnehmen, dass der notwendige Brühwasserdruck bei der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 höher ist als bei herkömmlichen Kaffeekapseln. Der notwendige Druck steigt über die Brühzeit an, weil die Hohlräume im Kaffeepulver in den Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n immer weiter mit Wasser gefüllt werden. Die Pumpenanordnung muss dabei (kurzzeitig) einen Druck von bis zu 24 Bar aufbringen.
Pumpenanordnungen herkömmlicher Kaffeekapseln müssen einen Druck von ungefähr 14 Bar aufbringen. Nach ca. 20 Sekunden ist der Brühvorgang beendet. Ansonsten würden verstärkt Bitterstoffe extrahiert werden. Die notwendige Brühwassertemperatur ist bei der erfindungsgemäßen Kaffeekapsel 1 höher als bei herkömmlichen Kaffeekapseln. Erfindungsgemäß liegt diese bevorzugt zwischen 94°C und 98°C.
Um den höheren Brühwasserdruck aufzubringen umfasst die Pumpenanordnung vorzugsweise zumindest eine elektrisch angetriebene Einflügelpumpe. Diese kann beispielsweise gleich im Wassertank 104 integriert sein. Bei dieser Art von Pumpe, deren Flügel mit einem exzentrisch angeordnetem Rotor und einem Mitnehmer im Kreis bewegt werden, werden außerdem niedrigere Schallpegel erzeugt als bei derzeit häufig eingesetzten Pumpen. Eine geringere Geräuschentwicklung ist in Büroräumen wünschenswert. Bei Einflügelpumpen wird ein Brühwasser-Impuls je Umdrehung erzeugt, was insbesondere für die komprimierten Presssegmente ein Vorteil ist, weil höhere Pumpdrücke erreicht werden können. Diese Einflügelpumpen können mit einem Pumpendruck von bis zu 30 bar betrieben werden. Dabei sind zwischen 0,5 und 5 Brühwasser-Impulse pro Sekunde möglich. Vorzugsweise wird die Einflügelpumpe mit einem Brühwasser-Impuls pro Sekunde betrieben.
Die 13A und 13B zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine 100, in die die erfindungsgemäße Kaffeekapsel 1 einsetzbar ist. In 13A wird eine Kaffeemaschine 100 beschrieben, bei der die gefüllte Kaffeekapsel 1 in dem Kapselaufnahmeraum 102 derart angeordnet ist, dass der Kapselboden 4 bzw. die Kapseldeckelanordnung 10 in etwa senkrecht zur Horizontalebene angeordnet ist.
Dagegen zeigt 13B eine andere Ausführungsform. Bei dieser ist eine Drehtelleranordnung 103 vorgesehen, wobei die Kaffeekapsel 1 derart angeordnet ist, dass der Kapselboden 4 bzw. die Kapseldeckelanordnung 10 in etwa parallel zur Horizontalebene ausgerichtet ist.
Beide Ausführungsbeispiele haben allerdings gemeinsam, dass die Kaffeemaschine 100 die Steuereinheit 101 umfasst. Die Kaffeemaschine 100 umfasst weiterhin einen Wassertank 104 und eine Heizanordnung (nicht darstellt). Die Heizanordnung ist dazu ausgebildet, um das Wasser aus dem Wassertank 104 zu erhitzen. Es ist weiterhin eine Injektionsdornanordnung 110 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den Kapselboden 4 der gefüllten Kaffeekapsel 1 zu durchstoßen. Auf der anderen Seite ist eine Extraktionsdornanordnung 120 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Kapseldeckelanordnung 10 der gefüllten Kaffeekapsel 1 zu durchstoßen. Weiterhin ist eine Pumpanordnung (nicht dargestellt) vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Wasser aus dem Wassertank 104 über die Heizanordnung in die Injektionsdornanordnung 110 zu pumpen. In dem Kapselaufnahmeraum 102 ist die gefüllte Kaffeekapsel 1 in einem Befüllzustand einlegbar. Von dem Befüllzustand kann in einen Brühzustand übergegangen werden. Im Brühzustand ist die gefüllt Kaffeekapsel 1 von der Injektionsdornanordnung 110 und der Extraktionsdornanordnung 120 durchstoßbar. Je nach Art der Kaffeekapsel 1 ist die Eindringtiefe der Injektionsdornanordnung 110 in die Kaffeekapsel 1 unterschiedlich und insbesondere einstellbar.
In beiden Ausführungsbeispielen (13A, 13B) handelt es sich bei dem Material, aus dem die gefüllte Kaffeekapsel 1 besteht oder welches diese umfasst, um ein Form-Gedächtnis-Material. Nach dem Brühvorgang findet eine Rückverformung statt und die halbkugelförmige Kaffeekapsel 1 verformt sich wieder in das Plattenmaterial zurück. Dabei wird das aufgebrühte Kaffeepulver von der Kaffeekapsel 1, insbesondere von der umlaufenden Kapselwand 5 und dem Kapselboden 4 getrennt. Das aufgebrühte Kaffeepulver fällt in einen ersten Auffangbehälter und die verbleibende Kaffeekapsel 1 (die rückgeformt ist) in einen zweiten Auffangbehälter. Die Kapseldeckelanordnung 10 kann je nach Befestigung zumindest teilweise noch an der umlaufenden Kapselwand 5 befestigt sein bzw. zusammen mit dem aufgebrühten Kaffeepulver in den entsprechenden Auffangbehälter fallen.
Über einen entsprechenden Ausgabekopf 105 fließt der aufgebrühte Kaffee in eine darunter befindliche Tasse.
Vorzugsweise umfasst die Kaffeemaschine 100 noch eine Kommunikationseinrichtung 106 mit einer entsprechenden Antenne. Die Kommunikationseinrichtung 106 ist dazu ausgebildet, um Steuerbefehle von einem nicht dargestellten mobilen Endgerät drahtlos zu empfangen. Die Steuereinrichtung 101 ist dann dazu ausgebildet, um anhand der drahtlos empfangenen Steuerbefehle den Brühvorgang einzuleiten bzw. die Kaffeemaschine 100 zu entkalken. Die Steuerbefehle können auch dazu verwendet werden, um die zu verwendende Wassermenge, den Wasserdruck und die Brühzeit bzw. Brühtemperatur anzupassen.
Bezug nehmend auf 13B wird die Drehtelleranordnung 103 näher beschrieben. Die Drehtelleranordnung 103 umfasst zumindest zwei Positionen. Die Drehtelleranordnung 103 umfasst zumindest eine Aussparung, in welcher die gefüllte Kaffeekapsel 1 einsetzbar ist. Diese zumindest eine Aussparung ist im Befüllzustand von außerhalb der Kaffeemaschine 100 aus zugänglich. Die Drehtelleranordnung 103 ist dann dazu ausgebildet, sich in einem bestimmten Winkel von der ersten Position (in welcher die Aussparung von außerhalb der Kaffeemaschine 100 aus zugänglich ist) in eine zweite Position zu drehen, um vom Befüllzustand in den Brühzustand überzugehen. Die Extraktionsdornanordnung 120 und die Injektionsdornanordnung 110 sind ausschließlich in dieser zweiten Position dazu ausgebildet, die gefüllte Kaffeekapsel 1 einzustechen. In dieser zweiten Position ist die gefüllte Kaffeekapsel 1 von außerhalb der Kaffeemaschine 100 nicht zugänglich. Vorzugsweise umfasst die Drehtelleranordnung 103 noch eine zweite oder mehrere Aussparungen, in die jeweils ebenfalls eine gefüllte Kaffeekapsel 1 einsetzbar ist. Befindet sich eine gefüllte Kaffeekapsel 1 in der zweiten Position, so sollte eine weitere Aussparung in der ersten Position sichtbar sein, so dass der Benutzer sofort eine weitere Kaffeekapsel 1 einlegen kann. Grundsätzlich könnte es auch noch eine dritte Position geben, in welcher die aufgebrühte Kaffeekapsel 1 ausgeworfen wird.
in 13B gibt es dagegen vier Positionen, wobei sich die Drehtelleranordnung 103 daher jeweils um 90° dreht, um von einer Position zur nächsten Position zu gelangen. In einer ersten Position ist die Kaffeekapsel 1 einlegbar (Befülltzstand). Nach einer Drehung um insbesondere 90° in die zweite Position findet in dieser Position der Brühvorgang statt. Nach einer Drehung um insbesondere weitere 90° in die dritte Position, findet der Auswurf des Kaffeesatzes, also des aufgebrühten Kaffeepulvers statt. Nach einer Drehung um insbesondere weitere 90° in eine vierte Position, findet der Auswurf der rückverformten Kaffeekapsel 1 statt. Im Anschluss daran (also nach 360°), also nach nochmals einer Drehung um insbesondere 90°, kann eine neue Kaffeekapsel 1 eingelegt werden.
In den 14A bis 14C wird die Injektionsdornanordnung 110 näher beschrieben. Die Injektionsdornanordnung umfasst in diesem Fall zumindest einen Injektionsdorn 111, der über zumindest eine Teillänge von einem Fluidkanal 112 durchsetzt ist. Der Injektionsdorn 111 hat über seine Länge mehrere voneinander in Längsrichtung beabstandete Austrittsöffnungen 113, die mit dem Fluidkanal 112 in Fluidverbindung stehen. Verschiedene Austrittsöffnungen 113 tauchen im Brühzustand in unterschiedliche Presssegmente 21₁ , ..., 21_n des Kaffepulver-Formlings 20 der gefüllten Kaffeekapsel 1 ein. Dieser Sachverhalt ist aus den 15A und 15B zu entnehmen.
Die Austrittsöffnungen 113 verkleinern sich vorzugsweise entlang der Längsachse 119 der Injektionsdornanordnung 110, so dass ein Wasserdruck in derjenigen Austrittsöffnung 113, die im ersten Presssegment 21₁ angeordnet ist, niedriger ist, als ein Wasserdruck in derjenigen Austrittsöffnung 113, die einem höherrangigen Presssegment 21₂ , ... 21_n oder im n-ten Presssegment 21_n angeordnet ist. Vorzugsweise sollte die Größe der Austrittsöffnung 113 zu dem Grad der Verpressung, also zu der Dichte des Kaffeepulvers in dem entsprechenden Presssegment 21₁ , ..., 21_n korrespondieren. Ist das Presssegment 21₁ , ..., 21_n stärker verpresst, dann ist die Austrittsöffnung 113 vorzugsweise kleiner, als wenn das Presssegment 21₁ , ..., 21_n weniger stark verpresst ist.
Der Injektionsdorn 111 umfasst zumindest k Austrittsöffnungen mit k ≥ 2, k ≥ 3, k ≥ 4 oder k ≥ 5. Vorzugsweise gilt: k = n.
Vorzugsweise sind eine oder alle Austrittsöffnungen 113 in ihrer Größe veränderbar. Dies kann durch eine FGL-Feder (Form-Gedächtnis-Legierung) geschehen. So umfasst der Injektionsdorn 111 noch zwei Kammern 114, 115. In der Kammer 114 ist eine FGL-Feder angeordnet. In der Kammer 115 ist eine Rückholfeder angeordnet. Bei Bestromen der FGL-Feder übt diese eine Kraft gegenüber der Rückholfeder aus und kann eine nicht Blende 116 (siehe 14B) über die Austrittsöffnungen 113 schieben. Durch diese Blende 116 kann auch der Austrittswinkel α verändert werden. Die Austrittsöffnungen 113 können vollständig oder teilweise oder überhaupt nicht durch die Blende verschlossen werden. Für den Fall, dass die FGL-Feder in der ersten Kammer 114 nicht bestromt wird, sind die Austrittsöffnungen 113 vorzugsweise vollständig geöffnet. Die Rückholfeder in der zweiten Kammer 115 zieht die Blende 116 dann in die entsprechende Stellung.
In 14B sind die Austrittsöffnungen 113 kreisrund. Über ein entsprechendes Federsystem kann auch hier eine Blende 116 vor die kreisrunden Austrittsöffnungen 113 geschoben werden. Diese Blende 116 ist in diesem Fall einteilig ausgebildet. Die Blende 116 kann auch aus einem (insbesondere gelaserten) Gitter bestehen, um den Wasserstrahl zu beeinflussen.
In 14C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Injektionsdorns 111 dargestellt. Die Blende 116 ist in diesem Fall nicht einteilig ausgebildet. Stattdessen gibt es eine Vielzahl von Blenden 116. Jede Blende 116 umfasst mehrere Segmente, die an einem Gelenk miteinander verbunden sind. Jeweils ein Segment jeder Blende 116 ist dabei miteinander und mit einem Ende des Federsystems (insbesondere FGL-Feder) verbunden. Dadurch, dass sich die Gelenke entlang der Längsachse 119 des Injektionsdorns 111 bewegen, werden die Austrittsöffnungen 113, die in 14C nicht dargestellt sind, verschlossen oder entsprechend geöffnet.
In den 15A und 15B ist der Injektionsdorn 111 zusammen mit den Austrittsöffnungen 113 dargestellt. Die verschiedenen Austrittsöffnungen 113 sind in unterschiedlichen Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n angeordnet.
In den 16A und 16B ist nochmals genauer dargestellt, wie die Kaffeekapsel 1 in der Kaffeemaschine 100 aufgebrüht wird. Die Injektionsdornanordnung 110 mit dem zumindest einen Injektionsdorn 111 ist in einem beweglichen ersten Rahmen 140 angeordnet bzw. an diesem befestigt. Dieser erste Rahmen 140 ist auf die Kaffeekapsel 1 zu und von dieser weg bewegbar. Gleichzeitig gibt es noch einen zweiten Rahmen 141, an welchem die Extraktionsanordnung 120 befestigt ist. Dieser zweite Rahmen 141 ist vorzugsweise ebenfalls beweglich und wiederum auf die Kaffeekapsel 1 zu und von dieser weg bewegbar. Zwischen dem ersten beweglichen Rahmen 140 und einem unbeweglichen ersten Gehäuseabschnitt 145a der Kaffeemaschine 100 ist noch zumindest ein Dämpfungselement 146 angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass der erste bewegliche Rahmen 140 mit einer zu hohen Endgeschwindigkeit auf den ersten Gehäuseabschnitt 145a aufschlägt, wenn sich der erste Rahmen 140 von der Kaffeekapsel 1 weg bewegt. Ein solcher elastischer Anschlag 147 ist vorzugsweise auch zwischen dem zweiten Rahmen 141 und einem zweiten Gehäuseabschnitt 145b angeordnet.
Zwischen dem ersten beweglichen Rahmen 140 und dem zweiten beweglichen Rahmen 141 ist ein oder sind vorzugsweise zwei FGL-Federsysteme 150 angeordnet. Zwischen dem ersten beweglichen Rahmen 140 und dem ersten Gehäuseabschnitt 145a ist ein oder sind zwei Rückhol-Federsysteme 151 angeordnet. Zwischen dem zweiten beweglichen Rahmen 141 und dem zweiten Gehäuseabschnitt 145b ist ebenfalls ein oder sind vorzugsweise zwei Rückhol-Federsysteme 152 angeordnet. Für den Fall, dass das FGL-Federsystem 150 nicht bestromt ist, bewirken die Rückhol-Federsysteme 151, 152, dass der erste bewegliche Rahmen 140 in Richtung des ersten Gehäuseabschnitts 145a bewegt und dort am Anschlagselement 146 anliegt und dass der zweite bewegliche Rahmen 141 in Richtung des zweiten Gehäuseabschnitts 145b bewegt wird und dort am Anschlagselement 147 anliegt. Die Kaffeekapsel 1 wird in diesem Zustand nicht eingestochen. Für den Fall, dass das FGL-Federsystem 150 bestromt wird, übt dieses eine Kraft auf den ersten und den zweiten beweglichen Rahmen 140, 141 aus, so dass diese sich auf die Kaffeekapsel 1 zu bewegen. Die Injektionsdornanordnung 110 und Extraktionsdornanordnung 120 durchstoßen dabei den Kapselboden 4 bzw. die Kapseldeckelanordnung 10. Die beiden Gehäuseabschnitte 145a, 145b sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Kapselaufnahmeraums 102 angeordnet.
Die Injektionsdornanordnung 110 ist mit einem ersten Transportkanal 160, insbesondere in Form eines elastischen Schlauchs verbunden. Das Gleiche gilt auch für die Extraktionsdornanordnung 120. Diese ist mit einem zweiten Transportkanal 161 verbunden. Dieser ist vorzugsweise in Form eines elastischen Schlauchs.
In 16B ist der eingestochene Zustand gezeigt. In diesem Fall sind beide Rückhol-Federsysteme 151, 152 ausgelängt. Das FGL-Federsystem 150 ist in diesem Fall bestromt und zusammengezogen. Der erste bewegliche Rahmen 140 und der zweite bewegliche Rahmen 141 sind auf die Kaffeekapsel 1 zu bewegt, so dass die Injektionsdornanordnung 110 und die Extraktionsdornanordnung 120 die Kaffeekapsel 1 durchstoßen.
Die Injektionsdornanordnung 110 kann auch mehrere Injektionsdorne 111 umfassen, die nebeneinander an dem ersten beweglichen Rahmen 140 angeordnet sind und die jeweils über zumindest eine Teillänge von einem Fluidkanal durchsetzt sind. Jeder Injektionsdorn 111 hat zumindest eine Austrittsöffnung 113, die mit dem Fluidkanal 112 verbunden ist. Die Austrittsöffnungen 113 der unterschiedlichen Injektionsdorne 111 sind im Brühzustand dann in unterschiedlichen Presssegmenten 21₁ , ..., 21_n anordenbar.
Vorzugsweise gibt es genauso viele Injektionsdorne 111 wie Presssegmente 21₁ , ..., 21_n . Die Injektionsdorne 111 können gleich lang sein. Vorzugsweise sind allerdings alle oder zumindest zwei Injektionsdorne 111 unterschiedlich lang. Die Austrittsöffnung 113 desjenigen Injektionsdorns 111, die in im ersten Presssegment 21₁ angeordnet ist, ist größer als die Austrittsöffnung 113 eines anderen Injektionsdorns 111, die in einem höherrangigen Presssegment 21₂ , ..., 21_n oder im n-Presssegment 21_n angeordnet ist.
In diesem Fall hat vorzugsweise jeder Injektionsdorn 111 genau eine Austrittsöffnung 113. Die Austrittsöffnung 113 kann bezüglich ihrer Größe wieder verstellt werden. Die bereits beschriebene Blende 116 ist auch bei dieser Art von Injektionsdornen 111 anwendbar.
In den 19, 20, 21, 22, 24 und 25 wird die Extraktionsdornanordnung 120 näher beschrieben.
Die Extraktionsdornanordnung 120 umfasst mehrere Extraktionsdorne 121, die nebeneinander im zweiten beweglichen Rahmen 141 angeordnet sind und die jeweils von einem Fluidkanal 122 (siehe 21) durchsetzt sind. Die Fluidkanäle 122 aller Extraktionsdorne 121 sind mit einer sich verjüngenden Wirbelkammer 123 (s. 22, 24) verbunden. Das verjüngende Ende 129 der Wirbelkammer 123 ist vorzugsweise verschlossen. Es könnte auch geöffnet und direkt mit dem zweiten Transportkanal 161 verbunden sein. Vorzugsweise ist allerdings eine Seitenwand 124 der Wirbelkammer 123 mit zumindest einer Öffnung 128 versehen, durch die der gebrühte Kaffee in den zweiten Transportkanal 161, bei welchem es sich insbesondere um den elastischen Schlauch handelt, abfließbar ist. Diese Wirbelkammer 123 dient dazu, dass Strömungen entstehen, durch die sich die Cremabildung verstärkt.
Die einzelnen Extraktionsdorne 121 haben gemäß 21 einen Öffnungsquerschnitt durch die der gebrühte Kaffee der Kaffeekapsel 1 in den zweiten Transportkanal 161 fließt. Dieser Öffnungsquerschnitt ist vorzugsweise kleiner als die mittlere Korngröße desjenigen Presssegments 21₁ , ..., 21_n , welches am feinsten gemahlen ist. Vorzugsweise ist der Öffnungsquerschnitt kleiner als 0,10 mm. Die entsprechenden Abmessungen können 21 entnommen werden, wobei alle Angaben in mm sind.
In 23 sind der erste und/oder zweite Transportkanal 160, 161 dargestellt. Dieser jeweilige Transportkanal 160, 161 schließt sich vorzugsweise an die Extraktionsanordnung 120 an bzw. ist der Injektionsdornanordnung 110 vorgeschaltet. Der jeweilige Transportkanal 160, 161 umfasst entlang seiner Längsrichtung abschnittsweise Verbreiterungen 127, wodurch voneinander getrennte Wirbelbecken 126 entstehen. Dadurch entsteht eine turbulente Strömung, wodurch das heiße Brühwasser, welches durch die Injektionsdornanordnung 110 in die Kaffeekapsel 1 eingepresst wird, besser verwirbelt wird und mehr Aromabestandteile lösen kann. Bei Einsatz eines solchen Transportkanals 161 nach der Extraktionsdornanordnung 120 wird der gebrühte Kaffee nochmals verwirbelt, wodurch eine verstärkte Cremabildung einsetzt. Ein derartiger Transportkanal 160, 161 kann auch in dem elastischen Schlauch angeordnet sein.
In 25 ist nochmals die Vielzahl der Extraktionsdorne 121 dargestellt, die die Kapseldeckelanordnung 10 durchstoßen.
In 26 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des ersten bzw. zweiten Transportkanals 160, 161 dargestellt. Die einzelnen Seitenwände 125 laufen unter einem Winkel von 50° bis 70°, insbesondere unter einem Winkel von 60° aufeinander zu. Die dadurch entstehende Reibung lässt noch den Einsatz einer handelsüblichen Pumpenanordnung zu, damit das Brühwasser bzw. der aufgebrühte Kaffee noch durch den jeweiligen Transportkanal 160, 161 gepumpt werden kann. Das Ziel ist, dass sich eine turbulente Strömung (Reynoldszahl Re > 2.320) einstellt. Dadurch wird die Cremabildung begünstigt.
Der jeweilige Transportkanal 160, 161 kann auch durch eine Heizanordnung erwärmt werden, so dass der gebrühte Kaffee nicht zu stark abkühlt.
27 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine 100 mit einem verdrehbaren Ausgabekopf 105. Die Kaffeemaschine 100 umfasst hierzu eine nicht dargestellte Motoreinrichtung. Diese ist dazu ausgebildet, um den Ausgabekopf 105 in zumindest der X-Y-Ebene zu verdrehen. Die Z-Ebene ist dabei die Entfernung des Ausgabekopfes 105 zur darunter gestellten Tasse. Die Steuereinrichtung 101 ist dazu ausgebildet, um die Motoreinrichtung derart anzusteuern, dass diese den Ausgabekopf 105 derart bewegt, dass durch ausfließenden Kaffee ein auswählbares Bild, also Muster in der Tasse zeichenbar ist.
Verschiedene Muster sind in den 28B und 28C dargestellt. In 28A ist dagegen dargestellt, in welcher Bewegungsbahn sich der Ausgabekopf 105 bewegen muss, um das im 28B dargestellte Muster zu erhalten.
Die Muster können auf einer Anzeigeeinheit 170 dargestellt werden. Ein Benutzer kann durch Drücken einer entsprechenden Taste oder eines berührungsempfindlichen Bildschirms das für ihn passende Muster auswählen. Derartige Kaffeemaschinen 100 können insbesondere als Show-Kaffeemaschinen 100 eingesetzt werden.
In 17 und in den 18A bis 18C ist noch eine Ventileinrichtung 180 beschrieben. Die Ventileinrichtung 180 kann in der Kaffeemaschine 100 eingesetzt werden.
Die Ventileinrichtung 180 ist zwischen der Heizanordnung und der Injektionsdornanordnung 110 angeordnet. Die Ventileinrichtung 180 umfasst mehrere Ventilkammern 181a, 181b, 181c. Die Steuereinrichtung 101 ist dazu ausgebildet, je nach gewählter Wassertemperatur zu dieser Temperatur korrespondierende Ventilkammern 181a, 181b, 181c zu öffnen, so dass Wasser von der Heizanordnung kommend in diese Ventilkammern 181a, 181b, 181c fließt. Jede Ventilkammern 181a, 181b, 181c steht dabei in thermischer Verbindung zu je einer FGL-Feder 182a, 182b, 182c. Die Legierung der einzelnen FGL-Federn 182a, 182b, 182c sind unterschiedlich. Jede Ventilkammer 181a, 181b, 181c umfasst einen Ausgang, wobei die jeweilige FGL-Feder 182a, 182b, 182c dazu ausgebildet ist, den Ausgang nur dann zu öffnen, wenn das in der Ventilkammer 181a, 181b, 181c eingeleitete Wasser einen Temperaturschwellwert erreicht oder überschreitet. Dieser Temperaturschwellwert führt dann in Verbindung mit der ausgewählten Legierung der jeweiligen FGL-Feder 182a, 182b, 182c dazu, dass die FGL-Feder 182a, 182b, 182c ausgelenkt wird. Durch das Auslenken wird der Ausgang geöffnet. Dadurch kann eine Temperaturkontrolle sichergestellt werden. Eine entsprechende Rückholfeder 183 sorgt dafür, dass der Ausgang dauerhaft verschlossen ist, wenn die FGL-Federn 182a, 182b, 182c nicht angesprochen sind. Dadurch wird verhindert, dass die Kaffeemaschine 100 leckt, wenn sie z.B. mit einem Festwasseranschluss betrieben wird.
In den 18A bis 18C ist die Auslenkung der ersten FGL-Feder 182a in der ersten Ventilkammer 181a dargestellt. In 18A hat die Wassertemperatur noch nicht den Schwellwert erreicht. Die FGL-Feder 182a ist in diesem Fall nicht ausgelenkt. Stattdessen drückt die Rückholfeder 184a die FGL-Feder 182a zusammen. In 18B erreicht der Wasserschwellwert die entsprechende Temperatur und die erste FGL-Feder 182a beginnt eine Kraft aufzubringen, die größer ist als die Kraft der ersten Rückholfeder 184a. In 18C ist die Rückholfeder 184a vollständig zusammengedrückt, weil die Kraft der ersten FGL-Feder 182a größer ist. In diesem Fall wird der Eingang mit dem Ausgang verbunden.
29 zeigt noch einen Pfandautomaten 200. Durch einwerfen der rückgeformten Kaffeekapseln 1 (diese sind dann vorzugsweise plattenartig) wird ein Pfand gutgeschrieben. Dieses Pfandguthaben kann in Bargeld ausbezahlt oder als Bon ausgegeben werden.
Nachfolgend werden nochmals gesondert einige Weiterbildungen der gefüllten Kaffeekapsel beschrieben.
Ein Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgendes Merkmal aufweist:

- der Kapselboden 4 und die umlaufende Kapselwand 5 sind einteilig ausgebildet.

Ein zusätzlicher Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgendes Merkmal aufweist:

- die Dehngrenze ε für das Kalt-Umform-Teil ist kleiner als 9% oder 8% oder 7% oder 6% oder 5%.

Ein ergänzender Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgendes Merkmal aufweist:

- die Metalllegierung umfasst oder besteht aus:
1. a) Nickel-Titan; oder
2. b) Nickel-Titan-Kupfer; oder
3. c) Kupfer-Zink; oder
4. d) Kupfer-Zink-Aluminium; oder
5. e) Kupfer-Aluminium-Nickel; oder
6. f) Eisen-Nickel-Aluminium.

Ein anderer Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgende Merkmale aufweist:

- eine Wandstärke der umlaufenden Kapselwand 5 ist größer als 0,15mm oder 0,2mm oder 0,3mm oder 0,4mm oder 0,5mm oder 0,6mm oder 0,7mm oder 0,8mm oder 0,9mm oder 1,0mm aber kleiner als 1,1mm oder 0,95mm oder 0,85mm oder 0,75mm oder 0,65mm oder 0,55mm oder 0,45mm oder 0,35mm oder 0,25mm; und/oder
- eine Wandstärke des Kapselbodens 4 ist größer als 0,15mm oder 0,2mm oder 0,3mm oder 0,4mm oder 0,5mm oder 0,6mm oder 0,7mm oder 0,8mm oder 0,9mm oder 1,0mm aber kleiner als 1,1mm oder 0,95mm oder 0,85mm oder 0,75mm oder 0,65mm oder 0,55mm oder 0,45mm oder 0,35mm oder 0,25mm.

Ein besonderer Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgendes Merkmal aufweist:

- für die Höhe H der Kaffeekapsel 1 gilt H ≥ 1cm oder H ≥ 1,25cm oder H ≥ 1,3cm oder H ≥ 1,375cm oder H ≥ 1,65cm oder H ≥ 1,73cm oder H ≥ 1,735cm oder H ≥ 2,1cm oder H ≥ 2,5cm oder H ≥ 2,55cm aber H ≤ 2,8 cm oder H ≤ 2,6 cm oder H ≤ 2,49 cm oder H ≤ 2,3 cm oder H ≤ 1,9 cm oder H ≤ 1,7 cm oder H ≤ 1,6 cm oder H ≤ 1,5 cm oder H ≤ 1,35 cm oder H ≤ 1,275 cm oder H ≤ 1,1 cm.

- die umlaufende Kapselwand 5 läuft vom Kapselboden 4 in Richtung ihrer Stirnseite 7 auseinander, wodurch sich die Querschnittsfläche des Kaffeeaufnahmeraums 6 vom Kapselboden 4 in Richtung der der Kaffeeeinfüllöffnung vergrößert.

Ein weiterer Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgendes Merkmal aufweist:

- der Übergang zwischen dem Kapselboden 4 und der umlaufenden Kapselwand 5 ist abgerundet.

Ein anderer Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgendes Merkmal aufweist:

- die umlaufende Kapselwand 5 und der Kapselboden 4 weisen eine kugelförmige oder schalenförmige oder zylinderförmige Innenkontur auf.

- eine Außenkontur des ersten Presssegments 21₁ ist an eine Innenkontur der Kaffeekapsel 1 angepasst, die durch die umlaufende Kapselwand 5 und der Kapselboden 4 gebildet ist.

Ein weiter Vorteil liegt vor, wenn die gefüllte Kaffeekapsel 1 folgendes Merkmal aufweist:

- die n Presssegmente 21₁ , ..., 21_n sind lediglich einzeln aber nicht miteinander verpresst.

- eine Wandstärke des Kapselbodens 4 ist dünner als eine Wandstärke der umlaufenden Kapselwand 5.

Ein weiterer Vorteil liegt vor, wenn die Kaffeemaschine 100 folgende Merkmale aufweist:

- die Extraktionsdorne 121 der Extraktionsdornanordnung 120 umfasst umfassen Extraktionsöffnungen, durch die der gebrühte Kaffee in den Fluidkanal 122 der Extraktionsdorne 121 abfließbar ist;
- die Extraktionsöffnungen sind kleiner als der mittlere Korndurchmesser des Presssegments 21₁ , ..., 21_n mit der feinsten Körnung.

Ein weiterer Vorteil liegt vor, wenn die Kaffeemaschine 100 folgendes Merkmal aufweist:

- zwischen der Pumpenanordnung und der Injektionsdornanordnung 110 ist ein erster Transportkanal 160 angeordnet;
- der erste Transportkanal 160 umfasst entlang seiner Längsrichtung abschnittsweise Verbreiterungen (127), wodurch voneinander getrennte Wirbelbecken (126) gebildet sind oder der erste Transportkanal 160 umfasst Seitenwände 125, die unter einem Winkel von 50° bis 70°, insbesondere unter einem Winkel von 60° aufeinander zu laufen.

- es ist eine Arretierung- und/oder Halteeinrichtung vorgesehen, die an dem zweiten Rahmen 141 angeordnet ist und im Brühzustand in die Befestigungsnut 9 bzw. die versetzt zueinander angeordneten Befestigungsvertiefungen der gefüllten Kaffeekapsel 1 greift, wodurch die gefüllte Kaffeekapsel 1 im Brühzustand arretiert ist.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1566127 A2 [0003]

Claims

Gefüllte Kaffeekapsel (1) zum Einsatz in einer Kaffeemaschine (100) mit den folgenden Merkmalen: - es sind ein Kapselboden (4) und eine umlaufende Kapselwand (5) vorgesehen, wobei sich die umlaufende Kapselwand (5) vom Kapselboden (4) aus erstreckt und einen Kaffeeaufnahmeraum (6) umgrenzt; - es ist ein Kaffeepulver-Formling (20) vorgesehen, der in dem Kaffeeaufnahmeraum (6) angeordnet ist; - es ist eine Kapseldeckelanordnung (10) vorgesehen, durch die der Kaffeeaufnahmeraum (6) verschlossen ist; - der Kaffeepulver-Formling (20) umfasst zumindest n Presssegmente (21₁, ..., 21_n), mit n ≥ 2 oder n ≥ 3 oder n ≥ 4 oder n ≥ 5; - jedes der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) umfasst in Form gepresstes Kaffeepulver; - die n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) sind in Richtung einer Längsachse (22) des Kaffeepulver-Formlings (20) aufeinander gestapelt angeordnet.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - mit Ausnahme des ersten Presssegments (21₁) liegen die weiteren n-1 Presssegmente (21₂, ..., 21_n) jeweils auf ihrem darunter liegenden Presssegment (21₁, ..., 21_n-1) auf.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - zumindest eines, mehrere oder alle der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) sind plattenartig, wobei ein Querschnitt durch das jeweilige Presssegment (21₁, ..., 21_n) in Draufsicht: a) kreisförmig; b) ovalförmig; c) ellipsenförmig; d) rechteckig; e) quadratisch; f) m-eckig, mit m ≥ 5; ist oder einer solchen Form angenähert ist.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Querschnittsfläche von einem, mehreren oder allen der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) : a) ist entlang der Längsachse (22) konstant; oder b) vergrößert sich entlang der Längsachse (22) in Richtung des n-ten Presssegments (21_n).
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - zumindest zwei oder alle der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) haben: a) dieselbe Querschnittsfläche und/oder Dicke; oder b) zwei oder alle der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) haben eine unterschiedliche Querschnittsfläche, wobei dasjenige Presssegment (21₂, ..., 21_n), welches auf einem anderen Presssegment (21₁, ..., 21_n-1) aufliegt, eine größere Querschnittsfläche aufweist als dasjenige Presssegment (21₁, ..., 21_n-1) auf dem es aufliegt.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - zumindest eines der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) umfasst einen Bodenbereich (23) und eine umlaufende Seitenwand (24), die sich an den Bodenbereich (23) anschließt, wodurch ein Aufnahmeraum (25) mit einer Innenkontur begrenzt wird; - der Aufnahmeraum (25) ist von einer Seite aus zugänglich; - in dem Aufnahmeraum (25) ist das in Richtung der Längsachse (22) darüber liegende Presssegment (21₂, ..., 21_n) angeordnet, wobei das darüber liegende Presssegment (21₂, ..., 21_n) eine Außenkontur aufweist, die zu der Innenkontur des Aufnahmeraums (25) des darunter liegenden zumindest einen Presssegments (21₁, ..., 21_n-1) korrespondiert, wodurch das darüber liegende Presssegment (21₂, ..., 21_n) auf dem darunter liegenden zumindest einen Presssegment (21₁, ..., 21_n-1) flächig aufliegt.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das zumindest eine Presssegment (21₁) ist das erste Presssegment (21₁), welches auf dem Kapselboden (5) aufliegt.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - n-1 Presssegmente (21₁, ..., 21_n-1) der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) umfassen jeweils einen Bodenbereich (23) und eine umlaufende Seitenwand (24), die sich an den jeweiligen Bodenbereich (23) anschließt, wodurch jeweils ein Aufnahmeraum (25) mit einer Innenkontur begrenzt wird; - der jeweilige Aufnahmeraum (25) ist von einer Seite aus zugänglich; - in dem jeweiligen Aufnahmeraum (25) ist das in Richtung der Längsachse (22) darüber liegende Presssegment (21₂, ..., 21_n) angeordnet, wobei das jeweils darüber liegende Presssegment (21₂, ..., 21_n) eine Außenkontur aufweist, die zu der jeweiligen Innenkontur des Aufnahmeraums (25) des jeweils darunter liegenden Presssegments (21₁, ..., 21_n-1) korrespondiert, wodurch das jeweilige darüber liegende Presssegment (21₂, ..., 21_n) auf dem jeweils darunter liegenden Presssegment (21₁, ..., 21_n-1) flächig aufliegt.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die umlaufenden Seitenwände (24) der n-1 Presssegmente (21₁, ..., 21_n-1) enden auf gleicher Höhe, wobei das n-te Presssegment (21_n) frei von einem Aufnahmeraum (25) ist und den Aufnahmeraum (25) des darunter liegenden n-1-ten Presssegments (21_n-1) ausfüllt und mit seiner Stirnseite ungefähr auf der gleichen Höhe mit den umlaufenden Seitenwänden (24) der n-1 Presssegmente (21₁, ..., 21_n-1) endet oder diese Seitenwände (24) überdeckt.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die umlaufende Seitenwand (24) jedes der n-1 Presssegmente (21₁, ..., 21_n-1) endet auf derselben Höhe wie die umlaufende Kapselwand (5), wobei das n-te Presssegment (21_n) frei von einem Aufnahmeraum (25) ist und mit seiner Stirnseite in etwa auf der gleichen Höhe mit der umlaufenden Kapselwand (5)endet.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Seitenwände (24) und/oder der Bodenbereich (23) von zumindest zwei oder allen der n-1 Presssegmente (21₁, ..., 21_n-1) hat dieselbe Wandstärke; oder - die Seitenwände (24) und/oder der Bodenbereich (23) von zumindest zwei oder allen der n-1 Presssegmente (21₁, ..., 21_n-1) hat eine unterschiedliche Wandstärke.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das jeweilige Presssegment (21₁, ..., 21_n-1) ist schalenförmig oder kugelschalenförmig, wodurch der Aufnahmeraum (25) gebildet ist.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Körnung des Kaffeepulvers von zumindest zwei Presssegmenten (21₁, ..., 21_n) hat überwiegend dieselbe Korngröße; oder - die Körnung des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) hat überwiegend eine unterschiedliche Korngröße.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Korngröße des Kaffeepulvers ist im ersten Presssegment (21₁) größer als im n-ten Presssegment (21_n).
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Dichte des Kaffeepulvers von zumindest zwei Presssegmenten (21₁, ..., 21_n) ist etwa gleich hoch; oder - die Dichte des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) ist überwiegend unterschiedlich hoch.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Dichte des Kaffeepulvers ist im ersten Presssegment (21₁) geringer als im n-ten Presssegment (21_n) .
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das Kaffeepulver von zumindest zwei Presssegmenten (21₁, ..., 21_n) umfasst dieselbe Kaffeesorte oder dieselbe Mischung aus denselben Kaffeesorten; oder - das Kaffeepulver von zumindest zwei oder allen der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) umfasst unterschiedliche Kaffeesorten und/oder unterschiedliche Mischungen von Kaffeesorten.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - eine Röstung des Kaffeepulvers von zumindest zwei Presssegmenten (21₁, ..., 21_n) ist in etwa gleich; oder - eine Röstung des Kaffeepulvers von zumindest zwei oder allen der n Presssegmente (21₁, ..., 21_n) ist überwiegend unterschiedlich.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Presssegmente (21₁, ..., 21_n) sind aus Kaffeepulver kaltgepresst.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - zwischen zwei Presssegmenten (21₁, ..., 21_n) ist noch ein Aromasegment (26) angeordnet.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - zumindest ein Presssegment (21₁, ..., 21_n) umfasst eine Ausnehmung, wobei das Aromasegment (26) in der Ausnehmung ortsfest angeordnet ist.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die umlaufende Kapselwand (5) umfasst ein oder besteht aus einem Form-Gedächtnis-Material und/oder - der Kapselboden (4) umfasst ein oder besteht aus einem Form-Gedächtnis-Material.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das Form-Gedächtnis-Material ist derart gewählt, dass sich dieses bei Einleiten von heißem Brühwasser zur Kaffeegewinnung von seiner Kapselform in seiner Martensit-Phase über die Austenit-Phase in seine Ursprungsform rückverformt.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - eine Ursprungsform der Kaffeekapsel (1) ist plattenartig; - die Kaffeekapsel (1) ist ein Kalt-Umform-Teil.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das Form-Gedächtnis-Material umfasst ein Polymer oder eine Metalllegierung oder besteht aus einem Polymer oder eine Metalllegierung.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der Ansprüche 25, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die ein Polymer umfassende umlaufende Kapselwand (5) weist in Umfangsrichtung versetzt zueinander liegende Ausnehmungen (12) auf, die sich zumindest über eine Teillänge vom Kapselboden (4) in Richtung der Stirnseite (7) erstrecken; - die Ausnehmungen (12) sind durch ein Form-Gedächtnis-Material (13) aus einer Metalllegierung verschlossen, wobei die Metalllegierung in den Kaffeeaufnahmeraum (6) hineinragt, wodurch entsprechende Sicken gebildet sind.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - eine Wandstärke: a) der umlaufenden Kapselwand (5) und des Kapselbodens (4) ist konstant; oder b) der umlaufenden Kapselwand (5) nimmt in Richtung des Kapselbodens (4) ab.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - eine Höhe H der Kaffeekapsel (1) ist kleiner als ein Radius R der Kaffeekapsel (1) an einer Stirnseite (7) der umlaufenden Kapselwand (5).
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Höhe H der Kaffeekapsel (1) ist kleiner als 0,9R oder 0,8R oder 0,7R oder 0,6R oder 0,5R oder 0,4R aber größer als 0,1R oder 0,2R oder 0,3R oder 0,45R oder 0,55R oder 0,65R oder 0,75R oder 0,85R oder 0,95R.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - an einer Stirnseite (7) der umlaufenden Kapselwand (5) ist ein Befestigungsflansch (8) ausgebildet.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem Anspruch 30, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - der Befestigungsflansch (8) umfasst eine umlaufende Befestigungsnut (9) oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Befestigungsvertiefungen.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Kapseldeckelanordnung (10) in Form einer Folie ist mit einer Stirnseite (7) der umlaufenden Kapselwand (5) verklebt und/oder verlasert und/oder vercrimpt.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Kaffeekapsel (1) umfasst ein Identifizierungsmerkmal, welches durch die Kaffeemaschine (100) einlesbar ist.
Gefüllte Kaffeekapsel (1) nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das Identifizierungsmerkmal ist eine Farbe der Kaffeekapsel (1), ein Barcode, ein RFID-Chip, eine elektrische Leitfähigkeit eines Materials der Kaffeekapsel (1) oder eine codierte räumliche Form, die an der Kaffeekapsel (1) angebracht oder in die Kaffeekapsel (1) eingebracht ist.
Kaffeemaschine (100) zum Brühen der gefüllten Kaffeekapsel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den folgenden Merkmalen: - es ist eine Steuereinheit (101) vorgesehen; - es ist ein Wassertank (104) vorgesehen; - es ist eine Heizanordnung vorgesehen, wobei die Heizanordnung dazu ausgebildet ist, um Wasser aus dem Wassertrank (104) zu erhitzen; - es ist eine Injektionsdornanordnung (110) vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den Kapselboden (4) der gefüllten Kaffeekapsel (1) zu durchstoßen; - es ist eine Extraktionsdornanordnung (120) vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Kapseldeckelanordnung (10) der gefüllten Kaffeekapsel (1) zu durchstoßen; - es ist eine Pumpenanordnung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Wasser aus dem Wassertank (104) in die Injektionsdornanordnung (110) zu pumpen; - es ist ein Kapselaufnahmeraum (102) vorgesehen, wobei die gefüllte Kaffeekapsel (1) in einem Befüllzustand in den Kapselaufnahmeraum (102) einlegbar ist und in einem Brühzustand von der Injektionsdornanordnung (110) und der Extraktionsdornanordnung (120) durchstoßbar ist.
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Injektionsdornanordnung (110) umfasst zumindest einen Injektionsdorn (111), der zumindest über eine Teillänge von einem Fluidkanal (112) durchsetzt ist; - der Injektionsdorn (111) hat über seine Länge mehrere voneinander in Längsrichtung beabstandete Austrittsöffnungen (113), die mit dem Fluidkanal (112) in Fluidverbindung stehen, wobei verschiedene Austrittsöffnungen (113) im Brühzustand in unterschiedliche Presssegmente (21₁, ..., 21_n) des Kaffeepulver-Formlings (20) der gefüllten Kaffeekapsel (1) eintauchen.
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 36, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Austrittsöffnungen (113) verkleinern sich entlang der Längsachse, sodass ein Wasserdruck in derjenigen Austrittsöffnung (113), die im ersten Presssegmente (21₁) angeordnet ist, niedriger ist als ein Wasserdruck in derjenigen Austrittsöffnung (113), die in einem höherrangigen Presssegment (21₂, ..., 21_n) und/oder im n-ten Presssegment (21_n) angeordnet ist.
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es sind zumindest k Austrittsöffnungen (113), mit k ≥ 2 oder k ≥ 3 oder k ≥ 4 oder k ≥ 5 vorgesehen; und/oder - zumindest eine oder alle Austrittsöffnungen (113) sind in ihrer Größe veränderbar.
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Injektionsdornanordnung (110) umfasst mehrere Injektionsdorne (111), die nebeneinander angeordnet sind und die jeweils über zumindest eine Teillänge von einem Fluidkanal (112) durchsetzt sind; - jeder Injektionsdorn (111) hat zumindest eine Austrittsöffnung (113), die mit dem Fluidkanal (112) des jeweiligen Injektionsdorns (111) in Fluidverbindung steht; - die Austrittsöffnungen (113) der unterschiedlichen Injektionsdorne (111) sind im Brühzustand in unterschiedlichen Presssegmenten (21₁, ..., 21_n) anordenbar.
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 39, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - alle Injektionsdorne (111) sind gleich lang oder zumindest zwei Injektionsdorne (111) sind unterschiedlich lang; und/oder - die Austrittsöffnung (113) desjenigen Injektionsdorns (111), die im ersten Presssegment (21₁) anordenbar ist, ist größer als die Austrittsöffnung (113) eines anderen Injektionsdorns (111), die in einem höherrangigen Presssegment (21₂, ..., 21_n) und/oder im n-ten Presssegment (21_n) anordenbar ist.
Kaffeemaschine (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 40, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Extraktionsdornanordnung (120) umfasst mehrere Extraktionsdorne (121), die nebeneinander angeordnet sind und die von einem Fluidkanal (122) durchsetzt sind; - die Fluidkanäle (122) aller Extraktionsdorne (121) sind mit einer sich verjüngenden Wirbelkammer (123) verbunden; - das sich verjüngende Ende (129) der Wirbelkammer (123) ist verschlossen; - eine Seitenwand (124) der Wirbelkammer (123) umfasst zumindest eine Öffnung (128), durch die der gebrühte Kaffee in einen zweiten Transportkanal (161) abfließbar ist.
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - der zweite Transportkanal (161) umfasst entlang seiner Längsrichtung abschnittsweise Verbreiterungen (127), wodurch voneinander getrennte Wirbelbecken (126) gebildet sind oder der zweite Transportkanal (160) umfasst Seitenwände (125), die unter einem Winkel von 50° bis 70°, insbesondere unter einem Winkel von 60° aufeinander zu laufen.
Kaffeemaschine (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 42, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist ein FGL-Federsystem (150) vorgesehen; - das FGL-Federsystem (150) ist dazu ausgebildet, um beim Übergang vom Befüllzustand zum Brühzustand die Injektionsdornanordnung (110) und die Extraktionsdornanordnung (120) derart auf die gefüllte Kaffeekapsel (1) zuzubewegen, dass der Kapselboden (5) durch die Injektionsdornanordnung (110) und die Kapseldeckelanordnung (10) durch die Extraktionsdornanordnung (120) einstechbar sind.
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 43, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist zumindest ein Rückhol-Federsystem (151, 152) vorgesehen; - das zumindest eine Rückhol-Federsystem (151, 152) ist dazu ausgebildet, um die Injektionsdornanordnung (110) und die Extraktionsdornanordnung (120) voneinander weg zu bewegen; - die Steuereinrichtung (101) ist dazu ausgebildet, das FGL-Federsystem (150) derart zu bestromen, dass dieses im Brühzustand eine Kraft aufbringt, die größer ist als die Federkraft des zumindest einen Rückhol-Federsystems (151, 152).
Kaffeemaschine (100) nach Anspruch 43 oder 44 mit einer gefülllten Kaffeekapsel gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Steuereinrichtung (101) ist dazu ausgebildet, um während des Brühvorgangs das FGL-Federsystem (150) stärker zu betromen, sodass die aus Form-Gedächtnis-Material bestehende oder ein solches Form-Gedächtnis-Material umfassende Kaffeekapsel (1) zusammendrückbar ist.
Kaffeemaschine (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 45 mit einer gefülllten Kaffeekapsel gemäß einem der Ansprüche 33 oder 34, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine Leseeinrichtung vorgesehen; - die Leseeinrichtung ist dazu ausgebildet, die Identifizierungsinformation der Kaffeekapsel (1) einzulesen; - die Steuereinrichtung (101) ist dazu ausgebildet, um anhand der eingelesenen Identifizierungsinformation: a) die Heizanordnung derart anzusteuern, dass diese das Wasser auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, die zu der Identifizierungsinformation korrespondiert; und/oder b) die Pumpenanordnung derart anzusteuern, dass diese einen bestimmten Pumpendruck erzeugt, der zu der Identifizierungsinformation korrespondiert; und/ oder c) den Brühvorgang für eine bestimmte Zeitdauer durchzuführen, wobei die Zeitdauer zu der Identifizierungsinformation korrespondiert.
Kaffeemaschine (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 46, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine Kommunikationseinrichtung (106) vorgesehen; - die Kommunikationseinrichtung (106) ist dazu ausgebildet, um Steuerbefehle von einem mobilen Endgerät drahtlos zu empfangen; - die Steuereinrichtung (101) ist dazu ausgebildet, um anhand der drahtlos empfangenen Steuerbefehle den Brühvorgang einzuleiten oder die Kaffeemaschine zu entkalken.
Kaffeemaschine (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 47, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine Motoreinrichtung vorgesehen; - die Motoreinrichtung ist dazu ausgebildet, um einen Ausgabekopf (105), aus dem der Kaffee in eine Tasse fließt, in zumindest zwei Dimensionen zu bewegen; - die Steuereinrichtung (101) ist dazu ausgebildet, um die Motoreinrichtung derart anzusteuern, dass diese den Ausgabekopf (105) derart bewegt, dass durch ausfließenden Kaffee ein auswählbares Bild in der Tasse zeichenbar ist.
Kaffeemaschine (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 48, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine Ventileinrichtung (180) vorgesehen; - die Ventileinrichtung (180) ist zwischen der Heizanordnung und der Injektionsdornanordnung (110) angeordnet; - die Ventileinrichtung (180) umfasst mehrere Ventilkammern (181a, 181b, 181c); - die Steuereinrichtung (101) ist dazu ausgebildet, ja nach gewählter Wassertemperatur eine zu dieser Temperatur korrespondierende Ventilkammer (181a, 181b, 181c) zu öffnen, sodass Wasser von der Heizanordnung kommend in diese Ventilkammer (181a, 181b, 181c) fließt; - jede Ventilkammer (181a, 181b, 181c) steht in thermischer Verbindung zu einer FGL-Feder (182a, 182b, 182c); - die Legierungen der einzelnen FGL-Federn (182a, 182b, 182c) sind unterschiedlich; - jede Ventilkammer (181a, 181b, 181c) umfasst einen Ausgang, wobei die jeweilige FGL-Feder (182a, 182b, 182c) dazu ausgebildet ist, den Ausgang zu öffnen, wenn das in die Ventilkammer (181a, 181b, 181c) eingeleitete Wasser einen Temperaturschwellwert erreicht oder überschreitet.
Kaffeemaschine (100) nach einem der Ansprüche 35 bis 49, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die gefüllte Kaffeekapsel (1) ist in dem Kapselaufnahmeraum (102) derart angeordnet, dass der Kapselboden (4) in etwa senkrecht zur Horizontalebene angeordnet ist; oder - es ist eine Drehtelleranordnung (103) vorgesehen, wobei die Drehtelleranordnung (103) zumindest zwischen zwei Positionen drehbar ist, wobei die gefüllte Kaffeekapsel (1) im Befüllzustand derart in die Drehtelleranordnung (103) einlegbar ist, dass der Kapselboden (4) in etwa parallel zur Horizontalebene ausgerichtet ist und wobei die Drehtelleranordnung (103) dazu ausgebildet ist, sich um einen bestimmten Winkel von der ersten Position in die zweite Position zu drehen, um vom Befüllzustand in den Brühzustand überzugehen, wobei die Injektionsdornanordnung (110) und die Extraktionsdornanordnung (120) ausschließlich in der zweiten Position dazu ausgebildet sind, die gefüllte Kapsel (1) einzustechen.