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Bereich der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft die Herstellung von Brühbehältern oder -kapseln mit Filtern
und Getränkemitteln
zur Verwendung in Brühvorrichtungen,
wie beispielsweise in Getränkeautomaten.
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Hintergrund der Erfindung
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Herkömmlich sind
Brühbehälter durch
einen Zwischenfilter, der typischerweise zusammen mit einem durchstechbaren
Oberteil oder Deckel am Behälterrand
abdichtend befestigt ist, in zwei Kammern geteilt. Ein Getränkemittel,
wie beispielsweise Kaffee, wird von dem Filter gehalten. Im Gebrauch durchsticht
ein Heißwasserrohr
das Oberteil und führt
Heißwasser
unter Druck in das Kaffeemittel. Dieses sickert durch das Kaffeemittel,
so dass ein heißes
Kaffeegetränk
durch den Filter in die darunter angeordnete Behälterkammer läuft, um
es, gegebenenfalls durch ein den Kammerboden durchstechendes Ausgaberohr,
auszugeben.
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Die
Herstellung von Brühbehältern mit
Filtern bereitet mehrere anhaltende Probleme. Beispielsweise sollen
die Filter präzise
in den Behältern
angeordnet werden. Fehlerhaft ausgerichtete oder angeordnete Filter
können
zu Dichtungsabweichungen oder anderen Brüh- und Ausgabeproblemen führen.
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Gegenwärtige Prozesse
beinhalten das Einblasen der Filter in die Behälter durch Luftdruck. Die Sitztiefe
wird durch Einstellen der Luftgeschwindigkeit eingestellt.
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Änderungen
dieses Filterfertigungs- und oder -transfer- bzw. -zufuhrprozesses
führen
zu Problemen hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Filterpositionierungstiefe
und sich in den Behältern
verdrehenden Filtern. Selbst wenn eine eigene Filterpositionierungsstation
verwendet wird, werden durch herkömmliche Vorrichtungen die ursprünglichen
Filterpositionierungsfehler beim Filtertransferprozess nicht geeignet
kompensiert. In einigen Fällen
wird sich der Filter beim Eintreten in den Behälter aufgrund der niedrigen
Filterzufuhrgeschwindigkeit, die für eine unmittelbare Filterplatzierung
im Behälter
erforderlich ist, drehen oder verformen. Eine solche niedrige Geschwindigkeit
ist erforderlich, weil die Verwendung höherer Geschwindigkeiten einen
Rückprall
oder andere Störungen
verursachen können,
die die präzise Positionierung
des Filters im Behälter
nachteilig beeinflussen.
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Änderungen
des Filtermaterials aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur,
der Umgebungsfeuchtigkeit, der Filtermaterialart und/oder des Filterfertigungsprozesses
verursachen kleine Änderungen
des Filters oder seiner Reaktion auf die Zufuhrkraft. Diese kleinen Änderungen
können
die Filterzufuhrgeschwindigkeit und die Filterpositionierung im
Behälter
nachteilig beeinflussen.
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Es
war somit ein Ziel der Erfindung, verbesserte Vorrichtungen und
Verfahren zum präzisen
und reproduzierbaren Zuführen
eines Filters in einen Brühbehälter bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung bestand darin, Vorrichtungen und Verfahren
zum exakten Zuführen
und Positionieren von Filtern in Brühbehälter in gleichbleibende Sitztiefen
und ohne eine Verdrehung oder Verformung der Filter anzugeben.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung war es, verbesserte Vorrichtungen
und Verfahren zum exakten Einsetzen von Filtern in Brühbehälter und
Tolerierung von Änderungen
des Filterzufuhrprozesses anzugeben.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, verbesserte Vorrichtungen
und Verfahren zum Zuführen
von Filtern bereitzustellen, wobei Änderungen der Filterform, -masse
und -steifigkeit korrigiert oder ausgeglichen werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
die vorstehenden Aufgaben zu lösen, wird
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung das Zuführen
eines Filters mit einer hohen Geschwindigkeit zu einer durch einen
harten Anschlag definierten präzisen
Position, das präzise
Positionieren des Filters und anschließendes Überführen des Filters zum Behälter auf
eine präzisere,
reproduzierbare Weise vorgeschlagen als es durch herkömmliche Luftstromzufuhrtechniken
realisierbar ist. Insbesondere weist eine Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung
zum Vorpositionieren eines Filters an einer ersten Stelle durch
Auffangen eines durch einen Luftstrom zugeführten Filters in einem Halter
oder einer Aufnahmekammer und zum anschließenden Einsetzen des vorpositionierten
Filters in eine Endposition in einen Behälter mittels einer mechanischen
Filterdrückeinrichtung
an einer zweiten Stelle auf. Dies wird bei einer Ausführungsform
durch Vorwärtstrei ben
eines Filters gegen einen der Kammer zugeordneten präzisen, harten
Anschlag realisiert. Der durch einen Luftstrom mit einer relativ
hohen Geschwindigkeit zugeführte
Filter wird in der bodenlosen Kammer des Halters aufgefangen. Der
Halter wird dann zu einer zweiten Stelle bewegt, an der ein Schieber
dazu gesteuert wird, den Filter aus der Kammer zwangsweise in einen
an der zweiten Stelle angeordneten Behälter vorzutreiben. Der Filterhalter
ist über
einer festinstallierten Schlittenplatte mit einer präzisen Anschlagfläche zum
Stoppen des Filters angeordnet, um ihn präzise in der Kammer zu halten.
Luftdurchlässe
oder -öffnungen
sind durch die harte Anschlagsfläche
ausgebildet, um das Passieren oder Abfließen von Luft zu ermöglichen,
wenn der Filter in die Kammer über
der Anschlagfläche
geführt
wird. Außerdem
kann eine rückprallunterdrückende (Anti-Rebound)
Schulter vorgesehen sein, die beim Treiben des Filters zum Anschlag
mit dem oberen Rand des Filters in Eingriff kommt, sobald er die
Schulter passiert hat. Der Filterhalter und die Kammer werden dann
entlang der Schlittenplatte zu einer Ladeöffnung an einer zweiten Station
in der Schlittenplatte bewegt, wo der Filter und die Ladeöffnung über einem
den Filter aufnehmenden Behälter
unter der zweiten Stelle angeordnet werden. Ein Schieber oder Drücker wird
präzise
gesteuert, um den Filter aus der Kammer des Filterhalters durch
die Ladeöffnung
und in den Behälter
in eine darin vorgegebene Position zu drücken, die seine Endposition
oder eine Vorstufenposition vor der Endpositionierung durch diesen
oder einen anderen Schieber oder eine andere geeignete Einrichtung
sein kann.
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Filter
werden dem Filterhalter über
ein Filterrohr durch eine Luftdruckdifferenz zugeführt, die steuerbar
ist, um die Filterzufuhrgeschwindigkeit zum zwangsweisen Vortreiben
des Filters zu einem Filteranschlag, z. B. zur Anschlagfläche der
Schlittenplatte, einzustellen. Vorzugsweise wird die Luftdruckdifferenz
derart ausgewählt,
dass eine Geschwindigkeit erzeugt wird, die dazu ausreicht, jegliche Änderungen
von Parametern des Prozesses oder des Filters, die eine geeignete
Filterplatzierung im Halter verhindern können, innerhalb eines Bereichs
auszugleichen, in dem der Filter präzise in einem Brühbehälter positionierbar
ist.
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Der
Filterhalter kann zwischen der ersten und der zweiten Stelle mechanisch
hin- und herbewegt oder pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder auf
eine andere geeignete Weise angetrieben werden.
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Somit
wird ein Filter durch Zuführen
zu einer exakten Vorstufenposition oder durch Endpositionieren im
Behälter
zwangsweise gesteuert. Änderungen des
Filters werden durch eine steuerbare Luftzufuhr zum zwangsweisen
Vortreiben der Filter im Rohr zu einem präzisen harten Anschlag ausgeglichen.
Gegebenenfalls kann optional eine nach innen gerichtete, in einer
Richtung wirkende Rückprallschulter
in der Aufnahmekammer verwendet werden, um einen Rückprall
des Filters aus der Kammer zu verhindern, nachdem der Filter mit
dem harten Anschlag in Eingriff gekommen ist. Luftkanäle durch
die harte Anschlagsfläche
erleichtern die Filterzufuhr in die Kammer. Eine präzise Filterpositionierung
in der Kammer ist immer wieder reproduzierbar. Während des gesamten Zufuhr-
und Einsetzprozesses findet, falls überhaupt, allenfalls eine geringfügige Drehung
oder Verformung des Filters statt. Außerdem werden Änderungen
des Filtermaterials aufgrund von Umgebungstemperaturänderungen, Änderungen
der Umgebungsfeuchtigkeit, des Filtermaterialtyps oder des Filterfertigungsprozesses
ausgeglichen, woraus sich schließlich eine präzise Filterpositionierung
im Behälter
ergibt.
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Daher
führt die
erfindungsgemäße Bereitstellung
relativ höherer
Druckdifferenzen zum Erzeugen höherer
Filterzufuhrgeschwindigkeiten in die Zwischenüberführungskammer oder in den Halter dazu,
dass kleine Änderungen
von Zufuhrkraft, Filtergeschwindigkeit und Filterparametern ausgeglichen werden,
und es wird verhindert, dass diese Änderungen die Filterpositionierung
dort nachteilig beeinflussen, wo dies am kritischsten ist.
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Die
filteraufnehmenden Behälter
werden durch eine Fördereinrichtung
oder eine andere geeignete Einrichtung zu einer Stelle in der Nähe der festinstallierten
Schlittenplatte transportiert, wo sie ausgerichtet werden können, um
Filter aus dem Halter aufzunehmen. Es können eine einzelne, zwei oder
mehr Behälterstrecken
mit zugeordneten mehreren oder mit gemeinsam verwendeten Haltern
vorgesehen sein.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform schließlich entfällt der
Filterpositionierungsschieber und Filter können, anstatt dass sie durch
einen Schieber in einen Behälter
gedrückt
werden, durch einen geeigneten Greif- und Positioniermechanismus oder ähnliches
aus dem Halter genommen und in einem Behälter platziert werden.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der
nachstehenden ausführlichen
Beschreibung bevorzugter und alternativer Ausführungsformen und den Zeichnungen
noch deutlicher.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die Teil der vorliegenden Beschreibung sind, zeigen
Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen
Beschreibung der Erfindung und der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung zum Erläutern
der Erfindung.
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1 ist
eine Teil-Querschnittsansicht, die eine erfindungsgemäße Filterhandhabungsvorrichtung
wiedergibt und eine über
ein pneumatisches Zufuhrrohr mit der Filterhandhabungsvorrichtung
verbundene Filterfertigungseinrichtung und eine Quelle für eine steuerbare
Pneumatikdruckdifferenz zeigt;
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2 ist
eine Teil-Querschnittsansicht der Filterhandhabungsvorrichtung aus 1,
die einen Filterhalter an einer ersten Stelle und eine endgültige Filterpositionierung
in einem Behälter
an einer anderen Stelle zeigt;
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Teils eines Filterhalters der in den 1 und 2 dargestellten
erfindungsgemäßen Filterhandhabungsvorrichtung,
wobei ein Filter im Inneren des Halters zur Verdeutlichung weggelassen
und der Halter an der zweiten Stelle dargestellt ist.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Bezugnehmend
nunmehr auf die Zeichnungen zeigt 1 eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Filterpositionierungsvorrichtung 10, die
allgemein ein Zufuhrrohr 16 zum Zuführen von Filtern 12 von
einer Filterfertigungseinrichtung 11 aufweist. Die Filter 12 sind
vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, geriffelte oder gefaltete
Filter mit einem allgemein bekannten Aufbau, wie sie zum Filtern
von Getränkemitteln,
wie beispielsweise Kaffee oder Pulverkonzentraten oder ähnlichem
verwendet werden. Die Details der Filterfertigungseinrichtung 11 sind
nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Sie ist zur Verdeutlichung
dargestellt, zeigt aber nur eine von mehreren Techniken, mit der
die hergestellten Filter dem Zufuhrrohr 16 zugeführt werden
können.
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Ein
Drucksteuergerät 13 steuert
die Zufuhr von Luftdruck zum Erzeugen einer Druckdifferenz, die
die Filter durch das Rohr 16 transportiert. Das Steuergerät 13 ist
manuell einstellbar, oder ihm kann optional Rückkopplungsinformation hinsichtlich
vorgegebener Parameter 15 bestimmter Filtereigenschaften
oder der Umgebung zugeführt
werden, wie beispielsweise über
die Größe, das
Gewicht, die Porosität,
die Feuchtigkeit und die Genauigkeit der tatsächlich erhaltenen Platzierungspositionen.
Es kann ein beliebiger geeigneter Typ eines programmierbaren Steuergeräts und von
Parametereingabeeinrichtungen verwendet werden. Bezugnehmend nunmehr auf
Details der Erfindung ist das Rohr 16 über einem hin- und hergehend
beweglichen Filterhalter 18 angeordnet, der teilweise durch
eine Filteraufnahmekammer 26 definiert ist. Der Filterhalter 18 ist über einer
festinstallierten Schlittenplatte 20 angeordnet, die sich
von einer ersten Filteraufnahmestelle 28 (2) zu
einer zweiten Filterabgabestelle 46 unter einem durch einen
geeigneten Antrieb 23 angetriebenen Stempel 22 erstreckt.
Der Halter 18 wird zwischen diesen beiden Stellen hin-
und hergehend bewegt.
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Behälter 14 werden
zum Aufnehmen von Filtern 12 sequenziell unter die festinstallierte
Schlittenplatte 20 in Ausrichtung mit dem Stempel 22 transportiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist der Behälter 14 als
einer von vielen Behältern
in einer Fördereinrichtung 24 gezeigt,
die sich in einer Maschinenrichtung MD (2) bewegen.
Es versteht sich, dass die Filter und die Behälter jedoch durch eine beliebige
geeignete Einrichtung in die Vorrichtung gebracht werden können, und
sie müssen
nicht unbedingt miteinander ausgerichtet sein, außer wenn sie
an der zweiten Position 46, an der sich der Stempel 22 befindet,
zusammengebracht werden.
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Es
versteht sich auch, dass 2 eine Vorrichtung zeigt, durch
die jeweils nur ein Filter 12 zu einer Zeit in einem Behälter 14 platziert
wird. Die Vorrichtung kann jedoch eine Mehrzahl aller beschriebenen
Komponenten oder mehrere nur einiger Komponenten aufweisen, die
zusammenwirken, oder eine gekoppelte Konstruktion haben, um Filter
in allen dargebotenen Behältern
einzusetzen. Beispielsweise könnte
die Vorrichtung mit 4 Rohren, 4 Haltern, 4 Schlittenplatten und
4 Stempeln aufgebaut sein, oder der Halter und die Schlittenplatte
könnten
als größere Einheiten
konstruiert sein, die dazu geeignet sind, alle 4 Positionierungen
gleichzeitig auszuführen.
Mit einem oder mehreren Stempeln, die entweder gleichzeitig oder
sequenziell arbeiten, können ähnliche
Anordnungen bereitgestellt und Änderungen
im zeitlichen Ablauf vorgenommen werden. Somit können die verschiedenen Merkmale
der Erfindung in Abhängigkeit
von den Anforderungen oder Vorlieben des Benutzers allein oder in
verschiedenen Kombinationen verwendet werden, ohne den Geist oder
Umfang der Erfindung zu verlassen.
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2 zeigt
eine Ausführungsform,
in der Filter durch ein Zufuhrrohr 16 in eine Aufnahmekammer 26 eines
Filterhalters 18 transportiert werden, während der
Halter an einer ersten Filteraufnahmeposition 28 direkt
unter dem Zufuhrrohr 16 angeordnet ist. Der Filter 12 wird
durch einen Luftstrom, der durch einen gegenüber der Stromabwärtsseite 34 des
Filters höheren
Luftdruck auf der Stromaufwärtsseite 32 erzeugt
wird, in die Richtung 30 bewegt. Der Zufuhrdruck wird durch
eine von verschiedenartigen auf dem Fachgebiet bekannter Vorrichtungen
erzeugt und gesteuert, entweder durch ein Drucksystem oder ein Unterdrucksystem,
und kann gegebenenfalls basierend auf einer Rückkopplung oder auf Eingangssignalen
eingestellt werden, die vorgegebene Parameter bestimmter Filtereigenschaften
angeben. Diese Einstellung unter Verwendung von auf dem Fachgebiet
bekannter Vorrichtungen kann manuell oder basierend auf Rückkopplungsinformation
von Geschwindigkeitssensoren oder einer anderen Eigenschaft des
Filters oder der Systemleistung automatisch ausgeführt werden.
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In
jedem Fall wird der Filter 12 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit
transportiert, um ihn gegen die harte Anschlagoberfläche 36 der
festinstallierten Schlittenplatte 20 zu treiben. Die Anschlagfläche 36 weist
Entlüftungsöffnungen 38 auf,
die es der Luft vor dem sich bewegenden Filter 12 ermöglicht, zu
entweichen ohne seine Bewegung abzubremsen.
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In
einer Ausführungsform
sind im Halter 18 sich in die Kammer 26 erstreckende,
in eine Richtung wirkende rückprallunterdrückende Schultern 42 definiert.
Die Aufnahmekammer 26 kann zu diesem Zweck eine kreisförmige oder
segmentierte, einwärts gerichtete
Wand 40 aufweisen, die mindestens eine Schulter 42 erzeugt.
Die Form dieser Schulter 42 ermöglicht es dem Filter 42,
sie in einer Richtung 30 zu passieren, verhindert jedoch
einen Rückprall
des Filters 12 in die der Richtung 30 entgegengesetzte Stromaufwärtsrichtung.
Die Höhe 44 (3)
der Schulter 42 über
der Anschlagfläche 36 wird
so eingestellt, dass der Filterrückprall
minimiert wird, ohne dass eine nach unten gerichtete Kraft auf den
Filter 12 ausgeübt
wird, nachdem die Bewegung des Filters 12 gestoppt wurde.
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Eine
derartige Schulter ist optional. Es versteht sich, dass die Zufuhr-
oder Transportdrücke und
die Filtergeschwindigkeit so gesteuert werden können, dass Filter ohne Verwendung
der Schulter 42 zwangsweise in der Kammer positioniert
werden, wobei jegliche Änderungen
durch die Verwendung des Schiebers ausgeglichen werden, der die
Filter schließlich
reproduzierbar an einer exakten Tiefe in den Brühbehältern positioniert.
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Der
Filter kann also mit einer derartigen Geschwindigkeit gegen die
Anschlagfläche 36 getrieben werden,
dass Änderungen
des Filters ohne Berücksichtigung
eines Rückpralls
ausgeglichen werden, oder, wenn die Schulter 42 nicht verwendet
wird, mit einem nur unbedeutenden Rückprall. Durch die vorliegende
Erfindung wird aufgrund des Bereitstellens eines harten festen Anschlags 36 und
relativ hoher Filterzufuhrkräfte
und -geschwindigkeiten am Ende des Lufttransportvorgangs verhindert,
dass kleine Änderungen
die Ruhelage des Filters nachteilig beeinflussen. Die Fähigkeit,
den Filter mit einer hohen Geschwindigkeit und einem kontrollierten
Rückprall an
einen festen Anschlag zu bewegen, macht diesen Vorgang für Filteränderungen
weniger empfindlich als bei den vorstehend erwähnten herkömmlichen Filterzufuhrverfahren.
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Nachdem
ein Filter 12 dem Halter 18 zugeführt wurde
und darin gehalten ist, bewegt der Filterhalter 18 den
Filter 12 durch leichtes Gleiten über die Schlittenplatte 20 von
der ersten Aufnahmeposition 28 zu einer zweiten oder Abgabeposition 46.
Die Position 46 ist über
einer Ladeöffnung 48 in
der festinstallierten Schlittenplatte 20 zentriert und
vorzugsweise unter den Stempel 22 und über einem Behälter 14 zentriert.
Während
der Filterhalter 18 an der zweiten Position 46 verweilt,
führt der
Filterschieber oder -stempel 22, Filter für Filter,
eine Hubbewegung zum Drücken
des Filters 12 aus der Kammer 26 durch die Ladeöffnung 48 hindurch
in den Behälter 14 bis
zu einer präzisen
Tiefe aus. Der Stempel 22 zieht sich zurück und lässt den
Filter 12 im Behälter 14 zurück. Der
Filterhalter 18 kehrt dann zur ersten Position 28 zurück, um den
nächsten
Filter aufzunehmen. Die Behälterfördereinrichtung 24 führt eine
schrittweise oder andere geeignete Bewegung aus, um nun die Kombination
aus Filter 12 und Behälter 14 zur
nächsten
Station zu transportieren, während
zugleich ein anderer Behälter 14 für den nächsten Zyklus
der Vorrichtung in Stellung bewegt wird.
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Es
versteht sich, dass Filter, wie beispielsweise der Filter 12,
dem Halter 18 sequenziell zugeführt werden, der den Filter
aufnimmt, ihn vorpositioniert und ihn seitlich aus einer ersten
Position 28 zu einer zweiten Abgabeposition 46 verschiebt,
wo der Filter in einen Behälter 14 gedrückt wird.
Es ist klar, dass anstelle eines Stempels und einer Öffnung auch andere
Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Greif- und Positioniervorrichtung,
zum Transportieren des Filters vom Filterhalter zur präzisen Position
und Tiefe im Behälter
verwendbar sind.
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Für Fachleute
ist ersichtlich, dass ein leichtgewichtiger Gegenstand, wie beispielsweise
der Filter 12, dazu neigt, am Stempel anzuhaften, und dass der
Filter, wenn dies der Fall ist, dann nicht unbedingt an der geforderten
präzisen
Tiefe im Behälter verbleiben
wird. Diesbezüglich
kann eine Vorrichtung zum Festklemmen, Abziehen oder Arretieren
des Filters 12 im Behälter,
z. B. durch eine Schweißnaht,
verwendet werden. Dies kann auch erreicht werden, indem der Filter
sofort mit dem Behälter
verklebt wird.
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Es
ist ersichtlich, dass innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten
Schutzumfangs der Erfindung die vorstehend beschriebenen und andere
Modifikationen vorgenommen und die vorstehend beschriebenen und
andere Vorteile erzielt werden können.