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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrahieren einer Nahrungsmittelsubstanz
zur Herstellung von Getränken
unter Verwendung eines geschlossenen Nachladeelements, das mit einer
Nahrungsmittelsubstanz geladen ist, die von einem Druckwasserstrom
durchquert wird.
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Die
Verwendung von vorbestimmten und vorverpackten Dosen in Form von
gemahlenen Kaffee enthaltenden Nachladeelementen für die Herstellung
von Getränken
vom Typ Espresso oder dergleichen, besitzt zahlreiche Vorteile,
und zwar erleichtert sie unter anderem die Arbeitsgänge der
Herstellung des Getränks,
gewährleistet
eine relativ saubere Zubereitung und die Steuerung einer relativ
konstanten Dosierung und Qualität
des zubereiteten Produkts.
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Das
Prinzip der Extraktion von geschlossenen oder gesiegelten Nachladeelementen
besteht darin, dass: (i) das Nachladeelement in einer geschlossenen
Kammer eingeschlossen wird, (ii) eine Seite des Elements durchbohrt
wird, (iii) eine Menge an Heißwasser
in das Element eingeführt
wird, so dass im Inneren des Elements ein Druckmilieu erzeugt wird,
um den Kaffeeextrakt zu erzeugen, und dann (iv) der Kaffeeextrakt über die
entgegengesetzte Seite des Nachladeelements freigesetzt wird, die sich
im Kontakt mit vorspringenden Teilen der Vorrichtung unter der Wirkung
des Innendrucks öffnet.
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Es
gibt bereits Vorrichtungen zum Extrahieren von Kapseln oder Kartuschen,
die eine Kammer für
die zu extrahierende Kartusche und eine Spitze umfassen, wie diejenigen,
die in den Patenten
CH 605 293 und
EP 242 556 beschrieben sind.
Bei diesen Vor richtungen hat die Spitze eine zweifache Funktion.
Einerseits bewirkt sie die Öffnung
des oberen Teils der Kapsel und andererseits bildet sie den Wasserzutrittskanal
insofern, als das Wasser über die
Spitze direkt in das Innere der Kapsel eingeführt wird. Ein Nachteil einer
solchen Vorrichtung besteht darin, dass das durch eine einzige Nadel
erhaltene Loch die Wirkung hat, zu Beginn der Extraktion einen bevorzugten
Weg durch die zu extrahierende Kaffeemasse zu erzeugen, ohne sie
vollständig
zu benetzen. Die Folge der Erzeugung eines bevorzugten Wegs ist,
dass bei der weiteren Extraktion die Druckanstiegsgeschwindigkeit
zu hoch wird, was zu einer zu schnellen Freisetzung des Extraktes
führen kann,
so dass man keine ausreichende Extraktionszeit erreicht. Die Folge
kann natürlich
der Verlust an Feststoffen und Aromen sein, die nun im Mark fixiert bleiben
und nicht in den Extrakt übertragen
werden. Ein anderer Nachteil besteht darin, dass die Gefahr besteht,
dass sich die Spitze infolge von Wasserkalk und infolge des Kontakts
mit dem Kaffeesatz zu schnell verstopft. Dies kann die Leistungen
der Vorrichtung beeinträchtigen.
Angesichts der beträchtlichen
Größe des in
der Kapsel hergestellten Lochs können
aus der Kapsel in unerwünschter
Weise Kaffeesatz und flüssige
Rückstände nach
Gebrauch nach oben austreten.
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Die
Schrift
EP 0 604 615
B1 bezieht sich unter anderem auf eine Vorrichtung, die
Mittel zum Perforieren eines flexiblen Beutels umfasst, der das
zu extrahierende Produkt enthält
und in der Form eines Gitters zur Verteilung von Wasser vorliegt,
das an seiner Unterseite mit vorstehenden Spitzen-, Lamellen- oder Kreuzelementen
versehen ist. Es können Öffnungen
für den
Durchgang des Wassers durch das Verteilungsgitter auf Höhe jedes
Perforierungsmittels vorgesehen sein. Man erreicht auf diese Weise
eine Verbesserung der Wasserverteilung im Beutel; dadurch kann die
Benetzung der zu extrahierenden Masse verbes sert werden. Die Öffnungen
mit geschlossenem Querschnitt können
jedoch auf die Dauer verkalken, was sich auf die Steuerung des Durchsatzes
und des Drucks im Laufe der Extraktion auswirkt. Die Schrift lehrt
auch Durchbohrungsmittel einfach in Form von Spitzen.
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Die
Schrift
US 5,794,519 bezieht
sich auf eine Extraktionsvorrichtung, die einen Extraktionskopf
umfasst, der Nadeln trägt,
die mit Hilfe eines Ausstoßers
beweglich sind, der die Kapsel von den Nadeln mit Hilfe einer Feder
abstößt, wenn
der Extraktionskopf in offener Stellung ist. Eine solche Konstruktion
ist relativ komplex. Außerdem
erfordert sie, dass Öffnungen
mit geschlossenem Querschnitt für den
Durchgang des Wassers entweder durch die die Nadeln tragende Platte
oder durch die Nadeln selbst vorgesehen sind, was bei intensiver
Verwendung der Vorrichtung Probleme der Verkleinerung der Öffnungen,
des Verstopfens oder des Verkalkens mit sich bringt. Im Laufe der
Zeit unterliegen die Strömungsgeschwindigkeiten,
die Extraktionswege, insbesondere der Extraktionsdruck, die Extraktionszeit
und die Temperatur signifikanten Änderungen, die die Qualität des erzeugten
Extraktes beeinträchtigen.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der Ausführung der
Elemente zum Durchbohren eines geschlossenen Nachladelements vom Typ
Kapsel, Beutel oder anderem, die die Strömungsbedingungen des Wassers
im Inneren des Nachladeelements begünstigt und die Extraktionsbedingungen
verbessert. Ziel der Erfindung ist es, genauer gesagt, die Benetzung
der zu extrahierenden Substanz mit Wasser zu verbessern, indem bevorzugte
Wege vermieden werden, und indem ein relativ langsamer Druckanstieg
im Inneren des Nachladeelements gewährleistet wird, um die Aufnahme
der Aromen zu begünstigen.
Ziel der Erfindung ist auch, die Gefahr einer Reduzierung des Durchflusses
infolge von Verstopfungen zu beseitigen, die durch Kalkablagerungen
oder anderem gebildet werden. Sie gewährleistet einen in der Zeit
konstanten Durchfluss unabhängig
von den Faktoren einer Verstopfung. Sie begünstigt die Freigabe der Kapsel
von dem Durchbohrungsmittel und vermeidet auf diese Weise die Zuhilfenahme
von Zwangsausstoßsystemen.
Ziel der Erfindung ist es ferner, eine Durchbohrungskonfiguration,
genauer gesagt eine Durchschneidungskonfiguration zu schaffen, die
einen Wasserfluss gewährleistet,
der von einem Nachladeelement zum anderen relativ reproduzierbar
ist und die Änderungen
infolge von Maßtoleranzen
zwischen der Kammer der Vorrichtung und den Nachladeelementen berücksichtigt.
Ziel der Erfindung ist es auch, das Austreten von flüssigen oder
festen Rückständen aus
dem Nachladeelement nach der Extraktion nach oben zu begrenzen.
Ziel der Erfindung ist es ferner, eine sauberere Öffnung durch
die Durchbohrungselemente ohne Gefahr des Ablösens von Material der Wand des
Nachladeelements zu gewährleisten.
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Zu
diesem Zweck umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in
Anspruch 1 definiert ist, einen hohlen Körper, der dazu bestimmt ist,
das Nachladeelement aufzunehmen, einen Wasserzutrittskanal, der
den Körper
durchquert und mit der Kammer verbunden ist, und eine Vielzahl von
Durchbohrungselementen, die in der Kammer angeordnet sind, um das
Nachladeelement an mehreren verschiedenen Stellen zu durchbohren,
um das Eintreten von Wasser in das Nachladeelement zu gestatten.
Die Verbesserung der Vorrichtung sieht vor, dass die Durchbohrungselemente
in der Kammer bezüglich
der Richtung des Wassereintritts entfernt sind. Außerdem umfasst
jedes Durchbohrungselement einen Basisteil, der dazu bestimmt ist,
zumindest teilweise in das Innere des Nachladeelements einzutreten,
so dass eine Ablauffläche
für das
Wasser gebildet wird. Der Basisteil wird von einer Schneidfläche in einem
spitzen Winkel geschnitten, die einen abgeschrägten Schneidteil bildet. Der
Basisteil ist ferner nicht mit einem Ablaufkanal mit geschlossenem Querschnitt
versehen, der sich leicht mit Kaffeesatz oder mit Kesselstein verschließen kann.
Die Strömung
in das Innere der Kapsel findet vielmehr im Wesentlichen über einen
Raum statt, der mit der Einpassung verbunden ist, die sich zwischen
der Oberfläche des
Basisteils und der auf diese Weise ausgeschnittenen Öffnung bildet.
Ein solcher Raum ist also vorsorglich hergestellt, da er erst durch
das Ausschneiden oder Durchbohren zum Zeitpunkt des Einsetzens des
Nachladeelements in die Kammer erzeugt wird. Man vermeidet auf diese
Weise die Bildung von Rückständen, die
die Strömungsbedingungen ändern können.
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Eine
solche Ausbildung der Durchbohrungselemente hat auch zur Wirkung,
dass die Benetzung der zu extrahierenden Substanz verbessert wird,
indem die bevorzugten Wege reduziert werden, und gestattet einen
langsameren Druckanstieg im Inneren des Nachladeelements und verbessert
auf diese Weise die Qualität
des erhaltenen Extrakts in flüssiger
Substanz. Die Ausschnitte sind, genauer gesagt, auf diese Weise
besser definiert und ergeben eine bessere Geometrie der Öffnungen.
Insbesondere erhält
man Öffnungen,
die sich enger um die Durchbohrungselemente herum schließen. Dies
hat zur Folge, dass das Wasser zu Beginn langsamer in das Nachladeelement
fließt,
wodurch die Bildung von bevorzugten Wegen vermieden wird, und auch
der sich daraus ergebende Druckanstieg findet langsamer statt. Im
Unterschied zu einer einfachen Spitze erzeugt das erfindungsgemäße Durchbohrungselement
kein Umbiegen von Material auf dem ganzen Umfang der Öffnung,
was dazu führen
kann, diese zu vergrößern, sondern
das Durchbohrungselement schneidet sauber und löst das abgeschnittene Material
nur auf der Seite der Schneidfläche
ab, was eine bessere Definition der Öffnung be wirkt und damit eine
vorteilhafte Wirkung auf die Anstiegsgeschwindigkeit des Innendrucks
hat.
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Um Öffnungen
mit einer guten Definition zu erhalten, bildet die Schneidfläche des
Durchbohrungselements vorzugsweise einen Schneidwinkel zwischen
10 und 50 Grad und noch bevorzugter zwischen 15 und 45 Grad zur
Längsrichtung
des Basisteils.
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Der
Basisteil besitzt einen Querschnitt, der in Richtung der Schneidfläche gemäß einem
Winkel allmählich
kleiner wird, der kleiner als der Winkel der Schneidfläche ist,
was gestattet, die Vergrößerung der Öffnung genauer
zu steuern und zu gewährleisten,
dass das Material im Maße
der Einführung
des Durchbohrungselements in das Nachladeelement möglichst
nahe am Basisteil bleibt, was dann einen langsameren Druckanstieg
und damit eine Extraktion von besserer Qualität gewährleistet. Infolge der Passung
zwischen der Kapsel und den Durchbohrungselementen gewährleistet
die sich verjüngende
Form des Basisteils auch eine leichtere Entnahme der Kapsel nach
der Extraktion und erfordert nicht die Zuhilfenahme einer Ausstoßvorrichtung.
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Die
Form des Basisteils ist im Anspruch 1 definiert. Man bevorzugt jedoch,
dass der Basisteil einen solchen Querschnitt hat, dass das Verhältnis seiner
größten Abmessung
zu seiner kleinsten Abmessung zwischen 2/1 und 1/1 beträgt, so dass
lokalisierte Öffnungen
in Form von Löchern
statt von Einschnitten erzeugt werden. So kann der Basisteil eine kreisförmige ellipsoidale,
rechteckige, quadratische, dreieckige Form oder andere Formen von
regelmäßigen oder
unregelmäßigen Vielecken
haben.
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Vorzugsweise
bildet der Basisteil einen Kegelabschnitt mit einem Winkel zwischen
1 und 10 Grad, vorzugsweise 3 und 5 Grad, der von der Schneidfläche geschnitten
wird. Auf diese Weise wird die Öffnung
allmählich
vergrößert und
um das Durchbohrungselement herum gesteuert und die Gefahr des Reißens wird
verringert.
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Man
konnte auch feststellen, dass die Ausrichtung des Durchbohrungselements
und insbesondere seiner Schneidfläche in der Kammer eine Bedeutung
für die
Sauberkeit des Ausschnittes hat. Deshalb sind die Durchbohrungselemente
in der Kammer vorzugsweise so ausgerichtet, dass ihre Schneidfläche jeweils
in einem Winkel nahe oder gleich 90 Grad zur Oberfläche des
zu durchschneidenden Nachladeelements gerichtet ist, wenn dieses in
die Kammer eingeführt
ist. Mit anderen Worten, der Angriffswinkel ist so gerichtet, dass
er maximal ist und auf diese Weise einen leistungsfähigeren
Schnitt begünstigt.
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Die
Beschaffenheit und die Geometrie des Nachladeelements lassen natürlich zahlreiche Änderungen
zu. Im Allgemeinen besitzt der Körper
der Vorrichtung eine Kammer, deren Form und Abmessungen dafür ausgelegt
sind, einen oder mehrere Typen von Nachladeelementen aufzunehmen.
Das Nachladeelement kann ein starres, halbstarres oder biegsames
Element sein, das eine zu extrahierende Substanz umfasst, die verdichtet
ist oder nicht. Beispielsweise ist der Nachladeelementtyp eine undurchlässige, gesiegelte
Kapsel oder Kartusche, die eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Schale und
eine Unterseite umfasst, die einen an dem unteren Flansch der Schale
gesiegelten Deckel bildet, wie sie Gegenstand des Patents
EP 512 468 ist, dessen Inhalt
hier als durch Bezug aufgenommen gilt. Gemäß einer anderen möglichen
Variante kann es sich um einen biegsamen Beutel handeln, der von
zwei an ihrem Umfang miteinander ver schweißten biegsamen Folien gebildet
ist und der eine verdichtete Portion von zu extrahierender Substanz
umfasst. Eine solche Beutelausbildung ist in den Patenten
US 6025000 und
US 6068871 beschrieben, die hier als durch
Bezug aufgenommen gelten.
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Der
Körper
der Vorrichtung für
die Aufnahme des erfindungsgemäßen Nachladeelements
kann Teil einer kompletten Einheit vom Typ Espressokaffeemaschine
oder dergleichen sein. Der Körper
kann einen integrierenden Teil der Vorrichtung darstellen oder ein
durch Schrauben oder andere Mittel angebrachtes Teil sein. Der Körper wird
allgemein "Kapselkäfig" genannt. Im Allgemeinen
wirkt der Körper der
Vorrichtung in Richtung Schließung
mit einem unteren ergänzenden
Verschlussteil zusammen, das Mittel zum Aufreißen des unteren Teils des Nachladeelements
für das
Abfließen
des bei der Extraktion erzeugten Extrakts umfasst. Erfindungsgemäß wirken der
Körper
und der untere Verschlussteil in Richtung Schließung nach dem Prinzip von Backen
zusammen, die in einer Richtung beweglich sind, die im Wesentlichen
der Richtung der Durchbohrungselemente in der Kammer entspricht,
so dass jede Gefahr des Reißens
des Nachladeelements vermieden wird. Eine Vorrichtung mit beweglicher
Backe dieses Typs wird in der Patentanmeldung
EP 0 604 615 oder auch in der noch
nicht veröffentlichten
Patentanmeldung
EP Nr. 99117107.5 vom
31.08.1999 im Namen der Anmelderin beschrieben; der gesamte Inhalt
der beiden Anmeldungen gilt ebenfalls als hier durch Bezug aufgenommen.
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Die
Erfindung bezieht sich schließlich
auch auf ein Verfahren zur Extraktion einer in einem Nachladeelement
enthaltenen Nahrungsmittelsubstanz durch Durchbohren des Nachladeelements
an mehreren verschiedenen Stellen, um das Eintreten von Druckwasser
in das Nachladeelement zu gestatten. Dieses Verfahren ist im Anspruch
9 definiert. Das Durchbohren findet durch Schneiden mit Hilfe eines Schneidteils
des Durchbohrungselements an mehreren verschiedenen Stellen im Nachladeelement
statt, indem an jeder Stelle eine provisorische Auslauffläche zwischen
einem Basisteil des Durchbohrungselements und der aufgeschnittenen Öffnung geschaffen
wird.
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In
der weiteren Beschreibung wird auf die beiliegende Zeichnung Bezug
genommen. In dieser zeigen:
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1 eine
auseinander gezogene Ansicht einer Extraktionsvorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform,
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2 eine
Schnittansicht insbesondere der erfindungsgemäßen Durchbohrungs- und Wasserversorgungsvorrichtung,
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3 einen
Schnitt einer bevorzugten Anordnung von mit einem Montagehalter
fest verbundenen Durchbohrungselementen,
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4 eine
perspektivische Ansicht von 3,
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5 eine
Darstellung des Prinzips des Ausschneidens mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Durchbohrungselements.
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In
der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff "Kapsel" zur Bezeichnung des Nachladeelements
verwendet werden. Er darf jedoch nicht begrenzend interpretiert
werden und kann jeden Typ von starrem, halbstarrem oder biegsamem
Nachladeelement einschließen.
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Wie 1 zeigt,
hat die erfindungsgemäße Extraktionsvorrichtung 1 die
Form einer Extraktionseinheit, die ein Nachladeelement 5,
im vorliegenden Fall bei dem dargestellten Beispiel eine halbstarre Kapsel,
aufnehmen kann, die eine zu extrahierende Substanz wie eine vordosierte
Menge an gemahlenem und geröstetem
Kaffee enthält.
Die Extraktionseinheit umfasst, genauer gesagt, einen Kapselkäfig, der
einen mit einer Kammer 3 versehenen hohlen Körper 2 bildet,
und einen unteren Halter 4, der mit dem Kapselkäfig 2 zur
Schließung
um das Nachladeelement 5 herum zusammenwirken kann. Die
Schließung
des Kapselkäfigs 2 und
des unteren Halters 4 kann durch jedes geeignete mechanische
Mittel vorgenommen werden, vorzugsweise jedoch durch Relativbewegung
in einer im Wesentlichen vertikalen geradlinigen oder leicht gebogenen
Richtung in der Bewegungsbahn O. Beispielsweise kann der untere Halter 4 in
der Richtung O feststehend sein, um das Nachladeelement 5 aufzunehmen,
und der Kapselkäfig
kann in der Richtung O in die Verschlussstellung beweglich sein.
Gemäß einer
Abwandlung kann man auch den unteren Halter gemäß O beweglich vorsehen und
den Kapselkäfig
feststehend oder auch gemäß O beweglich.
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Der
Kapselkäfig 2 ist
nach oben durch einen oberen Teil 20 verlängert, der
Verbindungsmittel 21 wie ein Außengewinde aufweist, das den
Anschluss an eine Heißwasserversorgung
gestattet. Der obere Teil 20 besitzt eine innere Bohrung 22 für den Durchgang
des Wassers, die mit der Kammer 3 des hohlen Körpers auf
Höhe eines
Wasseraustritts 23 verbunden ist.
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Der
untere Halter 4 besitzt eine Verteilungsplatte 40 zur
Aufnahme der Basis der Kapsel, die im Allgemeinen aus einer biegsamen
Folie 50 besteht. Die Verteilungsplatte umfasst auf ihrer
Innenseite verteilt vorstehende Elemente 41, die dazu be stimmt sind,
die Öffnung
der biegsamen Folie durch mehrfaches Einreißen unter der Einwirkung des
Extraktionsdrucks im Inneren der Kapsel zu bewirken. Stromab der
Verteilungsplatte ist eine Untereinheit 42 für das Abfließen des
erhaltenen flüssigen
Extrakts nach Reißen
der Basis der Kapsel vorgesehen, die mit einer Austrittsöffnung 43 endet.
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Das
Nachladeelement besitzt einen gesiegelten Umfangsrand 51,
der zwischen dem Kapselkäfig 2 und
dem unteren Halter 4 eingeklemmt gehalten ist. Die Schließung durch
Verklemmung wird durch Kontakt zwischen Rändern des Käfigs und des Halters dicht
vorgenommen. Dichtungsmittel, wie ein Elastomerring 52 des
Käfigs,
können
vorgesehen sein, um ein festes und elastisches Verklemmen zwischen
den in Kontakt stehenden Teilen zu gewährleisten und auf diese Weise
jede Gefahr eines Lecks bei dem Unterdrucksetzen in der Kammer zu
vermeiden. Die mechanischen Mittel, die die Schließung und
den Halt der Einheit in geschlossener Stellung gewährleisten,
sind hier nicht dargestellt. Es kann sich dabei beispielsweise um
eine manuelle oder motorbetriebene Kniehebelsteuerung handeln.
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Wie
insbesondere 2 zeigt, ist am Boden der Kammer 3 eine
Reihe von Durchbohrungselementen 6 vorgesehen, die in der
Oberseite der Kapsel eine Vielzahl von Löchern schneiden, die den Eintritt
des Wassers in die Kapsel gestatten. Die Durchbohrungselemente 6 sind
um den zentralen Wasserzutritt herum regelmäßig verteilt und stehen auf
das Innere der Kammer zu in einer Richtung vor, die zu der Richtung
der Einführung
der Kapsel in die Kammer im Wesentlichen parallel ist. Die Elemente
sind in fester Verbindung auf einem gemeinsamen Montagehalter 60 montiert,
der eine schnelle Montage im Inneren der Kammer gestattet. Der Montagehalter kann
einen hohlen Stangenabschnitt 62 umfassen, der ein Außengewinde 63 besitzt,
das in einen ergänzenden
Gewindeteil des Wasserzutrittskanals eingeschraubt wird. Die Durchbohrungselemente
können auf
dem Halter 60 durch Schrauben 64 montiert sein. Gemäß einer
Alternative können
die Durchbohrungselemente auf dem Halter angeschweißt sein
oder einen integrierenden Teil des Halters bilden.
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Wie 3 zeigt,
umfasst jedes Durchbohrungselement 6 einen Basisteil 65,
der in einer Längsrichtung
I gerichtet ist, die der Richtung der Einführung in das Nachladeelement
entspricht. Der Basisteil ist durch eine geneigte Fläche 66 beendet, die
die Schneidfläche
des Elements bildet. Der Neigungswinkel A der Schneidfläche zur
Richtung I beträgt
vorzugsweise 10 bis 50 Grad, besser noch zwischen 15 und 45 Grad.
Die Fläche 66 hat
im Wesentlichen eine Schneidfunktion, wie in 5 dargestellt ist,
und zwar mit der vorteilhaften Wirkung, dass der Materialspan 53 sauber
ausgeschnitten wird und in einem Stück auf der Seite des abgeschrägten Teils 66 ausgehoben
wird. Auf diese Weise verhindert man ein Reißen wie bei einer Spitze, bei
der das Material dazu neigt, sich in mehreren Richtungen zu entfernen,
wodurch auf dem Umfang des Lochs Risslinien erzeugt werden.
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Der
Basisteil kann vorteilhafterweise ein Kegelabschnitt mit einem sich
in Richtung auf die Schneidfläche
verjüngendem
Querschnitt sein. Eine solche Form ist vorteilhaft, denn sie gestattet
es, die Beibehaltung eines minimalen Spiels zwischen der Oberfläche des
Basisteils und dem Rand des Lochs zu gewährleisten. Man vermeidet auf
diese Weise ein zu starkes Eintreten von Wasser, was zur Folge haben
könnte,
dass in der zu extrahierenden Masse bevorzugte Wege geschaffen werden
und damit ein zu schneller Druckanstieg erzeugt wird. Ein solches Spiel
wird auch vorsorglich für
die Zeit der Extraktion geschaffen. Man vermeidet auf diese Weise
das Ablagern von Rück ständen auf
den Oberflächen.
Die Oberfläche
des Basisteils wird durch die Kapselfläche bei Eintritt und Austritt
der Durchbohrungselemente abgestreift, was eine ständige Reinigung
der Ablauffläche
gewährleistet
und jede mögliche
Ablagerung entfernt. Die Durchbohrungsbedingungen bleiben von einer
Kapsel zur anderen identisch, desgleichen die Strömungsbedingungen.
Eine solche Kegelstumpfform ist auch gegenüber einer Form mit konstantem
Querschnitt insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Schließung der
Vorrichtung gemäß einem
im Wesentlichen gebogenen Weg stattfindet, wie in 1 dargestellt,
da ein konstanter Querschnitt zur Wirkung hätte, dass das Loch auf der
Außenseite
der Krümmung
ausgeweitet wird und damit ein unerwünschtes Spiel geschaffen wird.
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Bei
dem dargestellten Beispiel dehnt sich das Nachladeelement bei dem
Unterdrucksetzen relativ wenig aus, so dass ein Durchgang 30 zwischen der
Wand der Kammer und der Wand des Nachladeelements 5 beibehalten
wird. Dabei muss der Basisteil 65 eine ausreichende Länge von
etwa 2 bis 15 mm besitzen, so dass, wenn das Nachladeelement in die
Kammer in ihre Stellung eingeführt
ist, die Schneidfläche 66 vollständig im
Inneren des Raums des Nachladeelements positioniert ist, und zwar
unter Berücksichtigung
möglicher Änderungen
der Dicke des Durchgangs infolge von Maßtoleranzen zwischen der Kammer
und dem Nachladeelement.
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Wie 2 zeigt,
ist jedes Durchbohrungselement einzeln in der Kammer so gerichtet,
dass seine Schneidfläche 66 mit
der zu durchschneidenden Oberfläche
einen Winkel von 90 +/- 5 Grad bildet. Man erhält auf diese Weise einen besseren
Ausschnitt und einen geringeren Verschleiß der Schneidfläche.
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Die
Durchbohrungselemente können
aus einem geeigneten harten und verschleißfesten Material hergestellt
sein. Das Material wird in Abhängigkeit von
dem Werkstoff der zu durchschneidenden Kapsel oder des zu durchschneidenden
Beutels gewählt. Im
Allgemeinen bestehen die Kapseln aus dünnem Aluminium oder aus Kunststoff
von 0,2 bis 1,5 Zehntel Millimeter, so dass die Durchbohrungselemente aus
Metall, vorzugsweise aus Hartschicht-anodisiertem Aluminium oder
aus rostfreiem Stahl oder auch aus Keramik oder Hartplastik bestehen
können.
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Die
Anzahl von Durchbohrungselementen kann natürlich in Abhängigkeit
von der Größe des Nachladeelements
variieren. Eine ausreichende Anzahl ist erforderlich, um das Wasser
in der Masse richtig zu verteilen, ohne jedoch die Wand des Elements
so zu schwächen,
dass sie reißen
und auf diese Weise die Kammer verschmutzen könnte. Die Anzahl der Durchbohrungselemente
beträgt
vorzugsweise 3 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6. Die Anzahl von Durchbohrungselementen
ist vom Querschnitt der Elemente abhängig. Eine zu große Anzahl
von Elementen mit großem
Querschnitt kann dazu führen, dass
Verformungen der Oberfläche
der Kapsel verursacht werden und diese beschädigt wird. Die breiteste Querabmessung
des Basisteils (beispielsweise ein Durchmesser bei einem Teil mit
kreisförmigem
Querschnitt) ist vorzugsweise kleiner als 3 mm und noch bevorzugter
zwischen 1 und 2,5 mm. Bei einer Basis von etwa 2,4-2,5 mm dürfte die
Anzahl von Elementen 3 oder 4 nicht überschreiten. Dagegen kann
bei einer Basis von etwa 1 bis 2 mm die Anzahl von Elementen bis
zu 6 oder sogar 8 ohne signifikante Verformung der Kapsel gehen,
indem optimale Extraktionsbedingungen (Zeit, Druck, Temperatur)
gewährleistet
werden.
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Bei
einer möglichen
Anordnung kann jedes Durchbohrungselement mit einer offenen Nut 67 versehen
sein, die sich in Längsrich tung
längs der
Oberfläche
des Basisteils erstreckt; dies gestattet es, den Wasserablauf auf
eine gesteuerte Weise stattfinden zu lassen. Die Nut ist vorzugsweise
auf der Seite des Endes der Schneidfläche angeordnet, so dass sie ausreichend
freigelegt ist.
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Bei
dem dargestellten Beispiel wird folgende Methode zum Extrahieren
einer Flüssigkeit
verwendet. Die Vorrichtung befindet sich in einer offenen Stellung
und eine Kapsel 5 ist auf die erhabene Fläche des
unteren Halters 4 aufgelegt. Die Vorrichtung wird durch
Anlegen der Ränder
des Käfigs 2 und
des Halters 4 geschlossen, indem der Versiegelungsrand 51 der
Kapsel eingeklemmt wird. Bei der Schließung wird die obere Fläche der
Kapsel durch die Durchbohrungselemente 6 eingeschnitten.
In dieser Stellung wird ein signifikanter Teil des Basisteils jedes Elements
in die Kapsel eingeführt,
so dass während der
Extraktionszeit eine Ablauffläche
geboten wird. Das Heißwasser
gelangt in die Kammer über
den Austritt 23 und verteilt sich in dem Durchgang 30 und fließt dann
langsam zwischen der Oberfläche
der Durchbohrungselemente und den ausgeschnittenen Rändern der Öffnungen.
In dem Maße,
in dem das Wasser eintritt, steigt der Druck im Inneren der Kapsel
langsam, was dazu führt,
dass die Löcher
sich auf homogene Weise um jedes Element herum leicht ausdehnen.
Der Reißdruck
der Basis der Kapsel erreicht etwa 7 bis 9 bar in einigen Sekunden.
Die Reißspannung
der Folie der Kapsel ist nun erreicht und die extrahierte Flüssigkeit
kann durch den Ablaufteil 42 und durch das Loch 43 abfließen.
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Die
Erfindung wurde als bevorzugtes Beispiel in Bezug auf eine Vorrichtung
zum Extrahieren von halbstarren Kapseln mit einer begrenzten Verformbarkeit
beschrieben. Natürlich
ist die Erfindung ebenso auf die Extraktion von biegsamen Nachladeele menten
vom Typ Beutel anwendbar, die eine verdichtete Masse einer extrahierbaren
Nahrungsmittelsubstanz enthalten.