DE602004001053T2

DE602004001053T2 - Patrone zur Zubereitung von Getränken

Info

Publication number: DE602004001053T2
Application number: DE602004001053T
Authority: DE
Inventors: c/o Kraft Foods Halliday (UK) Limited, Andrew; Steven Carter; Jan Anders Haegermarck
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: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2024-01-24
Also published as: DE602004001053D1; RU2005126702A; KR20050107747A; JP4227169B2; GB0301710D0; GB2397500A; PE20040871A1; JP5550683B2; WO2004065257A1; ES2267000T3; AU2004205386A1; EP1440913B1; CA2514072C; PL204651B1; NO20053939D0; CN1761604B; BRPI0406877A; TWI278298B; ATE328811T1; JP2012192210A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Patrone für die Zubereitung von Getränken und insbesondere auf versiegelte Patronen, die aus im Wesentlichen luft- und wasserundurchlässigen Materialien gebildet sind und die ein oder mehrere Bestandteile für die Zubereitung von Getränken enthalten.
Es ist zuvor vorgeschlagen worden, Zutaten zur Getränkevorbereitung in individuellen luftundurchlässigen Verpackungen zu versiegeln. Zum Beispiel sind verdichteten gemahlenen Kaffee enthaltende Patronen oder Kapseln für die Verwendung in bestimmten Kaffeezubereitungsmaschinen die allgemein als Espresso-Maschinen bezeichnet werden, bekannt. Bei der Herstellung von Kaffee unter Benutzung dieser Zubereitungsmaschinen wird die Kaffeepatrone in einer Brühkammer platziert und heißes Wasser wird unter relativ hohen Drücken durch die Patrone durchgeführt, wodurch die aromatischen Kaffeebestandteile aus dem gemahlenen Kaffe extrahiert werden, um das Kaffeegetränk herzustellen. Typischerweise arbeiten solche Maschinen unter einem Druck von mehr als 6 × 10⁵ Pa. Die Zubereitungsmaschinen der beschriebenen Art waren bis dato relativ teuer, da die Komponenten der Maschinen wie z.B. die Wasserpumpen und Dichtungen in der Lage sein müssen, den hohen Drücken zu widerstehen.
Die EP 0 272 922 und EP 451 980 haben Getränkepatronen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.
In der WO 01/58786 wird eine Patrone für die Zubereitung von Getränken beschrieben, die unter einem Druck im Allgemeinen im Bereich von 0,7 bis 2,0 × 10⁵ Pa arbeitet. Jedoch ist die Patrone zum Gebrauch in einer Getränkezubereitungsmaschine für den kommerziellen und industriellen Markt konzipiert und ist ziemlich teuer. Daher bleibt der Bedarf nach einer Patrone für die Zubereitung von Getränken bestehen, in der die Patrone und die Getränkezubereitungsmaschine insbesondere für den Heimmarkt in Bezug auf Kosten, Leistung und Zuverlässigkeit geeignet sind.
In typischen bekannten Getränkepatronen sind der Einlass und der Auslass der Getränkepatronen auf gegenüberliegenden Seiten der Patrone gebildet. Dies hat den Nachteil, dass die Getränkezubereitungsmaschine, die verwendet wird, um die Patronen auszugeben, normalerweise eine komplizierte mechanische Anordnung zur Bewegung der Einlass- und Auslassdurchstecher in Eingriff mit der Patrone von gegenüberliegenden Richtung benötigt.
Zusätzlich können die Einlass- und Auslassdurchstecher auch den Zugang zum Einsetzen und Zurückziehen der Getränkepatrone aus der Getränkezubereitungsmaschine behindern. In der WO 01/60220 ist eine Getränkepatrone vorgesehen, wobei der Einlass und der Auslass auf derselben Seite der Patrone gebildet sind. Jedoch kann diese Patrone für die Blockierung der Einlassdurchstecher anfällig sein, da sie direkt die Getränkezutaten berühren.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Patrone bereit, die eine oder mehrere Getränkezutaten enthält und aus im Wesentlichen luft- und wasserundurchlässigen Materialien gebildet ist, wobei die Patrone eine Aufbewahrungskammer definiert, die die eine oder mehrere Getränkezutaten enthält und eine Verteilerkammer definiert, wobei die Patrone eine Öffnung umfasst, durch welche die eine oder mehreren Getränkezutaten in die Aufbewahrungskammer eingefüllt werden können, wobei die Öffnung durch einen Deckel verschlossen wird, der einen ersten Abschnitt aufweist, welcher die Verteilerkammer überlagert, und einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher die Aufbewahrungskammer überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt des Deckels bei Gebrauch durchstechbar ist, um ein Einfließen eines wässrigen Mediums in die Verteilerkammer zu gestatten und der Deckel im Gebrauch durchstechbar ist, um einen Ausfluss des aus dem Zusammenwirken des wässrigen Mediums und der einen oder mehreren Getränkezutaten in der Aufbewahrungskammer gebildeten Getränks zu gestatten.
Es ist zu verstehen, dass mit dem Begriff „Patrone", wie hier verwendet, jede Verpackung, Behälter, Säckchen oder Aufnahme gemeint ist, die eine oder mehrere Getränkezutaten auf die oben beschriebene Weise enthält. Die Patrone kann steif, halb-steif oder flexibel sein.
Die Patrone der vorliegenden Erfindung enthält eine oder mehrere Getränkezutaten, die für die Bildung eines Getränkeprodukts geeignet sind. Das Getränkeprodukt kann z.B. Kaffee, Tee, Schokolade oder ein milchbasierendes Getränk mit Milch sein. Die Getränkezutaten können pulverförmig, gemahlen, auf Blättern basierend oder flüssig sein. Die Getränkezutaten können unlöslich oder löslich sein. Beispiele beinhalten gerösteten und gemahlenen Kaffee, Teeblätter, Schokoladenpulver und Suppenpulver, flüssige milchbasierte Getränke und konzentrierte Fruchtsäfte.
Die Patrone der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft, insofern als dass das Einströmen und Ausströmen des Getränks aus der Patrone von derselben Seite geschieht, d.h. durch den Deckel. Dies ermöglicht einen einfacheren Aufbau des Einlass- und des Auslassdurchstechers einer Getränkezubereitungsmaschine, die mit der Patrone eingesetzt werden soll, da beide Durchstecher auf einer gemeinsamen Ebene vorgesehen werden können. Zusätzlich kann die Gesamthöhe der Getränkezubereitungsmaschine verringert werden, da es nicht nötig ist, Durchstechvorrichtungen und ihre zugehörigen Strömungsrohre sowohl oberhalb als auch unterhalb der Patrone vorzusehen. Der Zugang zum Einsetzen und Herausziehen der Patrone aus der Getränkezubereitungsmaschine wird auch verbessert, da weniger Komponenten über der Patrone positioniert werden müssen. Ebenso ist es vorteilhaft, dass die Patrone der vorliegenden Erfindung eine Verteilerkammer bereitstellt, in welche das wässrige Medium wie z.B. Wasser bei Gebrauch eingeführt wird. Die Verteilerkammer ist von der Aufbewahrungskammer, welche die Getränkezutaten enthält, getrennt. Somit wird das Verschmutzen des Einlassdurchstechers der Getränkezubereitungsmaschine verhindert, da der Einlassdurchstecher nicht direkt die Getränkezutaten berührt. Weiter verbessert die Verteilerkammer die Zirkulation des Wassers innerhalb der Patrone und verbessert die Gleichmäßigkeit der Strömung des Wassers in und durch die Aufbewahrungskammer. Dies führt zu einer verbesserten Konsistenz bei der Ausbeute aus den Getränkepatronen.
Bevorzugt umfasst die Patrone weiter eine Auslasskammer, die von einem dritten Abschnitt des Deckels überlagert ist, welcher bei Gebrauch durchstechbar ist, um das Ausströmen des aus dem Zusammenwirken des wässrigen Mediums und der einen oder mehreren Getränkezutaten in der Aufbewahrungskammer gebildeten Getränks erlaubt.
Bevorzugt umfasst die Auslasskammer eine Auslasstülle.
Bevorzugt sind die Verteilerkammer und die Aufbewahrungskammer durch eine Trennwand geteilt, die eine oder mehrere Öffnungen umfasst. Die Öffnungen sind so bemessen, dass sie den Durchtritt der einen oder mehreren Getränkezutaten aus der Aufbewahrungskammer in die Verteilerkammer verhindern. Wenn die Getränkezutaten nicht durch die Öffnungen hindurchtreten können, wird die Verteilerkammer frei von Getränkezutaten gehalten.
Bevorzugt umgibt die Verteilerkammer mindestens teilweise die Aufbewahrungskammer. In einer Ausführungsform umgibt die Verteilerkammer im Wesentlichen ganz die Aufbewahrungskammer. Typischerweise umgibt die Verteilerkammer im Wesentlichen ganz die Aufbewahrungskammer und die Öffnungen sind entlang im Wesentlichen der gesamten Grenzfläche zwischen der Verteilerkammer und der Aufbewahrungskammer vorgesehen.
Bevorzugt haben die Öffnungen eine Breite zwischen 0,25 und 0,35 mm und eine Länge zwischen 1,4 und 1,8 mm. Typischerweise sind zwischen 20 und 40 Öffnungen vorgesehen.
Bevorzugt umfasst die Verteilerkammer einen Einlassabschnitt, in dem das wässrige Medium eingeführt wird, wobei der Einlassabschnitt mit dem Rest der Verteilerkammer über eine oder mehrere Öffnungen in Verbindung steht. Bevorzugt ist der Einlassabschnitt kreisförmig.
Bevorzugt sind die Aufbewahrungskammer und die Auslasskammer durch ein inneres Element getrennt. Das innere Element kann eine oder mehrere Öffnungen umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das innere Element einen Filter, um den Durchtritt der einen oder mehreren Getränkezutaten aus der Aufbewahrungskammer in die Auslasskammer zu verhindern, während der Durchtritt des Getränks hierdurch gestattet wird.
Vorteilhafterweise ist der Deckel mit dem äußeren Element und dem inneren Element verbunden. Typischerweise ist der Deckel mit dem äußeren Element um einen Rand der Patrone herum verbunden und der Deckel ist mit dem inneren Element an oder in der Nähe einer Mitte der Patrone verbunden. Der Deckel kann mit einer Auslasstülle des inneren Elements verbunden sein.
Bevorzugt weist das äußere Element eine größere Steifheit als der Deckel auf.
Bevorzugt ist die Stelle des Durchstechens des Deckels, um das Einströmen und das Ausströmen zu gestatten, so gewählt, dass das wässrige Medium, das durch die Patrone tritt, sich allgemein vom Einlass zum Auslass nach innen bewegt.
Ebenso bevorzugt ist die Patrone so geformt, dass das wässrige Medium durch die Aufbewahrungskammer allgemein in einer Aufwärtsrichtung durchtritt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Vielzahl von Patronen bereit, wobei jede Patrone wie oben beschrieben ist, wobei die Prozentausbeute des Getränks, das aus der einen oder mehreren Getränkezutaten, die in den Patronen enthalten sind, hergestellt wurde, innerhalb einer Standardabweichung von 1% übereinstimmt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Verwendung einer wie oben beschriebenen Patrone bereit, wobei die Patrone relativ zu einem oder mehreren, statischen Durchstechelementen verschoben wird, um den Einlass in und den Auslass aus der Patrone zu bilden. Dies ist vorteilhaft, da ein vereinfachter Durchstechmechanismus verwendet werden kann, der nicht ausgelenkt oder auf andere Weise bewegt werden muss. Da zusätzlich die Durchstechelemente statisch sind, kann eine präzisere Ausrichtung der Patrone und der Durchstechelemente erreicht werden, was zu einer verbesserten Leistung und weniger Spritzen des wässrigen Mediums, insbesondere am Auslass führt.
In der folgenden Beschreibung werden die Bezeichnungen „oberer" und „unterer" und Äquivalente dazu benutzt, um das Positionierungsverhältnis von Merkmalen der Erfindung zu beschreiben. Die Bezeichnungen „oberer" und „unterer" und Äquivalente sollten so verstanden werden, als dass sie sich auf die Patrone (oder andere Komponenten) in ihrer normalen Orientierung zum Einsetzen in eine Getränkezubereitungsmaschine und zum nachfolgenden Verabreichen beziehen, wie z.B. in 4 gezeigt. Insbesondere beziehen sich „oberer" und „unterer" jeweils auf die relativen Positionen näher oder weiter entfernt von einer oberen Fläche 11 der Patrone. Zusätzlich werden die Begriffe „innerer" und „äußerer" und Äquivalente dazu verwendet werden, um das Positionierungsverhältnis von Merkmalen der Erfindung zu beschreiben. Die Bezeichnungen „innerer" und „äußerer" und Äquivalente sollten so verstanden werden, als dass sie sich auf die relativen Positionen in der Patrone (oder anderen Komponenten) beziehen, die jeweils näher oder weiter entfernt von einer Mitte oder einer Hauptachse X der Patrone 1 (oder anderer Komponenten) liegen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Querschnittszeichnung eines äußeren Elements der ersten und zweiten Ausführungsform der Patrone entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittszeichnung eines Details des äußeren Elements der 1 ist, das eine nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung zeigt;
3 eine Querschnittszeichnung eines Details des äußeren Elements der 1 ist, die einen Schlitz zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 1 ist;
5 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 1 in einer umgedrehten Orientierung ist;
6 eine Draufsicht von oben des äußeren Elements der 1 ist;
7 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der ersten Ausführungsform der Patrone ist;
8 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 7 ist;
9 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 7 in einer umgedrehten Orientierung ist;
10 eine Draufsicht von oben des inneren Elements der 7 ist;
11 eine Querschnittszeichnung der ersten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
12 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der zweiten Ausführungsform der Patrone ist;
13 eine Querschnittszeichnung eines Details des inneren Elements der 12 ist, die ein Loch zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 12 ist;
15 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 12 in einer umgedrehten Orientierung ist;
16 eine andere Querschnittszeichnung des inneren Elements der 12 ist;
17 eine Querschnittszeichnung eines anderen Details des inneren Elements der 12 ist, die einen Lufteinlass zeigt;
18 eine Querschnittszeichnung der zweiten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
19 eine Querschnittszeichnung eines äußeren Elements der dritten und vierten Ausführungsform der Patrone entsprechend der Erfindung ist;
20 eine Querschnittszeichnung eines Details des äußeren Elements der 19 ist, die eine nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung zeigt;
21 eine Draufsicht von oben des äußeren Elements der 19 ist;
22 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 19 ist;
23 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 19 in einer umgedrehten Orientierung ist;
24 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der dritten Ausführungsform der Patrone ist;
25 eine Draufsicht von oben des inneren Elements der 24 ist;
26 eine Querschnittszeichnung eines Details des inneren Elements der 24 ist, die einen nach innen gewandten oberen Rand zeigt;
27 ein perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 24 ist;
28 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 24 in einer umgedrehten Orientierung ist;
29 eine Querschnittszeichnung der dritten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
30 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der vierten Ausführungsform der Patrone ist;
31 eine Draufsicht von oben des inneren Elements der 30 ist;
32 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 30 ist;
33 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 30 in einer umgedrehten Orientierung ist;
34 eine Querschnittszeichnung der vierten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
35 ist eine vordere perspektivische Ansicht einer Getränkezubereitungsmaschine, die einen Verschlussmechanismus entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
36 ist eine vordere perspektivische Ansicht der Maschine der 35 mit einem Patronenkopf in einer offenen Position;
37 ist eine hintere perspektivische Ansicht der Maschine der 35, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
38 ist eine andere hintere perspektivische Ansicht der Maschine der 35, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
39 ist eine perspektivische Ansicht des Patronenkopfes der Maschine der 35, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
40 ist eine andere perspektivische Ansicht des Patronenkopfes der Maschine der 35, die den Verschlussmechanismus der vorliegenden Erfindung verkörpert, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
41 ist eine Querschnittsansicht des Patronenkopfes in einer geschlossenen Position;
42 ist eine Querschnittsansicht des Patronenkopfes in einer offenen Position;
43 ist ein Schema der Maschine der 35;
44a und 44b sind Schemata der ersten und zweiten Code-Erkennungsvorrichtung für die Maschine der 35; und
45 ist eine Draufsicht eines Getränks der vorliegenden Erfindung, das einen Barcode umfasst.
Wie in 11 gezeigt, umfasst die Patrone 1 der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen ein äußeres Element 2, ein inneres Element 3 und ein Laminat 5. Das äußere Element 2, das innere Element 3 und das Laminat 5 sind zusammengebaut, um die Patrone 1 zu bilden, welche ein inneres 120 zur Aufnahme einer oder mehrerer Getränkezutaten, einen Einlass 121, einen Auslass 122 und einen den Einlass 121 mit dem Auslass 122 verbindende Getränkeflussweg, der durch das Innere 120 führt, aufweist. Der Einlass 121 und der Auslass 122 sind anfangs durch das Laminat 5 versiegelt und werden im Gebrauch mittels durch Stechen oder Schneiden des Laminats 5 geöffnet. Der Getränkeflussweg wird durch räumliche Beziehungen zwischen dem äußeren Element 2, dem inneren Element 3 und dem Laminat, wie im Folgenden erörtert, definiert. Andere Komponenten können wahlweise in die Patrone 1 miteingeschlossen werden, wie z.B. ein Filter 4, wie weiter unten beschrieben werden wird.
Eine erste Version der Patrone 1, die zum Zwecke des Hintergrunds beschrieben werden wird, ist in den 1 bis 11 gezeigt. Die erste Version der Patrone 1 ist insbesondere zum Gebrauch bei der Ausgabe von gefilterten Produkten wie z.B. geröstetem und gemahlenem Kaffee oder von Teeblättern konzipiert. Jedoch können diese Version der Patrone 1 und andere unten beschriebene Versionen mit anderen Produkten, wie z.B. Schokolade, Kaffee, Tee, Süßstoffen, Stärkungsmitteln, Geschmacksstoffen, alkoholischen Getränken, aromatisierter Milch, Fruchtsäften, Squashes, Soßen und Desserts verwendet werden.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Gesamtform der Patrone 1 allgemein kreis- oder scheibenförmig, wobei der Durchmesser der Patrone 1 wesentlich größer als dessen Höhe ist. Eine Hauptachse X führt durch die Mitte des äußeren Elements, wie in 1 gezeigt. Typischerweise beträgt der Gesamtdurchmesser des äußeren Elements 2 74,5 mm ± 6 mm und die Gesamthöhe beträgt 16 mm ± 3 mm. Typischerweise beträgt das Volumen der Patrone 1 im zusammengebauten Zustand 30,2 mm ± 20%.
Das äußere Element 2 umfasst im Allgemeinen eine schüsselförmige Hülle 10 mit einer gebogenen ringförmigen Wand 13, einer geschlossenen Oberseite 11 und einer offenen Unterseite 12. Der Durchmesser des äußeren Elements 2 ist kleiner an der Oberseite 11 verglichen mit dem Durchmesser an der Unterseite 12, was von einer Erweiterung der ringförmigen Wand 13 von der geschlossenen Oberseite 11 zur offenen Unterseite 12 herrührt. Die ringförmige Wand 13 und die geschlossene Oberseite 11 definieren zusammen eine Aufnahme mit einem Inneren 34.
Eine hohle, nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung 18 ist auf der geschlossenen Oberseite 11 zentriert auf der Hauptachse X vorgesehen. Wie klarer in 2 gezeigt ist, umfasst die zylindrische Erweiterung 18 ein abgestuftes Profil mit ersten, zweiten und dritten Abschnitten 19, 20 und 21. Der erste Abschnitt 19 ist kreiszylindrisch. Der zweite Abschnitt 20 hat eine kegelstumpfförmige Form und ist nach innen hin verjüngt. Der dritte Abschnitt 21 ist ein anderer gerader Kreiszylinder und wird durch eine untere Fläche 31 abgeschlossen. Der Durchmesser des ersten, zweiten und dritten Abschnitts 19, 20 und 21 fällt schrittweise ab, sodass der Durchmesser der zylindrischen Erweiterung 18 von der Oberseite 11 zur geschlossenen unteren Oberfläche 31 der zylindrischen Erweiterung abnimmt. Eine allgemein horizontale Schulter 32 ist auf der zylindrischen Erweiterung 18 an der Verbindung zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt 20 und 21 gebildet.
Eine sich nach außen erstreckende Schulter 33 ist zur Unterseite 12 hin im äußeren Element 2 gebildet. Die sich nach außen erstreckende Schulter 33 bildet koaxial mit der ringförmigen Wand 13 eine sekundäre Wand 15, um so eine ringförmige Spur zu definieren, die ein Übergangstück 16 zwischen der sekundären Wand 15 und der ringförmigen Wand 13 bildet. Das Sammelrohr 16 führt um den Umfang des äußeren Elements 2 herum. Eine Reihe von Schlitzen 17 sind in der ringförmigen Wand 13 auf der Höhe des Übergangsstücks 16 vorgesehen, um eine Gas- und Flüssigkeitsverbindung von dem Übergangsstück 16 und dem Inneren 34 des äußeren Elements 2 bereitzustellen. Wie in 3 gezeigt, umfassen die Schlitze 17 vertikale Schlitze in der ringförmigen Wand 13. Zwischen 20 und 40 Schlitzen sind vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform sind 37 Schlitze 17 vorgesehen, die im Allgemeinen in gleichen Abständen um den Umfang des Übergangsstücks 16 herum angeordnet sind. Die Schlitze 17 sind vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,8 mm lang. Typischerweise beträgt die Länge jedes Schlitzes 1,6 mm, was 10% der Gesamthöhe des äußeren Elements 2 darstellt. Die Breite jedes Schlitzes liegt zwischen 0,25 und 0,35 mm. Typischerweise beträgt die Breite jedes Schlitzes 0,3 mm. Die Breite der Schlitze 17 ist ausreichend eng, um die Getränkezutaten daran zu hindern, durch sie in das Übergangsstück 16 entweder während der Aufbewahrung oder während der Benutzung auszutreten.
Eine Einlasskammer 26 ist im äußeren Element 2 am Rand des äußeren Elements 2 gebildet. Eine zylindrische Wand 27 ist vorgesehen, wie am klarsten in 5 gezeigt ist, die die Einlasskammer 26 darin definiert, und die die Einlasskammer 26 vom Inneren 24 des äußeren Elements 2 abtrennt. Die zylindrische Wand 27 weist eine obere Fläche 28 auf, die auf einer Ebene senkrecht zu der Hauptachse X gebildet ist, und weist ein offenes unteres Ende 29 auf, das koplanar mit der Unterseite 12 des äußeren Elements 2 ist. Die Einlasskammer 26 steht über zwei Schlitze 30 mit dem Übergangsstück 16 in Verbindung, wie in 1 gezeigt ist. Alternativ können zwischen einem und vier Schlitzen verwendet werden, um eine Verbindung zwischen dem Übergangsstück 16 und der Einlasskammer 26 herzustellen.
Ein unteres 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. Typischerweise weist der Flansch 35 eine Breite von zwischen 2 und 4 mm auf. Ein Abschnitt des Flansches 35 ist vergrößert, um einen Griff 24 zu bilden, durch den das äußere Element 2 gehalten werden kann. Der Griff 24 ist mit einem nach oben gewandten Rand 25 zur Verbesserung des Griffs versehen.
Das äußere Element 2 ist als einzelnes ganzheitliches Stück aus hochdichtem Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyester oder einem Verbund zweier oder mehrerer dieser Materialien gebildet. Ein geeignetes Polypropylen ist die Reihe von Polymeren, die von DSM UK Limited (Redditch, United Kingdom) erhältlich sind. Das äußere Element kann opak, transparent oder durchscheinend sein. Der Herstellungsprozess kann das Spritzgussverfahren sein.
Wie in 7 bis 10 gezeigt, umfasst das innere Element 3 einen ringförmigen Rahmen 41 und einen sich nach unten erstreckenden zylindrischen Trichter 40. Eine Hauptachse X führt durch die Mitte des inneren Elements 3, wie in 7 gezeigt.
Wie am besten in 8 gezeigt 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 ganzheitlich mit dem zylindrischen Trichter 40 ausgebildet und erstreckt sich daraus. Filtrationslöcher 55 sind in dem äußeren Rahmen 41 zwischen den radialen Speichen 53 gebildet. Ein Filter 4 ist auf dem ringförmigen Rahmen 41 so angeordnet, dass er die Filtrationslöcher 55 bedeckt. Der Filter ist vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Nassfestigkeit hergestellt, z.B. einem vliesartigen Fasermaterial aus Polyester. Andere Materialien, die verwendet werden können, beinhalten ein wasserundurchlässiges Zellulosematerial, wie z.B. ein gewebte Papierfasern umfassendes Zellulosematerial. Zu den gewebten Papierfasern können Fasern aus Polypropylen, Polyvinylchlorid und/oder Polyethylen beigemischt werden. Die Einbeziehung dieser Kunststoffmaterialien in das Zellulosematerial macht das Zellulosematerial verschweißfähig. Der Filter 4 kann ebenso mit einem Material, das durch Hitze und/oder Druck aktiviert wird, behandelt oder beschichtet werden, sodass es auf diese Weise am ringförmigen Rahmen 41 versiegelt werden kann.
Wie in dem Querschnittsprofil der 7 gezeigt ist, ist die innere Nabe 52 an einer tieferen Position als der äußere Rand 51 gelegen, was dazu führt, dass der ringförmige Rahmen 41 ein abfallendes unteres Profil aufweist.
Die obere Fläche jeder Speiche 53 ist mit einer aufrechten Rippe 54 versehen, die einen leeren Raum über dem ringförmigen Rahmen 41 in eine Vielzahl von Kanälen 57 aufteilt. Jeder Kanal 57 wird auf jeder Seite durch eine Rippe 54 und auf einer unteren Fläche durch den Filter 4 begrenzt. Die Kanäle 57 erstrecken sich vom äußeren Rand 51 abwärts zum zylindrischen Trichter 40 und öffnen sich in ihn an Öffnungen 56, die durch die inneren Extremitäten der Rippen 54 definiert sind.
Der zylindrische Trichter 40 umfasst ein äußeres Rohr 42, das einen inneren Ausguss 43 umgibt. Der Ausguss 43 ist mit dem äußeren Rohr 42 an einem oberen Ende des Ausgusses 43 mittels eines ringförmigen Flansches 47 verbunden. Der Ausguss 43 umfasst einen Einlass 45 an einem oberen Ende, der mit den Öffnungen 56 der Kanäle 57 in Verbindung steht, und einen Auslass 44 an einem unteren Ende, durch den das zubereitete Getränk in eine Tasse oder anderen Behälter ausgegeben wird. Der Ausguss 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 leichte Verjüngung aufweisen, sodass er sich zum Auslass 44 hin verengt. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 48 hilft dabei, das Getränk aus den Kanälen 57 nach unten zum Auslass 44 zu leiten ohne im Getränk Turbulenz hervorzurufen. Eine obere Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 48 ist mit vier Stützen 49 versehen, die in gleichem Abstand um den Umfang des zylindrischen Trichters 40 angeordnet sind. Die Stützrippen 49 definieren dazwischen Kanäle 50. Die oberen Kanten der Stützrippen 49 liegen auf einer Ebene miteinander und senkrecht zur Hauptachse X.
Das innere Element 3 kann durch ein einzelnes ganzheitliches Stück aus Polypropylen oder einem ähnlichen Material wie oben beschrieben und durch Spritzgießen auf dieselbe Weise wie das äußere Element 2 gebildet werden.
Alternativ können das innere Element 3 und/oder das äußere Element 2 aus einem biologisch abbaubaren Polymer hergestellt sein. Beispiele geeigneter Materialien beinhalten abbaubare Polyethylene (z.B. SPITEK, geliefert von Symphony Environmental, Borehamwood, United Kingdom), biologisch abbaubares Polyesteramid (z.B. BAK 1095, geliefert von Symphony Environmental), Polymilchsäuren (PLA, geliefert von Carlgil, Minnesota, USA), auf Stärke basierende Polymere, Zellulosederivate und Polypeptide.
Das Laminat 5 ist aus zwei Schichten gebildet, einer ersten Schicht aus Aluminium und einer zweiten Schicht aus gegossenem Polypropylen. Die Aluminiumschicht ist zwischen 0,02 und 0,07 mm dick. Die gegossene Polypropylenschicht ist zwischen 0,025 und 0,065 mm dick. In einer Ausführungsform ist die Aluminiumschicht 0,06 mm und die Polypropylenschicht 0,025 mm dick. Dieses Laminat ist insbesondere vorteilhaft, da es einen hohen Widerstand gegen Einkräuseln beim Zusammenbau hat.
Als Ergebnis kann das Laminat 5 im Vorfeld auf die korrekte Größe und Form zugeschnitten werden und nachfolgend zur Zusammenbaustation auf der Fertigungsanlage überführt werden, ohne eine Verformung zu erfahren. Dementsprechend ist das Laminat 5 besonders gut zum Schweißen geeignet. Andere Laminatmaterialien können verwendet werden, inklusive PET/Aluminium/PP, PE/EVOH/PP, PET/metallisiert/PP und Aluminium/PP Laminate. Rolllaminatbestand kann anstatt gestanztem Bestand verwendet werden.
Die Patrone 1 kann mit einem steifen oder halbsteifen Deckel anstatt mit einem flexiblen Laminat verschlossen werden.
Der Zusammenbau der Patrone 1 beinhaltet die folgenden Schritte:

a) das innere Element 3 wird in das äußere Element 2 eingesetzt;
b) der Filter 4 wird zugeschnitten und auf das innere Element 3 so platziert, dass er über dem zylindrischen Trichter 40 aufgenommen wird und gegen den ringförmigen Rahmen 41 zu liegen kommt;
c) das innere Element 3, das äußere Element 2 und der Filter 4 werden durch Ultraschallschweißen verbunden;
d) die Patrone 1 wird mit einem oder mehreren Getränkezutaten gefüllt;
e) das Laminat 5 wird auf das äußere Element 2 aufgeklebt. Diese Schritte werden im Folgenden im größeren Detail diskutiert werden.

Das äußere Element 2 ist mit der offenen Unterseite 12 nach oben orientiert. Das innere Element 3 wird dann in das äußere Element 2 eingesetzt, wobei der äußere Rand 51 unter Spielpassung (lose) in einer axialen Erweiterung 14 an der Oberseite 11 der Patrone 1 aufgenommen wird. Die zylindrische Erweiterung 18 des äußeren Elements 2 wird gleichzeitig im oberen Abschnitt des zylindrischen Trichters 40 des inneren Elements 3 aufgenommen. Der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Erweiterung 18 wird innerhalb des zylindrischen Trichters 40 eingesetzt, wobei die geschlossene unter Fläche 31 der zylindrischen Erweiterung 18 gegen die Stützrippen 49 des inneren Elements 3 drücken. Der Filter 4 wird dann über das innere Element 3 platziert, sodass das Filtermaterial den äußeren Rand 51 berührt. Ein Ultraschallschweißprozess wird dann verwendet, um den Filter 4 mit dem inneren Element 3 und gleichzeitig, im selben Verfahrensschritt, das innere Element 3 mit dem äußeren Element 2 zu verbinden. Das innere Element 3 und der Filter 4 sind um den äußeren Rand 51 herum verschweißt. Das innere Element 3 und das äußere Element 2 sind mittels Schweißnähten um den äußeren Rand 41 und ebenso die oberen Kanten der Rippen 54 verbunden.
Wie am klarsten in 11 gezeigt ist, definieren das äußere Element 2 und das innere Element 3, wenn miteinander verbunden, einen leeren Raum 130 im Inneren 120 unter dem ringförmigen Flansch 41 und außerhalb des zylindrischen Trichters 40, der eine Filtrationskammer formt. Die Filtrationskammer 130 und die Kanäle 57 über dem ringförmigen Rahmen 41 sind durch das Filterpapier 4 getrennt.
Die Filtrationskammer 130 enthält die eine oder die mehreren Getränkezutaten 200. Die eine oder die mehreren Getränkezutaten sind in die Filtrationskammer 130 gepackt. Für ein Getränk der gefilterten Art ist die Zutat typischerweise gerösteter und gemahlener Kaffee oder Teeblätter. Die Packungsdichte der Getränkezutaten in der Filtrationskammer 130 kann je nach Wunsch variiert werden. Typischerweise enthält die Filtrationskammer für ein gefiltertes Kaffeeprodukt zwischen 5,0 und 10,2 g gerösteten und gemahlenen Kaffee in einem Filtrationsbett einer Dicke von typischerweise 5 bis 14 mm. Wahlweise kann das Innere 120 einen oder mehrerer Körper, wie z.B. Kugeln, enthalten, die frei innerhalb des Inneren 120 beweglich sind, um die Vermischung durch das Hervorrufen von Turbulenz zu unterstützen und Ablagerungen der Getränkezutaten während der Ausgabe des Getränks abzubauen.
Das Laminat 5 wird dann auf das äußere Element 2 durch Bildung einer Schweißnaht 126 um den Rand des Laminats 5 angebracht, um das Laminat 5 mit der unteren Fläche des sich nach außen erstreckenden Flansches 35 zu verbinden. Die Schweißnaht 126 wird ausgeweitet, um das Laminat 5 gegen die untere Kante der zylindrischen Wand 27 der Einlasskammer 26 zu versiegeln. Weiter ist die Schweißnaht 125 zwischen dem Laminat 5 und der unteren Kante des äußeren Rosts 42 des zylindrischen Trichters 40 gebildet. Das Laminat 5 bildet die untere Wand der Filtrationskammer 130 und versiegelt zudem die Einlasskammer 26 und den zylindrischen Trichter 40. Jedoch besteht vor der Ausgabe ein kleiner Spalt 123 zwischen dem Laminat 5 und der unteren Kante des Auslasses 43. Eine Vielzahl von Schweißverfahren kann verwendet werden, wie z.B. Heiß- und Ultraschallschweißen, abhängig von den Materialeigenschaften des Laminats 5.
Vorteilhafterweise erstreckt sich das innere Element 3 zwischen dem äußeren Element 2 und dem Laminat 5. Das innere Element 3 ist aus einem Material von verhältnismäßiger Steifheit gebildet, wie z.B. Polypropylen. Als solches bildet das innere Element 3 ein Belastung aufnehmendes Element, das die Aufgabe hat, das Laminat 5 und das äußere Element 2 getrennt zu halten, wenn die Patrone 1 zusammengedrückt wird. Es ist bevorzugt, dass die Patrone 1 bei Gebrauch einer Druckkraft zwischen 130 und 280 N ausgesetzt wird. Die Druckkraft hat die Aufgabe zu verhindern, dass die Patrone unter interner Druckbeaufschlagung versagt, und dient ebenso dazu, das innere Element 3 und das äußere Element 2 zusammenzuquetschen. Dies stellt sicher, dass die inneren Abmessungen der Kanäle und Löcher in der Patrone 1 festgelegt sind und nicht während der Druckbeaufschlagung der Patrone 1 geändert werden können.
Um die Patrone 1 zu benutzen, wird sie zuerst in eine Getränkezubereitungsmaschine eingesetzt und der Einlass 121 und Auslass 122 werden durch Durchstechelemente der Getränkeherstellungsmaschine geöffnet, die das Laminat durchstechen und zurückfalten. Ein wässriges Medium, typischerweise Wasser, tritt unter Druck in die Patrone 1 durch den Einlass 121 in die Einlasskammer 26 bei einem Druck zwischen 0,1 bis 2,0 bar ein. Von dort wird das Wasser durch die Schlitze 30 und um das Sammelrohr 16 und in die Filtrationskammer 130 der Patrone 1 durch die Vielzahl der Schlitze 17 gelenkt. Das Wasser wird durch die Filtrationskammer 130 radial nach innen gezwungen und vermischt sich mit den darin enthaltenen Getränkezutaten 200. Das Wasser wird gleichzeitig durch die Getränkezutaten hindurch nach oben gezwungen. Das durch den Durchgang des Wassers von den Getränkezutaten gebildete Getränk tritt durch den Filter 4 und die Filtrationslöcher 55 in die unter dem ringförmigen Rahmen 41 liegenden Kanäle 57. Die Versiegelung des Filters 4 auf den Speichen 53 und das Verschweißen des Rands 51 mit dem äußeren Element 2 stellen sicher, dass es keine Abkürzungen gibt und dass das gesamte Getränk den Filter 4 passieren muss.
Das Getränk fließt dann abwärts entlang der zwischen den Rippen 54 gebildeten radialen Kanäle 57 und durch die Öffnungen 56 und in den zylindrischen Trichter 40. Das Getränk läuft entlang der Kanäle 50 zwischen den Stützrippen 47 und den Ausguss 43 herab zum Auslass 44, wo das Getränk in ein Gefäß wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird.
Bevorzugt umfasst die Getränkezubereitungsmaschine eine Luftreinigungseinrichtung, wobei komprimierte Luft am Ende des Ausgangszyklus durch die Patrone 1 gedrängt wird, um das verbleibende Getränk in den Behälter auszuspülen.
Eine zweite Version der Patrone 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in den 12 bis 18 gezeigt. Die zweite Version der Patrone 1 ist insbesondere zum Gebrauch bei der Ausgabe von espressoartigen Produkten, wie z.B. geröstetem und gemahlenem Kaffee konzipiert, wo es erwünscht ist, ein Getränk mit einem als Crema bekannten Schaum aus kleinen Blasen zu erzeugen. Viele der Merkmale der zweiten Version der Patrone 1 sind dieselben wie jene in der ersten Version und gleiche Bezugszeichen wurden zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der ersten und zweiten Version diskutiert. Gemeinsame Merkmale, die auf dieselben Weise funktionieren, werden nicht im Detail diskutiert.
Das äußere Element 2 hat den gleichen Aufbau wie in der ersten Version der Patrone 1 und wie in 1 bis 6 gezeigt.
Der ringförmige Rahmen 41 des inneren Elements 3 ist derselbe wie in der ersten Version. Ebenso ist ein Filter 4 auf dem ringförmigen Rahmen 42 so angeordnet, dass er die Filtrationslöcher 55 bedeckt. Das äußere Rohr 42 des zylindrischen Trichters 40 ist auch wie zuvor. Jedoch gibt es eine Anzahl von Unterschieden im Aufbau des inneren Elements 2 der zweiten Version im Vergleich mit der ersten Version. Wie in 16 gezeigt, ist der Ausguss 43 mit einer Trennwand 65 versehen, die sich teilweise den Ausguss 43 herauf vom Auslass 44 erstreckt. Die Trennwand 65 hilft zu verhindern, dass das Getränk beim Austritt aus dem Ausguss 43 heraussprüht und/oder -spritzt. Das Profil des Ausgusses 43 ist ebenso verschieden und umfasst ein abgestuftes Profil mit einem deutlichen Knick 66 in der Nähe des oberen Endes des Rohrs 43.
Ein Rand 67 ist aufrecht aus dem ringförmigen Flansch 47 stehend vorgesehen, der das äußere Rohr 42 mit dem Ausguss 43 verbindet. Der Rand 67 umgibt den Einlass 45 zum Ausguss 43 und definiert einen ringförmigen Kanal 69 zwischen dem Rand 67 und dem oberen Abschnitt des äußeren Rohrs 42. Der Rand 67 ist mit einer nach innen gerichteten Schulter 68 versehen. An einem Punkt um den Umfang des Rands 67 herum ist ein Loch 70 in Form eines Schlitzes vorgesehen, der sich von einer oberen Kante des Rands 67 zu einem Punkt geringfügig unterhalb des Niveaus der Schulter 68 erstreckt, wie am besten aus den 12 und 13 ersichtlich ist. Der Schlitz hat eine Breite von 0,64 mm.
Ein Lufteinlass 71 ist in dem umfangsmäßig mit dem Loch 70 ausgerichteten ringförmigen Flansch 47 vorgesehen, wie in den 16 und 17 gezeigt ist. Der Lufteinlass 71 umfasst eine durch den Flansch 47 gehendes Loch, sodass er eine Verbindung zwischen einem Punkt über dem Flansch 47 und dem leeren Raum unterhalb des Flansches 47 zwischen dem äußeren Rohr 42 und dem Ausguss 43 bereitstellt. Vorzugsweise, und wie gezeigt, umfasst der Lufteinlass 71 einen oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 73 und einen unteren zylindrischen Abschnitt 72. Der Lufteinlass 71 wird typischerweise durch ein Formwerkzeug wie z.B. einen Stift gebildet. Das verjüngte Profil des Lufteinlasses 71 ermöglicht es dem Formwerkzeug leichter aus der geformten Komponente entfernt zu werden. Die Wand des äußeren Rohrs 42 in der Nähe des Lufteinlasses 71 ist zu einer Rinne 75 geformt, die vom Lufteinlass 71 zum Einlass 45 des Ausgusses 43 führt. Wie in 17 gezeigt, ist eine abgeschrägte Schulter 74 zwischen dem Lufteinlass 71 und der Rinne 75 gebildet, um sicherzustellen, dass der aus dem Schlitz 70 austretende Getränkestrahl nicht sofort auf die obere Fläche des Flansches 47 in der unmittelbaren Nähe des Lufteinlasses 71 stößt.
Das Montageverfahren für die zweite Version der Patrone 1 ist ähnlich der Montage der ersten Version. Jedoch gibt es bestimmte Unterschiede. Wie in 18 gezeigt, wird der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Erweiterung 18 innerhalb des Stützrands 67 anstatt gegen die Stützrippen eingesetzt. Die Schulter 32 der zylindrischen Erweiterung 18 zwischen dem zweiten Abschnitt 20 und dem dritten Abschnitt 21 drückt gegen die obere Kante des Stützrandes 67 des inneren Elements 3. Eine Zwischenzone 124 wird so zwischen dem inneren Element 3 und dem äußeren Element 2 gebildet, die eine Flächendichtung zwischen der zylindrischen Erweiterung 18 und dem Stützrand 67 umfasst, welcher sich um den ganzen Umfang der Patrone 1 erstreckt. Die Dichtung zwischen der zylindrischen Erweiterung 18 und dem Stützrand 67 ist jedoch nicht gas- und flüssigkeitsdicht, da sich der Schlitz 70 im Stützrand 67 durch den Stützrand 67 hindurch und zu einem Punkt geringfügig unterhalb der Schulter 68 erstreckt. Dementsprechend transformiert die Berührungsflächenpassung zwischen der zylindrischen Erweiterung 18 und dem Stützrand 67 den Schlitz 70 in ein Loch 128, wie am besten aus der 18 ersichtlich ist, wodurch eine Gas-Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ringförmigen Kanal 69 und dem Ausguss 43 bereitgestellt wird. Das Loch ist typischerweise 0,64 mm breit × 0,69 mm lang.
Der Betrieb der zweiten Version der Patrone 1 zur Ausgabe eines Getränks ist ähnlich dem Betrieb der ersten Version, jedoch mit gewissen Unterschieden. Ein Getränk in den radialen Kanälen 57 fließt entlang der zwischen den Rippen 54 gebildeten Kanäle 57 abwärts und durch die Öffnungen 56 und in den ringförmigen Kanal 69 des zylindrischen Trichters 40. Aus dem ringförmigen Kanal 69 wird das Getränk unter Druck durch das Loch 128 aufgrund des Rückdrucks des sich in der Filtrationskammer 130 und den Kanälen 57 ansammelnden Getränks gedrängt. Das Getränk wird daher durch das Loch 128 als Strahl und in eine durch das obere Ende des Ausgusses 43 gebildete Expansionskammer gedrängt. Wie in 18 gezeigt, geht der Getränkstrahl direkt über den Lufteinlass 71 hinweg. Wenn das Getränk in den Ausguss 43 eintritt, fällt der Druck des Getränkestrahls ab. Als Ergebnis wird Luft in den Getränkestrom in Form einer Vielzahl von kleinen Luftblasen mitgerissen, während die Luft durch den Lufteinlass 71 nach oben gezogen wird. Der aus dem Loch 128 austretende Getränkestrahl wird nach unten zum Auslass 44 getrichtert, wo das Getränk in ein Gefäß, wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird, wo die Luftblasen die erwünschte Crema bilden. Daher bilden das Loch 128 und der Lufteinlass 71 zusammen eine Ejektordüse, die dazu dient, um Luft in das Getränk einzuschießen (mitzureißen). Der Fluss des Getränks in die Ejektordüse sollte so gleichmäßig wie möglich gehalten werden, um Druckverluste zu verringern. Vorteilhafterweise sollten die Wände des Ejektors konkav gemacht werden, um Verluste aufgrund der „Wandeffektreibung" zu verringern. Die Toleranz der Abmessungen des Lochs 128 ist gering. Vorzugsweise ist die Größe des Lochs plus oder minus 0,02 mm² festgelegt. Haare, Fäserchen und andere Oberflächenunregelmäßigkeiten können innerhalb oder am Ausgang der Ejektordüse vorgesehen werden, um die effektive Querschnittsfläche zu erhöhen, was, wie man herausgefunden hat, den Grad der Luftbeimischung erhöht.
Eine dritte Version der Patrone 1 ist in 19 bis 29 gezeigt. Die dritte Version der Patrone 1 ist insbesondere für den Gebrauch bei der Abgabe löslicher Produkte konzipiert, die in pulverförmiger, flüssiger, sirupartiger, gelartiger oder ähnlicher Form vorliegen können. Das lösliche Produkt wird im Gebrauch in einem wässrigen Medium, wie z.B. Wasser, bei dessen Durchtritt durch die Patrone 1 gelöst oder bildet darin eine Suspension. Beispiele von Getränken beinhalten Schokolade, Kaffee, Milch, Tee, Suppe oder andere gefriergetrocknete oder wasserlösliche Produkte. Viele der Merkmale der dritten Version der Patrone 1 sind dieselben wie in den vorherigen Versionen und gleiche Bezugszeichen sind zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet worden. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der dritten und vorherigen Versionen diskutiert. Gemeinsame Merkmale, die auf dieselbe Weise funktionieren, werden nicht im Detail diskutiert.
Im Vergleich zum äußeren Element 2 der vorherigen Versionen weist die hohle, nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung 18 des äußeren Elements 2 der dritten Version einen größeren Gesamtdurchmesser auf, wie in 20 gezeigt ist. Insbesondere liegt der Durchmesser des ersten Abschnitts 19 typischerweise zwischen 16 und 18 mm im Vergleich mit 13,2 mm für das äußere Element 2 der vorherigen Version. Zusätzlich ist der erste Abschnitt 19 mit einer konvexen äußeren Oberfläche 19a oder einer Beule, versehen, wie am besten aus der 20 ersichtlich ist, deren Funktion im Folgenden beschrieben wird. Der Durchmesser der dritten Abschnitte 21 der Patrone 1 sind jedoch dieselben, was dazu führt, dass die Fläche der Schulter 32 in dieser dritten Version der Patrone 1 größer ist. Typischerweise beträgt das Volumen der Patrone 1 in zusammengebauten Zustand 32,5 ml ± 20%.
Die Anzahl und die Positionierung der Schlitze im unteren Ende der ringförmigen Wand 13 ist ebenso verschieden. Zwischen drei und fünf Schlitzen sind vorgesehen. In der Ausführungsform wie in 23 gezeigt, sind vier Schlitze 36 in gleichem Abstand um den Umfang des Übergangsstücks 16 herum vorgesehen. Die Schlitze 36 sind geringfügig breiter als in den vorherigen Versionen der Patrone 1, und sind zwischen 0,35 und 0,45 mm, vorzugsweise 0,4 mm breit.
Unter den übrigen Gesichtpunkten sind die äußeren Elemente 2 der Patronen 1 dieselben.
Der Aufbau des zylindrischen Trichters 40 des inneren Elements 3 ist derselbe wie in der ersten Version der Patrone 1, wobei ein äußeres Rohr 42, ein Ausguss 45, ein ringförmiger Flansch 47 und Stützrippen 49 vorgesehen sind. Der einzige Unterschied ist der, dass der Ausguss 45 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 92 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 93 geformt ist.
Im Gegenteil zu den vorherigen Versionen und wie in 24 bis 28 gezeigt, wird der ringförmige Rahmen 41 durch einen Randleistenabschnitt 80 ersetzt, der den zylindrischen Trichter 40 umgibt und daran mittels acht radialer Streben 87 befestigt ist, die am zylindrischen Trichter 40 an oder in der Nähe des ringförmigen Flansches 47 angrenzen. Eine zylindrische Erweiterung 81 des Randleistenabschnitts 80 erstreckt sich von den Streben 87 nach oben, um eine Kammer 90 mit einer offenen oberen Fläche zu definieren. Ein oberer Rand 91 der zylindrischen Erweiterung 81 hat ein nach innen gewandtes Profil, wie in 26 gezeigt ist. Eine ringförmige Wand 82 des Randleistenabschnitts 80 erstreckt sich von den Streben 87 nach unten, um einen ringförmigen Kanal 86 zwischen dem Randleistenabschnitt 80 und dem äußeren Rohr 42 zu definieren.
Die ringförmige Wand 82 umfasst an einem unteren Ende einen äußeren Flansch 83, der senkrecht zu der Hauptachse X liegt. Ein Rand 84 hängt von einer unteren Fläche des Flansches 83 nach unten herab und enthält 5 Öffnungen 85, die ringsum den Rand 84 in gleichen Abständen angeordnet sind. Daher ist der Rand 84 mit einem zinnenartigen unteren Profil versehen. Öffnungen 89 sind zwischen den Streben 87 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen der Kammer 90 und dem ringförmigen Kanal 86 ermöglichen.
Der Montagevorgang für die dritte Version der Patrone 1 ist ähnlich der Montage der ersten Version, jedoch mit gewissen Unterschieden. Das äußere Element 2 und das innere Element 3 werden wie in 29 gezeigt, zusammengesteckt und mittels einer Einrastanordnung festgehalten anstatt zusammengeschweißt zu werden. Beim Verbinden der zwei Elemente wird die nach innen gerichtete zylindrisch Erweiterung 18 innerhalb der oberen zylindrischen Erweiterung 81 des Randleistenabschnitts 80 aufgenommen. Das innere Element 3 wird im äußeren Element 2 durch Reibungseingriff der konvexen äußeren Oberfläche 19a des ersten Abschnitts 19 der zylindrischen Erweiterung 18 mit dem nach innen gewandten Rand 91 der oberen zylindrischen Erweiterung 81 festgehalten. Mit dem im äußeren Element 2 gelegenen inneren Element 3 wird eine Mischkammer 134 definiert, die außerhalb des Randleistenabschnitts 80 gelegen ist. Die Mischkammer 134 enthält die Getränkezutaten 200 vor ihrer Ausgabe. Es ist zu beachten, dass die vier Einlässe 36 und die fünf Öffnungen 85 entlang des Umfangs zueinander versetzt angeordnet sind. Die radiale Position der zwei Teile zueinander muss nicht bestimmt oder während des Zusammenbaus festgelegt werden, da der Gebrauch der vier Einlässe 36 und der fünf Öffnungen 85 sicherstellt, dass zwischen den Einlässen und Öffnungen ein Fluchtungsfehler auftritt, unabhängig von der relativen rotationellen Positionierung der Komponenten.
Die eine oder die mehreren Getränkezutaten werden in die Mischkammer 134 der Patrone gepackt. Die Packungsdichte der Getränkezutaten in der Mischkammer 134 kann je nach Wunsch variiert werden.
Das Laminat 5 wird dann auf das äußere Element 2 und das innere Element 3 auf dieselbe Weise wie oben in den vorherigen Versionen beschrieben, befestigt.
Beim Gebrauch tritt Wasser in die Mischkammer 134 durch die vier Schlitze 36 auf dieselbe Weise wie in den vorhergehenden Versionen der Patrone ein. Das Wasser wird radial nach innen durch die Mischkammer gedrängt und mischt sich mit den darin enthaltenen Getränkezutaten. Das Produkt wird im Wasser gelöst oder gemischt und bildet in der Mischkammer 134 das Getränk und wird dann durch die Öffnungen 85 in den ringförmigen Kanal 86 aufgrund des Rückdrucks des Getränks und des Wassers in der Mischkammer 134 getrieben. Die umfangsmäßige Versetzung der vier Einlassschlitze 36 und der fünf Öffnungen 85 stellt sicher, dass Wasserstrahle nicht in der Lage sind, direkt radial aus den Einlassschlitzen 36 zu den Öffnungen 85 zu gelangen ohne zuerst innerhalb der Mischkammer 134 zu zirkulieren. Auf diese Weise wird der Grad und die Konsistenz des Löse- oder Mischvorgangs des Produkts wesentlich erhöht. Das Getränk wird nach oben in den ringförmigen Kanal 86 gedrängt, durch die Löcher 89 zwischen den Streben 87 und in die Kammer 90. Das Getränk tritt aus der Kammer 90 durch die Einlässe 45 zwischen den Stützrippen 49 in den Ausguss 43 und zum Auslass 44, wo das Getränk in einen Behälter wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird. Die Patrone findet insbesondere Anwendung mit Getränkezutaten in Form von dickflüssigen Flüssigkeiten oder Gels. In einer Anwendung wird ein flüssiger Schokoladebestandteil mit einer Viskosität zwischen 1700 und 3900 mPa bei Raumtemperatur und zwischen 5000 und 10000 mPa bei 0°C und einem Brechungsfeststoff von 67 Brix ± 3 in der Patrone 1 aufgenommen. In einer anderen Anwendung wird flüssiger Kaffee mit einer Viskosität zwischen 70 und 2000 mPa bei Raumtemperatur und zwischen 80 und 5.000 mPa bei 0°C in der Patrone 1 aufgenommen, wobei der Kaffee einen Gesamtfeststoffgehalt von zwischen 40 und 70% aufweist.
Eine vierte Version der Patrone 1 ist in 30 bis 34 gezeigt. Die vierte Version der Patrone 1 ist insbesondere für den Gebrauch bei der Ausgabe von Flüssigprodukten wie z.B. konzentrierte flüssige Milch konzipiert. Viele der Merkmale der vierten Version der Patrone 1 sind dieselben wie in vorherigen Versionen und gleiche Bezugszeichen sind zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet worden. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der vierten und vorherigen Versionen diskutiert werden. Gemeinsame Merkmale, die auf dieselbe Weise funktionieren, werden nicht im Detail diskutiert.
Das äußere Element 2 ist dasselbe wie in der dritten Version der Patrone 1 und wie in den 19 bis 23 gezeigt.
Der zylindrische Trichter 40 des inneren Elements 3 ist ähnlich dem in der zweiten Version der Patrone 1 gezeigten, jedoch mit gewissen Unterschieden. Wie in 30 gezeigt, ist der Ausguss 43 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 106 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 107 geformt. Drei axiale Rippen 105 sind auf der inneren Fläche des Ausgusses 43 vorgesehen, um das ausgegebene Getränk nach unten zum Auslass 44 zu lenken und zu verhindern, dass das ausgegebenen Getränk innerhalb des Ausgusses herumwirbelt. Dementsprechend wirken die Rippen 105 als Prallplatten (Ablenkplatten). Wie in der zweiten Version der Patrone 1 ist ein Lufteinlass 71 durch den ringförmigen Flansch 47 vorgesehen. Jedoch ist die Rinne 75 unter dem Lufteinlass 71 länger als in der zweiten Version.
Ein Randleistenabschnitt 80 ist ähnlich jenem in der dritten Version der oben beschriebenen Patrone 1 gezeigten vorgesehen. Zwischen 5 und 12 Öffnungen 85 sind in dem Rand 84 vorgesehen. Typischerweise sind zehn Öffnungen vorgesehen, anstatt der fünf in der dritten Version der Patrone 1 vorgesehenen Öffnungen.
Eine ringförmige Schale 100 ist vorgesehen, die sich vom Flansch 83 des Randleistenabschnitts 80 einstückig damit erstreckt. Die ringförmige Schale 180 umfasst einen auf geweiteten Körper 101 mit einer offenen oberen Mündung 104, die nach oben gerichtet ist. Vier in den 30 und 31 gezeigte Zufuhröffnungen 103 sind im Körper 101 an dem und in der Nähe des unteren Endes der Schale 100 angeordnet, wo sie mit dem Randleistenabschnitt 180 verbunden ist. Bevorzugt sind die Zufuhröffnungen entlang des Umfangs der Schale 100 in gleichem Abstand angeordnet.
Das Laminat 5 ist von der in den vorherigen Ausführungsformen der oben beschriebenen Art.
Der Montagevorgang für die vierte Version der Patrone 1 ist derselbe wie jener für die dritte Version.
Der Betrieb der vierten Version der Patrone ist ähnlich jenem der dritten Version. Das Wasser tritt in die Patrone 1 und die Mischkammer 134 auf dieselbe Weise wie zuvor ein. Dort vermischt und verdünnt sich das Wasser mit dem flüssigen Produkt, das dann durch die Öffnungen 85 nach außen zum Auslass 44 wie oben beschrieben gedrängt wird. Ein Anteil des flüssigen Produkts ist anfangs innerhalb der ringförmigen Schale 100 wie in 34 gezeigt enthalten und ist nicht der unmittelbaren Verdünnung durch das in die Mischkammer 134 eintretende Wasser ausgesetzt. Das verdünnte flüssige Produkt im unteren Teil der Mischkammer 134 wird die Neigung haben, durch die Öffnungen 85 auszutreten, anstatt nach oben und in die ringförmige Schüssel 100 durch die obere Mündung 104 gedrängt zu werden. Dementsprechend wird das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 relativ konzentriert verbleiben im Vergleich zum Produkt im unteren Teil der Mischkammer 134. Das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 tropft durch die Zufuhröffnungen 103 in den Strom des aus der Mischkammer 134 durch die Öffnungen 85 austretenden Produkts. Die ringförmige Schale 100 hat die Aufgabe, die Konzentration des in den zylindrischen Trichter 40 eintretenden verdünnten flüssigen Produkts auszugleichen durch das Zurückhalten eines Teils des konzentrierten flüssigen Produkts und durch dessen gleichmäßigerer Freigabe während des Ausgabezyklus in den austretenden Flüssigkeitsstrom.
Aus dem ringförmigen Kanal 86 wird das Getränk unter Druck durch das Loch 128 aufgrund des Rückdrucks des sich in der Filtrationskammer 134 und in der Kammer 90 ansammelnden Getränks gedrängt. Das Getränk wird damit durch das Loch 128 als Strahl und in eine durch das obere Ende des Ausgusses 43 gebildete Ausdehnungskammer gedrängt. Wie in 34 gezeigt, führt der Getränkestrahl direkt über den Lufteinlass 71. Wenn das Getränk in den Ausguss 43 eintritt, fällt der Druck des Getränkestrahls ab. Als Ergebnis wird Luft in den Getränkestrahl in Form einer Vielzahl von kleinen Luftblasen eingebracht, während die Luft durch den Lufteinlass 71 nach oben gesaugt wird. Der aus den Löchern 128 austretende Getränkstrahl wird nach unten zum Auslass 44 getrichtert, wo das Getränk in einen Behälter, wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird, wo die Luftblasen das erwünschte schaumige Aussehen bilden.
Vorteilhafterweise können das innere Element 3, das äußere Element 2, das Laminat 5 und der Filter 4 alle leicht sterilisiert werden, da die Komponenten trennbar sind und nicht individuell gewundene Kanäle oder enge Spalten umfassen. Stattdessen werden die nötigen Kanäle erst nach dem Zusammenfügen der Komponenten, nach der Sterilisation, gebildet. Dies ist insbesondere dort wichtig, wo die Getränkezutat ein milchbasierendes Produkt, wie z.B. flüssiges Milchkonzentrat ist.
Die vierte Ausführungsform der Getränkepatrone ist insbesondere vorteilhaft für die Ausgabe von konzentrierten milchbasierenden flüssigen Produkten wie z.B. flüssiger Milch. Zuvor wurden pulverförmige Milchprodukte in Form von Beuteln zum Hinzufügen in einem vorher zubereiteten Getränk vorgesehen. Jedoch ist es für ein capuccinoartiges Getränk notwendig, die Milch zu schäumen. Dies wurde zuvor durch das Durchführen von Dampf durch ein flüssiges Milchprodukt erreicht. Jedoch erforderte dies das Vorsehen einer Dampfquelle, was die Kosten und die Komplexität der zur Ausgabe des Getränks verwendeten Maschine erhöht. Die Verwendung von Dampf erhöht zudem das Risiko von Verletzungen während des Betriebs der Patrone. Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung eine Getränkepatrone vor, die ein konzentriertes milchbasiertes flüssiges Produkt darin aufweist. Es ist herausgefunden worden, dass durch das Konzentrieren des Milchprodukts eine größere Menge von Schaum für ein bestimmtes Volumen von Milch im Vergleich zu frischer oder H-Milch erzeugt werden kann. Dies verringert die für die Milchpatrone erforderliche Größe. Frische fettarme Milch enthält ungefähr 1,6 % Fett und 10 % Feststoffe. Die konzentrierten flüssigen Milchzubereitungen der vorliegenden Erfindung enthalten zwischen 3 und 10 % Fett und 25 bis 40 % Gesamtfeststoffe. In einem typischen Beispiel enthält die Zubereitung 4 % Fett und 30 % Gesamtfeststoffe. Die konzentrierten Milchzubereitungen sind zum Schäumen unter Benutzung einer Niederdruckzubereitungsmaschine geeignet, wie im folgenden beschrieben wird. Insbesondere wird das Schäumen der Milch bei Drücken unter 2 bar erzielt, vorzugsweise bei ungefähr 1,5 bar unter Benutzung der Patrone der oben beschriebenen vierten Ausführungsform.
Die Patrone der vierten Ausführungsform ist ebenso bei der Ausgabe von flüssigen Kaffeeprodukten vorteilhaft.
Es ist herausgefunden worden, dass die Ausführungsformen der Getränkepatrone der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise eine verbesserte Konsistenz des gebrühten Getränks im Vergleich mit den Patronen des Stands der Technik bereitstellen. Es wird auf die folgende Tabelle 1 Bezug genommen, die die Resultate der Brühausbeute für je 20 Proben der gerösteten und gemahlenen Kaffee enthaltenden Patronen A und B zeigen. Patrone A ist eine Getränkepatrone entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Patrone B ist eine Getränkepatrone des Stands der Technik wie im Dokument WO 01/58786 des Anmelders beschrieben. Der Brechungsindex des gebrühten Getränks wird in Brixeinheiten gemessen und in einen Prozentanteil löslicher Feststoffe (%SS) unter Verwendung von Standardtabellen und Formeln umgerechnet. In den folgenden Beispielen: %SS = 0,7774·(Brixwert) + 0,0569. %Ertrag = (%SS·Brühvolumen (g))/(100·Kaffeegewicht (g)) Tabelle 1 PATRONE A

PATRONE B
Die Durchführung einer t-Test statistischen Analyse auf die obigen Daten ergibt das folgende Ergebnis: Tabelle 2 t-Test: Zwei Proben unter Annahme gleicher Varianzen
Die Analyse zeigt, dass die Konsistenz des Ertrags, der der Brühstärke gleichkommt, für die Patronen der vorliegenden Erfindung wesentlich besser ist (mit 95%iger statistischer Sicherheit) als bei den Patronen des Standes der Technik, mit einer Standardabweichung von 0,88 % im Vergleich zu 2,24 %. Das bedeutet, dass die mit den Patronen der vorliegenden Erfindung gebrühten Getränke eine wiederholbarere und gleichförmigere Stärke aufweisen. Dies wird von Verbrauchern bevorzugt, die es mögen, dass ihre Getränke jedes Mal gleich schmecken und keine willkürlichen Änderungen in der Stärke des Getränks wünschen.
Die Materialien der oben beschriebenen Patronen können mit einer Barrierebeschichtung versehen sein, um ihre Widerstandsfähigkeit gegen Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit und Eintritt von anderen Verunreinigungen zu verbessern. Die Barrierebeschichtung kann ebenso die Widerstandsfähigkeit gegen Austritt der Getränkezutaten aus dem Inneren der Patronen verbessern und/oder den Grad des Aussickerns von extrahierbaren Substanzen aus den Patronenmaterialien verringern, die die Getränkezutaten negativ beeinflussen könnten. Die Barrierebeschichtung kann aus einem Material sein, das aus der Gruppe von PET, Polyamid, EVOH, PVDC oder einem metallisierten Material gewählt ist. Die Barrierebeschichtung kann mittels einer Anzahl von Mechanismen aufgebracht werden, inklusive aber nicht beschränkt auf Aufdampfung, Vakuumabscheidung, Plasmabeschichtung, Koextrusion, Blasformetikettierung und Zwei/Mehr-Schrittformung.
Eine Getränkezubereitungsmaschine 201 entsprechend der vorliegenden Erfindung, die zum Gebrauch mit den oben beschriebenen Getränkepatronen bestimmt ist, ist in 35 bis 45 gezeigt. Die Getränkezubereitungsmaschine 201 umfasst allgemein ein Gehäuse 210, das einen Wassertank 220, einen Wassererhitzer 225, eine Wasserpumpe 230, einen Luftkompressor 235, einen Steuerungsprozessor, eine Benutzerschnittstelle 240 und einen Patronenkopf 250 enthält. Der Patronenkopf 250 umfasst wiederum im allgemeinen einen Patronenhalter 251 zum Halten der Getränkepatrone 1 bei Gebrauch, eine Patronenerkennungsvorrichtung 252 und Einlass- und Auslassdurchstecher 253, 254, um bei Gebrauch den Einlass 121 und den Auslass 122 in der Getränkepatrone 1 zu bilden.
Das Gehäuse 210 enthält die anderen Komponenten der Maschine 201 und hält sie in Position. Das Gehäuse 210 ist bevorzugt ganz oder teilweise aus einem robusten Kunststoffmaterial wie z.B. ABS hergestellt. Alternativ kann das Gehäuse 210 ganz oder teilweise aus einem metallischen Material wie z.B. Edelstahl oder Aluminium hergestellt sein. Das Gehäuse 210 umfasst bevorzugt ein zweischaliges Design mit einer vorderen Hälfte 211 und einer hinteren Hälfte 212, die den Zugang während des Zusammenbaus erlauben, um die Maschine 201 mit Komponenten zu bestücken, und die danach miteinander verbunden werden, um einen Innenraum 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 Mitteln ausgebildet, wie z.B. Rasten, Anschlägen, Nocken und Gewindeabschnitten, um die Komponenten der Maschine 201 in Position zu halten, ohne ein separates Chassis zu benötigen. Dies verringert die Gesamtkosten und das Gesamtgewicht der Maschine 201. Eine Basis 215 des Gehäuses 210 ist bevorzugt mit Füßen versehen, damit die Maschine darauf auf stabile Weise stehen kann.
Alternativ kann die Basis 215 selbst eine Form aufweisen, die eine stabile Auflage bildet.
Die vordere Hälfte 211 des Gehäuses 210 umfasst eine Ausgabestation 217, wo die Ausgabe des Getränks stattfindet. Die Ausgabestation 270 umfasst einen Aufnahmeständer 271 mit einem hohlen Inneren, das eine Tropfwanne 272 bildet. Eine obere Oberfläche 273 des Aufnahmeständers ist mit einem Grill 274 versehen, auf welchem die Aufnahme positioniert ist. Die Tropfwanne 272 ist von dem Gehäuse 210 entfernbar, um das Ausleeren des gesammelten Wassers zu erleichtern. Eine Vertiefung 275 ist in der vorderen Hälfte des Gehäuses 210 über dem Aufnahmeständer 271 gebildet, um die Dimensionen der Aufnahme unterzubringen.
Der Patronenkopf 250 ist zur Oberseite des Gehäuses 210 über dem Aufnahmeständer hin platziert, wie in 35 und 36 gezeigt. Bevorzugt kann die Höhe des Grills 274 in Bezug auf den Patronenkopf 250 eingestellt werden, um verschiedene Größen von Aufnahmen unterzubringen. Es ist bevorzugt, dass die Aufnahme so nah wie möglich am Patronenkopf 250 ist, während es noch möglich ist, die Aufnahme in die Ausgabestation 270 einzusetzen und sie herauszunehmen, um so die Höhe zu minimieren, welche das ausgegebene Getränk herabzufließen hat, bevor es die Aufnahme berührt. Dies hat den Effekt, das Sprühen und Spritzen des Getränks zu minimieren und den Verlust von eingeschlossenen Luftblasen zu minimieren, soweit diese vorhanden sind.
Bevorzugt können Aufnahmen von zwischen 70 mm und 110 mm Höhe zwischen den Grill 274 und den Patronenkopf 250 eingesetzt werden.
Die Maschinenbenutzerschnittstelle 240 ist an der Vorderseite des Gehäuses 210 platziert und umfasst einen Start/Stopp-Knopf 241 und eine Vielzahl von Statusanzeigen 243 bis 246.
Die Statusanzeigen 243 bis 246 umfassen bevorzugt eine Licht emittierende Diode (LED) 243, um die Bereitschaft der Maschine 201 anzuzeigen, eine LED 244, um anzuzeigen, wenn ein Fehler beim Betrieb der Maschine 201 aufgetreten ist, und eine oder mehrere LEDs 245 bis 256, um anzuzeigen, ob die Maschine 201 im manuellen Modus oder im automatischen Modus arbeitet. Die LEDs 243, 246 können so gesteuert werden, dass sie mit einer konstanten Intensität aufleuchten, dass sie blinken oder abhängig vom Status der Maschine 201 beides tun. Die LEDs 243 bis 246 können eine Vielzahl von Farben aufweisen, inklusive grün rot und gelb.
Der Start/Stopp-Knopf 241 steuert den Beginn des Ausgabezyklus und ist ein von Hand betätigter Druckknopf, Schalter oder ähnliches.
Eine Volumen-Einstellsteuerung kann vorgesehen werden, um es dem Benutzer der Maschine 201 zu erlauben, manuell das Volumen des gelieferten Getränks einzustellen, ohne die anderen Betriebseigenschaften zu verändern. Bevorzugt erlaubt die Volumen-Einstellsteuerung ein Einstellen des Volumens von plus oder minus 20%. Die Volumen-Einstellsteuerung kann ein Drehknopf, ein linearer Schieber, eine digitale Anzeige mit Inkrementier- und Dekrementierknöpfen oder ähnliches sein. Auf noch typischere Weise wird das Volumen durch einen Benutzer gesteuert, der den Start/Stopp-Knopf 240 betätigt.
Ein manueller Netzschalter (nicht gezeigt) kann an der Maschine 201 vorgesehen sein. Alternativ kann die Stromversorgung einfach durch Einsetzen oder Entfernen des Netzsteckers vom Netz gesteuert werden.
Der Wassertank 220 ist an der Hinterseite des Gehäuses 210 platziert und ist mit der hinteren Hälfte 212 des Gehäuses 210 verbunden. Der Wassertank 220 umfasst einen allgemein zylindrischen Körper 221, der kreiszylindrisch oder ein Kegelstumpf sein kann, je nach dem, was aus ästhetischen Gründen gewünscht wird. Der Tank umfasst einen Einlass zum Füllen des Tanks mit Wasser, der bei Gebrauch durch einen von Hand entfernbaren Deckel 222 verschlossen wird. Ein Auslass ist zum unteren Ende des Tanks hin vorgesehen, der mit der Wasserpumpe 230 in Verbindung steht. Der Wassertank 220 kann aus einem transparenten oder transluzenten Material hergestellt sein, um es einem Verbraucher zu gestatten, die im Tank verbleibende Menge an Wasser zu sehen. Alternativ kann der Wassertank 220 aus einem opaken Material hergestellt sein, jedoch ein darin vorgesehenes Sichtfenster aufweisen. Zusätzlich oder stattdessen kann der Wassertank 220 mit einem Sensor für niedrigen Wasserstand versehen sein, der einen Betrieb der Wasserpumpe 230 verhindert und wahlweise eine Warnanzeige wie z.B. eine LED auslöst, wenn der Wasserstand im Tank unter ein vorbestimmtes Niveau sinkt. Der Wassertank 220 weist bevorzugt eine innere Kapazität von ungefähr 1,5 l auf.
Die Wasserpumpe 230 ist operativ zwischen den Wassertank 220 und den Wasserheizer 225 angeschlossen, wie schematisch in 43 gezeigt, und wird durch den Steuerungsprozessor gesteuert. Die Pumpe stellt eine maximale Flussrate von 900 ml/min an Wasser unter einem Maximaldruck von 2,5 bar zur Verfügung. Bevorzugt wird beim normalen Gebrauch der Druck auf 2 bar beschränkt sein. Die Flussrate an Wasser durch die Maschine 201 kann durch den Steuerungsprozessor mittels Taktunterteilung der Stromversorgung zur Pumpe so kontrolliert werden, dass sie einen Bruchteil der maximalen Flussrate beträgt. Bevorzugt kann die Pumpe mit 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% oder 100% der maximalen Nominalflussrate angetrieben werden. Die Genauigkeit des gepumpten Wasservolumens beträgt bevorzugt plus oder minus 5%, was zu einer plus oder minus 5%igen Genauigkeit im Endvolumen des ausgegebenen Getränks führt. Eine geeignete Pumpe ist die von der Ulka S.r.l. (Pavia, Italien) hergestellte Pumpe Evolution EP8. Ein volumetrischer Flusssensor (nicht gezeigt) ist bevorzugt entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Wasserpumpe 230 in der Flussleitung vorgesehen. Bevorzugt ist der volumetrische Flusssensor ein Rotationssensor.
Der Wassererhitzer 225 ist im Inneren des Gehäuses 210 angeordnet. Der Erhitzer 225 weist eine Nominalleistung von 1.550 W auf und ist in der Lage, von der Wasserpumpe 230 erhaltenes Wasser von einer Ausgangstemperatur von ungefähr 20°C auf eine Betriebstemperatur von ungefähr 85°C in weniger als einer Minute zu erhitzen. Bevorzugt beträgt die Verweilzeit zwischen dem Ende eines Ausgabezyklus und der Fähigkeit des Erhitzers 225 wieder in der Lage zu sein, einen nachfolgenden Ausgabezyklus zu beginnen, weniger als 10 Sekunden. Der Erhitzer hält die gewählte Temperatur während des Ausgabezyklus innerhalb eines Bereichs von plus oder minus 2°C. Wie in folgenden erörtert, kann das Wasser für den Ausgabezyklus zum Patronenkopf 250 mit 83°C oder 93°C zugeführt werden. Der Erhitzer 225 ist in der Lage, die Zuführtemperatur von einer nominalen Wassertemperatur von 85°C schnell auf entweder 83°C oder 93°C einzustellen. Der Erhitzer 225 umfasst einen Überhitzungsschalter, der den Erhitzer abschaltet, wenn die Temperatur 98°C überschreitet. Das vom Erhitzer 225 abgegebene Wasser wird mittels eines Dreiwegeventils zum Patronenkopf 250 und zur Patrone 1 geführt. Wenn der Druck des Wasserflusses akzeptabel ist, wird das Wasser in die Patrone 1 geführt. Wenn der Druck unter oder über vorbestimmten Grenzen liegt, dann wird das Wasser mittels des Dreiwegeventils in die Tropfwannenauffangaufnahme 270 umgeleitet.
Der Luftkompressor 235 ist operativ mittels eines Einwegeventils mit dem Patronenkopf 250 verbunden und wird durch den Steuerungsprozessor gesteuert. Der Luftkompressor 235 stellt eine maximale Flussrate an Luft von 500 ml/min bei 1,0 bar zur Verfügung. Im Gebrauch wird ein Arbeitsvolumen von 35 ml auf 2,0 bar unter Druck gesetzt. Bevorzugt kann der Luftkompressor 235 zwei Flussraten erzeugen: eine schnelle (oder maximale) Flussrate und eine langsame Flussrate.
Der Steuerungsprozessor der Getränkezubereitungsmaschine 201 umfasst ein Verarbeitungsmodul und einen Speicher. Der Steuerungsprozessor ist operativ mit dem Wassererhitzer 225, der Wasserpumpe 230, dem Luftkompressor 235 und der Benutzerschnittstelle 240 verbunden, und steuert deren Betrieb.
Der Speicher des Steuerungsprozessors beinhaltet eine oder mehrere Variablen für einen oder mehrere Betriebsparameter für die Getränkezubereitungsmaschine 201. In der dargestellten Ausführungsform sind die Betriebsparameter die Temperatur des durch die Getränkepatrone 1 während des Betriebsstadiums durchgeführten Wassers, die Geschwindigkeit des Ladens der Getränkepatrone 1, das Vorhandensein oder sonstiges eines Durchtränkschrittes, das abgegebene Gesamtvolumen des Getränks, die Flussrate des Wassers während des Ausgabestadiums, und die Flussrate und Dauer des Reinigungsstadiums.
Die Variablen für die Betriebsparameter werden im Speicher gespeichert. Die Patrone 1 umfasst einen auf ihr oder in ihr vorgesehenen Code, der die für die optimale Ausgabe des Getränks in jener Patrone 1 notwendigen Betriebsparameter darstellt. Der Code ist im binären Format und umfasst eine Vielzahl von Datenbits, die den im Speicher des Steuerungsprozessors gespeicherten Variablen entsprechen. Tabelle 3 veranschaulicht, wie 13 Datenbits verwendet werden können, um die notwendigen Variablen für die oben beschriebenen Betriebsparameter darzustellen. Tabelle 3
Der Code an oder in der Patrone 1 wird normalerweise ein oder mehrere Extradatenbits zur Fehlerprüfung umfassen. In einem Beispiel ist ein 16 Bit-Code vorgesehen. Z.B. würde unter Verwendung der in Tabelle 3 aufgelisteten Variablen eine Patrone 1, die den Code „1000100011110" trägt, die folgenden Betriebsparameter aufweisen:

10 Wassertemperatur von 83°C

00 schnelles Laden mit Durchtränken

1000 ausgegebenes Getränkevolumen von 150 ml

111 Flussrate gleich 100%

10 schnelles Luftflussreinigen/kurze Dauer
Daher speichert, anders als in vorherigen Getränkezubereitungsmaschinen, der Speicher des Steuerungsprozessors keine Betriebsanweisungen für die Getränkepatronen basierend auf der Patronenart, d.h. Anweisungen für eine Kaffeepatrone, Anweisungen für eine Schokoladenpatrone, Anweisungen für eine Teepatrone usw. Stattdessen speichert der Speicher des Steuerungsprozessors Variablen zum Einstellen der individuellen Betriebsparameter des Ausgabezyklus. Dies hat eine Anzahl von Vorteilen. Zuerst kann ein größerer Grad an Kontrolle über den Ausgabezyklus ausgeübt werden. Z.B. können geringfügig abweichende Betriebsparameter für verschiedene Qualitäten oder Mischungen von Kaffee verwendet werden, statt dieselben Parameter für alle Arten von Kaffee zu verwenden. Vorherige Codierlösungen, die sich auf das Speichern von Anweisungen mittels Patronenart anstatt mittels individueller Parameter verlassen haben, sind für solche geringfügigen Unterschiede bei den Ausgabezyklen für ähnliche Getränkearten ungeeignet, da sie schnell den verfügbaren Speicherraum im Codiermedium und im Steuerungsprozessor verbrauchen. Zweitens erlaubt es das Codierverfahren, neue Getränkepatronenarten in bereits existierenden Getränkezubereitungsmaschinen zu verwenden, selbst dort, wo die Betriebsparameter für den Ausgabezyklus für die neue Getränkepatrone 1 lediglich nach dem Verkauf der Getränkezubereitungsmaschine 201 festgelegt werden. Dies liegt daran, dass der Steuerungsprozessor der Getränkezubereitungsmaschine 201 nicht erkennen muss, dass es sich um ein Getränk einer neuen Art handelt. Stattdessen werden die Betriebsparameter des Ausgabezuklus ohne direkten Bezug auf die Getränkeart festgelegt. Daher stellt das Codierverfahren der vorliegenden Erfindung hervorragende Rückwärtskompatibilität der Getränkezubereitungsmaschinen für neue Getränkearten zur Verfügung. Im Gegensatz dazu ist der Hersteller bei Maschinen des Stands der Technik darauf beschränkt, eine neue Getränkeart unter Verwendung der bereits existierenden Ausgabezyklen auszugeben, sowie sie von den Maschinen auf dem Markt bestimmt sind.
Der Patronenkopf 250 ist in 29 bis 42 gezeigt. Der Patronenhalter 251 des Patronenkopfes 250 umfasst einen festen unteren Teil 255, einen drehbaren oberen Teil 256 und eine schwenkbare Patronenbefestigung 257, die zwischen dem festen unteren Teil 255 und dem drehbaren oberen Teil 256 positioniert ist. Der obere Teil 256, der untere Teil 255 und die Patronenbefestigung 257 drehen sich um eine gemeinsame Scharnierachse 258. 39 bis 42 zeigen einen Patronenhalter 251, wobei einige Komponenten der Maschine 201 aus Klarheitsgründen weggelassen wurden.
Der drehbare obere Teil 256 und die schwenkbare Patronenbefestigung 257 werden relativ zum festen unteren Teil 255 mittels eines Klemmmechanismus 280 bewegt. Der Verschlussmechanismus 280 der vorliegenden Erfindung 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 schwenkbar am oberen Teil 256 an zwei Drehpunkten 283 befestigt ist, jeder auf einer Seite des Patronenhalters 251.
Der zweite Teil des Klemmhebels umfasst zwei über-zentrische Arme 282 (overcenter arm, einen auf jeder Seite des Patronenhalters 251, die jeweils drehbar am oberen Teil 256 an einem zweiten Drehpunkt 285 angebracht sind, der auf der den oberen Teil 256 mit dem festen unteren Teil 255 koppelnden Scharnierachse 258 angeordnet ist. Jeder über-zentrische Arm 282 ist ein hin und her bewegliches Element, das einen Zylinder 282a, einen Schaft 282b und eine elastische Hülse 282c umfasst. Der Zylinder 282a weist eine interne Bohrung auf und ist drehbar an einem Ende an der Scharnierachse 258 befestigt. Ein erstes Ende des Schafts 282b wird gleitend in der Bohrung des Zylinders 282a aufgenommen. Das entgegengesetzte Ende des Schafts 282b ist drehbar am U-förmigen Arm 281 an einem dritten Drehpunkt 286 befestigt. Die dritten Drehpunkte 286 sind nicht mit dem oberen Teil 256 und dem unteren Teil 255 verbunden und sind relativ zu diesen frei beweglich. Die elastische Hülse 282c ist außerhalb auf dem Schaft 282b befestigt und erstreckt sich bei Gebrauch zwischen Anschlagsoberflächen auf dem Zylinder 282a und dem Schaft 282b. Die elastische Hülse 282c erlaubt die Verkürzung des über-zentrischen Arms 282, spannt jedoch den über-zentrischen Arm 282 in eine ausgestreckte Stellung vor. Die Bewegung der dritten Drehpunkte 286 zur Scharnierachse 258 hin und von ihr weg ist dadurch durch die Relativbewegung der Schäfte 282b in den Zylindern 282a möglich. Die elastischen Hülsen 282c sind bevorzugt aus Silikon gebildet.
Der U-förmige Arm 281 erstreckt sich um die Vorderseite des Patronenhalters 251 und umfasst zwei nach unten hängende Hakenelemente 287, eines auf jeder Seite des Patronenhalters 251, wobei jedes eine Nockenfläche 288 umfasst, die der Scharnierachse 258 zugewandt ist. Der feste untere Teil 255 des Patronenhalters 251 ist mit zwei Nocken 259 oder Rasten versehen, die an jeder Seite des unteren Teils 255 an oder in der Nähe von seiner Vorderkante 260 angeordnet sind und die allgemein mit den Hakenelementen 287 ausgerichtet sind.
Wie in 39 gezeigt, kann der U-förmige Arm 281 aus einem Stück Kunststoffform gebildet sein, und einen ergonomischen Handgriff sowie die ganzheitlich mit dem Arm ausgebildeten Hakenelemente 287 umfassen.
Die Patronenbefestigung 257 ist drehbar zwischen dem oberen und dem unteren Teil 255, 256 des Patronenhalters 251 angebracht. Die Befestigung 257 ist mit einer im wesentlichen kreisförmigen Vertiefung 290 versehen, die bei Gebrauch die Getränkepatrone 1 aufnimmt. Die Vertiefung 290 beinhaltet eine Unregelmäßigkeit 291 zur Aufnahme des Griffabschnitts 24 der Getränkepatrone 1, die auch wirkt, um eine Drehung der Getränkepatrone 1 im Patronenhalter 251 zu verhindern. Die Patronenbefestigung 257 ist relativ zum festen unteren Ende 255 gefedert, sodass die Patronenbefestigung 257 in der offenen Position, wie in 41 gezeigt, durch die Vorspannung keinen Kontakt mit dem festen unteren Teil 255 hat und so die Patronenbefestigung 257 kontaktlösend von den Auslass- und Einlassdurchstechelementen 254, 253 weg bewegt wird. Die Patronenbefestigung 257 ist mit einer Öffnung 292 versehen, um dadurch den Einlass- und Auslassdurchstecher 253, 254 und einen Kopf 300 der Patronenerkennungsvorrichtung 252 aufzunehmen, wenn die Patronenbefestigung 257 in die geschlossene Position bewegt wird.
Der obere Teil 255 umfasst einen allgemein kreisförmigen Körper 310, in dem ein kreisförmiges Sichtfenster 312 untergebracht ist, durch welches ein Verbraucher die Getränkepatrone 1 während eines Ausgabezyklus beobachten kann und auch visuell bestätigen kann, ob eine Patrone 1 in der Maschine 201 eingesetzt ist. Das Sichtfenster 312 ist tassenförmig mit einem nach unten gerichteten Rand 311, der mit dem Flansch 35 der Getränkepatrone 1 gegen den unteren Teil 256 in Eingriff kommt, wenn der Patronenhalter 251 geschlossen ist. Gleichzeitig berührt das Fenster 312 die geschlossene Oberseite 11 der Patrone 1. Eine Wellfeder (nicht gezeigt) ist zwischen dem Sichtfenster 312 und dem kreisförmigen Körper 310 positioniert, um das Sichtfenster 312 in die Lage zu versetzen, sich um einen geringen Betrag axial relativ zum kreisförmigen Körper 310 zu bewegen. Der vom Rand 311 auf den Flansch 35 ausgeübte Druck und der vom Fenster 312 auf den Rand 311 ausgeübte Druck stellt eine Fluid-dichte Abdichtung zwischen der Patrone 1 und dem Patronenhalter 251 sicher.
Der untere Teil 255 umfasst die Einlass- und Auslassdurchstecher 253, 254 und den Kopf 300 der Patronenerkennungsvorrichtung 252. Der Einlassdurchstecher 253 umfasst ein hohles, nadelähnliches Rohr 260 mit einem geschärften Ende 261 zum Durchstechen des Laminats 5 der Getränkepatrone 1 beim Gebrauch. Der Einlassdurchstecher 253 befindet sich in flüssiger Verbindung mit einer Wasserleitung 262, wie in 42 gezeigt, welche durch den unteren Teil 255 führt und mit einer Auslassleitung 263 des Wassererhitzers 225 verbunden ist. Der Auslassdurchstecher 254 ist ähnlicher Art zum Auslassdurchstecher, der in den europäischen Patenten EP 0 389 141 und EP 0 334 572 des Anmelders beschrieben ist, und umfasst einen Zylinder 264 mit offenem Ende und kreisförmigem oder D-förmigem Querschnitt mit Abmessungen, die größer sind als der Ausgabeschnabel 43. Ein bogenförmiger Abschnitt 265 des oberen Endes des Auslassdurchstechers 254 ist gezackt, um das Laminat der Getränkepatrone 1 zu durchstechen und schließlich zu schneiden. Der Rest des oberen Endes ist longitudinal vom Zylinder zurückgeschnitten, und zwar mindestens zur Basis der Zähne 266 des gezackten Abschnitts, um das geschnittene Laminat 5 weg von der Auslassöffnung zu falten oder zu ziehen, bevor das Getränk hierdurch ausgegeben wird. Der Auslassdurchstecher 254 durchsticht das Laminat 5 außerhalb des Ausgabeschnabels 43 und ruht, wenn die Patronenbefestigung 257 sich in der geschlossenen Position befindet, im Ring zwischen dem Ausgabeschnabel 43 und der äußeren Wand 42 des Ausgabetrichters 40. Der Auslassdurchstecher 254 faltet das geschnittene Laminat 105 in den Ring zurück. Dadurch werden sowohl der Auslassdurchstecher 254 als auch das geschnittene Laminat 105 aus dem Weg des ausgegebenen Getränks gehalten.
Der Auslassdurchstecher 254 ist von einer Leiste 254a umgeben, die relativ zu ihrer Umgebung um 0,5 mm angehoben ist.
Vorteilhafterweise ist der Auslassdurchstecher 254 vom unteren Teil 255 entfernbar, um es zu ermöglichen, dass er gründlich gereinigt wird, z.B. in einer Geschirrspülmaschine. Der entfernbare Auslassdurchstecher 254 ist in einer Vertiefung 267 im unteren Teil 255 aufgenommen, wo er gelagert ist. Der Einlassdurchstecher 253 und/oder der Auslassdurchstecher 254 können aus einem Metall, wie z.B. Edelstahl oder aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Vorteilhafterweise wird die Verwendung von Kunststoffschneideelementen durch die Verwendung eines Laminats 5 ermöglicht, das in der Lage ist, von einem nichtmetallischen Material durchstochen und geschnitten zu werden. Dementsprechend können die Durchstecher 253, 254 weniger scharf gemacht werden, was das Risiko einer Verletzung seitens des Verbrauchers verringert. Zusätzlich sind Kunststoffdurchstechelemente nicht dem Rosten unterworfen. Bevorzugt sind der Einlassdurchstecher 253 und der Auslassdurchstecher 254 als einzelne, ganzheitliche Einheit ausgebildet, die aus dem unteren Teil 255 entfernbar ist.
Beim Gebrauch ist der obere Teil 256 des Patronenhalters 251 aus einer offenen Position, in welcher er vertikal oder zur Vertikalen hin orientiert ist, wie in 36 gezeigt, in eine geschlossene Position beweglich, in welcher er im wesentlichen horizontal und im Eingriff mit dem unteren festen Teil 255 und der Patronenbefestigung 257 orientiert ist. Der obere Teil 256 wird von der offenen zur geschlossenen Position bewegt, indem der Klemmhebel betätigt wird. Um den oberen Teil 256 zu schließen, ergreift ein Benutzer den Klemmhebel am U-förmigen Arm 281 und zieht ihn hinab. Daraufhin dreht sich der obere Teil 256, der zuerst den Rand 311 des Sichtfensters 312 mit dem Flansch 35 der Getränkepatrone 1 in der Patronenbefestigung 257 in Berührung bringt und/oder das Fenster 312 selbst mit der geschlossenen Oberseite 11 der Patrone 1 in Berührung bringt. Weitere Drehung des oberen Teils 256 dreht den oberen Teil 256 und die Patronenbefestigung 257 nach unten in Kontakt mit dem unteren Teil 255. Eine weitere Drehung des U-förmigen Arms 281 bewirkt, dass sich der U-förmige Arm 281 relativ zum oberen Teil 256 und zum unteren Teil 255 dreht, was dazu führt, dass die Hakenelemente 287 des oberen Teils 256 mit den Nocken 259 des unteren Teils 255 eingreifen, wobei die Nockenflächen 288 über die Nocken 259 drübergleiten. Während dieses letzten Stadiums der Drehung ist die Patrone 1 zwischen der Patronenbefestigung 257 und dem Sichtfenster 312 zusammengedrückt. Als Ergebnis wird das Sichtfenster 312 axial relativ zum kreisförmigen Körper 310 des oberen Teils 256 gegen die Spannung der Wellfeder bewegt. Diese Bewegung erlaubt eine Aufnahme von Toleranzen in der Getränkepatrone 1 und der Getränkezubereitungsmaschine und stellt sicher, dass die Menge der auf die Patrone aufgewendeten Kompressionskraft innerhalb eines akzeptablen Bereichs gehalten wird. Die Klemmkraft des Mechanismus, durch die Wirkung der Wellfeder gemildert, stellt einen Klemmdruck von 130 bis 280 N auf die Patrone sicher. Bevorzugt beträgt die Kraft ungefähr 200 N. Eine Kraft von weniger als ungefähr 130 N stellt keine adäquate Abdichtung bereit, während eine Kraft größer als ungefähr 280 N zum plastischen Versagen der Komponenten der Patrone 1 führt. Während des Schließens des Patronenkopfes ist das Laminat 5 der Patrone 1 gespannt, während es mit der Leiste 254a in Kontakt gebracht wird, die den Auslassdurchstecher 254 umgibt, was das Laminat 5 dazu veranlasst, sich aus der Ebene heraus zu biegen, wenn das distale Ende des äußeren Rohrs 42 des zylindrischen Trichters um 0,5 mm relativ zum Flansch 35 nach oben bewegt wird. Diese Bewegung stellt auch sicher, dass die große Mehrheit der auf die Patrone aufgewandten Kompressionskraft durch den mittleren Bereich der Patrone 1 über das Last tragende innere Element 3 wirkt. In der geschlossenen Position wird die Patrone 1 daher mittels der Rands 311 des Sichtfensters 312 um den Flansch 35 geklemmt und ist durch den Kontakt mit dem Sichtfenster 312 und der Leiste 254a fest zwischen der geschlossenen Oberseite 11 der Patrone und dem äußeren Rohr 42 des inneren Elements 3 festgeklemmt. Diese Klemmkräfte helfen dabei, ein Versagen der Patrone 1 während der unter Drucksetzung zu verhindern, und stellen auch sicher, dass das innere Element 3 und das äußere Element 2 vollständig relativ zueinander in Position sitzen und somit alle inneren Leitungen und Öffnungen ihre beabsichtigten Abmessungen selbst während der unter Drucksetzung des Innenraums beibehalten.
Eine imaginäre Führungslinie kann zwischen dem ersten und zweiten Drehpunkt 283, 285 des Patronenhalters 251 gezogen werden. Wie in 41 ersichtlich ist, sind in der offenen Position die dritten Drehpunkte 286 auf der Seite der Führungslinie gelegen, die dem festen unteren Teil 255 am nächsten liegt. Während der obere Teil 256 die geschlossene Position erreicht, treten die dritten Drehpunkte 286 des Klemmhebels durch die Führungslinie, die den ersten und zweiten Drehpunkt 283, 285 verbindet, zur entgegengesetzten Seite der Linie, die am weitesten vom festen unteren Teil 255 entfernt ist. Demnach „schnappt" der U-förmige Arm 281 aus einer ersten stabilen Position in eine zweite stabile Position. Dieser Schnappvorgang wird durch das Verkürzen der überzentrischen Arme 282 und die folgliche Kompression der elastischen Hülsen 282c aufgenommen. Sobald die dritten Drehpunkte 286 über die imaginäre Führungslinie getreten sind, führt die Rückstellung (Erholung) der elastischen Hülsen 282c dazu, dass die Bewegung der dritten Drehpunkte 286 weg von der imaginären Führungslinie fortfährt. Der Klemmhebel weist somit eine bistabile Betätigung auf, wobei der Hebel in der offenen oder geschlossenen Position stabil ist, aber an dem Punkt unstabil ist, wenn die dritten Drehpunkte 286 auf der imaginären Führungslinie liegen, die den ersten und zweiten Drehpunkt 283, 285 verbindet. Daher stellt die Schnappwirkung des Klemmhebels einen positiven Verschlussmechanismus zur Verfügung, der zu einem definitiven Verschlussvorgang führt, wobei im Endstadium der Drehung des Klemmhebels die Schnappwirkung des U-förmigen Arms 281 und des zweiten Arms 284 die Hakenelemente 287 fest in Eingriff mit den Nocken 259 drängt. Zusätzlich stellen die elastischen Hülsen 282c einen Widerstand gegen das Wiederöffnen des oberen Teils 256 zur Verfügung, da eine minimale Kraft notwendig ist, um die Hülsen 282c ausreichen zusammenzudrücken, damit sich die dritten Drehpunkte 286 zurück in Ausrichtung mit der Führungslinie bewegen, die den ersten und zweiten Drehpunkt 283, 285 verbindet. Vorteilhafterweise verhindert das Eingreifen des Hakenelements 287 und des Nockens 259 die Trennung des oberen und unteren Teils mit anderen Mitteln außer Drehung des Klemmhebels. Dies ist nützlich beim Verhindern des Öffnens des Patronenkopfes 250 während des Betriebs, wenn der Patronenkopf 250 der internen Druckbildung ausgesetzt ist.
Der Zweck der Patronenerkennvorrichtung 252 ist, es der Maschine 201 zu erlauben, die Art der Getränkepatrone 1, die eingesetzt worden ist, zu erkennen und einen oder mehrere Betriebsparameter dementsprechend einzustellen. In einer typischen Ausführungsform umfasst die Patronenerkennvorrichtung 252 einen optischen Barcodeleser, der einen auf dem Laminat 5 der Getränkepatrone 1 vorgesehenen gedruckten Barcode 320 liest, wie in 45 gezeigt. Der Barcode 320 ist aus einer Vielzahl von Strichen kontrastierender Farben gebildet. Bevorzugt sind die Striche schwarz auf einem weißen Hintergrund, um den Kontrast zu maximieren. Der Barcode 320 muss nicht einem veröffentlichten Standard konform sein, jedoch kann ein Standardformat für Barcodes, wie z.B. EAN-13, UPC-A oder Interleaf 2 von 5 verwendet werden. Der optische Barcodeleser umfasst eine oder mehrere LEDs 321, um den Barcode 320 zu beleuchten, eine Fokussierlinse 322, um ein Bild des Barcodes aufzunehmen, eine Ladungsträger-gekoppelte Schaltung (CCD) 323 zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das das aufgenommene Bild repräsentiert, und Versorgungsschaltkreise für die LEDs und das CCD. Der Raum in dem unteren Teil zur Aufnahme des Barcodelesers ist beschränkt. Ein Spiegel oder Spiegel 324 können verwendet werden, um das Licht von den LEDs 321 zu einer Fokussierlinse zu reflektieren, die nicht im unteren Teil 255 gelegen ist. Schematische Anordnungen sind in den 44a und 44b gezeigt. Der untere Teil 255 umfasst eine Öffnung 326, die die selbe Größe wie der Barcode 320 auf der Getränkepatrone 1 aufweist. Bei Gebrauch werden die erzeugten elektrischen Signale von einer signalverarbeiteten Software dekodiert und die Ergebnisse an den Steuerungsprozessor weitergeleitet. Die Software kann erkennen, ob das Lesen des Barcodes Fehler enthält. Der Barcode 320 kann mehrere Male wiederholt gescannt werden, bevor dem Verbraucher eine Fehlermeldung präsentiert wird. Wenn die Maschine 201 nicht in der Lage ist, den Barcode zu lesen, ist der Verbraucher in der Lage, die Getränkepatrone 1 zur Ausgabe eines Getränks zu verwenden, indem ein manueller Betriebsmodus verwendet wird.
Der Patronenkopf 250 beinhaltet auch einen Patronensensor zum Erfassen, ob eine Patrone im Patronenhalter 251 vorhanden ist.
Der Patronenkopf 250 beinhaltet auch einen Verriegelungssensor, der erfasst, ob der Patronenhalter 251 richtig geschlossen ist. Bevorzugt umfasst der Verriegelungssensor einen Mikroschalter, der ausgelöst wird, wenn der Patronenhalter 251 geschlossen und verriegelt wird. Bevorzugt sind der Patronensensor und der Verriegelungssensor in Reihe geschaltet, so dass die Ausgabe beider Sensoren erfüllt sein muss, d.h. die Patrone vorhanden und der Mechanismus verriegelt sein muss, bevor der Ausgabezyklus begonnen werden kann.
Der Betrieb der Maschine 201 umfasst das Einsetzen einer Getränkepatrone 1 in den Patronenkopf 250, das Durchführen eines Ausgabezyklus, bei dem das Getränk ausgegeben wird, und das Entfernen der Patrone 1 aus der Maschine.
Das Betriebsverhalten der Maschine 201 wird von der im Steuerungsprozessor eingebetteten Software bestimmt. Der Betrieb der Maschine kann mit Hilfe von "Zuständen" beschrieben werden, wobei sich die Maschine 201 normalerweise in einem bestimmten Zustand befinden wird, bis ein Ereignis eintritt, um den Zustand zu ändern, ein Schritt, der Zustandsübergang genannt wird.
Tabelle 4 zeigt eine Zustandsübergangstabelle, die die Zustände und Zustandübergange für eine Ausführungsform der Getränkezubereitungsmaschine 201 veranschaulicht.
Das folgende Beispiel veranschaulicht einen Ausgabezyklus, um die Verwendung der Zustandsübergänge durch den Steuerungsprozessor beispielhaft darzustellen.
Es wird angenommen, dass die Maschine 201 anfänglich ausgeschaltet ist und keine Patrone 1 in dem Patronenkopf 250 eingesetzt ist. Wenn die Maschine 201 eingeschaltet wird, befindet sich der Steuerungsprozessor im Zustand 1. Der Wassererhitzer 225 wird angeschaltet. Sobald die Temperatur 85°C erreicht, geht der Steuerungsprozessor in den Zustand 2 über. Wenn zu irgendeiner Zeit während des Zustands 1 oder 2 der Patronenhalter 251 geschlossen wird, wird der Verriegelungssensor ausgelöst, um ein Signal zum Steuerungsprozessor zu senden, das anzeigt, dass der Patronenhalter 251 richtig geschlossen ist. Der Steuerungsprozessor fragt dann den Patronensensor ab, indem er eine "read pod"-Anweisung aussendet. Der Patronensensor antwortet mit einem Signal an den Steuerungsprozessor, das anzeigt, ob eine Patrone im Patronenhalter 251 in Position ist. Wenn keine Patrone vorhanden ist, geht der Steuerungsprozessor in den Zustand 3 über, wo er in einem Bereitschaftszustand verbleibt, bis der Patronenhalter 251 wieder geöffnet wird, zu welchem Zeitpunkt der Steuerungsprozessor zurück in den Zustand 2 übergeht. Wenn eine Patrone im Zustand 2 vorhanden ist, dann geht der Steuerungsprozessor in den Zustand 4 über und der Betrieb wird automatisch begonnen. Während der Zustände 4 bis 9 wird die Wassertemperatur im Hintergrund kontrolliert, um innerhalb des erforderten Toleranzbereichs der gewünschten Temperatur zu bleiben, so wie sie von den Betriebsparametern festgelegt wird, die durch den Barcode auf der Getränkepatrone 1 gegeben sind. Sobald das Ausgabestadium vollendet ist, wird eine Luftreinigung im Zustand 8 begonnen. Sobald die Luftreinigung vollendet ist, ist der Betriebszyklus vollendet und die Maschine tritt im Zustand 10 in den Standby-Modus. Wenn während des Betriebs ein Fehler auftritt, dann geht der Prozessor in den Zustand 11 über. Wenn ein niedriges Wasserniveau entdeckt wird, dann geht der Prozessor in den Zustand 12 über.
Um die Patrone 1 einzusetzen, wird der Patronenhalter 251 wie oben beschrieben geöffnet, um die Patronenbefestigung 257 aufzudecken. Die Patrone 1 wird dann auf der Patronenbefestigung 257 platziert, die innerhalb der Vertiefung 290 aufgenommen ist, so dass der Griff 24 der Patrone sich in der Unregelmäßigkeit 291 befindet. Der optische oder magnetische Barcode 320 der Patrone 1 wird direkt über die Öffnung 326 in der Patronenbefestigung 257 orientiert. Der Patronenhalter 251 wird dann durch Betätigen des Klemmhebels wie oben beschrieben geschlossen. Während des Verschließens durchstechen die Einlass- und Auslassdurchstecher 253, 254 das Laminat 5 der Patrone 1, um den Patroneneinlass 121 und -auslass 122 zu bilden. Es sollte angemerkt werden, dass die Durchstecher 253, 254 während des Betriebs statisch bleiben und es die Patrone 1 ist, die relativ zu den Durchstechern bewegt wird. Wie oben beschrieben wird das von dem Auslassdurchstecher 254 geschnittene Laminat 5 nach oben in einen den Ausgabeschnabel 43 umgebenden Ring gefaltet. Wenn er geschlossen ist, greift der Patronenhalter 251 die Patrone 1 um den Rand 35 zwischen der Patronenbefestigung 257 und dem oberen Teil 256 und zwischen dem Fenster 311 und der Oberseite 11 der Patrone 1, um eine Fluid-dichte Versiegelung ausreichender Festigkeit zu bilden, um den während des Ausgabezyklus entwickelten Drücken standzuhalten.
Um den Betriebszyklus zu beginnen, betätigt der Verbraucher den Start/Stopp-Knopf 241.
Der Betriebszyklus umfasst die Schritte der Patronenerkennung und den Ausgabezyklus.
Die Patronenerkennung wird von der optischen Patronenerkennungsvorrichtung 252 wie oben beschrieben durchgeführt, unter der Annahme, dass die Ausgaben des Patronensensors und des Verriegelungssensors befriedigend sind. Sobald der Barcode 320 dekodiert wurde, werden die Betriebsparameter der Maschine 201 durch den Steuerungsprozessor eingestellt. Der Ausgabezyklus wird dann automatisch begonnen.
Der Ausgabezyklus hat vier Hauptstadien, nicht alle von denen für alle Getränkearten verwendet werden:

(I) Vor-Nässen
(II) Pause
(III) Aufbrühen/Mischen
(IV) Reinigen

Im Vor-Näss-Stadium wird die Patrone 1 über die Wasserpumpe 230 mit Wasser aus dem Wasseraufbewahrungstank 220 geladen. Das Aufladen mit Wasser veranlasst das Durchtränken der Getränkezutaten 200 in der Filtrationskammer 130. Das Laden kann mit einer "schnellen" Flussrate von 600 ml/min oder einer "langsamen" Flussrate von 325 ml/min stattfinden. Die langsame Laderate ist besonders für Patronen nützlich, die viskose flüssige Getränkezutaten enthalten, bei denen die Zutaten einige Verdünnung erfordern, bevor sie in der Lage sind mit einer höhervolumigen Flussrate gepumpt zu werden. Das in die Patrone 1 eingespritzte Wasservolumen wird so gewählt, dass sichergestellt wird, dass Wasser oder Getränk während diese Stadiums nicht aus dem Patronenauslass 122 heraustropfen.
Das Pausen-Stadium erlaubt es den Getränkezutaten 200, in dem während der Vor-Näss-Phase eingespritzten Wasser für eine vorbestimmte Zeitdauer durchtränkt zu werden. Sowohl das Vornässen als auch das Durchtränkstadium erhöhen bekannterweise die Ausbeute an aus den Getränkezutaten 200 extrahiblen Substanzen und verbessern den Endgeschmack des Getränks. Das Vornässen und das Durchtränken werden insbesondere verwendet, wo die Getränkezutaten gerösteter und gemahlener Kaffee sind.
Im Aufbrüh-Mischstadium wird Wasser durch die Patrone 1 geführt, um das Getränk aus den Getränkezutaten 200 zu erzeugen. Die Temperatur des Wassers wird vom Steuerungsprozessor bestimmt, der Anweisungen an den Wassererhitzer 225 sendet, um das aus dem Wassertank 222 in den Patronenkopf 250 tretende Wasser zu erhitzen. Wasser tritt durch die Leitung 262 über das Einlassventil in den unteren Teil 255 des Patronenhalters 251 und über den Einlassdurchstecher 253 in die Einlasskammer 226 der Getränkepatrone 1. Das Aufbrühen und/oder Mischen und nachfolgende Ausgeben des Getränks aus der Getränkepatrone 1 vollzieht sich wie oben unter Bezug auf die Versionen der Getränkepatrone 1 beschrieben.
Die Luftreinigung umfasst das Blasen von unter Druck stehender Luft durch die Getränkezubereitungsmaschine und die Getränkepatrone 1, um sicherzustellen, dass das gesamte Getränk ausgegeben wurde und dass der Flussweg frei ist und für die Ausgabe eines anderen Getränks bereit ist. Die Luftreinigung beginnt nicht sofort nach Beendigen des Aufbrüh-/Mischstadiums, um zu erlauben, dass der Großteil des Fluids den Flussweg verlässt. Dies verhindert eine nicht akzeptable Druckspitze im Innendruck bei Beginn der Luftreinigung.
Bei Normalbetrieb stoppt ein Benutzer die Maschine 201, in dem er den Start/Stoppknopf 241 betätigt.
Sobald der Betriebszyklus vollendet wurde, entfernt der Verbraucher die Patrone 1, indem er den Patronenhalter 251 öffnet und die Patrone von Hand entfernt und entsorgt. Alternativ kann die Maschine 201 mit einem automatischen Auswurfmechanismus zum automatischen Entfernen der Patrone versehen werden, wenn der Patronenhalter 251 geöffnet wird.
Die Zubereitungszeiten für Getränke unter Verwendung der Maschine 201 und der Patronen 1 betragen typischerweise zwischen 10 und 120 Sekunden, bevorzugt 30 bis 40 Sekunden für gerösteten und gemahlenen Kaffee, zwischen 5 und 120 Sekunden, bevorzugt 10 bis 20 Sekunden für Schokolade und zwischen 5 und 120 Sekunden bevorzugt 10 bis 20 Sekunden für Milch.
Die Maschine 201 kann auch vorteilhafterweise einen Speicher umfassen, der in operativer Verbindung mit dem Steuerungsprozessor steht, welcher die Informationen über die Art des von einem Benutzer ausgegebenen Getränks speichert. Der Betriebszyklus der Maschine 201 kann dann für die nächste Patrone 1 eingestellt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, dort wo zwei oder mehr Getränkepatronen 1 nacheinander verwendet werden, um ein Getränk zu bilden. Zum Beispiel kann eine Kaffeepatrone ausgegeben werden, gefolgt von einer Milchpatrone, um ein Cappuccinogetränk zu bilden.
Alternativ könnte eine Schokoladenpatrone verwendet werden, gefolgt von einer Milchpatrone zum Erzeugen eines cremigen heißen Schokoladegetränks. Durch Verwenden eines Speichers, der Informationen über das erste ausgegebene Getränk speichert, kann die Art und Weise der Ausgabe der zweiten Patrone, zum Beispiel einer Milchpatrone, abgewandelt werden, um ein optimales Getränk zu erhalten. Im obigen Beispiel kann die für die heiße Schokolade ausgegebenen Milch typischerweise weniger verdünnt werden als Milch, die zu Kaffee hinzugefügt wird. Zusätzlich kann die für die Schokolade ausgegebene Milch mit einer niedrigeren Flussrate ausgegeben werden, um den Schäumungsgrad des Getränks zu verringern. Viele Kombinationen von Patronen und Betriebsparametern sind möglich, wie dem Fachmann offensichtlich sein wird. Zusätzlich kann der Speicher verwendet werden, um es der Maschine 201 zu erlauben, die Getränkeart "vorherzusagen", welche ein Benutzer als nächstes ausgeben will. Wenn zum Beispiel ein Benutzer hauptsächlich eine Getränkeart tränkt, dann kann die Maschine den Wassererhitzer anweisen, auf der optimalen Temperatur für jene Getränkeart zu verbleiben.

Claims

Patrone (1), die eine oder mehrere Getränkezutaten (200) enthält und aus im Wesentlichen luft- und wasserundurchlässigen Materialien gebildet ist, wobei die Patrone eine die eine oder mehreren Getränkezutaten enthaltende Aufbewahrungskammer (130, 134) und eine Verteilerkammer (16) definiert, wobei die Patrone eine Öffnung (12) umfasst, durch welche die eine oder die mehreren Getränkezutaten in die Aufbewahrungskammer eingefüllt werden können, wobei die Öffnung von einem Deckel (5) verschlossen wird, der einen ersten, über der Verteilerkammer liegenden Abschnitt und einen zweiten, über der Aufbewahrungskammer liegenden Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt des Deckels im Gebrauch durchstechbar ist, um ein Einströmen eines wässrigen Mediums in die Verteilerkammer zu ermöglichen, und der Deckel im Gebrauch durchstechbar ist, um ein Ausströmen der Flüssigkeit zu ermöglichen, die durch Zusammenwirken des wässrigen Mediums und der einer. oder den mehreren Getränkezutaten in der Aufbewahrungskammer gebildet wird.
Patrone (1) nach Anspruch 1, weiter eine Ausgabekammer umfassend, über der ein dritter Abschnitt des Deckels (5) liegt, der in. Gebrauch durchstechbar ist, um die Ausströmung der Flüssigkeit zu erlauben, welche durch Zusammenwirken des wässrigen Mediums und der einen oder den mehreren Getränkezutaten in der Aufbewahrungskammer gebildet wird.
Patrone (1) nach Anspruch 2, wobei die Ausgabekammer eine Ausgabetülle (43) umfasst.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verteilerkammer (16) und die Aufbewahrungskammer (130, 134) von einer Trennwand (27) getrennt sind, die eine oder mehrere Öffnungen (17, 36) umfasst.
Patrone (1) nach Anspruch 4, wobei die Öffnungen (17, 36) so bemessen sind, dass sie den Durchtritt der einen oder der mehreren Getränkezutaten aus der Aufbewahrungskammer (130, 134) in die Verteilerkammer (16) verhindern.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verteilerkammer (16) mindestens teilweise die Aufbewahrungskammer (130, 134) umgibt.
Patrone (1) nach Anspruch 6, wobei die Verteilerkammer (16) im Wesentlichen die Aufbewahrungskammer (130, 134) umgibt.
Patrone (1) nach Anspruch 4, wobei die Verteilerkammer (16) im Wesentlichen die Aufbewahrungskammer (130, 134) umgibt und die Öffnungen (17, 36) im Wesentlichen entlang der gesamten Berührungsfläche zwischen der Verteilerkammer und der Aufbewahrungskammer vorgesehen sind.
Patrone (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Öffnungen (17, 36) eine Breite von zwischen 0,25 und 0,35 mm aufweisen.
Patrone (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Öffnungen (17, 36) eine Länge von zwischen 1,4 und 1,8 mm aufweisen.
Patrone (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei zwischen 20 und 40 Öffnungen (17, 36) vorgesehen sind.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verteilerkammer (16) einen Einlassabschnitt (26) umfasst, in welchen das wässrige Medium eingeführt wird, wobei der Einlassabschnitt (26) mit dem Rest der Verteilerkammer (16) über eine oder mehrere Öffnungen (30) in Verbindung steht.
Patrone (1) nach Anspruch 12, wobei der Einlassabschnitt (26) kreisförmig ist.
Patrone (1) nach Anspruch 2, wobei die Aufbewahrungskammer (130, 134) und die Ausgabekammer von einem inneren Element (3) getrennt sind.
Patrone (1) nach Anspruch 14, wobei das innere Element (3) eine oder mehrere Öffnungen (55, 85) umfasst.
Patrone (1) nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei das innere Element (3) einen Filter (4) umfasst, um den Durchtritt der einen oder der mehreren Getränkezutaten (200) aus der Aufbewahrungskammer (130, 134) in die Ausgabekammer verhindert, während der Durchtritt des Getränks hierdurch erlaubt wird.
Patrone (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Deckel (5) mit dem äußeren Element (2) und dem inneren Element (3) verbunden ist.
Patrone (1) nach Anspruch 17, wobei der Deckel (5) mit dem äußeren Element (2) um einen Rand der Patrone herum verbunden ist und der Deckel mit dem inneren Element (3) an oder in der Nähe einer Mitte der Patrone verbunden ist.
Patrone (1) nach Anspruch 18, wobei der Deckel (5) mit einer Ausgabetülle (43) des inneren Elements verbunden ist.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das äußere Element (2) eine größere Steifigkeit als der Deckel (5) aufweist.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stelle des Durchstechens des Deckels, um das Einströmen und Ausströmen zu erlauben, so ist, dass sich das durch die Patrone strömende wässrige Medium allgemein nach innen vom Einlass zum Auslass bewegt.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Patrone so geformt ist, dass das wässrige Medium durch die Aufbewahrungskammer in eine allgemein nach oben zeigende Richtung durchtritt.
Vielzahl von Patronen (1), mit jeder Patrone entsprechend einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Prozentausbeute des Getränks, das aus der einen oder den mehreren in den Patronen enthaltenen Getränkezutaten (200) hergestellt ist, innerhalb einer Standardabweichung von 1% übereinstimmt.
Verfahren zum Verwenden einer Patrone nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Patrone relativ zu einem oder mehreren statischen Stechelementen verschoben wird, um den Einlass und den Auslass in bzw. aus der Patrone zu bilden.