DE602004000009T2

DE602004000009T2 - Getränkebereiter

Info

Publication number: DE602004000009T2
Application number: DE602004000009T
Authority: DE
Inventors: Andrew Halliday; Steven Carter
Original assignee: Kraft Foods R&D Inc Deutschland; Kraft Foods R&D Inc USA
Current assignee: Kraft Foods R&D Inc Deutschland; Kraft Foods R&D Inc USA
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2024-01-24
Also published as: GB2397503B; ATE294524T1; DK1440639T3; HK1065690A1; ES2242178T3; EP1440639A1; GB0301734D0; DE602004000009D1; EP1440639B1; GB2397503A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Getränkezubereitung und insbesondere zur Verwendung mit versiegelten Kartuschen, die aus im wesentlichen luft- und wasserundurchlässigen Materialien gebildet sind und die einen oder mehrere Inhaltsstoffe zur Getränkezubereitung enthalten. Ein derartiges Gerät ist in der EP-A-1095605 offenbart.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Inhaltsstoffe zur Getränkezubereitung in einzelnen lichtundurchlässigen Verpackungen zur Verwendung in Getränkegeräten zu versiegeln. Zum Beispiel sind Kartuschen oder Kapseln, die komprimierten gemahlenen Kaffee enthalten, zur Verwendung in gewissen Kaffeemaschinen bekannt, die im allgemeinen als "Espresso"-Maschinen bezeichnet werden. Bei der Kaffeeherstellung unter Verwendung dieser Maschinen wird die Kaffeekartusche in einer Brühkammer platziert und heißes Wasser wird bei relativ hohem Druck durch die Kartusche gedrückt, wodurch die aromatischen Kaffeebestandteile aus dem gemahlenen Kaffee extrahiert werden, um das Kaffeegetränk zu produzieren. Üblicherweise arbeiten derartige Maschinen bzw. Geräte bei einem Druck von mehr als 10 × 10⁵ Pa. Die Maschinen des oben beschriebenen Typs waren bisher relativ teuer, da die Komponenten der Maschine, wie beispielsweise die Wasserpumpen und Dichtungen in der Lage sein müssen, dem hohen Druck standzuhalten.
In der WO 01/58786 ist eine Kartusche zur Getränkezubereitung beschrieben, die bei einem Druck im allgemeinen im Bereich zwischen 0,7 bis 2,0 × 10⁵ Pa arbeitet. Die Kartusche ist jedoch zur Verwendung in einem Getränkezubereitungsgerät für den kommerziellen oder industriellen Markt ausgestaltet und relativ teuer. Folglich verbleibt das Bdürfnis nach einer Kartusche zur Getränkezubereitung, wobei die Kartuschen und das Getränkezubereitungsgerät im Sinne von Kosten, Leistung und Zuverlässigkeit insbesondere für den Haushaltsmarkt geeignet sind. Es besteht ferner die Notwendigkeit für ein Getränkezubereitungsgerät für derartige Kartuschen, das einfach zu bedienen und im Betrieb zuverlässig ist. Insbesondere muss die Einrichtung zum Einführen und Entnehmen der Getränkekartusche einfach zu bedienen sein.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung einen Verschlussmechanismus für ein Getränkezubereitungsgerät bereit, umfassend ein feststehendes unteres Teil, ein oberes Teil, das relativ zu dem unteren Teil drehbar ist und einen Kartuschenhalter, der zwischen dem unteren Teil und dem oberen Teil angeordnet ist und relativ zu dem unteren Teil und dem oberen Teil drehbar ist, wobei das untere Teil eine Einlassdurchstechungseinrichtung und eine Auslassdurchstechungseinrichtung umfasst, um bei Gebrauch in einer in dem Kartuschenhalter aufgenommenen Kartusche einen Einlass bzw. einen Auslass auszubilden, wobei eine Drehung des oberen Teils in Richtung des unteren Teils verursacht, dass der obere Teil in Eingriff mit dem Kartuschenhalter kommt und den Kartuschenhalter in Kontakt mit dem unteren Teil bewegt und gleichzeitig verursacht, dass die Einlassdurchstechungseinrichtung und die Auslassdurchstechungseinrichtung bei Gebrauch eine im dem Kartuschenhalter aufgenommene Kartusche durchstechen.
Der Verschlussmechanismus der vorliegenden Erfindung stellt einen zuverlässigen und kostengünstigen Mechanismus zum Einsetzen und Entnehmen einer Getränkekartusche in und aus einem Getränkezubereitungsgerät bereit. Der Mechanismus kann mit einer Hand betätigt werden und erfordert keinen elektrischen Strom. Komplizierte Hebelanordnungen werden vermieden. Zusätzlich wird eine zuverlässige und genaue Positionierung der Getränkekartusche durch den Kartuschenhalter gesichert. Ferner bringt der Kartuschenhalter die Getränkekartusche beim Öffnen automatisch außer Eingriff mit dem Einlass- und Auslassdurchstecher. Dies erhöht die Bedienfreundlichkeit beim Entfernen der Kartusche enorm und sichert dass die Einlass- und Auslassdurchstecher unterhalb des Niveaus des Kartuschenhalters liegen, wenn ein Verwender seine Hand einführt. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Verwender selbst verletzt.
Es versteht sich, dass unter dem Begriff "Kartusche", wie er hier verwendet wird, jegliche Verpackung, jeglicher Behälter, jedes Kissen oder jedes Behältnis, das in der beschriebenen Art und Weise einen oder mehrere Getränkebestandteile enthält, zu verstehen ist. Die Kartusche kann starr, halbstarr oder flexibel sein.
Die Kartusche zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann einen oder mehrere Getränkebestandteile enthalten, die zum Bilden eines Getränkeprodukts geeignet sind. Das Getränkeprodukt kann z.B. Kaffee, Tee, Schokolade oder auf Milchprodukten basierendendes Getränk umfassend Milch, sein. Die Getränkebestandteile können pulverförmig, gemahlen, blattförmig oder flüssig sein. Die Getränkebestandteile können unlöslich oder löslich sein. Beispiele umfassen gerösteten und gemahlenen Kaffee, Blatttee, pulverförmige Schokolade und Suppe, flüssige auf Milch basierende Getränke, kohlensäurehaltige Getränke und konzentrierte Fruchtsäfte.
Vorzugsweise ist das obere Teil zwischen einer offenen Position zur Aufnahme einer Kartusche in dem Kartuschenhalter und einer geschlossenen Position, in der der Kartuschenhalter in Kontakt mit dem unteren Teil steht, bewegbar.
Vorzugsweise ist das obere Teil in der offenen Position im wesentlichen vertikal ausgerichtet. Dies gestattet den verbesserten Zugang zu dem Kartuschenhalter zum benutzerfreundlichen Einsetzen und Entnehmen der Kartusche. In der geschlossenen Position ist das obere Teil horizontal ausgerichtet.
Vorzugsweise umfasst der Kartuschenhalter eine Vertiefung zur Aufnahme einer Kartusche. Die Vertiefung kann eine Unregelmäßigkeit umfassen, um eine Drehung einer in der Vertiefung aufgenommenen Kartusche zu verhindern.
Vorzugsweise ist der Kartuschenhalter relativ zu dem feststehenden unteren Teil derart vorgespannt, dass in einer offenen Position, in der das obere Teil außer Eingriff mit dem unteren Teil und dem Kartuschenhalter steht, der Kartuschenhalter außer Eingriff mit dem unteren Teil steht. Zusätzlich kann der Kartuschenhalter in der offenen Position außer Eingriff mit der Einlassdurchstechungseinrichtung und der Auslassdurchstechungseinrichtung stehen.
In der folgenden Beschreibung werden die Begriffe "oben" und "unten" und Äquivalente verwendet, um die Relativposition der Merkmale der Erfindung zu beschreiben. Die Begriffe "oben" und "unten" und Äquivalente sollten derart verstanden werden, dass sie sich auf die Kartusche (oder andere Komponenten) in ihrer normalen Ausrichtung zum Einsetzen ein ein Getränkezubereitungsgerät und nachfolgendes Ausgeben, wie es z.B. in 4 dargestellt ist, beziehen. Insbesondere beziehen sich "oberes" und "unteres" entsprechend auf die Relativpositionen näher oder weiter entfernt von einer oberen Fläche 11 der Kartusche. Zusätzlich werden die Begriffe "innen" und "außen" und Äquivalente verwendet, um die Relativpositionierung von Merkmalen der Erfindung zu beschreiben. Die Begriffe "innen" und "außen" und Äquivalente sollten derart verstanden werden, dass sie sich auf die Relativpositionen in der Kartusche (oder anderen Komponenten) beziehen, die entsprechend näher oder weiter entfernt von einer Mitte oder Hauptachse X der Kartusche 1 (oder anderen Komponenten) liegen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines äußeren Elements einer ersten und zweiten Ausführungsform der Kartusche ist;
2 eine Querschnittsansicht eines Details des äußeren Elements aus 1, das eine nach innen gerichtete zylindrische Erstreckung darstellt, ist;
3 eine Querschnittsansicht eines Details des äußeren Elements aus 1 ist, die einen Schlitz zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht des äußeren Elements aus 1 von oben ist;
5 eine perspektivische Ansicht des äußeren Elements aus 1 in einer umgekehrten Ausrichtung von oben ist;
6 einen Grundriss des äußeren Elements aus 1 von oben ist;
7 eine Querschnittsansicht eines inneren Elements der ersten Ausführungsform der Kartusche ist;
8 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 7 von oben ist;
9 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 7 in einer umgekehrten Ausrichtung von oben ist;
10 ein Grundriss des inneren Elements aus 7 von oben ist;
11 eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform der Kartusche in zusammengesetztem Zustand ist;
12 eine Querschnittsansicht eines inneren Elements der zweiten Ausführungsform der Kartusche ist;
13 eine Querschnittsansicht eines Details des inneren Elements aus 12 ist, die eine Öffnung zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 12 von oben ist;
15 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 12 in einer umgekehrten Ausrichtung von oben ist;
16 eine andere Querschnittsansicht des inneren Elements aus 12 ist;
17 eine Querschnittsansicht eines anderen Details des inneren Elements aus 12 ist, die einen Lufteinlass zeigt;
18 eine Querschnittsansicht der Kartusche der zweiten Ausführungsform in einem zusammengesetzten Zustand ist;
19 eine Querschnittsansicht eines äußeren Elements der Kartusche der dritten und vierten Ausführungsform ist;
20 eine Querschnittsansicht eines Details des äußeren Elements aus 19 ist, die eine nach innen gerichtete zylindrische Erstreckung zeigt;
21 ein Grundriss des äußeren Elements aus 19 von oben ist;
22 eine perspektivische Ansicht des äußeren Elements aus 19 von oben ist;
23 eine perspektivische Ansicht des äußeren Elements aus 19 in einer umgekehrten Ausrichtung von oben ist;
24 eine Querschnittsansicht eines inneren Elements der dritten Ausführungsform der Kartusche ist;
25 ein Grundriss des inneren Elements aus 24 von oben ist;
26 eine Querschnittsansicht des Details des inneren Elements aus 24 ist, die einen nach innen gedrehten oberen Rand zeigt;
27 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 24 von oben ist;
28 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 24 in einer umgekehrten Ausrichtung von oben ist;
29 eine Querschnittsansicht der dritten Ausführungsform der Kartusche in einem zusammengesetzten Zustand ist;
30 eine Querschnittsansicht eines inneren Elements der vierten Ausführungsform der Kartusche ist;
31 eine Draufsicht des inneren Elements aus 30 von oben ist;
32 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 30 von oben ist;
33 eine perspektivische Ansicht des inneren Elements aus 30 in einer umgekehrten Ausrichtung ist;
34 eine Querschnittsansicht der vierten Ausführungsform der Kartusche in einem zusammengesetzten Zustand ist;
35 eine perspektivische Ansicht eines Getränkezubereitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung von vorne ist;
36 eine perspektivische Ansicht des Geräts aus 35 von vorne ist, wobei ein Kartuschenkopf in einer offenen Position vorliegt;
37 eine perspektivische Ansicht des Geräts aus 35 von hinten ist, wobei einige Teile aus Klarheitsgründen weggelassen wurden;
38 eine anderen perspektivische Ansicht des Geräts aus 35 von hinten ist, wobei aus Klarheitsgründen einige Teile weggelassen wurden;
39 eine perspektivische Ansicht des Kartuschenkopfes der Maschine aus 35 ist, wobei aus Klarheitsgründen einige Teile weggelassen wurden;
40 eine andere perspektivische Ansicht des Kartuschenkopfes aus 35 ist, wobei aus Klarheitsgründen einige Teile weggelassen wurden;
41 eine Querschnittsansicht des Kartuschenkopfes in einer geschlossenen Position ist;
42 eine Querschnittsansicht des Kartuschenkopfes in einer offenen Position ist;
43 ein schematisches Layout des Geräts in 35 ist;
44a und 44b schematische Layouts der ersten und zweiten Code-Erkennungseinrichtung für das Gerät aus 35 sind; und
45 ein Grundriss eines Getränks der vorliegenden Erfindung umfassend einen Strichcode ist.
Wie es in 11 dargestellt ist, umfasst die Kartusche 1 im allgemeinen ein äußeres Element 2, eine inneres Element 3 und ein Basismaterial bzw. Laminat 5. Das äußere Element 2, das innere Element 3 und das Basismaterial 5 sind zusammengesetzt, um die Kartusche 1 zu bilden, die ein Inneres 120 zum Aufnehmen eines oder mehrerer Getränkebestandteile, einen Einlass 121, einen Auslass 122 und einen Getränkeströmungsweg, der den Einlass 121 und den Auslass 122 verbindet und durch das Innere 120 dringt, aufweist. Der Einlass 121 und der Auslass 122 sind anfänglich durch das Basismaterial 5 abgedichtet und werden bei Gebrauch durch Durchstechen oder Aufschneiden des Basismaterials 5 geöffnet. Der Getränkeströmungsweg ist durch die räumliche Zwischenbeziehung zwischen dem äußeren Element 2, dem inneren Element 3 und dem Basismaterial 5 definiert, wie es im folgenden erläutert wird. Andere Komponenten können optional in der Kartusche 1 enthalten sein, wie beispielsweise ein Filter, wie er weiter unten beschrieben werden wird.
Eine erste Version der Kartusche 1, die als Hintergrund beschrieben wird, ist in den 1 bis 11 dargestellt. Die erste Version der Kartusche 1 ist insbesondere zur Verwendung beim Ausgeben gefilterter Produkte wie beispielsweise geröstetem und gemahlenem Kaffee oder Blatttee ausgestaltet. Die Version der Kartusche 1 und die anderen Versionen, die weiter unten beschrieben werden, können jedoch auch mit anderen Produkten wie beispielsweise Schokolade, Kaffee oder Tee, Süßstoffen, Kräuterlikören, Geschmacksstoffen, alkoholischen Getränken, aromatisierte Milch, Fruchtsäften, Squashes, Saucen und Desserts, verwendet werden.
wie es aus 5 ersichtlich ist, ist die Gesamtform der Kartusche 1 im allgemeinen kreisförmig oder scheibenförmig, wobei der Durchmesser der Kartusche 1 signifikant größer ist als ihre Höhe. Eine Hauptachse X tritt durch die Mitte des äußeren Elements, wie es in 1 dargestellt ist. Üblicherweise beträgt der Gesamtdurchmesser des äußeren Elements 2 74,5 mm ± 6 mm und die Gesamthöhe beträgt 16 mm ± 3 mm. Üblicherweise beträgt das Volumen der Kartusche 1, wenn sie zusammengesetzt ist, 30,2 ml ± 20%.
Das äußere Element 2 umfasst im allgemeinen eine schüsselförmige Schale 10 mit einer gekrümmten kreisförmigen Wand 13, einer geschlossenen Oberseite 11 und einer offenen Unterseite 12. Der Durchmesser des äußeren Elements 2 ist kleiner als die Oberseite 11 verglichen mit dem Durchmesser an der Unterseite 12, was von einer Erweiterung der kreisförmigen Wand 13 herrührt, wenn man von der geschlossenen Oberseite 11 zu der offenen Unterseite 12 geht. Die kreisförmige Wand 13 und die geschlossene Unterseite 11 definieren zusammen einen Behälter mit einem Inneren 34.
Eine hohle nach innen gerichtete zylindrische Erstreckung 18 ist in der geschlossenen Oberseite 11 zentriert auf der Hauptachse X vorgesehen. Wie es aus 2 deutlicher wird, umfasst die zylindrische Erstreckung 18 ein gestuftes Profil mit einem ersten, zweiten und dritten Abschnitt 19, 20 und 21. Der erste Abschnitt 19 ist genau kreisförmig zylindrisch. Der zweite Abschnitt 20 ist in seiner Form kegelstumpfförmig und nach innen verjüngt. Der dritte Abschnitt 21 ist ein weiterer genau kreisförmigen Zylinder und durch eine untere Stirnseite 31 abgeschlossen. Der Durchmesser des ersten, zweiten und dritten Abschnitts 19, 20 und 2i nimmt stufenweise ab, so dass der Durchmesser der zylindrischen Erstreckung 18 abnimmt, wenn man von der Oberseite 11 zu der geschlossenen unteren Stirnfläche 31 der zylindrischen Erstreckung 18 geht. Eine im allgemeinen horizontale Schulter 32 ist auf der zylindrischen Erstreckung 18 an der Verbindungsstelle zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt 20 und 21 ausgebildet.
Die sich nach außen erstreckende Schulter 33 ist in dem äußeren Element 2 in Richtung der Bodenseite 12 ausgebildet. Die sich nach außen erstreckende Schulter 33 bildet eine sekundäre Wand 15 koaxial zu der kreisförmigen Wand 13, um so eine kreisförmige Bahn zu definieren, die eine Sammelleitung 16 zwischen der sekundären Wand 15 und der kreisförmigen Wand 13 bildet. Die Sammelleitung 16 verläuft über den Umfang des äußeren Elements 2. Eine Reihe an Schlitzen 17 ist in der kreisförmigen Wand 13 auf Höhe mit der Sammelleitung 16 vorgesehen, um eine Gas- und Flüssigkeitsverbindung zwischen der Sammelleitung 16 und dem Inneren 34 des äußeren Elements 2 bereitzustellen. Wie es in 3 dargestellt ist, umfassen die Schlitze 17 vertikale Spalte in der ringförmigen Wand 13. Zwischen 20 und 40 Schlitze sind vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind 37 Schlitze 17 vorgesehen, die im allgemeinen über den Umfang der Sammelleitung 16 gleich beabstandet sind. Die Schlitze 17 weisen vorzugsweise eine Länge zwischen 1,4 und 1,8 mm auf. Üblicherweise beträgt die Länge jedes Schlitzes 1,6 mm, die 10% der Gesamthöhe des äußeren Elements 2 darstellen. Die Breite jedes Schlitzes liegt zwischen 0,25 und 0,35 mm. Üblicherweise beträgt die Breite jedes Schlitzes 0,3 mm. Die Breite der Schlitze 17 ist ausreichend schmal, um zu verhindern, dass Getränkebestandteile durch sie hindurch in die Sammelleitung 16 treten und zwar weder während der Aufbewahrung, noch bei Gebrauch. Eine Einlasskammer 26 ist in dem äußeren Element 2 am Umfang des äußeren Elements 2 ausgebildet. Eine zylindrische Wand 27 ist wie es am deutlichsten in 5 dargestellt ist, vorgesehen, die die Einlasskammer 26 innerhalb und die Trennwände der Einlasskammer 26 von dem Inneren 34 des äußeren Elements 2 definiert. Die zylindrische Wand 27 weist eine geschlossene obere Stirnfläche 28 auf, die in einer Ebene senkrecht zu der Hauptachse X ausgebildet ist und ein offenes unteres Ende 29, koplanar zu der Unterseite 12 des äußeren Elements 2. Die Einlasskammer 26 steht mit der Sammelleitung 16 über zwei Schlitze 30 in Verbindung, wie es in 1 dargestellt ist. Alternativ können zwischen einem und vier Schlitze verwendet werden, um die Verbindung zwischen der Sammelleitung 16 und der Einlasskammer 26 herzustellen.
Das untere Ende der sich nach außen erstreckenden Schulter 33 ist mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch 35 versehen, der sich senkrecht zu der Hauptachse X erstreckt. Üblicherweise weist der Flansch 35 eine Breite zwischen 2 und 4 mm auf. Ein Abschnitt des Flansches 35 ist vergrößert, um eine Handhabe 24 zu bilden, durch die das äußere Element 2 gehalten werden kann. Die Handhabe 24 ist mit einem nach oben gedrehten Rand 25 versehen, um die Griffigkeit zu verbessern.
Das äußere Element 2 ist als ein einzelnes integrales Stück aus hochdichtem Polyethylen, Polypropylen, Polystyren, Polyester oder einem Laminat zweier oder mehrerer dieser Materialien ausgebildet. Ein geeignetes Polypropylen sind die Polymere, die über DSM UK Limited (Redditch, United Kingdom) erhältlich sind. Das äußere Element kann opak, transparent oder transluzent sein. Der Herstellungsprozess kann Spritzgießen sein.
Das innere Element 3, wie es in den 7 bis 10 dargestellt ist, umfasst einen ringförmigen Rahmen 41 und einen sich nach unten erstreckenden zylindrischen Schacht 40. Eine Hauptachse X tritt durch die Mitte des inneren Elements 3, wie es in 7 dargestellt ist.
Wie es am besten in 8 dargestellt ist, umfasst der ringförmige Rahmen 41 einen äußeren Rand 51 und eine innere Nabe 52, die durch zehn gleich beabstandete radiale Speichen 53 verbunden sind. Die innere Nabe 52 ist integral mit dem zylindrischen Schacht 40 ausgebildet und erstreckt sich von diesem. Filteröffnungen 55 sind in dem ringförmigen Rahmen 41 zwischen den Radialspeichen 53 ausgebildet. Ein Filter 4 ist auf dem ringförmigen Rahmen 41 angeordnet, um die Filteröffnungen 55 zu bedecken. Der Filter ist vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Nassfestigkeit, z.B. einem nicht gewebten Fasermaterial aus Polyester gebildet. Andere Materialien, die verwendet werden können, umfassen ein wasserundurchlässiges Zellulosematerial, wie beispielsweise Zellulosematerial umfassend gewebte Papierfasern. Die gewebten Papierfasern können mit Fasern aus Polypropylen, Polyvinylchlorid und/oder Polyethylen gemischt werden. Das Integrieren dieser Kunststoffmaterialien in das Zellulosematerial gestaltet das Zellulosematerial heißsiegelbar. Der Filter 4 kann auch behandelt oder mit einem Material beschichtet sein, das durch Wärme und/oder Druck aktiviert wird, so dass er auf diese Art und Weise an dem ringförmigen Rahmen 41 angesiegelt werden kann.
Wie es in dem Querschnittsprofil aus 7 dargestellt ist, ist die innere Nabe 52 an einer tieferen Position als der äußere Rand 51 angeordnet, was dazu führt, dass der ringförmige Rahmen 41 ein geneigtes unteres Profil aufweist.
Die obere Fläche jeder Speiche 53 ist mit einem aufragenden Steg 54 versehen, der einen Leerraum über dem ringförmigen Rahmen 41 in eine Vielzahl an Durchgängen 57 unterteilt. Jeder Durchgang 57 ist auf beiden Seiten durch einen Steg 54 und auf einer unteren Stirnfläche durch einen Filter 4 begrenzt. Die Durchgänge 57 erstrecken sich von dem äußeren Rand 41 nach unten in Richtung des zylindrischen Schachts 40 und öffnen sich in diesen an Öffnungen 56, die durch die inneren Extremitäten der Stege 54 definiert sind.
Der zylindrische Schacht 40 umfasst ein Außenrohr 52, das einen inneren Ausgabeausguss 43 umgibt. Das Außenrohr 52 bildet die Außenseite des zylindrischen Schachts 40. Der Ausgabeausguss 43 ist mit dem Außenrohr 52 an einem oberen Ende des Ausgabeausgusses 43 mittels eines ringförmigen Flansches 47 verbunden. Der Ausgabeausguss 43 umfasst einen Einlass 45 an einem oberen Ende, der mit den Öffnungen 56 der Durchgänge 57 in Verbindung steht und er umfasst einen Auslass 44 an einem unteren Ende, durch den das bereitete Getränk in eine Tasse oder ein anderes Behältnis ausgegeben wird. Der Ausgabeausguss 43 umfasst einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 48 an einem oberen Ende und einen zylindrischen Abschnitt 58 an einem unteren Ende. Der zylindrische Abschnitt 58 kann eine geringe Verjüngung aufweisen, so dass er sich in Richtung des Auslasses 54 verschmälert.
Der kegelstumpfförmige Abschnitt 48 hilft dabei, das Getränk von den Durchgängen 57 nach unten in Richtung des Auslasses 44 zu kanalisieren, ohne Turbulenzen in dem Getränk zu induzieren. Eine obere Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 48 ist mit vier Stützstegen 49 versehen, die um den Umfang des zylindrischen Schachts 40 gleich beabstandet sind. Die Stützstege 49 definieren Kanäle 50 zwischen sich. Die oberen Kanten der Stützstege 49 sind auf dem gleichen Niveau zueinander und verlaufen senkrecht zu der Hauptachse X.
Das innere Element 3 kann auf die gleiche Art und Weise wie das äußere Element 2 als ein einzelnes integrales Stück aus Polypropylen oder einem ähnlichen Material wie es oben beschrieben wurde und durch Spritzgießen ausgebildet sein.
Alternativ können das innere Element 3 und/oder das äußere Element 2 aus einem biologisch abbaubaren Polymer gebildet sein. Beispiele geeigneter Materialien umfassen abbaubares Polyethylen (z.B., SPITEK geliefert von Symphony Environmental, Borehamwood, United Kingdom), biologisch abbaubares Polyesteramid (z.B. BAK 1095 geliefert von Symphony Environmental), Polymilchsäure (PLA geliefert durch Cargil, Minnesota, USA), auf Stärke basierende Polymere, Zellulosederivate und Polypeptide.
Das Basismaterial 5 ist aus zwei Lagen gebildet, einer ersten Lage aus Aluminium und einer zweiten Lage aus gegossenem Polypropylen. Die Aluminiumlage ist zwischen 0,02 und 0,07 mm stark. Die gegossene Polypropylenlage ist zwischen 0,025 und 0,065 mm stark. Bei einer Ausführungsform sind die Aluminiumlage 0,06 mm und die Polypropylenlage 0,025 mm stark. Dieses Basismaterial bzw. Laminat ist insbesondere vorteilhaft, weil es eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Kräuseln bei der Montage aufweist. Als eine Folge kann das Laminat 5 auf die richtige Größe und Form zugeschnitten werden und ohne eine Entartung zu erfahren, nachfolgend der Montagestation in der Produktionslinie zugeführt werden. Folglich ist das Laminat bzw. Basismaterial 5 insbesondere gut geeignet zum Verschweißen. Andere Verbundmaterialien können verwendet werden, umfassend PET/Aluminium/PP, PE/EVOH/PP, PET/metallisiert/PP und Aluminium/PP Laminate. Walzlaminatganzstoff (Roll laminate stock) kann statt gestanztem Ganzstoff (die cut stock) verwendet werden.
Die Montage der Kartusche 1 umfasst die folgenden Schritte:

a) das innere Element 3 wird in das äußere Element 2 eingesetzt;
b) der Filter 4 wird auf Form geschnitten und auf dem inneren Element 3 platziert, so dass er über dem zylindrischen Schacht 40 aufgenommen wird und gegen den ringförmigen Rahmen 41 anliegt;
c) das innere Element 3, das äußere Element 2 und der Filter 4 werden durch Ultraschallschweißen verbunden;
d) die Kartusche 1 wird mit einem oder mehreren Getränkebestandteilen befüllt;
e) das Laminat 5 wird an dem äußeren Element 2 befestigt.

Diese Schritte werden im folgenden genauer erläutert.
Das äußere Element 2 ist mit der offenen Bodenseite 12 nach oben gerichtet ausgerichtet. Das innere Element 3 wird dann in das äußere Element 2 eingesetzt, wobei der äußere Rand 51 als eine lose Passung in einer axialen Erstreckung 14 auf der Oberseite 11 der Kartusche 1 aufgenommen wird. Die zylindrische Erstreckung 18 des äußeren Elements 2 wird gleichzeitig in dem oberen Abschnitt des zylindrischen Schachts 40 des inneren Elements 3 aufgenommen. Der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Erstreckung 18 wird in den zylindrischen Schacht 40 mit der geschlossenen unteren Stirnfläche 31 der zylindrischen Erstreckung 18 gegen die Stützstege 49 des inneren Elements 3 anliegend eingesetzt. Der Filter 4 wird dann derart über dem inneren Element 3 platziert, dass das Filtermaterial mit dem ringförmigen Rand 51 in Kontakt kommt. Ein Ultraschallschweißvorgang wird dann verwendet, um den Filter 4 mit dem inneren Element 3 zu verbinden und gleichzeitig und in dem gleichen Verfahrensschritt das innere Element 3 mit dem äußeren Element 2. Das innere Element 3 und der Filter 4 sind um den äußeren Rand 51 verschweißt. Das innere Element 3 und das äußere Element 2 sind mittels Schweißlinien um den äußeren Rand 51 verbunden und auch entlang den oberen Kanten der Stege 54.
Wie es am deutlichsten in 11 dargestellt ist, definieren das äußere Element 2 und das innere Element 3, wenn sie miteinander verbunden sind, einen Leerraum 130 im Inneren 120 unter dem ringförmigen Flansch 41 und außerhalb des zylindrischen Schachts 40, der eine Filtrationskammer bildet. Die Filtrationskammer 130 und die Durchgänge 57 über dem ringförmigen Rahmen 41 sind durch das Filterpapier 4 getrennt.
Die Filtrationskammer 130 enthält den einen oder die mehreren Getränkebestandteile 200. Der eine oder die mehreren Getränkebestandteile sind in die Filtrationskammer 130 gepackt. Als ein gefiltertes Getränk ist der Bestandteil typischerweise gerösteter und gemahlener Kaffee oder Blatttee. Die Dichte der Packung der Getränkebestandteile in der Filtrationskammer 130 kann wie gewünscht variiert werden. Üblicherweise enthält die Filtrationskammer bei gefiltertem Kaffeeprodukt zwischen 5,0 und 10,2 g geröstetem und gemahlenem Kaffee in einem Filtrationsbett einer Stärke von üblicherweise 5 bis 14 mm. Optional kann das Innere 120 einen oder mehrere Körper enthalten wie beispielsweise Kugeln, die innerhalb des Inneren 120 frei beweglich sind, um das Mischen durch Induzieren von Turbulenzen und Abbauen von Getränkebestandteilablagerungen während der Ausgabe des Getränks zu unterstützen.
Das Laminat 5 wird dann durch Bilden einer Schweißnaht 126 über den Umfang des Laminats 5 an dem äußeren Element 2 befestigt, um das Laminat 5 mit der unteren Fläche des sich nach außen erstreckenden Flansches 35 zu verbinden. Die Schweißnaht 126 erstreckt sich derart, dass sie das Laminat 5 gegen die untere Kante der zylindrischen Wand 27 der Einlasskammer 26 abdichtet. Ferner ist eine Schweißnaht 125 zwischen dem Laminat 5 und der unteren Kante des Außenrohrs 52 des zylindrischen Schachts 40 ausgebildet. Das Laminat 5 bildet die untere Wand der Filtrationskammer 130 und dichtet ferner die Einlasskammer 26 und den zylindrischen Schacht 40 ab. Jedoch kommt vor der Ausgeabe zwischen dem Laminat 5 und der unteren Kante des Ausgabeausgusses 43 ein schmaler Spalt 123 vor. Eine Vielzahl an Schweißverfahren können verwendet werden, wie beispielsweise Heiß- oder Ultraschallschweißen, abhängig von den Materialeigenschaften des Laminats 5.
Vorzugsweise erstreckt sich das innere Element 3 zwischen dem äußeren Element 2 und dem Laminat 5. Das innere Element 3 ist aus einem Material mit relativer Festigkeit ausgebildet wie beispielsweise Polypropylen. Als solches bildet das innere Element 3 ein Last tragendes Element, das dazu dient, das Laminat 5 und das äußere Element 2 voneinander beabstandet zu halten, wenn die Kartusche 1 komprimiert wird, Es ist bevorzugt, dass die Kartusche 1 im Gebrauch einer Kompressionslast von zwischen 130 und 280N ausgesetzt wird. Die Kompressionskraft agiert, um zu verhindern, dass die Kartusche unter einer internen Druckbeaufschlagung nicht besteht und sie dient auch dazu, das innere Element 3 und das äußere Element 2 zusammenzudrücken. Dies sichert, dass die inneren Dimensionen der Durchgänge und Öffnungen in der Kartusche 1 festgelegt sind und sich während der Druckbeaufschlagung der Kartusche 1 nicht ändern können.
Um die Kartusche 1 zu verwenden, wird sie zunächst in ein Getränkzubereitungsgerät (das weiter unten genauer beschrieben werden wird) eingesetzt und der Einlass 121 und der Auslass 122 werden durch Durchstechelemente des Getränkezubereitungsgeräts geöffnet, die das Laminat 5 perforieren und zurückfalten. Ein wässriges Medium, typischerweise Wasser, tritt über den Einlass 121 unter Druck in die Kartusche 1 in die Einlasskammer 26 ein und zwar bei einem Druck zwischen 0,1 bis 2,0 bar. Von dort wird das Wasser geführt, um durch die Schlitze 30 und in die Sammelleitung 16 zu strömen und durch die mehreren Schlitze 17 in die Filtrationskammer 130 der Kartusche 1. Das Wasser wird radial durch die Filtrationskammer 130 nach innen gedrückt und mischt sich mit den Getränkebestandteilen 200, die darin enthalten sind. Das Wasser wird gleichzeitig durch die Getränkebestandteile nach oben gedrückt. Das Getränk, das durch den Durchgang des Wassers durch die Getränkebestandteile gebildet wird, tritt durch den Filter 4 und die Filtrationsöffnungen 55 in die Durchgänge 57, die über dem ringförmigen Rahmen 41 liegen. Die Dichtung des Filters 4 auf den Speichen 53 und das Verschweißen des Rands 51 mit dem äußeren Element 2 sichert, dass keine Umgehungskreise vorkommen und das gesamte Getränk durch den Filter 4 treten muss.
Das Getränk strömt dann nach unten entlang der radialen Durchgänge 57, die zwischen den Stegen 54 gebildet sind und durch die Öffnungen 56 in den zylindrischen Schacht 40. Das Getränk tritt entlang der Kanäle 50 zwischen den Stützstegen 47 und den Ausgabeausguss 43 nach unten zum dem Auslass 44, wo das Getränk in ein Behältnis wie beispielsweise eine Tasse ausgegeben wird.
Vorzugsweise umfasst das Getränkezubereitungsgerät eine Luftsäuberungseinrichtung, wobei am Ende eines Ausgabezyklus komprimierte Luft durch die Kartusche 1 gedrückt wird, um das verbleibende Getränk in das Behältnis auszuspülen.
Eine zweite Version der Kartusche 1 ist in den 12 bis 18 dargestellt. Die zweite Version der Kartusche 1 ist insbesondere zur Verwendung beim Ausgeben espressoartiger Produkte wie beispielsweise geröstetem und gemahlenem Kaffee ausgestaltet, bei dem es wünschenswert ist, ein Getränk mit einem Schaum winziger Blasen zu erzeugen, der als Crema bekannt ist. Viele der Merkmale der zweiten Version der Kartusche 1 sind die gleichen wie bei der ersten Version und die gleichen Bezugszeichen wurden verwendet, um die gleichen Merkmale zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung wird der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Version diskutiert werden. Gemeinsame Merkmale, die auf die gleiche Art und Weise funktionieren, werden nicht im Detail erläutert.
Das äußere Element 2 weist den gleichen Aufbau wie bei der Kartusche 1 der ersten Version auf und wie er in den 1 bis 6 dargestellt ist.
Der ringförmige Rahmen 41 des inneren Elements 3 ist der gleiche wie bei der ersten Version. Auch ein Filter 4 ist auf dem ringförmigen Rahmen 41 angeordnet, um die Filtrationsöffnungen 55 zu bedecken. Das Außenrohr 42 des zylindrischen Schachts 40 ist ebenfalls wie oben. Jedoch gibt es eine Anzahl an Unterschieden im Aufbau des inneren Elements 3 der zweiten Version verglichen mit der ersten Version. Wie es in 16 dargestellt ist, ist der Ausgabeausguss 43 mit einer Trennwand 65 versehen, die sich einen Teil des Wegs des Ausgabeausgusses 43 von dem Auslass 44 nach oben erstreckt. Die Trennwand 65 unterstützt dabei, zu verhindern, dass das Getränk, wenn es den Ausgabeausguss 43 verlässt, zerstäubt und/oder spritzt. Das Profil des Ausgabeausgusses 43 ist ebenfalls anders und umfasst ein gestuftes Profil mit einem ausgeprägten Hundebein (dog-leg) 66 nahe einem oberen Ende des Rohrs 43.
Ein Rand 67 ist von dem ringförmigen Flansch 47 aufragend vorgesehen, der das Außenrohr 42 mit dem Ausgabeausguss 43 verbindet. Der Rand 67 umgibt den Einlass 45 zum Ausgabeausguss 43 und definiert einen ringförmigen Kanal 69 zwischen dem Rand 67 und dem oberen Abschnitt des Außenrohrs 42. Der Rand 67 ist mit einer nach innen gerichteten Schulter 68 versehen. An einem Punkt um den Umfang des Rands 67 ist eine Öffnung 70 in der Form eines Schlitzes vorgesehen, der sich von einer Oberkante des Rands 67 zu einem Punkt marginal unter dem Niveau der Schulter 68 erstreckt, wie es am deutlichsten in den 12 und 13 dargestellt ist. Der Schlitz weist eine Breite von 0,64 mm auf.
Ein Lufteinlass 71 ist in einem ringförmigen Flansch 47 umfangsmäßig mit der Öffnung 70 fluchtend vorgesehen, wie es in den 16 und 17 dargestellt ist. Der Lufteinlass 71 umfasst eine Öffnung, die durch den Flansch 47 tritt, um so eine Verbindung zwischen einem Punkt über dem Flansch 47 und dem Leerraum unter dem Flansch 47 zwischen dem Außenrohr 42 und dem Ausgabeausguss 47 bereitzustellen. Vorzugsweise und wie es dargestellt ist, umfasst der Lufteinlass 71 einen oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 73 und einen unteren zylindrischen Abschnitt 72. Der Lufteinlass 71 ist typischerweise durch ein Gießwerkzeug wie beispielsweise einen Stift gebildet. Das verjüngte Profil des Lufteinlasses 71 erlaubt es, das Gießstück leichter aus der gegossenen Komponente zu entfernen. Die Wand des Außenrohrs 42 in der Umgebung des Lufteinlasses 71 ist ausgeformt, um eine Rinne 75 zu bilden, die von dem Lufteinlass 71 zu dem Einlass 45 des Ausgabeausgusses 43 führt. Wie es in 17 dargestellt ist, ist eine geneigte Schulter 74 zwischen dem Lufteinlass 71 und der Rinne 75 ausgebildet um zu sichern, dass der Getränkstrahl, der aus dem Schlitz 70 abgegeben wird, auf die obere Fläche des Flansches 47 in der unmittelbaren Umgebung des Lufteinlasses 71 trifft.
Der Montagevorgang der zweiten Version der Kartusche 1 ist ähnlich der Montage der ersten Version. Es gibt jedoch gewisse Unterschiede. Wie es in 18 dargestellt ist, wird der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Erstreckung 18 in den Stützrand 67 gesetzt, statt gegen die Stützstege. Die Schulter 32 der zylindrischen Erstreckung 18 zwischen dem zweiten Abschnitt 20 und dem dritten Abschnitt 21 liegt gegen die Oberkante des Stützrands 67 des inneren Elements 3. Ein Verbindungsbereich 124 wird somit zwischen dem inneren Element 3 und dem äußeren Element 2 ausgebildet, umfassend eine Stirnseitenversiegelung zwischen der zylindrischen Erstreckung 18 und dem Stützrand 67, die sich um nahezu den gesamten Umfang der Kartusche 1 erstreckt. Die Dichtung zwischen der zylindrischen Erstreckung 18 und dem Stützrand 67 ist nicht flüssigkeitsdicht, obwohl sich der Schlitz 70 in dem Stützrand 67 durch den Stützrand 67 nach unten zu einem Punkt marginal unter der Schulter 68 erstreckt. Folglich transformiert die Verbindungspassung zwischen der zylindrischen Erstreckung 18 und des Stützrandes 67 den Schlitz 70 zu einer Öffnung 128, wie es am deutlichsten in 18 dargestellt ist, wodurch eine Gas- und Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ringförmigen Kanal 69 und dem Ausgabeausguss 43 bereitgestellt wird. Die Öffnung ist typischerweise 0,64 mm breit und 0,69 mm lang.
Der Betrieb der zweiten Version der Kartusche 1 zum Ausgeben eines Getränks ist ähnlich dem Betrieb der ersten Version, jedoch mit gewissen Unterschieden. Getränk in den Radialdurchgängen 57 strömt entlang der Durchgänge 57, die zwischen den Stegen 54 ausgebildet sind, nach unten und durch die Öffnungen 56 und in den ringförmigen Kanal 69 des zylindrischen Schachts 40. Von dem ringförmigen Kanal 69 wird das Getränk unter Druck durch die Öffnung 128 durch den Rückdruck des sich in der Filtrationskammer 130 und dem Durchgang 57 sammelnden Getränks gedrückt. Das Getränk wird somit durch die Öffnung 128 als ein Strahl und in eine Expansionskammer gedrückt, die durch das obere Ende des Ausgabeausgusses 43 gebildet wird. Wie es in 18 dargestellt ist, tritt der Getränkestrahl direkt über den Lufteinlass 71. Wenn das Getränk in den Ausgabeausguss 43 eintritt, fällt der Druck des Getränkestrahls ab. Als eine Folge davon wird Luft in dem Getränkestrahl, in der Form einer Vielzahl kleiner Luftbläschen, mitgerissen, wenn die Luft durch den Lufteinlass 71 aufgesaugt wird. Der Getränkstrahl, der aus der Öffnung 128 austritt, wird nach unten zu dem Auslass 44 getrichtert, an dem das Getränk in ein Behältnis wie beispielsweise ein Tasse ausgegeben wird, wobei die Luftbläschen die erwünschte Crema bilden. Somit bilden die Öffnung 128 und der Lufteinlass 71 zusammen einen Ejektor, der dazu dient, Luft in dem Getränk mitzureissen. Die Getränkeströmung in den Ejektor sollte so gleichmäßig wie möglich gehalten werden, um Druckverluste zu reduzieren. Vorteilhafterweise sollten die Wände des Ejektors konkav gebildet sein, um Verluste aufgrund der "Wandeffekt"-Reibung zu reduzieren. Die Dimensionstoleranz der Öffnung 128 ist gering. Vorzugsweise wird die Öffnungsgröße mit ± 0,02 mm² festgelegt. Haare, Fäserchen oder andere Oberflächenunregelmäßigkeiten können innerhalb oder am Ausgang des Ejektors vorgesehen sein, um den effektiven Querschnittsbereich zu erhöhen, was als den Grad der Luftmitnahme erhöhend herausgefunden wurde.
Eine dritte Version der Kartusche 1 ist in den 19 bis 29 dargestellt. Die dritte Version der Kartusche 1 ist insbesondere zur Verwendung beim Ausgeben löslicher Produkte ausgestaltet, die in pulverförmiger, flüssiger, sirupartiger, gelartiger oder ähnlicher Form vorliegen können. Das lösliche Produkt wird durch ein wässriges Medium aufgelöst oder bildet eine Lösung in diesem Medium, wie beispielsweise Wasser, wenn das wässrige Medium bei Gebrauch durch die Kartusche 1 dringt. Beispiele von Getränken umfassen Schokolade, Kaffee, Milch, Tee, Suppe oder andere wiederhydrierbare oder wasserlösliche Produkte. Viele Merkmale der dritten Version der Kartusche 1 sind gleich denen der vorangegangenen Versionen und gleiche Bezugszeichen wurden verwendet, um die gleichen Merkmale zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der dritten und den vorangegangenen Versionen erläutert. Gemeinsame Merkmale, die auf die gleiche Art und Weise funktionieren, werden nicht im Detail erläutert.
Verglichen mit dem äußeren Element 2 der vorangegangenen Versionen weist die hohle nach innen gerichtete zylindrische Erstreckung 18 des äußeren Elements 2 der dritten Version einen größeren Gesamtdurchmesser auf, wie es in 20 dargestellt ist. Insbesondere beträgt der Durchmesser des ersten Abschnitts 19 typischerweise zwischen 16 und 18 mm, verglichen mit 13,2 mm des äußeren Elements 2 der vorangegangenen Versionen. Zusätzlich ist der erste Abschnitt 19 mit einer konvexen Außenfläche 19a oder einer Ausbauchung versehen, wie es am deutlichsten in 20 dargestellt ist, deren Funktion unten beschrieben werden wird. Der Durchmesser der dritten Abschnitte 21 der Kartuschen 1 sind jedoch die gleichen, was dazu führt, dass sie im Bereich der Schulter 32 in dieser der dritten Version der Kartusche größer sind. Typischerweise beträgt das Volumen der Kartusche 1, wenn sie zusammengesetzt ist, 32,5 ml ± 20%.
Die Anzahl und Positionierung der Schlitze in dem unteren Ende der ringförmigen Wand 13 ist ebenfalls anders. Zwischen 3 und 5 Schlitzen sind vorgesehen. Bei der Ausführungsform, wie sie in 23 dargestellt ist, sind vier Schlitze 36 über den Umfang der Sammelleitung 16 gleich beabstandet vorgesehen, Die Schlitze 36 sind geringfügig breiter als in den vorangegangenen Versionen der Kartusche 1 und liegen zwischen 0,35 und 0,45 mm, vorzugsweise 0,4 mm Breite.
Ansonsten ist das äußere Element 2 der Kartuschen 1 gleich.
Der Aufbau des zylindrischen Schachts 40 des inneren Elements 3 ist der gleiche wie bei der ersten Version der Kartusche 1 mit einem Außenrohr 42, einem Ausgabeausguss 45, einem ringförmigen Flansch 47 und Stützstegen 49. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Ausgabeausguss 45 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 92 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 93 ausgebildet ist.
Im Gegensatz zu den vorangegangenen Versionen und wie es in den 24 bis 28 dargestellt ist, ist der ringförmige Rahmen 41 durch einen Schürzenabschnitt 80 ersetzt, der den zylindrischen Schacht 40 umgibt und mittels acht Radialspeichen 87, die an den zylindrischen Schacht 40 an oder in der Nähe des ringförmigen Flansches 47 angrenzen, daran befestigt. Eine zylindrische Erstreckung 81 des Schürzenabschnitts 80 erstreckt sich von den Speichen 87 nach oben um eine Kammer 90 mit einer oberen Stirnfläche zu definieren. Ein oberer Rand 91 der zylindrischen Erstreckung 81 weist ein nach innen gedrehtes Profil auf, wie es in 26 dargestellt ist. Eine ringförmige Wand 82 des Schürzenabschnitts 80 erstreckt sich von den Speichen 87 nach unten, um einen ringförmigen Kanal 86 zwischen dem Schürzenabschnitt 80 und dem Außenrohr 42 zu bilden.
Die ringförmige Wand 82 umfasst an einem unteren Ende einen Außenflansch 83, der senkrecht zu der Hauptachse X liegt. Ein Rand 84 hängt von einer unteren Fläche des Flansches 83 nach unten und beinhaltet fünf Öffnungen 85, die um den Rand 84 umfangsmäßig gleich beabstandet sind. Somit ist der Rand 84 mit einem zinnenartigen unteren Profil versehen.
Öffnungen 89 sind zwischen den Speichen 87 vorgesehen und gestatten die Kommunikation zwischen der Kammer 90 und dem ringförmigen Kanal 86.
Der Montagevorgang der dritten Version der Kartusche 1 ist ähnlich der Montage der ersten Version, weist jedoch gewisse Unterschiede auf. Das äußere Element 2 und das innere Element 3 sind, wie es in 29 dargestellt ist, zusammengesteckt und mittels einer Schnapppassungsanordnung gehalten, statt zusammengeschweißt zu werden. Beim Verbinden der zwei Elemente wird die nach innen gerichtete zylindrische Erstreckung 18 in der oberen zylindrischen Erstreckung 81 des Schürzenabschnitts 80 aufgenommen. Das innere Element 3 wird in dem äußeren Element 2 durch Reibungseingreifen der konvexen Außenfläche 19a des ersten Abschnitts 19 der zylindrischen Erstreckung 18 mit dem nach innen gedrehten Rand 91 der oberen zylindrischen Erstreckung 81 gehalten. Mit dem inneren Element 3, das in dem äußeren Element 2 angeordnet ist, wird eine Mischkammer 134 definiert, die außerhalb des Schürzenabschnitts 80 angeordnet ist. Die Mischkammer 134 beinhaltet die Getränkebestandteile 200 vor der Ausgabe. Es ist anzumerken, dass die vier Einlässe 36 und die fünf Öffnungen 85 in bezug aufeinander umfangsmäßig versetzt sind. Die radiale Anordnung der zwei Teile relativ zueinander muss während der Montage nicht bestimmt oder festgelegt werden, da die Verwendung der vier Einlässe 36 und der fünf Öffnungen 85 sichert, dass ein Versatz zwischen den Einlässen und Öffnungen auftritt, egal wie die relative Rotationspositionierung der Komponenten ist.
Der eine oder die mehreren Getränkebestandteile werden in die Mischkammer 134 der Kartusche gepackt. Die Dichte der Packung der Getränkebestandteile in der Mischkammer 134 kann wie gewünscht variiert werden.
Das Laminat 5 wird dann auf die gleiche Art und Weise, wie es oben in den vorangegangenen Versionen beschrieben wurde, an dem äußeren Element 2 und dem inneren Element 3 befestigt.
Bei Gebrauch tritt Wasser auf die gleiche Art und Weise wie bei den vorangegangenen Versionen der Kartusche durch die vier Schlitze 36 in die Mischkammer 134 ein. Das Wasser wird durch die Mischkammer radial nach innen gedrückt und mischt sich mit den darin enthaltenen Getränkebestandteilen. Das Produkt wird in dem Wasser gelöst oder damit gemischt und bildet das Getränk in der Mischkammer 134 aus und wird dann durch den Rückdruck des Getränks und des Wassers in der Mischkammer 134 durch die Öffnungen 85 in den ringförmigen Kanal 86 getrieben. Der Umfangsversatz bzw. die Umfangsstufung der vier Einlassschlitze 36 und der fünf Öffnungen 85 sichert, dass Wasserstrahlen nicht in der Lage sind, direkt von den Einlassschlitzen 36 radial zu den Öffnungen 85 zu dringen, ohne zuerst in der Mischkammer 134 zu zirkulieren. Auf diese Art und Weise wird der Grad und die Konsistenz der Lösung oder des Mischens des Produkts signifikant erhöht. Das Getränk wird in dem ringförmigen Kanal 86 nach oben durch die Öffnungen 89 zwischen den Speichen 87 und in die Kammer 90 gedrückt. Das Getränk tritt von der Kammer 90 durch die Einlässe 45 zwischen die Stützstege 49 in den Ausgabeausguss 43 und in Richtung des Auslasses 44, von dem das Getränk in ein Behältnis wie beispielsweise eine Tasse ausgegeben wird. Die Kartusche findet insbesondere Anwendung bei Getränkebestandteilen in der Form viskoser Flüssigkeiten oder Gelen. Bei einer Anwendung ist ein Flüssigschokolade-Bestandteil in der Kartusche 1 mit einer Viskosität zwischen 1700 und 3900 mPa bei Umgebungstemperatur und zwischen 5000 und 10000 mPa bei 0°C und einem "Refractive Solids" von 67 Brix ± 3 enthalten. Bei einer anderen Anwendung ist flüssiger Kaffee in der Kartusche 1 mit einer Viskosität zwischen 70 und 2000 mPa bei Umgebungstemperatur und zwischen 80 und 5000 mPa bei 0°C enthalten, wobei der Kaffee ein Gesamtfestkörperniveau von zwischen 40 und 70% aufweist.
Eine vierte Version der Kartusche 1 ist in den 30 bis 34 dargestellt. Die vierte Version der Kartusche 1 ist insbesondere zur Verwendung beim Ausgeben flüssiger Produkte wie beispielsweise Kondensmilch ausgestaltet. Viele der Merkmale der vierten Version der Kartusche 1 sind die gleichen wie bei den vorangegangenen Versionen und gleiche Bezugszeichen wurden verwendet, um die gleichen Merkmale zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der vierten und den vorangegangenen Versionen erläutert. Gemeinsame Merkmale, die auf gleiche Art und Weise funktionieren, werden nicht im Detail erläutert.
Das äußere Element 2 ist das gleiche wie bei der dritten Version der Kartusche 1 und wie es in den 19 bis 23 dargestellt ist.
Der zylindrische Schacht 40 des inneren Elements 3 ist ähnlich dem, der bei der zweiten Version der Kartusche dargestellt ist, jedoch mit gewissen Unterschieden. Wie es in 30 dargestellt ist, ist der Ausgabeausguss 43 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 106 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 107 ausgeformt. Drei Axialrippen 105 sind auf der Innenfläche des Ausgabeausgusses 43 vorgesehen, um das ausgegebene Getränk nach unten in Richtung des Auslasses 44 zu führen und zu verhindern, dass sich das ausgegebene Getränk innerhalb des Ausgusses dreht. Folglich fungieren die Rippen 105 als Leitplatten. Wie bei der zweiten Version der Kartusche 1 ist ein Lufteinlass 71 durch den ringförmigen Flansch 47 vorgesehen. Jedoch ist die Rinne 75 unter dem Lufteinlass 71 länglicher als bei der zweiten Version.
Ein Schürzenabschnitt 80 ist ähnlich dem in der dritten Version der Kartusche 1, die oben beschrieben wurde, vorgesehen. Zwischen fünf und zwölf Öffnungen 85 sind in dem Rand 84 vorgesehen. Typischerweise sind zehn Öffnungen vorgesehen statt den fünf, die bei der dritten Version der Kartusche 1 vorgesehen sind.
Eine ringförmige Schale 100 ist sich von und integral mit dem Flansch 83 des Schürzenabschnitts 80 erstreckend vorgesehen. Die ringförmige Schale 100 umfasst einen auf geweiteten bzw. glockenförmigen bzw. gebördelten Körper 101 mit einem offenen oberen Mund 104, der nach oben gerichtet ist. Vier Speiseöffnungen 103, die in den 30 und 31 dargestellt sind, sind in dem Körper 101 an oder nahe dem unteren Ende der Schale 100 angeordnet, wo sie an den Schürzenabschnitt 80 angrenzt. Vorzugsweise sind die Speiseöffnungen über den Umfang der Schale 100 gleich beabstandet.
Das Laminat 5 ist von der Art, wie sie oben bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben wurde.
Der Montagevorgang der vierten Version der Kartusche 1 ist der gleiche wie bei der der dritten Version.
Der Betrieb der vierten Version der Kartusche ist ähnlich dem der dritten Version. Das Wasser tritt auf die gleiche Art und Weise wie zuvor in die Kartusche 1 und die Mischkammer 134. Dort mischt sich das Wasser mit dem flüssigen Produkt und löst dieses, das dann durch die Öffnungen 85 in Richtung des Auslasses 44 herausgedrückt wird, wie es oben beschrieben wurde. Ein Anteil des flüssigen Produkts ist anfänglich in der ringförmigen Schale 100 enthalten, wie es in der 34 dargestellt ist und wird keiner unmittelbaren Lösung durch das Wasser, das in die Mischkammer 134 eintritt, ausgesetzt. Das gelöste flüssige Produkt in dem unteren Teil der Mischkammer 134 wird dazu neigen, durch die Öffnungen 85 auszutreten statt nach oben und in die ringförmige Schale 100 durch den oberen Mund 104 gezwungen zu werden. Folglich wird das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 relativ konzentriert bleiben verglichen mit dem Produkt in dem unteren Teil der Mischkammer 134. Das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 tropft durch die Speiseöffnungen 103 in die Produktströmung, die die Mischkammer 134 durch die Öffnungen 85 verlässt. Die ringförmige Schale 100 fungiert zum Ausgleichen der Konzentration des gelösten flüssigen Produkts, das in den zylindrischen Schacht 40 eintritt und zwar durch Zurückhalten eines Anteils des konzentrierten flüssigen Produkts und sein ununterbrochenes Freigeben in den austretenden Flüssigkeitsstrom während des Ausgabezyklus.
Von dem ringförmigen Kanal 86 wird das Getränk unter Druck durch den Rückdruck des Getränks, das sich in der Filtrationskammer 134 und der Kammer 90 sammelt durch die Öffnung 128 gezwungen. Das Getränk wird somit durch die Öffnung 128 als ein Strahl gezwungen und in eine Expansionskammer, die durch das obere Ende des Ausgabeausgusses 43 ausgebildet ist. Wie es in 34 dargestellt ist, tritt der Getränkestrahl direkt über dem Lufteinlass 71. Wenn das Getränk in den Ausgabeausguss 43 eintritt, nimmt der Druck des Getränkstrahls ab. Als eine Folge wird Luft in dem Getränkestrom in Form vieler kleiner Luftblasen mitgerissen, wenn die Luft durch den Lufteinlass 71 nach oben gesaugt wird. Der Getränkestrahl der aus der Öffnung 128 austritt, wird nach unten zu dem Auslass 44 getrichtert, wo das Getränk in einen Behälter wie beispielsweise eine Tasse ausgegeben wird, wo die Luftblasen das gewünschte schäumige Erscheinungsbild bilden.
Vorteilhafterweise können das innere Element 3, das äußere Element 2, das Laminat 5 und der Filter 4 alle aufgrund dessen, dass die Komponenten trennbar sind und nicht individuell gewundene Durchgänge oder schmale Spalte aufweisen, leicht sterilisiert werden. Vielmehr werden die notwendigen Durchgänge nur nach dem Verbinden der Komponenten nach der Sterilisation gebildet. Dies ist insbesondere wichtig, wenn der Getränkebestandteil ein auf Milchprodukten basierendes Produkt wie beispielsweise Kondensmilch ist.
Die vierte Ausführungsform der Getränkekartusche ist insbesondere vorteilhaft zum Ausgeben konzentrierter auf Milchprodukten basierend flüssiger Produkte wie beispielsweise flüssiger Milch. Bisher wurden pulverförmige Milchprodukte in der Form von Kissen zum Zufügen eines zuvor vorbereiteten Getränks vorgeschlagen. Für ein Capuccino-artiges Getränk ist es jedoch notwendig, die Milch aufzuschäumen. Dies wurde bisher durch Führen von Dampf durch ein flüssiges Milchprodukt erzielt. Dies erfordert jedoch die Bereitstellung einer Dampfzufuhr, die die Kosten und Komplexität der Maschine, die zum Ausgeben des Getränks verwendet wird, erhöht. Die Verwendung von Dampf erhöht auch das Risiko einer Verletzung während des Betriebs der Kartusche. Die Getränkekartusche kann ein konzentriertes auf Milchprodukten basierendes flüssiges Produkt darin enthalten. Es wurde herausgefunden, dass durch Konzentrieren des Milchprodukts eine größere Schaummenge für ein spezielles Milchvolumen erzeugt werden kann, verglichen mit frischer oder H-Milch. Dies reduziert die erforderliche Größe für die Milchkartusche. Frische Halbfettmilch enthält ungefähr 1,6% Fett und 10% Gesamtfeststoffe. Die konzentrierte Milch bzw. Kondensmilch-Vorbereitung der vorliegenden Erfindung enthält zwischen 3 und 10% Fett und 25-40% Gesamtffestkörper. Bei einem typischen Beispiel enthält die Vorbereitung 4% Fett und 30% Gesamtfeststoffe. Die Kondensmilch-Vorbereitungen sind geeignet zum Aufschäumen unter Verwendung einer Niedrigdruckbereitungsmaschine, wie es unten beschrieben wird. Insbesondere wird das Aufschäumen der Milch bei Drücken unter 2 bar ungefähr 1,5 bar unter Verwendung der Kartusche der vierten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, erzielt.
Die Kartusche der vierten Ausführungsform ist auch beim Ausgeben flüssiger Kaffeeprodukte vorteilhaft.
Es wurde herausgefunden, dass die Ausführungsformen der Getränkekartusche der vorliegenden Erfindung vorteilhafter Weise eine verbesserte Konsistenz des gebrühten Getränks bereitstellen verglichen mit Kartuschen des Standes der Technik. Bezug genommen wird auf Tabelle 1 weiter unten, die die Ergebnisse von Brüherträgen von 20 Proben jeweils der Kartuschen A und B enthaltend gerösteten und gemahlenen Kaffee zeigt. Die Kartusche A ist eine Getränkekartusche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kartusche B ist eine Getränkekartusche des Stands der Technik, wie sie in dem Dokument WO 01/58786 der Anmelderin beschrieben ist. Der Brechungsindex des gebrühten Getränks wird in Brix-Einheiten gemessen und in eine Prozentazahl gelöster Festkörper (%SS) unter Verwendung von Standardtabellen und Formeln umgewandelt. In den unten folgenden Beispielen ist: %SS = 0,7774 * (Brix-Wert) + 0,0569. % Ertrag = (%SS * Brühvolumen (g))/ (100 * Kaffeegewicht (g)) Tabelle 1 KARTUSCHE A
KARTUSCHE B
Durchführen einer statistischen t-Test Analyse basierend auf den obigen Daten führt zu den folgenden Ergebnissen: Tabelle 2 t-Test: Zwei-Proben unter Annahme gleicher Varianz
Die Analyse zeigt, dass die Konsistenz des Prozentertrages, der der Brühstärke gleichgestellt ist, bei den Kartuschen der vorliegenden Erfindung signifikant besser ist (bei einer 95%-igen Aussagewahrscheinlichkeit) als den Kartuschen des Standes der Technik, mit einer Standardabweichung von 0,88 verglichen mit 2,24. Das heißt, dass Getränke, die mit den Kartuschen der vorliegenden Erfindung aufgebrüht werden, eine wiederholbarere und gleichmäßigere Stärke aufweisen. Dies ist bei Verbrauchern bevorzugt, die wünschen, dass ihre Getränke jedes Mal genauso schmecken und die keine beliebigen Änderungen in der Brühstärke wollen.
Die Materialien der oben beschriebenen Kartuschen können mit einer Barrierenbeschichtung versehen sein, um ihre Beständigkeit gegenüber Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit und/oder anderem Schmutzeintritt zu verbessern. Die Barrierenbeschichtung kann auch die Beständigkeit gegenüber Ausfluss der Getränkebestandteile aus den Kartuschen verbessern und/oder den Grad der Auswaschung von aus den Kartuschenmateriallien extrahierbaren Bestandteilen, die die Getränkebestandteile negativ beeinflussen könnten. Die Barrierenbeschichtung kann aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe bestehend aus PET, Polyamid, EVOH, PVDC oder einem metallisierten Material ausgewählt wird. Die Barrierenbeschichtung kann durch eine Vielzahl an Mechanismen aufgebracht werden, umfassend aber nicht beschränkt auf Dampfabscheidung, Vakuumabscheidung, Plasmabeschichtung, Co-Extrusion, In-mould-Beklebung und Zwei/Mehrstufengießen.
Ein Getränkezubereitungsgerät 201 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit den oben beschriebenen Getränkekartuschen ist in den 35 bis 45 dargestellt. Das Getränkezubereitungsgerät 201 umfasst im allgemeinen ein Gehäuse 210, das einen Wassertank 220, einen Wassererwärmer 225, eine Wasserpume 230, einen Luftkompresser 235, einen Steuerprozessor, eine Benutzer-Schnittstelle 240 und einen Kartuschenkopf 250 enthält. Der Kartuschenkopf 250 wiederum umfasst im allgemeinen einen Kartuschenhalter 251 zum Halten der Getränkekartusche 1 bei Gebrauch, eine Kartuschen-Erkennungseinrichtung 252, und einen Einlass- und einen Auslassdurchstecher 253, 254 zum Bilden des Einlasses 121 und des Auslasses 122 in der Getränkekartusche 1 bei Gebrauch.
Das Gehäuse 210 enthält die anderen Komponenten des Geräts 201 und hält diese in Stellung. Das Gehäuse 210 ist vorzugsweise vollständig oder teilweise aus einem robusten Kunststoff wie beispielsweise ABS gebildet. Alternativ kann das Gehäuse 210 vollständig oder teilweise aus einem metallischen Material wie beispielsweise Edelstahl oder Aluminium gebildet sein. Das Gehäuse 210 umfasst vorzugsweise eine zweischalige Ausgestaltung mit einer vorderen Hälfte 211 und einer hinteren Hälfte 212, die während der Montage zum Zusammensetzen der Gerätekomponenten den Zugang gestatten und danach zusammengefügt werden können, um ein Inneres 213 des Gehäuses 210 zu definieren. Die hintere Hälfte 212 stellt eine Vertiefung 214 zum Anbringen des Wassertanks 220 bereit. Das Gehäuse 210 ist mit Einrichtungen, wie beispielsweise Arretierungen, Widerlagern, Ansätzen und Gewindeabschnitten zum in Stellung Halten der Komponenten des Geräts 201 ohne die Notwendigkeit eines separaten Chassis ausgebildet. Dies reduziert die Gesamtkosten und das Gewicht des Geräts 201. Eine Basis 215 des Gehäuses 210 ist vorzugsweise mit Füßen zum Aufstellen des Geräts in einer stabilen Art und Weise versehen. Alternativ kann die Basis 215 selbst eine Form aufweisen, die eine stabile Auflage bildet.
Die vordere Hälfte 211 des Gehäuses 210 umfasst eine Ausgabestation 270, an der die Ausgabe des Getränks stattfindet. Die Ausgabestation 270 umfasst eine Behältnisaufnahme 271 mit einem hohlen Inneren, das einen Tropfenkasten 272 bildet. Eine obere Fläche 273 der Behälteraufnahme ist mit einem Gitter 274 versehen, auf dem das Behältnis positioniert wird. Der Tropfenkasten 272 ist von dem Gehäuse 210 entfernbar, um das Leeren des gesammelten Wassers zu erleichtern. Eine Vertiefung 275 ist in der vorderen Hälfte des Gehäuses 210 über der Behältnisaufnahme 271 ausgebildet, um die Dimensionen des Behältnisses aufzunehmen.
Der Kartuschenkopf 250 ist in Richtung der Oberseite des Gehäuses 210 über der Behältnisaufnahme angeordnet, wie es in den 35 und 36 dargestellt ist. Vorzugsweise kann die Höhe des Gitters 274 relativ zu dem Kartuschenkopf 250 eingestellt werden, um unterschiedlich große Behältnisse aufzunehmen. Es ist bevorzugt, dass das Behältnis so nahe wie möglich am Kartuschenkopf 250 angeordnet ist, während noch gestattet bleibt, das Behältnis einzusetzen und aus der Ausgabestation 270 zu entfernen, um die Höhe, die das ausgegebene Getränk zurücklegen muss, bevor es mit dem Behältnis in Kontakt kommt, zu minimieren. Dies dient dazu, das Zerstäuben und Zerspritzen des Getränks zu minimieren und den Verlust mitgerissener Luftblasen zu minimieren, wenn diese vorhanden sind. Vorzugsweise können Behältnisse zwischen 70 mm und 110 mm Höhe zwischen dem Gitter 274 und dem Kartuschenkopf 250 eingesetzt werden.
Die Gerätbenutzer-Schnittstelle 240 ist auf der Vorderseite des Gehäuses 210 angeordnet und umfasst einen Start/Stopp-Knopf 241 und eine Vielzahl an Statusindikatioren 243-246.
Die Statusindikatoren 243-246 umfassen vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED) 243, um die Bereitschaft des Geräts 201 anzuzeigen, eine LED 244, um anzuzeigen, wenn ein Fehler beim Gerätebetrieb aufgetreten ist, und eine oder mehrere LEDs 245-256, um anzuzeigen, ob das Gerät 201 in manuellen oder automatischen Modi arbeitet. Die LEDs 243-246 können gesteuert werden, um bei einer konstanten Intensität zu leuchten, in Intervallen zu blinken oder beides, und zwar abhängig von dem Status des Geräts 201. Die LEDs 243-246 können eine Vielzahl an Farben umfassend Grün, Rot und Gelb aufweisen.
Der Start/Stoppknopf 241 steuert den Beginn des Ausgabezyklus und ist ein manuell zu betätigender Druckknopf, Schalter oder ähnliches.
Eine Volumenanpassungssteuerung kann vorgesehen sein, um einem Verwender des Geräts 201 zu gestatten, das Volumen des ausgegebenen Getränks manuell einzustellen, ohne die anderen Betriebseigenschaften zu verändern. Vorzugsweise gestattet die Volumenanpassungssteuerung eine Einstellung des Volumens in einem Bereich von ± 20%. Die Volumenanpassungssteuerung kann ein Drehknopf, ein Linearschieber, eine Digitalanzeige mit Inkrement- und Dekrementknöpfen oder ähnliches sein. Am üblichsten wird das Volumen durch einen Verwender durch Betätigen des Start/Stoppknopfes 241 gesteuert.
Ein manueller Netzschalter (nicht dargestellt) kann auf dem Gerät 201 vorgesehen sein. Alternativ kann die Stromzufuhr einfach durch Einstecken oder Entfernen des Steckers in bzw. aus der Steckdose gesteuert werden.
Der Wassertank 220 ist an der Rückseite des Gehäuses 210 angeordnet und mit der hinteren Hälfte 212 des Gehäuses 210 verbunden. Der Wassertank 220 umfasst einen im allgemeinen zylindrischen Körper 221, der genau kreisförmig oder kegelstumpfförmig sein kann, je nachdem wie es aus ästhetischen Gründen gewünscht ist. Der Tank umfasst einen Einlass zum Befüllen des Tanks mit Wasser, der bei Gebrauch durch einen manuell entfernbaren Deckel 222 verschlossen ist. Ein Auslass ist in Richtung eines unteren Endes des Tanks vorgesehen, der mit der Wasserpumpe 230 in Verbindung steht. Der Wassertank 220 kann aus einem transparenten oder transluzenten Material gebildet sein, um dem Verbraucher zu gestatten, die Wassermenge, die in dem Tank verbleibt, zu beobachten. Alternativ kann der Wassertank 220 aus einem opaken Material gebildet sein, ist jedoch mit einem Sichtfenster darin versehen. Zusätzlich oder anstelle des Obigen kann der Wassertank 220 mit einem Niedrigniveau-Sensor versehen sein, der den Betrieb der Wasserpumpe 230 verhindert und optional einen Warnindikator wie beispielsweise eine LED ansteuert, wenn das Wasserniveau in dem Tank auf ein vorgewähltes Niveau fällt. Der Wassertank 220 weist vorzugsweise eine innere Kapazität von ungefähr 1,5 Litern auf.
Die Wasserpumpe 230 ist operativ zwischen dem Wassertank 220 und dem Wassererwärmer 225 verbunden, wie es schematisch in 43 dargestellt ist und sie ist durch den Steuerungsprozessor gesteuert. Die Pumpe stellt einen maximalen Durchfluss von 900 ml/min Wasser bei einem Maximaldruck von 2,5 bar bereit. Vorzugsweise wird bei der normalen Verwendung der Druck auf 2 bar begrenzt sein. Der Durchfluss des Wassers durch das Gerät 201 kann durch den Steuerungsprozessor auf eine Prozentzahl des maximalen Durchflusses der Pumpe gesteuert werden, und zwar durch Zyklustakte der elektrischen Versorgung zu der Pumpe. Vorzugsweise kann die Pumpe bei 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, oder 100 des maximalen Durchflusses betrieben werden. Die Genauigkeit des Wasservolumens, das gepumpt wird, beträgt vorzugsweise ± 5%, was zu einer ± 5%-igen Genauigkeit im Endvolumen des ausgegebenen Getränks führt. Eine geeignete Pumpe ist die Evolution EP8 Pumpe, die durch Ulka S.r.l. (Pavia, Italien) hergestellt wird. Ein volumetrischer Durchflusssensor (nicht dargestellt) ist vorzugsweise in der Strömungsleitung entweder der Wasserpumpe 230 vor- oder nachgeschaltet vorgesehen. Vorzugsweise ist der volumetrische Durchflusssensor ein Drehsensor (rotary sensor).
Der Wassererwärmer 225 ist in dem Inneren des Gehäuses 210 angeordnet. Der Erwärmer 225 weist eine Leistung von 1550 W auf und ist in der Lage, Wasser, das von der Wasserpumpe 230 aufgenommen wird, in unter einer Minute von einer Starttemperatur von ungefähr 20 °C auf eine Betriebstemperatur von ungefähr 85 °C zu erwärmen. Vorzugsweise beträgt die Verweilzeit zwischen dem Ende eines Ausgabezyklus und dem Zeitpunkt, an dem der Erwärmer 225 in der Lage ist, einen nachfolgenden Ausgabezyklus zu beginnen, weniger als 10 Sekunden. Der Erwärmer hält die ausgewählte Temperatur während dem Ausgabezyklus zwischen ± 2 °C. Wie es unten erläutert wird, kann das Wasser für den Ausgabezyklus bei 83 °C oder 93 °C zu dem Kartuschenkopf 250 geliefert werden. Der Erwärmer 225 ist in der Lage, die Zuführtemperatur schnell auf entweder 83 °C oder 93 °C von einer nominalen Wassertemperatur von 85 °C einzustellen. Der Erwärmer 225 umfasst eine Übertemperaturbegrenzung, die den Erwärmer abschaltet, wenn die Temperatur 98 °C überschreitet. Die Wasserausgabe aus dem Erwärmer 225 wird dem Kartuschenkopf 250 und der Kartusche 1 mittels eines Dreiwegeventils zugeführt. Ist der Druck der Wasserströmung akzeptabel, wird das Wasser zu der Kartusche 1 geführt. Ist der Druck unterhalb oder über vorbestimmten Grenzen, wird das Wasser mittels des Dreiwegeventils in den Tropfkasten-Rückgewinnungsbehälter 270 abgelenkt.
Der Luftkompressor 235 ist mit dem Kartuschenkopf 250 mittels eines Einwegeventils operativ verbunden und wird durch den Steuerungsprozessor gesteuert. Der Luftkompressor 235 stellt einen maximalen Durchfluss an Luft von 500 ml/min bei 1,0 bar bereit. Im Gebrauch wird ein Arbeitsvolumen von 35 ml auf 2,0 bar komprimiert. Vorzugsweise kann der Luftkompressor 235 zwei Durchflüsse erzeugen: einen schnellen (oder maximalen) Durchfluss und einen langsamen Durchfluss.
Der Steuerungsprozessor des Getränkezubereitungsgeräts 201 umfasst ein Verarbeitungsmodul und einen Speicher. Der Steuerungsprozessor ist mit dem Wassererwärmer 225, der Wasserpumpe 230, dem Luftkompressor 235 und der Benutzer-Schnittstelle 240 operativ verbunden und steuert deren Betrieb.
Der Speicher des Steuerungsprozessors umfasst eine oder mehrere Variablen für einen oder mehrere Betriebsparameter für das Getränkezubereitungsgerät 201. In der dargestellten Ausführungsform sind die Betriebsparameter, die Temperatur des Wassers, das während der Betriebsstufe durch die Getränkekartusche 1 geführt wird, die Geschwindigkeit des Ladens der Getränkekartusche 1, das Vorsehen eines Einweichschrittes oder anderen Schrittes, das gesamte ausgegebene Getränkevolumen, der Durchfluss des Wassers während der Ausgabestufe und der Durchfluss und die Dauer der Säuberungsstufe.
Die Variablen der Betriebsparameter sind im Speicher gespeichert. Die Kartusche 1 umfasst einen Code, der auf oder in der Kartusche 1 vorgesehen ist und die für die optimale Ausgabe des Getränks in der Kartusche 1 erforderlichen Betriebsparameter darstellt. Der Code liegt im binären Format vor und umfasst eine Vielzahl an Datenbits entsprechend den in dem Steuerungsprozessorspeicher gespeicherten Variablen. Tabelle 3 stellt dar, wie 13 Datenbits verwendet werden können, um die notwendigen Variablen für die oben beschriebenen Betriebsparameter darzustellen.
Tabelle 3
Der Code auf oder in der Kartusche 1 wird üblicherweise einen oder mehrere zusätzliche Datenbits zur Fehlerüberprüfung umfassen. In einem Beispiel ist ein 16 Bit Code vorgesehen. Zum Beispiel hätte eine Kartusche 1 unter Verwendung der in Tabelle 3 aufgelisteten variablen, die den Code "1000100011110" die folgenden Betriebsparameter:

10 Wassertemperatur von 83 °C

00 Schnelle Füllung mit Einweichen

1000 Ausgegebenes Getränkvolumen von 150 ml

111 Durchfluss gleich 100

10 Schnelle Luftströmungssäuberung/kurze Dauer.
Somit wird ungleich vorbekannter Getränkezubereitungsgeräte der Speicher des Steuerungsprozessors die Betriebsanweisungen für Getränkekartuschen basierend auf dem Kartuschentyp nicht speichern, d.h. die Anweisungen für eine Kaffeekartusche, die Anweisungen für eine Schokoladenkartusche, die Anweisungen für eine Teekartusche etc.. Stattdessen speichert der Speicher des Steuerungsprozessors Variablen zum Einstellen der individuellen Betriebsparameter des Ausgabezyklus. Dies weist eine Vielzahl an Vorteilen auf. Zunächst kann ein höherer Steuerungsgrad des Ausgabezyklus ausgeführt werden. Zum Beispiel kann ein geringfügig anderer Betriebsparameter für unterschiedliche Kaffeegüten oder Mischungen verwendet werden, statt die gleichen Parameter für alle Kaffeetypen zu verwenden. Vorbekannte Codierlösungen, die auf gespeicherten Anweisungen durch den Kartuschentyp beruhen statt durch die individuellen Parameter, sind für derartige feine Unterschiede im Ausgabezyklus für ähnliche Getränktypen ungeeignet, weil sie den zur Verfügung stehenden Speicherplatz in dem Codiermedium und dem Steuerungsprozessor schnell aufbrauchen. Zweitens gestattet das Codierverfahren der vorliegenden Erfindung die Verwendung neuer Getränkekartuschentypen in bereits existierenden Getränkezubereitungsgeräten, selbst wenn die Betriebsparameter für den Ausgabezyklus für die neue Getränkekartusche 1 erst nach dem Verkauf des Getränkezubereitungsgeräts 201 bestimmt werden.
Dies liegt daran, dass der Steuerungsprozessor des Getränkezubereitungsgeräts 201 nicht erkennen muss, dass das Getränk ein neuartiges ist. Vielmehr werden die Betriebsparameter des Ausgabelzyklus ohne direkten Bezug auf die Getränkeart festgelegt. Folglich stellt das Codierverfahren der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete rückwirkende Kompatibilität der Getränkezubereitungsgeräte für neue Getränketypen bereit. Im Gegensatz dazu ist der Hersteller bei vorbekannten Geräten darauf beschränkt, einen neuen Getränketyp unter Verwendung eines der bereits existierenden Ausgabezyklen zu verwenden, wie sie durch die im Markt befindlichen Geräte bestimmt werden.
Der Kartuschenkopf 250 ist in den 39 bis 42 dargestellt. Der Kartuschenhalter 251 des Kartuschenkopfes 250 umfasst ein feststehendes unteres Teil 255, ein drehbares oberes Teil 256 und eine verschwenkbare Kartuschenhalterung 257, die zwischen dem feststehenden unteren Teil 255 und dem drehbaren oberen Teil 256 angeordnet ist. Das obere Teil 256, das untere Teil 255 und die Kartuschenhalterung 257 werden um eine gemeinsame Schwenkachse gedreht. Die 39 bis 42. zeigen den Kartuschenhalter 251, wobei einige Komponenten des Geräts 201 aus Klarheitsgründen weggelassen wurden.
Das drehbare obere Teil 256 und die verschwenkbare Kartuschenhalterung 257 werden relativ zu dem feststehenden unteren Teil 255 mittels eines Klemmmechanismus 280 bewegt. Der Klemmmechanismus 280 umfasst einen Klemmhebel mit einem ersten und zweiten Element oder Teil 281 und 282. Der erste Teil 281 des Klemmhebels umfasst einen U-förmigen Arm, der an dem oberen Teil 256 an zwei ersten Schwenkpunkten 283, einem auf jeder Seite des Kartuschenhalters 251 verschwenkbar angebracht ist.
Der zweite Teil des Klemmhebels umfasst zwei Über-Mitte-Arme (overcentre arms) 282, einen auf jeder Seite des Kartuschenhalters 251, die jeweils an dem oberen Teil 256 an einem zweiten Schwenkpunkt 285, der auf der Schwenkachse 258 angeordnet ist, verschwenkbar befestigt sind und den oberen Teil 256 mit dem feststehenden unteren Teil 255 koppeln. Jeder Über-Mitte-Arm 282 ist ein hin- und herbewegbares Element umfassend einen Zylinder 282a, einen Schaft 282b und eine elastische Hülse 282c. Der Zylinder 282a weist eine Innenbohrung auf und ist an einem Ende an der Schwenkachse 258 drehbar befestigt. Ein erstes Ende des Schafts 282b ist in der Bohrung des Zylinders 282a verschieblich aufgenommen. Das entgegengesetzte Ende des Schafts 282b ist an dem U-förmigen Arm 281 an einem dritten Schwenkpunkt 286 drehbar befestigt. Die dritten Schwenkpunkte 286 sind nicht mit dem oberen Teil 256 und dem unteren Teil 255 verbunden und relativ dazu frei beweglich. Die elastische Hülse 282c ist extern an dem Schaft 282b befestigt und erstreckt sich im Gebrauch zwischen Anlageflächen auf dem Zylinder 282a und dem Schaft 282b. Die elastische Hülse 282c nimmt die Verkürzung des Über-Mitte-Arms 282 auf, aber spannt den Über-Mitte-Arm 282 in eine ausgestreckte Konfiguration vor. Die Bewegung der dritten Schwenkpunkte 286 in Richtung der Schwenkachse 258 und von dieser weg ist somit durch die Relativbewegung der Schafte 282b in den Zylindern 282a möglich. Die elastischen Hülsen 282c sind vorzugsweise aus Silikon gebildet. Während die dargestellte Ausführungsform zwei Über-Mitte- Arme 282 verwendet, wird ersichtlich sein, dass der Verschlussmechanismus auch mit nur einem Über-Mitte-Arm 282 ausgestaltet sein kann.
Der U-förmige Arm 281 erstreckt sich um die Vorderseite des Kartuschenhalters 251 und umfasst zwei nach unten hängende Hakenelemente 287, einen auf jeder Seite des Kartuschenhalters 251, die jeweils eine Nockenfläche 288 umfassen, die der Schwenkachse 258 zugewandt ist. Das feststehende untere Teil 255 des Kartuschenhalters 251 ist mit zwei Ansätzen 259 bzw. Arretierungen versehen, wobei einer auf jeder Seite des unteren Teils 255 an oder nahe einer Vorderkante 260 davon im allgemeinen ausgerichtet zu den Hakenelementen 287 angeordnet ist.
Wie es in 39 dargestellt ist, kann der U-förmige Arm 281 aus einem einstückigen Kunststoffgussteil umfassend einen ergonomischen Handgriff und die Hakenelemente 287 integral mit dem Arm ausgebildet sein.
Die Kartuschenhalterung 257 ist zwischen dem oberen und unteren Teil 255, 256 des Kartuschenhalters 251 drehbar befestigt. Die Halterung 257 ist mit einer im wesentlichen kreisförmigen Vertiefung 290 versehen, die im Gebrauch die Getränkekartusche 1 aufnimmt. Die Vertiefung 290 umfasst eine Unregelmäßigkeit 291 zum Aufnehmen des Handhabenabschnitts 24 der Getränkekartusche 1, die auch dazu dient, die Drehung der Getränkekartusche 1 in dem Kartuschenhalter 251 zu verhindern. Die Kartuschenhalterung 257 ist relativ zu dem feststehenden unteren Teil 255 federbelastet, so dass die Kartuschenhalterung 257 in der offenen Position, wie in 41 dargestellt, außer Kontakt mit dem feststehenden unteren Teil 255 vorgespannt ist, so dass die Kartuschenhalterung 257 außer Kontakt mit dem Auslass- und Einlassdurchstechungselementen 254, 253 bewegt wird. Die Kartuschenhalterung 257 ist mit einer Öffnung 292 zum Aufnehmen der Einlass- und Auslassdurchstecher 253, 254 dadurch und einem Kopf 300 der Kartuschen-Erkennungseinrichtung 252, wenn die Kartuschenhalterung 257 in die geschlossene Position bewegt wird, versehen.
Der obere Teil 255 umfasst einen im allgemeinen kreisförmigen Körper 310, der ein kreisförmiges Sichtfenster 312 aufnimmt, durch welches ein Verbraucher die Getränkekartusche 1 während eines Ausgabezyklus beobachten kann und auch visuell bestätigen kann, ob die Kartusche 1 in das Gerät 201 eingesetzt wurde. Das Sichtfenster 312 ist tassenförmig mit einem nach unten gerichteten Rand 311. Das Sichtfenster 312 ist in der Lage, sich relativ zu dem Körper 310 des oberen Teils 255 axial zu bewegen. Eine Anordnung, um die Relativbewegung zu erzielen, besteht darin, eine Wellenfeder (nicht dargestellt) oder eine ähnliche elastische Einrichtung wie beispielsweise einen gummierten Ring bereitzustellen, die bzw. der zwischen dem Sichtfenster 312 und dem kreisförmigen Körper 310 positioniert ist. Bei einer alternativen Anordnung kann eine Reihe spiralförmiger Kompressionsfedern (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die sich zwischen dem Sichtfenster 312 und dem Körper 310 erstrecken. In beiden Fällen gestattet die elastische Einrichtung, dass sich das Sichtfenster 312 relativ zu dem kreisförmigen Körper 310 um einen geringen Grad axial bewegen kann.
Befindet sich der Kartuschenhalter 251 in der geschlossenen Position, liegt das Sichtfenster 312 gegen die Getränkekartusche 1 an und spannt sie gegen das untere Teil 256 vor. Bei einer Anordnung kommt der Rand 311 des Sichtfensters in Kontakt mit dem Flansch 35 der Getränkekartusche und liegt gegen diesen an. Gleichzeitig kommt das Fenster 312 in Kontakt mit der geschlossenen Oberseite 11 der Kartusche 1. Bei einer alternativen Anordnung kommt nur das Sichtfenster 312 in Kontakt mit der geschlossenen Oberseite 11 der Kartusche 1 und es besteht kein anliegender Kontakt zwischen dem Rand 311 und dem Flansch 35. Der Druck, der durch den Rand 311 auf den Flansch 35 und/oder durch das Fenster 312 auf die geschlossene Oberseite 11 ausgeübt wird, sichert eine fluiddichte Dichtung zwischen der Kartusche 1 und dem Kartuschenhalter 251.
Das untere Teil 255 umfasst den Einlass- und Auslassdurchstecher 253, 254 und den Kopf 300 der Kartuschen-Erkennungseinrichtung 252. Der Einlassdurchstecher 253 umfasst ein hohles nadelähnliches Rohr 260 mit einem scharfen Ende 261 zum Perforieren des Laminats 5 der Getränkekartusche 1 im Gebrauch. Der Einlassdurchstecher 253 steht in Fluidverbindung mit einer Wasserleitung 262, wie es in 42 dargestellt ist, die durch das untere Teil 255 tritt und mit einer Auslassleitung 263 des Wassererwärmers 225 verbunden ist. Der Auslassdurchstecher 254 ist von ähnlicher Art wie der Auslassdurchstecher der in den europäischen Patenten EP 0 389 141 und EP 0 344 572 der Anmelderin beschrieben ist und umfasst einen offenendigen Zylinder 264 mit kreisförmigen oder D-förmigem Querschnitt, der Dimensionen aufweist, die größer sind als der Ausgabeausguss 43. Ein gekrümmter Abschnitt 265 des oberen Endes des Auslassdurchstechers 254 ist gezahnt, um das Laminat der Getränkekartusche 1 zu durchdringen und eventuell zu schneiden. Der verbleibende Teil des oberen Endes ist längs des Zylinders wenigstens zu der Basis der Zähne 266 des verzahnten Abschnitts verjüngt, um das geschnittene Laminat 5 weg von der Auslassöffnung zu falten oder zu ziehen, bevor das Getränk dort hindurch ausgegeben wird. Der Auslassdurchstecher 254 durchsticht das Laminat 5 außerhalb des Ausgabeausgusses 43 und wenn die Kartuschenhalterung 257 in der geschlossenen Position ist, liegt er im Kreisring zwischen dem Ausgabeausguss 43 und der Außenwand 42 des Ausgabeschachts 40. Der Auslassdurchstecher 254 faltet das geschnittene Laminat 105 in den Kreisring zurück. Dabei werden sowohl der Auslassdurchstecher 254 als auch das geschnittene Laminat 105 aus dem Weg des ausgegebenen Getränks gehalten.
Der Auslassdurchstecher 254 ist von einem Sims 254a umgeben, der relativ zu seiner Umgebung um 0,5 mm erhaben ist.
Vorteilhafterweise ist der Auslassdurchstecher 254 von dem unteren Teil 255 entfernbar, um zu gestatten, ihn vollständig zu reinigen, z.B. in einer Spülmaschine. Der entfernbare Auslassdurchstecher 254 ist in einer Aussparung 267 in dem unteren Teil 255 aufgenommen, in die er eingesetzt ist. Der Einlassdurchstecher 253 und/oder der Auslassdurchstecher 254 können aus einem Metall wie beispielsweise Edelstahl oder aus einem Kunststoff gebildet sein. Vorteilhafterweise wird die Verwendung von Kunststoffschneidelementen durch die Verwendung eines Laminats 5 ermöglicht, das durch ein nichtmetallisches Material durchstochen und geschnitten werden kann. Folglich können die Durchstecher 253, 254 weniger scharf ausgebildet werden, was das Risiko von Verletzungen des Verbrauchers mindert. Zusätzlich neigen Kunststoff-Durchstechungselemente nicht dazu zu rosten. Vorzugsweise sind der Einlassdurchstecher 253 und der Auslassdurchstecher 254 als eine einzelne integrale Einheit ausgebildet, die von dem unteren Teil 255 entfernbar ist.
Im Gebrauch ist das obere Teil 256 des Kartuschenhalters 251 von einer offenen Position, in der es vertikal bzw. in Richtung der Vertikalen ausgerichtet ist, wie es in 36 dargestellt ist, in eine geschlossene Position, in der es im wesentlichen horizontal und in Eingriff mit dem feststehenden unteren Teil 255 und der Kartuschenhalterung 257 steht, bewegbar. Das obere Teil 256 wird von der offenen in die geschlossene Position durch Betätigung des Klemmhebels bewegt. Um das obere Teil 256 zu schließen, greift ein Verwender den Klemmhebel durch den U-förmigen Arm 281 und zieht ihn nach unten. Folglich dreht sich das obere Teil 256, was zunächst den Rand 311 des Sichtfensters 312 in Kontakt mit dem Flansch 235 der Getränkekartusche 1 in der Kartuschenhalterung 257 und/oder das Fenster 312 selbst in Kontakt mit der geschlossenen Oberseite 11 der Kartusche 1 bringt. Die fortgesetzte Drehung des oberen Teils 256 dreht das obere Teil 256 und die Kartuschenhalterung 257 nach unten in Kontakt mit dem unteren Teil 255. Die weitere Drehung des U-förmigen Arms 281 verursacht, dass sich der U-förmige Arm 281 relativ zu dem oberen Teil 256 und dem unteren Teil 255 dreht, was dazu führt, dass die Hakenelemente 287 des oberen Teils 256 mit den Ansätzen 259 des unteren Teils 255 in Eingriff kommen, wobei die Nockenfläche 288 über die Ansätze 259 gleitet. Während dieser letzten Rotationsstufe wird die Kartusche 1 zwischen der Kartuschenhalterung 257 und dem Sichtfenster 312 komprimiert. Als eine Folge wird das Sichtfenster 312 relativ zu dem kreisförmigen Körper 310 des oberen Teils 256 gegen die Vorspannung der Wellenfeder oder der spiralförmigen Federn axial bewegt. Diese Bewegung erlaubt das Aufnehmen von Toleranzen der Getränkekartusche 1 und des Getränkezubereitungsgeräts und sichert, dass die Menge der Kompressionskraft, die auf die Kartusche ausgeübt wird, innerhalb eines akzeptablen Bereichs verbleibt. Die Klemmkraft des Mechanismus, wie sie durch die Funktion der Wellenfeder oder der spiralförmigen Federn abgeschwächt wird, sichert einen Klemmdruck auf die Kartusche. Bei der Anordnung, bei der der Anlagedruck sowohl auf den Flansch 35 als auch die geschlossene Oberseite 11 der Kartusche 1 aufgebracht wird, wurde herausgefunden, dass ein Druck zwischen 130 und 280 N erforderlich ist. vorzugsweise beträgt die Kraft ungefähr 200 N. Eine Kraft von weniger als 130 N stellt keine adäquate Dichtung bereit, während eine Kraft größer als ungefähr 280 N zu einem plastischen Defekt der Komponenten der Kartusche 1 führt. Bei der Anordnung, bei der der Anlagedruck nur auf die geschlossene Oberseite 11 der Kartusche 1 aufgebracht wird, wurde herausgefunden, dass ein Druck zwischen 50 N und 280 N erforderlich ist. Es ist anzumerken, dass bei dieser Anordnung ein niedrigeres Druckniveau möglich ist, ohne nachteilige Effekte auf die Abdichtung der Kartusche 1. Während dem Schließen des Kartuschenkopfes wird das Laminat 5 der Kartusche 1 zugbeansprucht, wenn es in Kontakt mit dem Sims 254a gebracht wird, der den Auslassdurchstecher 254 umgibt, was verursacht, dass das Laminat 5 sich aus der Ebene bewegt, wenn das distale Ende des Außenrohrs 42 des zylindrischen Schachts um 0,5 mm relativ zu dem Flansch 35 nach oben bewegt wird. Diese Bewegung sichert auch, dass der Hauptanteil der Kompressionskraft, die auf die Kartusche aufgebracht wird, über den Mittelbereich der Kartusche über das Last tragende innere Element 3 wirkt. In der geschlossenen Position kann die Kartusche 1 somit um den Flansch 35 mittels des Rands 311 des Sichtfensters 312 geklemmt werden und ist stets fest zwischen der geschlossenen Oberseite 11 der Kartusche und dem Außenrohr 42 des inneren Elements 3 durch den Kontakt mit dem Sichtfenster 312 und dem Sims 254a eingeklemmt. Diese Klemmkräfte helfen dabei, einen Defekt der Kartusche 1 während der Unterdrucksetzung zu verhindern und sie sichern auch, dass das innere Element 3 und das äußere Element 2 relativ zueinander vollständig sitzen und somit dass die gesamten inneren Durchgänge und Öffnungen in ihren gedachten Dimensionen verbleiben, selbst während der internen Unterdrucksetzung.
Eine imaginäre Bezugslinie kann zwischen den ersten und zweiten Schwenkpunkten 283, 285 des Kartuschenhalters 251 gezogen werden. Wie es in 41 ersichtlich ist, sind bei der offenen Position die dritten Schwenkpunkte 286 auf der Seite der Bezugslinie am nächsten zu dem feststehenden unteren Teil 255 angeordnet. Erreicht das obere Teil 256 die geschlossene Position, treten die dritten Schwenkpunkte 286 der Klemmhebel durch die Bezugslinie, die die ersten und zweiten Schwenkpunkte 283, 285 verbindet, auf der entgegengesetzten Seite der Linie am weitesten von dem feststehenden unteren Teil 255 entfernt. Folglich schnappt der U-förmige Arm 281 aus einer ersten stabilen Position in eine zweite stabile Position. Der Durchschnappvorgang wird durch Verkürzen der Über-Mitte-Arme 282 und der folglichen Kompression der elastischen Hülsen 282c aufgenommen. Sobald die dritten Schwenkpunkte 286 über die imaginäre Bezugslinie getreten sind, wirkt die Erholung der elastischen Hülsen 282 dahingehend die Bewegung der dritten Schwenkpunkte 286 von der imaginären Bezugslinie weg fortzusetzen. Der Klemmhebel weist somit dahingehend einen bistabilen Betrieb auf, dass der Hebel in der Offen- oder der geschlossenen Position stabil ist, aber an einem Punkt, in dem die dritten Schwenkpunkte 286 auf der imaginären Bezugslinie liegen, die die ersten und zweiten Schwenkpunkte 283, 285 verbindet, instabil ist. Somit stellt der Durchschnappvorgang des Klemmhebels einen positiven Verschlussmechanismus bereit, was zu einem definierten Verschlussvorgang führt, wobei in den Endstufen der Rotation des Klemmhebels der Durchschnappvorgang des U-förmigen Arms 281 und der zweiten Arme 284 die Halteelemente 287 fest in Eingriff mit den Ansätzen 259 zwingt. Zusätzlich stellen die elastischen Hülsen 282c einen Widerstand gegenüber dem Wiederöffnen des oberen Teils 256 bereit, da eine Minimalkraft erforderlich ist, um die Hülsen 282c ausreichend zu komprimieren, um die dritten Schwenkpunkte 286 zurück in Ausrichtung mit der Bezugslinie, die die ersten und zweiten Schwenkpunkte 283, 285 verbindet, zu bewegen. Vorteilhafterweise verhindert der Eingriff zwischen den Halteelementen 287 und den Ansätzen 259 die Trennung des oberen und unteren Teils auf anderweitige Art und Weise als durch die Drehung des Klemmhebels. Dies ist beim Verhindern des Öffnens des Kartuschenkopfes 250 während des Betriebs nützlich, wenn der Kartuschenkopf 250 der internen Unterdrucksetzung ausgesetzt wird.
Der Zweck der Kartuschen-Erkennungseinrichtung 252 besteht darin, dem Gerät 201 zu gestatten, den Typ der Getränkekartusche 1 zu erkennen, die eingesetzt wurde und den einen oder die mehreren Betriebsparameter entsprechend einzustellen. Bei einer typischen Ausführungsform umfasst die Kartuschen-Erkennungseinrichtung 252 eine optischen Strichcodeleser, der einen aufgedruckten Strichcode 320, der auf dem Laminat 5 der Getränkekartusche 1 vorgesehen ist, wie es in 45 dargestellt ist, ausliest. Der Strichcode 320 ist aus einer Vielzahl an Strichen aus sich abhebenden Farben gebildet. Vorzugsweise sind die Striche schwarz auf weißem Hintergrund, um den Kontrast zu maximieren. Der Strichcode 320 muss keinem publizierten Standard entsprechen, aber es kann ein Standardformat für Strichcode wie beispielsweise EAN-13, UPC-A oder Interleaf 2 aus 5 verwendet werden. Die optischen Strichcodeleser umfassen eine oder mehrere LEDs 321, um den Strichcode 320 zu beleuchten, eine Fokussierlinse 320, um ein Bild des Strichcodes zu erfassen, ein ladungsgekoppeltes Bauteil (CCD) 323 zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das für das erfasste Bild repräsentativ ist und Trägerkreisläufe für die LEDs und CCD. Der Raum in dem unteren Teil zum Aufnehmen des Strichcodelesers ist begrenzt. Ein oder Spiegel 324 können verwendet werden, um das Licht von den LEDs 321 auf eine Fokussierlinse zu reflektieren, die nicht in dem unteren Teil 255 angeordnet ist. Schematische Anordnungen sind in den 44a und 44b dargestellt. Das untere Teil 255 umfasst eine Öffnung 326, die die gleiche Größe aufweist, wie der Strichcode 320 auf der Getränkekartusche 1. Bei Gebrauch werden die erzeugten elektrischen Signale durch eine Signalverarbeitungs-Software dekodiert und die Ergebnisse an den Steuerungsprozessor weitergeleitet. Die Software kann erkennen, ob das Lesen des Strichcodes Fehler enthielt. Der Strichcode 320 kann mehrere Male wiederholt gescannt werden, bevor dem Verbraucher eine Fehlermitteilung dargestellt wird. Ist das Gerät 201 nicht in der Lage, den Strichcode auszulesen, ist der Verbraucher in der Lage, die Getränkekartusche 1 zu verwenden, um ein Getränk unter Verwendung eines manuellen Betriebsmodus auszugeben.
Der Kartuschenkopf 250 umfasst auch einen Kartuschensensor zum Erfassen, ob eine Kartusche in dem Kartuschenhalter 251 vorhanden ist.
Der Kartuschenkopf 250 umfasst auch einen Verriegelungssensor, der erfasst, ob der Kartuschenhalter 251 richtig geschlossen ist. Vorzugsweise umfasst der Verriegelungssensor einen Mikroschalter, der geschaltet wird, wenn der Kartuschenhalter 251 verschlossen und verriegelt ist. Vorzugsweise sind der Kartuschensensor und der Verriegelungssensor in Reihe geschaltet, so dass die Ausgabe beider Sensoren befriedigend sein muss, d.h., die Kartusche muss vorhanden sein und der Mechanismus muss verriegelt sein, bevor der Ausgabelzyklus gestartet werden kann.
Der Betrieb des Geräts 201 umfasst das Einsetzen einer Getränkekartusche 1 in den Kartuschenkopf 250, Ausführen eines Ausgabezyklusses, bei dem das Getränk ausgegeben wird und Entfernen der Kartusche 1 aus dem Gerät.
Das Betriebsverhalten des Geräts 201 ist durch die in dem Steuerungsprozessor vorhandene Software bestimmt. Der Betrieb des Geräts kann im Sinne von "Stufen" beschrieben werden, wobei das Gerät 201 üblicherweise in einem speziellen Zustand vorliegt, bis ein Ereignis auftritt, um den Zustand zu ändern, ein Schritt, der ein Zustandsübergang genannt wird.
Die Tabelle 4 zeigt eine Zustandsübergangstabelle, die die Zustände und Zustandsübergänge einer Ausführungsform des Getränkezubereitungsgeräts 201 darstellt.
Tabelle 4
Das folgende Beispiel stellt einen Ausgabezyklus dar, um die Verwendung der Zustandsübergänge durch den Steuerungsprozessor zu erläutern.
Es wird angenommen, dass das Gerät 201 anfänglich ausgeschaltet ist und keine Kartusche 1 in den Kartuschenkopf 250 eingesetzt ist. Wird das Gerät 201 eingeschaltet, befindet sich der Steuerungsprozessor im Zustand 1. Der Wassererwärmer 225 wird eingeschaltet. Sobald die Temperatur 85 °C erreicht, geht der Steuerungsprozessor in den Zustand 2 über. Wird zu einem beliebigen Zeitpunkt während dem Zustand 1 oder 2 der Kartuschenhalter 251 geschlossen, wird der Verriegelungssensor geschaltet, um ein Signal an den Steuerungsprozessor auszugeben, um anzugeben, dass der Kartuschenhalter 251 richtig geschlossen ist. Der Steuerungsprozessor regt den Kartuschensensor durch Senden einer "readpod" Anweisung an. Der Kartuschensensor führt ein Signal zu dem Steuerungsprozessor zurück und zeigt an, ob eine Kartusche in dem Kartuschenhalter 251 in Stellung ist. Ist keine Kartusche vorhanden, geht der Steuerungsprozessor auf der Zustand 3 über, indem er in einem Bereitschaftszustand bleibt, bis der Kartuschenhalter 251 wieder geöffnet wird, zu welchem Zeitpunkt der Steuerungsprozessor zu dem Zustand 2 zurückkehrt. Ist eine Kartusche im Zustand 2 vorhanden, dann geht der Steuerungsprozessor in den Zustand 4 über und der Betrieb wird automatisch begonnen. Während den Zuständen 4 bis 9 wird die Wassertemperatur im Hintergrund gesteuert, um innerhalb des erforderlichen Toleranzbereichs der gewünschten Temperaturen zu bleiben, wie sie durch die Betriebsparameter festgelegt ist, die durch den Strichcode auf der Getränkekartusche festgelegt sind. Sobald die Ausgabestufe der Ausgabe abgeschlossen ist, wird im Zustand 8 eine Luftreinigung gestartet. Sobald die Luftreinigung abgeschlossen ist, wird der Betriebszyklus abgeschlossen und das Gerät tritt im Zustand 10 in einen Standby-Modus ein. Wenn während dem Betrieb ein Fehler auftritt, dann geht der Prozessor in den Zustand 11 über. Wird ein niedriges Wasserniveau erfasst, dann geht der Prozessor in den Zustand 12 über.
Um die Kartusche 1 einzusetzen, wird der Kartuschenhalter 251, wie es oben beschrieben wurde, geöffnet, um die Kartuschenhalterung 257 freizulegen. Die Kartusche 1 wird dann auf der Kartuschenhalterung 257 platziert und innerhalb der Vertiefung 290 aufgenommen, so dass die Handhabe 24 der Kartusche in der Unregelmäßigkeit 291 angeordnet ist. Der optische oder magnetische Strichcode 320 der Kartusche 1 ist direkt über der Öffnung 326 in der Kartuschenhalterung 257 ausgerichtet. Der Kartuschenhalter 251 wird dann durch Betätigung des Klemmhebels geschlossen, wie es oben beschrieben wurde. Während dem Verschließen durchstechen die Einlass- und Auslassdurchstecher 253, 254 das Laminat 5 der Kartusche 1, um den Kartuscheneinlass 121 und den Kartuschenauslass 122 zu bilden. Wie es oben beschrieben wurde, wird das Laminat 5, das durch den Auslassdurchstecher 254 geschnitten wird, nach oben in den Kreisring, der den Ausgabeausguss 43 umgibt, gefaltet. Wenn geschlossen, greift der Kartuschenhalter 251 die Kartusche 1, um den Rand 35 zwischen der Kartuschenhalterung 257 und dem oberen Teil 256 und/oder zwischen dem Fenster 311 und der Oberseite 11 der Kartusche 1, um eine fluiddichte Dichtung mit ausreichender Versehrtheit zum Standhalten der während dem Ausgabezyklus entwickelten Drücke zu bilden.
Um den Betriebszyklus zu beginnen, betätigt der Verbraucher den Start/Stopp-Knopf 241.
Der Betriebszyklus umfasst die Schritte der Kartuschenerkennung und des Ausgabezyklus.
Die Kartuschenerkennung wird durch die optische Kartuschenerkennungseinrichtung 252, wie sie oben beschrieben wurde, durchgeführt, angenommen, dass die Ausgaben von dem Kartuschensensor und dem Verriegelungssensor befriedigend sind. Sobald der Strichcode 320 dekodiert wurde, werden die Betriebsparameter des Geräts 201 durch den Steuerungsprozessor angepasst. Der Ausgabezyklus wird dann automatisch gestartet.
Der Ausgabezyklus weist vier Hauptstufen auf, die nicht alle für sämtliche Getränketypen verwendet werden:

(i) Einweichen
(ii) Pause
(iii) Brühen/Mischen
(iv) Säubern

In der Einweichungsstufe wird die Kartusche 1 mit Wasser aus dem Wasserspeichertank 220 mittels der Wasserpumpe 230 gefüllt. Das Füllen mit Wasser verursacht, dass die Getränkebestandteile 200 in der Filtrationskammer 130 benetzt werden. Das Füllen kann bei einem "schnellen" Durchfluss von 600 ml/min oder einem "langsamen" Durchfluss von 325 ml/min stattfinden. Der niedrige Fülldurchfluss ist insbesondere geeignet für Kartuschen, die viskose flüssige Getränkebestandteile enthalten, wobei die Bestandteile eine gewisse Lösung erfordern, bevor sie in der Lage sind, bei einem höheren Volumendurchfluss gepumpt zu werden. Das in die Kartusche 1 injizierte Wasservolumen wird ausgewählt, um zu sichern, dass kein Wasser oder Getränk während diesem Zustand aus dem Kartuschenauslass 122 tropft.
Die Pausestufe gestattet den Getränkebestandteilen 200, in das während der Einweichstufe injizierte Wasser für eine vorbestimmte Zeitdauer eingesaugt zu werden. Sowohl das Einweichen als auch die Aufsaugstufen sind bekannt, um die Ausbeute der extrahierbaren Bestandteile aus den Getränkebestandteilen 200 zu erhöhen und den Endgeschmack des Getränkes zu verbessern. Das Einweichen und Aufsaugen werden insbesondere verwendet, wenn die Getränkebestandteile gerösteter und gemahlener Kaffee sind.
In der Brüh/Mischstufe wird Wasser durch die Kartusche 1 geführt, um das Getränk aus den Getränkebestandteilen 200 zu erzeugen. Die Temperatur des Wassers wird durch den Steuerungsprozessor bestimmt, der Anweisungen an den Wassererwärmer 225 ausgibt, um das Wasser, das von dem Wassertank 220 zu dem Kartuschenkopf 250 geführt wird, zu erwärmen. Wasser tritt in das untere Teil 255 des Kartuschenhalters 251 durch die Leitung 262 über das Einlassventil und den Einlassdurchstecher 253 in die Einlasskammer 126 der Getränkekartusche ein. Das Brühen und/oder Mischen und nachfolgende Ausgeben des Getränks aus der Getränkekartusche 1 erfolgt wie oben beschrieben unter Bezugnahme auf die Versionen der Getränkekartusche 1.
Die Luftreinigung umfasst das Blasen von Druckluft durch das Getränkezubereitungsgerät und die Getränkekartusche 1, um zu sichern, dass das gesamte Getränk ausgegeben wird, und dass der Strömungsweg zum Ausgeben eines anderen Getränks freigemacht wird. Die Luftreinigung beginnt nicht unmittelbar mit Einstellung der Brüh/Mischstufe, um dem Hauptteil des Fluids zu gestatten, den Strömungsweg freizumachen. Dies verhindert eine nicht akzeptable Spitze des Innendrucks beim Beginn der Luftreinigung.
Im Normalbetrieb stoppt ein Verwender das Gerät 201 manuell durch Betätigen des Start/Stopp-Knopfes 241.
Sobald der Betriebszyklus abgeschlossen wurde, entfernt der Verwender die Kartusche 1 durch öffnen des Kartuschenhalters 251 und manuelles Entfernen und Entsorgen der Kartusche. Alternativ kann das Gerät 201 mit einem automatischen Auswurfmechanismus zum Entfernen der Kartusche automatisch beim Öffnen des Kartuschenhalters 251 versehen sein.
Die Ausgabezeit für Getränke unter Verwendung des Geräts 201 und Kartuschen 1 liegen üblicherweise zwischen 10 und 120 Sekunden, vorzugsweise zwischen 30 und 40 Sekunden für gerösteten und gemahlenen Kaffee, zwischen 5 und 120 Sekunden, vorzugsweise 10 bis 20 Sekunden für Schokolade und zwischen 5 und 120 Sekunden vorzugsweise 10 bis 20 Sekunden für Milch.
Das Gerät 201 kann vorteilhafter Weise auch einen Speicher, der in operativer Verbindung mit dem Steuerungsprozessor steht und Informationen des Getränketyps, das durch einen Verwender ausgegeben wird, speichert, umfassen. Der Betriebszyklus des Geräts 201 kann dann für die nächste Kartusche 1 angepasst werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwei oder mehrere Getränkekartuschen 1 nacheinander verwendet werden, um ein Getränk zu bilden. Zum Beispiel kann eine Kaffeekartusche, gefolgt durch eine Milchkartusche, ausgegeben werden, um ein Capuccino-Getränk zu bilden. Alternativ könnte eine Schokoladenkartusche verwendet werden, gefolgt durch eine Milchkartusche, um ein cremiges heißes Schokoladengetränk zu erzeugen. Unter Verwendung eines Speichers, der Informationen des zuerst ausgegebenen Getränks speichert, kann die Art und Weise des Ausgebens der zweiten Kartusche, z.B. einer Milchkartusche, geändert werden, um ein optimales Getränk zu erzielen. Im obigen Beispiel kann die Milch, die für die heiße Schokolade ausgegeben wird, z.B. weniger aufgelöst sein als die Milch, die dem Kaffee hinzugefügt wird. Zusätzlich kann die Milch, die für die Schokolade ausgegeben wird, bei einem niedrigeren Durchfluss ausgegeben werden, um den Grad des Aufschäumens des Getränks zu vermindern. Viele Kombinationen an Kartuschen sind möglich und viele Betriebsparameter, wie es dem Fachmann offensichtlich sein wird. Zusätzlich kann der Speicher dazu verwendet werden, dem Gerät 201 zu gestatten, den Getränketyp "vorauszuahnen", den ein Verwender als nächstes auszugeben wünscht. Wenn ein Verwender z.B. überwiegend einen Getränketyp trinkt, kann die Maschine den Wassererwärmer instruieren, auf der optimalen Temperatur für diesen Getränketyp zu bleiben.

Claims

Verschlussmechanismus für ein Getränkezubereitungsgerät (201), umfassend ein feststehendes unteres Teil (255), ein oberes Teil (256), welches relativ zu dem unteren Teil drehbar ist, und einen Kartuschenhalter (257), welcher zwischen dem unteren Teil und dem oberen Teil angeordnet ist und relativ zu dem unteren Teil und dem oberen Teil drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Teil eine Einlassdurchstechungseinrichtung (253) und eine Auslassdurchstechungseinrichtung (254) umfasst, um bei Gebrauch in einer in dem Kartuschenhalter aufgenommenen Kartusche (1) einen Einlass bzw. einen Auslass zu bilden, wobei eine Drehung des oberen Teils zum unteren Teil hin verursacht, dass das obere Teil in Eingriff mit dem Kartuschenhalter kommt, und den Kartuschenhalter in Kontakt mit dem unteren Teil bewegt, und gleichzeitig verursacht, dass die Einlassdurchstechungseinrichtung und die Auslassdurchstechungseinrichtung bei Gebrauch eine in dem Kartuschenhalter aufgenommene Kartusche durchstechen.
Verschlussmechanismus nach Anspruch 1, wobei das obere Teil (256) bewegbar ist zwischen einer offenen Position zur Aufnahme einer Kartusche in dem Kartuschenhalter und einer geschlossenen Position, in welcher der Kartuschenhalter in Kontakt mit dem unteren Teil steht.
Verschlussmechanismus nach Anspruch 2, wobei das obere Teil (256) in der offenen Position im wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
Verschlussmechanismus nach Anspruch 2 oder 3, wobei das obere Teil (256) in der geschlossenen Position horizontal ausgerichtet ist.
Verschlussmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kartuschenhalter (257) eine Vertiefung (290) zur Aufnahme einer Kartusche umfasst.
Verschlussmechanismus nach Anspruch 5, wobei die Vertiefung (290) eine Unregelmäßigkeit (291) umfasst, um eine Drehung einer in der Vertiefung aufgenommenen Kartusche zu verhindern.
Verschlussmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kartuschenhalter (257) relativ zu dem feststehenden unteren Teil (256) derart vorgespannt ist, dass in einer offenen Position, in welcher das obere Teil außer Eingriff mit dem unteren Teil und dem Kartuschenhalter steht, der Kartuschenhalter außer Eingriff mit dem unteren Teil steht.
Verschlussmechanismus nach Anspruch 7, wobei der Kartuschenhalter (257) in der offenen Position außer Eingriff mit der Einlassdurchstechungseinrichtung (253) und der Auslassdurchstechungseinrichtung (254) stehen.