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Maschine zur kontinuerlichen Herstellung von Ka-ffee-- extrakt und
anderer durch Extraktion gewinnbarer Produkte ==================== =============
===== ======= = ===== == Es sind bereits Maschinen zur Herstellung von Kaffeeextrakten
und anderer Extrakte bekannt, z. B. unter der Bezeiohnung "Maschinen zur verfahrensmäßigen
Extraktion verschiedener Produkte",die entweder nach dem Prinzip-des Aufsteigens
oder Absenkens arbeiten.
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Die bekannten Einrichtungen sind kompliziert aufgebaut, sehr sperrig
und verwenden im allgemeinen eine kaskadenartige Vorrichtung, die zahlreiche Rezipienten
benötigt, die einer neben dem anderen angeordnet sind, um auf diese Weise ein Extrakt
herzustellen, welches nicht immer sehr befriedigend ausfällt, insbesondere dann
nicht, wenn die Einrichtung schlecht geregelt. oder gewartet wurde. Die sehr zahlreichen
Kreisläufe solcher Einrichtungen, die durch eine Anzahl von mehr oder weniger, bedeutsamen,
mehr oder weniger komplizierten Ventil-
Bypass-Kreisläufen gesteuert
werden, welche Zwischen erhitzer umfassen, haben zur Polge, daß der geringste Fehler
schädliche Funktionsstörungen, und damit eine mangelhafte Extraktion verursacht.
Darilberhinaus erfordern die bekannten Einrichtungen sehr viel manuelle Arbeit für
deren Bedienung, aufeinanderfolgende Beschickung und Entleerung der Extraktionsgefäße
und zum Öffnen und Schließen derselben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur kontinuierlichen Herstellung von Extrakten verschiedenartiger Produkte, insbesondere
von Kaffeesstrakt zu schaffen, die ein uollständiges Aufbrauchen des Produktes durch
eine FlUssigkeit, besondere Wasser'ermöglicht , die im Gegenstromverfahren nach
dem Prinzip des "Steigens" in einer vertikalen Kolonne arbeite.t, die oben das aufzubrauchende
Material und unten die unbehandel-te Extraktionsflilssigkeit aufnimmt, wobei die+Arbeit
verfahrensmäßig unter Luftabschluß, also ohne Oxidation unter Anwendung der Osmose
vor sich geht, da sich auf diese Weise der Transport sowohl des zu extrahierenden
Produktes, als auch des Wassers rationell bei genau definierten Temperaturen' durchführen
läßt, so daß ein konzentriert er Saft von sehr hoher Qualität und konstanter Extraktionsgtite,
der alle aromatischen Gruadstoffe und Riechstoffe enthält, erzielt wird.
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Die erfindungsgemäße Maschine umfaßt einen Sackel zur aufnahme einer
vertikalen Extraktionskolonne, die im Inneren einen an seinem oberen Ende eine Schabvorrichtung
aufweisenden
Arm enthält, und die ferner in ihrem oeren Teil eine UmhQ1lung mit geneigtem, in
einer bestimmten Höhe perforiertem Boden enthält, die in ihrem oberen Teil durch
einen vertikalen Kanal verlängert ist, und ferner einen richter, in dessen Zentrum
ein zweiter vertikaler Arm in der Verlängerung des ersteren vorgesehen ist, wobei
dieser zweite vertikale Arm eine FUllWhnecke aufweist, wobei der obere und der untere
Arm außerdem mit Antriebsorganen zum Drehen der Arme verbunden sind, während im;Fuß
der Kolonne ein Zulauf für ein heißes Auflösungsmittel und in der im oberen Teil
der Kolonne angeordneten Umhüllung eine Leitung zum Entleeren des Extrakts vorgesehen
sind, sowie weitere Organe, die einerseits das Filtern der konzentrierten Lösung
und andererseits das Entleeren des aufgebrauchten Materials ermöglichen, wobei das
unbehandelte Material den Trichter und danach die gesamte Kolonne bis zum Fuße derselben
durchläuft.
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Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung wird die.
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Extrakionsflssigkeit durch eine steuerbare zur Durchflussbestimmung
geeignete Pumpe gefördert und beim Durchgang durch eine Heizechlange erhitzt, die
in einem Dampfkessel angeordnet ist, dessen Dampf gleichzeitig zum Aufrechterhalten
einer gewUnechten Temperatur der Kolonne dient.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen. Auf der Zeichnung ist
eine
Ausführungsform der Erfindung beispielhaft dargestellt; es
zeigen: Fig. l eine Ansicht der erfindungegemäßen Maschine teilweise im. Schnitt,
Fig. 2 anen Schnitt gemäß II-tI der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 einen
Schnitt gemäß III-III der Fig. 1, in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 eine Seitenansicht
eines Details der Fig. l,g teilweise im Schnitt, in vergrößerter Darstellung, Fig.
5 einen Schnitt gemäß V-V der Fig. 4, Fig. 6 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Maschine gemäß Fig. 1, teilweise im Schnitt.
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Die in Fig. i gezeigte Maschine umfaßt einen im wesentlichen quadratischen
Sockel 1, auf dem ein Gestell 2 befestigt ist, welches zusammen mit-dem Sockel 1
ein rechteckiges Parallelepiped bildet, in welchem ein Brenner 3 mit thermostätisch
geregeltem, Betrieb vorgesehen ist, der an einem Gasbehälter 4 (Fig. 6) angeschlossen
ist; selbs-t'verständl,ich kann der. Gasbehärter fortgelassen und durch eine Versorgung
mit,
Stadtgas oder in anderer Weise ersetst werden. Genau oberhalb
des Brenners ist ein Kapsel 5 vorgesehen, der als Heizkessel, dient und mit Wasser
versorgt wird, welches nach dem Erhitzen teilweise in Dampf übergeht. Dieser wird
durch die Leitung 6 in einen doppelwandigen, die Kolonne 8 umgebenden Mantel 7 geleitet.
Der Heizkessel 5 enthält eine Heisspirale 9, die von frischem, eventuell behandeltem
bzw. aufbereiteteWasser mittels der durch den Motor 11 angetriebenen Pumpe 10 durchlaufen
wird.
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Die Pumpe ist zur lurchflussmessung geeignet und erlaubt eine Regelung
der Heißwassermenge. Am Ausgang des Heizkessels 5 gelangt das heiße Wasser aus der
Heizspirale 9 tfber eine Leitung, 12, die in einen Rohrstutzen 13 mündet,zur Basis
der Kolonne 8. Diese letztere, welche auf dem Gestell 2 befestigt ist, umfaßt in
ihrem unteren Teil ein Lager 15, in welchem der vertikale Arm 16 drehbar gelagert
ist, welcher auf einem Fuß 17 mittels Eugel-bzw. Rollenlagern oder dgl. abgestützt
ist. Der Arm 16 trägt im'unterenBereich-der Kolonne 8 eine Muffe 18, die mit im
Inneren einer Schale 23, die in diesem Bereich die Kolonne 8 erweitert, angeordneten,
gebogenen Armen 19--20-21-22 verbunden ist. Die Schale 2), die auf einem Plansch
24 ruht, bildet alsomit letzterem eine Umhüllung, die an ihrer Unterseite eine Öffnung
25 aufweist, unterhalb welcher sich ein,kleiner-Trichte'r 26 befindet, der in einenen
Kanal 27 mit einer Drosselklappe 28 mundes.
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1er Kanal' 27 ist über eine horizontalen Zylinder 29 -angeordnet,,
in dessen Innerem sich eine Schnecke befindet,
deren Bedeutung weiter-
unten erklärt wird. Die geringfügig geneigten Ansätze 61 sind am vertikalen-Arm
16 vorgesehen. Oberhalb der Kolonne 8 befindet sich ein Kasten 32 mit einer transparenten
Kappe, dessen Boden 33 geneigt ist1 zum Sammeln und Abführen des Extrakts, welches
über die Leitung 34 in ein Ablagerung s-l)urchlauffilt er 35 gelangt, welches wiederum
über eine Leitung 36 mit einem nicht dargestellten Behälter verbunden ist. Das Gehäuse
32 enthält einerseits ein Filter 37 von kegelstumpfartiger Form und andererseits
ein Zentnerkreuz 31, welches mit einer Hülse 31a fest verbunden ist, die als Lager
zum Zentrieren des Arms 16 dient, wobei dieser Arm 16 an seinem oberen Ende eine
Spitze 38 aufweist. Auf der Spitze 38 sind etwa schraubenförmig gekrümmte Elemente
39 befestigt, welche die Putz- oder Abstreifplatte 39a tragen (Fig.4), die mit dem
Filter 37 zusammenwirkt. Das Gehäuse 32 umfaßt in seinem oberen Teil eine mit einem
dardberliegenden Trichter 41 verbundene Leitung 40, in deren Innerem eine Schneckenwelle
42, z. B. in Porm einer Arichimedisohen Spirale am Ende eines mit Gewinde versehenen
Armes, z. B. einer Spindel, 43, die in einem Gehäuse 44 mit den Lagern 45, 46 drehbar
ist, angeordnet.ist. Das Gehäuse 44 ist am Rahmen 47 abgestützt, der wiederum auf
dem Gestell 2 befestigt ist.
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Der Arm 43 trägt ferner an seinem oberen Ende eine Scheibe 48, die
mit einem Antriebazahnrad 49 fest
verbunden ist, welches, über eine
Kette 50 und einem durch eine doppelt wirkende Hebevorrichtung 52 angetriebenen
Zahntrieb 51 angetrieben ist. Die Hebevorrichtung, welche ihre Energie auf hydraulischem
Wege von dem im Inneren des Gestells 2 angeordneten Bauteil 55 erhält, bewirkt das
Ausfahren bzw. ZurUckziehen des Zahntriebs, z. B. der Zahnstange , 51, entsprechend
einer vorbestimmten Geschwindigkeit und eines vorbestimmten Zeitablaufe, wobei der
Zahntrieb 51 Über eine Kraftbegrenaungseinrichtw1g und über die Transmission 50
das Antriebszahnrad 49 antreibt, aberda letzteres auf der freien Scheibe 48 angeordnet
ist, dreht sich der Arm 43 nur in einem Sinne und intermittierend, was eine ebenfalls
intermittierende Drehbetegung der Schnecke 42 hervorruft. Schließlich ist der Trichter
41 durch einen Deckel 41a geschlossen, der zum Versorgen des Trichters anhebbar
sein kann oder eine Öffnung auf, weisen kann, die an dhem in den Trichter entleerbaren
Behälter angepaßt ist, wobei der Trichter mit neutralem Gas gefüllt sein kann.
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Der Antrieb für die Drehbewegung des Armes 16 erfolgt ebenfalls mittels
einer hydraulischen Hebevorrichtung, die , wie schon beschrieben, mit einem Zahntrieb,,z.3.
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einer Zahnstange, gekuppelt ist und über eine Eraftbegrenzungseinrichtung
und eine Kette mit einer am unteren Teil des Armes 16 befestigten Scheibe 54 verbunden
ist. Bine andere mit der Drehung der Scheibe 54 koordinierte Verbindung ermöglicht
der die Kette 55 und das Antriebszahnrad 56 die Rückübertragung dieser alternierenden
Bewegung )a'üf ein Zwiechengetriebe 57,
welches die intermittierende
RotationebeteguRg auf die Entleerungsschnecke 30 überträgt.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist wie folgt: Zunächst wird der Trichter
41 mit gemahlenem Kaffee vezsorgt, nachdem vorher die Schnecke 42 durch Drehen des
mit Gewinde versehenen Armes 43 angehoben wurde. Der gemahlene Kaffee füllt' folglich
den Teil 40 des Trichters und danach die Extraktionskolonne 8. Dann stellt man die
Schnecke 42, deren oberer Teil mit Armen 42a versehen ist, um die Bildung von Hohlräumen
in der masse des gemahlenen Kaffees, die sich im Trichter 41 befinden, zu vermeiden,
wieder zurück. Der Heizkessel 5 wird aufgeheizt; der Dampf erhitzt nach dem Durchlaufen
der Leitung 6 die Wand 7 der Kolonne 8. Die Pumpe 10 wird, eingeschaltet, und es
gelangt eine gewisse Mengein der Hbizschlange 9 erhitzten Wassers in dies Basis
der Kolonne 8. Hierauf steigt das Wasser in der Kolonne hoch und kommt in Berührung
mif dem gemahlenen Kaffee, der in der Kolonne 8 vom Trichter 41 aus nach unten gewandert
ist.
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Gleichzeitig werden die hydraulischen Hebevorrichtungen für den intermittierenden
Antrieb der vertikalen Arme 16 und 43 in Gang gesetzt. Während das Wasser durch
den gemahlenen Kaffee'hindurchgeht, entzieht es diesem die lösbaren Elemente, welche
das Wasser immer mehr anreichen, bis der moment erreicht ist, in dem dieses Wasser,
praktisch mit lösbaren Elementen gesättigt, die Nähe des Gitters .bzw. Filters 37
erreicht und nachdem es den Kasten 32 durchlaufen hat, dber die Leitung 34.
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in das Filter 35 gelangt, um sich schließlich
Über
die Leitung 36 in, den zur Aufnahme des Kaffeeextrakts vorgesehenen Behälter zu
entleeren. Die intermittierende Rotation des Armes 16 bewirkt die Rotation der Elemente
39, deren Putz- oder Abstreifplatte 39a ein Verlegen (z. B. durch Ansammeln von
Ablagerungen) des Gitters 37 vermeidet. Ein Dekantieren und eine letzte Filtrierung
finden im Ablagerungs-Durchlauffilter 35 statt. Auf diese Weise enthält das Kaffeeextrakt,
welches die Leitung 36 verläßt, keinerlei Rückstände. Die Rückstände in dem im Filter
zurückgehaltenen Extrakt können dem oberen Teil der Extraktionskolonne 8 zugefÜhrt
werden,um daraus das noch verbliebene, extrahierfähige Gut wiederzugewinnen. Zu
diesem Zweck kann eine mittels Kolbendruck gesteuerte Wiedereinspritzvorrichtung
an der Spitze t4 vorgesehen sein. Die Rückstände, die in der Kolonne 8 nach unten
gelangen, erreichen, von den lösbaren Extrakten vollständig, befreit, die Schale
23 und fallen schließlich über den kleinen-Trichter 26 in.den horizontalen Zylinder
29, in welchem sie von der Schnecke 30 erfaßt und-gepreßt werden, wobei die Schnecke
30 die Rückstände' auswringt -und dabei die Überschüssige Flüssigkeit in Richtung
der Kolonne 8 zurückfließen läßt-Den Zylinder 29 verlassen also nur an lösbaren
Elementen vollständig verarmte Rückstände. Dte Rückstände fallen kontinuierlich
in einen Entleerungsbe,hälter oder können durch einenicht dargestellte Leitung abgeleitet
werden.
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Wenn im Bereich des zylindrischen Körpers 29 die Mischung noch zu
gehaltvoll ist, kann die Drosselklappe 28 in der Weise bewegt bzw. verstellt werden,
daß dadurch das Abtrennen der festen Bestandteile von den flüssigen Bestandteilen
vor der Zuführung zur Schnecke 30, erleichtert wird. Die aus den verschiedenen Armen
19-20-21-22 gebildete, im Inneren der Schale 23 angeordnete Schraube verwirklicht
durch Zusammenkehren das Entfernen des ausgelaugten Rückstands', der durch die Öffnung
25 in den kleinen Trichter 26 fällt, wodurch eine konstante Entleerung der Basis
der Kolonne 8 gesichert ist.
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Durch die Tatsache, daß das Extrakt im Gegenstrom hergestellt wird
- das Wasser steigt nach oben und der Kaffee fällt nach unten - erreicht man durch
genaues Regeln der Durchtrittsgeschwindigkeit des Wassers und der Absenkgeschwindigkeit,
wobei die Absenkgeschwindigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke 42
und des Armes l6 abhängt, eine rationelle und vollständige Extraktion der im Kaffee
enthaltenen, lösbaren Materialien, wobei die Extraktion progressiv auf osmotische
Weise erzielt wird. Darüberhinaus bewirkt eine gewisse Zahl von geneigten Ansätzen
61, die auf dem Arm 16 angebracht sind, im Inneren der Kolonne 8 eine Regelung der
kontinuierlichen Filtration und der
verfahrensmäßigenExtraktion
durch Diffusion durch Abnahme'der Ladung bzw. Beschickung und vermeidet die Bildung
bevorzugter Durchgänge.
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Die Kolonne 8 kann mit auf Ultraschall ansprechenden Magneteinrichtungen
zum Erzeugen einer Hohlraumbildung im Inneren der Masse aus Flüssigkeit und Rückständen
durch Einwirkung von Schwingungsenergie versehen sein, die, infolge des Auftretens
von Resonanzerscheinungen die Trennung der Bestandteile der Masse bezüglich des
behandelten Material be;.treibt, wodurch die Zeit für die Extraktion reduziert und
der Anteil des Extrakts angehoben wird.
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Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung noch eine Reihe
weiterer Ausführungsformen betrachtet werden.
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Die Anwendung der Erfindung kann ausgedehnt werden auf die Herstellung
von Gemüseextrakten, Malz-, Tee-, Mate-Extrakten, Gerbstoffextrakten, Farbstoffextrakten
usw.
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- Pateütansprüche -