DE602004007880T2

DE602004007880T2 - Integrierte Kapsel zur Zubereitung eines Getränkes aus einer Pulversubstanz

Info

Publication number: DE602004007880T2
Application number: DE602004007880T
Authority: DE
Inventors: Furio Suggi Liverani; Luca Mastropasqua; Frans Van Eeden; Bruno Dellapietra
Original assignee: Illycaffe SpA
Current assignee: Illycaffe SpA
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2024-03-27
Also published as: EP1579791A1; DE602004007880D1; ES2290572T3; DK1579791T3; ATE368409T1; EP1579791B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Kartusche zum Extrahieren eines Getränkes aus einer Pulversubstanz, beispielsweise aus gemahlenen Kaffee, löslichen Kaffee, Tee, Schokoladen- oder Milchpulver und dergleichen.
Es ist bekannt, dass Maschinen zum Extrahieren eines Getränkes aus einer Pulversubstanz es üblicherweise erfordern, dass die Pulversubstanz in einem Filterbehälter bzw. einem Siebträger angeordnet wird, der in der Maschine eingebaut ist. Insbesondere weisen automatische/halbautomatische Espressokaffeemaschinen einen Filterbehälter auf, der auch als Filterhalter bezeichnet wird, in dem eine Dosis gemahlenen Kaffees platziert wird, bevor die Extraktion eines Kaffeegetränkes stattfindet.
Die üblichen Schritte zum Extrahieren eines Kaffeegetränkes in einer Espressokaffeemaschine, die im Wesentlichen äquivalent zu denen von anderen automatischen Maschinen zum Zubereiten eines Getränkes ausgehend von einer Pulversubstanz sind, weisen eine Phase des Zuführens von heißem Wasser unter einem geeigneten Druck in eine Extraktionskammer, die den Filterbehälter beinhaltet, eine Brühphase und eine Phase des Fortleitens des gebrühten Getränkes in eine externe Tasse oder ein Glas auf, wonach es zum Trinken bereit ist.
Gemahlener Kaffe sowie andere Pulversubstanzen zum Zubereiten gebrühter Getränke sind üblicherweise eine einmal zu verwendende Substanz, insofern als die organoleptischen Qualitäten, beispielsweise Geschmack, Aroma und Gehalt, des gebrühten Getränkes unwiederbringlich verloren sind, wenn der gemahlene Kaffee einmal durchtränkt wurde. Folglich ist bei Espressokaffeemaschinen und anderen Brühmaschinen die Pulversubstanz nach einem einzigen Brühen zu entfernen. Dies ist der Grund, weshalb der Filterbehälter, der eine Dosis gemahlenen Kaffees unterbringt, üblicherweise manuell aus der Espressokaffeemaschine entfernbar vorgesehen ist, um ein Entleeren des Behälters von dem verwendeten gemahlenen Kaffees und ein Befüllen mit einer neuen Dosis gemahlenen Kaffees zu ermöglichen.
Um die Vorgänge des Befüllens und Entleerens des Filterbehälters zu erleichtern, wurden vorverpackte Einzelverpackungen von Tabletten gemahlenen Kaffees (die mit dem Standardnamen „E.S.E." bezeichnet sind) bereit gestellt, die aus einer Dosis gemahlenen Kaffees bestehen, die in einer Filterpapiertasche oder -beutel enthalten ist, um direkt in einem Filterhalter der Espressokaffeemaschine platziert zu werden. Obwohl diese Anordnung zu einem handhabbaren Ergebnis führte, ist sie mit einigen Nachteilen behaftet. Insbesondere ist die Tablette nicht luftdicht und folglich muss eine zweite, luftdichte Verpackung zum Umschließen jeder Dosis vorgesehen sein, um die Tablette während der Lagerung von der äußeren Umgebung unkontaminiert zu halten (siehe beispielsweise CH 495 138 A ).
Weiterhin berühren die Hände des Anwenders die Tablette, wenn die Tablette an dem Filterhalter platziert wird, so dass Hygieneanforderungen nicht vollständig sicher gestellt sind.
In den vergangenen Jahren wurden auch Wegwert- bzw. Einwegkapseln bereitgestellt, die gemahlenen Kaffee enthalten. Derartige Kapseln, die im Allgemeinen eine Kegelform aufweisen, werden aus Kunststoff oder Aluminium hergestellt und stellen eine bessere luftdichte Barriere gegen die äußere Umgebung als das bei Tabletten verwendete Filterpapier bereit.
Die CH 605 293 offenbart eine Kapsel, die eine Oberseite aufweist, die mittels einer Injektions- bzw. Einspritznadel/-düse der Espressokaffeemaschine durchstechbar ist, um Wasser unter Druck in die Kapsel hineinzuspritzen, und eine Unterseite auf, die abgeschwächte Zonen aufweist, die unter Druck von Sickerfluiden reißen. Ein innerer Filter ist ebenfalls in der Kapsel zum Verhindern vorgesehen, dass feste Substanzen aus der Kapsel zusammen mit dem Kaffeegetränk ausgestoßen werden.
Eine andere bekannte Kapsel weist ein zylindrisches Gehäuse, das aus Polypropylen hergestellt ist, mit einer Ober- und einer Unterseite mit einer Vielzahl an Öffnungen zum Verteilen von heißem Wasser über die Dosis gemahlenen Kaffees auf und sie weist ein Blatt Papierfilter zum Sperren des Durchganges des gemahlenen Kaffees aus den Öffnungen der Unterseite während der Extraktionsphase auf. Diese Kapseln sind üblicherweise in einer weiteren Verpackung zu platzieren, beispielsweise in einem mehrschichtigen Kunststoffbeutel.
Um ein Kaffeegetränk zuzubereiten, werden die bekannten Kapseln und Kartuschen in dem Filterhalter platziert, der eine Extraktionskammer für Kaffee bildet, wenn er in der Kaffeemaschine eingebaut ist. Während der Extraktionsphase können die Sickerfluide in Kontakt mit den Innenflächen der Extraktionskammer kommen, bevor sie definitiv in die externe Kaffeetasse ausfließen. Ein derartiger Kontakt kontaminiert die Extraktionskammer sowie den Filterhalter und nach einer Anzahl an Extraktionsvorgängen ist in einem hohen Maß die Qualität des Getränkes vermindert, die an Rückständen und Verunreinigungen in der Extraktionskammer zu Schaden kommt.
Folglich muss die Extraktionsanordnung, die die Extraktionskammer und den Filterhalter aufweist, nach einer bestimmten Anzahl an Extraktionsvorgängen gründlich gereinigt werden. Zusätzlich muss regelmäßig eine Entkalkung durchgeführt werden.
Auch wenn derartige Reinigungsvorgänge regelmäßig ausgeführt werden, bewirkt die Fluidturbulenz innerhalb der Extraktionskammer der Maschine oder die ungenügende fluiddichte Abdichtung an der offenen Oberseite der Kapsel während der Wassereinspritzung, dass entweder das extrahierte Getränk oder das eingespritzte Wasser auf Bereiche der Außenfläche der Kapsel selber überläuft, und somit die Extraktionshygieneanforderungen gefährdet.
Ein anderer Nachteil bekannter Kapseln ist es, dass sie Rückstände des Sickerfluids nicht in der Kapsel zurückhalten, insofern als Perforationen oder Öffnungen an der Oberseite und/oder der Unterseite der Kapseln einen Ausfluss für Fluidrückstände vorsehen, der ein Tropfen der Kapsel und ein Verunreinigen der Umgebung der Kaffeemaschine verursacht, wenn die Extraktion abgeschlossen ist und/oder wenn die Kapsel aus der Maschine entfernt wird.
Zusätzlich nehmen die bekannten Kapseln und Espressomaschinen nicht nur an einer eingeschränkten Hygieneeigenschaft Schaden, sondern sie sind oftmals durch eine nicht so wirksame Verteilung des heißen Wassers in den gemahlenen Kaffee und/oder Ausgabe des Kaffeegetränkes beeinträchtigt.
In der Tat wird bei bekannten Kapseln mit einer Kegelform das heiße Wasser in das innere Volumen mittels einer Düse eingespritzt, die die Oberseite durchsticht, die einen geringeren Durchmesser als die Unterseite aufweist, so dass heißes Wasser mehr von einem einzelnen Punkt versprüht wird als dass es gleichmäßig über die gesamte Dosis des Kaffees übergossen wird. Folglich wäscht das heiße Wasser die Kaffeepartikel in einer inhomogenen Weise aus.
Dieser Nachteil wurde teilweise durch eine Kartusche gelöst, die in der EP 1 344 722 A offenbart ist, bei der zwei Scheiben in der Kartusche vorgesehen sind, die eine Vielzahl an Öffnungen und eine Vielzahl an Prägungen aufweisen, um eine Vielzahl an Fluidkanäle zu erzeugen. Unglücklicherweise muss die derartige bekannte Kartusche sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite durchstochen werden, um das Getränk zu extrahieren, und das innere Volumen der Kartusche muss mit zusätzlichen Elementen, beispielsweise Verteilscheiben, beladen werden.
Noch ein anderer Nachteil der Kartuschen aus dem Stand der Technik ist es, dass sie nicht sehr handlich sind, insofern als der Anwender die Richtung des Einsetzens kontrollieren muss, wenn er die Kartusche in eine Extraktionsmaschine einlegt. Diese Kontrolle kann mittels einer bestimmten Form des Kartuschenbehälters in der Maschine erleichtert werden, wenn der Anwender besonders eilig ist (beispielsweise, wenn der Anwender ein Barmann ist, dem anvertraut ist, pausenlos und schnell Kaffeegetränke für viele Kunden zuzubereiten), ist jedoch sogar eine Kontrolle geringfügiger Art unakzeptabel.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der Kartuschen und der Kapseln aus dem Stand der Technik durch Bereitstellen einer Kartusche und einer Extraktionsanordnung zu überwinden, die die Vorgänge der Getränkevorbereitung beschleunigt.
Innerhalb des Umfanges dieses Ziels ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontamination jeglicher Komponente der Maschinen zum Erzeugen eines Getränkes aus einer Pulversubstanz in einem hohen Maß zu reduzieren oder eliminieren.
Eine zweite bestimmte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein universelles Getränkeextraktionssystem anzugeben, welches den Vorteil seiner kontaminationsfreien Struktur zum Ermöglichen nachfolgender Extraktionen von Getränken aus verschiedenen Arten Pulversubstanzen nimmt.
Eine andere bestimmte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die meisten der Aufgaben, die herkömmlich von den Getränkeextraktionsmaschinen ausgeführt werden, auf die Kartuschen zu übertragen, die in einer derartigen Extraktionsmaschine verwendet werden.
Eine weitere besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hohes Maß der Konservierung der Pulversubstanz innerhalb der Kartusche zu garantieren, bis die Kartusche in die Getränkeextraktionsmaschine eingesetzt wird, und die besonders aus der äußeren Umgebung stammende Kontamination zu verringern.
Eine andere Aufgabe ist es, die Verwendung der Kartusche zu vereinfachen und die Anzahl der Vorgänge zu verringern, die zum Vorbereiten der Kartusche auszuführen sind, um sie in eine Getränkeextraktionsmaschine einzusetzen.
Eine noch weitere Aufgabe ist es, eine verbesserte gleichmäßige Verteilung des Einspritzfluids über die gesamte Dosis der Pulversubstanz der Kartusche bereitzustellen.
Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe der Erfindung, die innere Bepackung der Kartusche und der Extraktionsmaschine ohne Beeinflussung der Qualität des letztendlichen Getränkes zu vereinfachen und zu reduzieren.
Dieses Ziel, diese und andere Aufgaben, die hiernach verständlich werden, werden mit einer Kartusche zum Extrahieren eines Getränkes aus einer Pulversubstanz, die darin enthalten ist, mittels unter Druck stehenden Wassers erzielt, die Folgendes aufweist: eine Haupthülle mit einem Becherbereich und einem Deckelbereich, wobei der Becherbereich eine Grundfläche, eine Seitenwand und einen Rand aufweist, der der Grundfläche gegenüberliegend angeordnet ist, und der Deckelbereich fest an dem Rand des Becherbereiches befestigt ist, um ein inneres Volumen der Kartusche zu definieren, das innere Volumen der Kartusche, das die Pulversubstanz enthält, die zwischen Filtereinrichtungen zum Zurückhalten der Pulversubstanz und zum Durchsickern fluider Substanzen dadurch angeordnet ist, den Deckelbereich mit einem Deckelanschluss, der einen ersten Durchlass zum Durchsickern fluider Substanzen definiert, wobei die Grundfläche des Becherbereiches einen Becheranschluss aufweist, der einen zweiten Durchlass zum Durchsickern fluider Substanzen definiert, den Deckelanschluss und den Becheranschluss, die im Wesentlichen an einer Wassereinspritzachse ausgerichtet sind, und die dadurch gekennzeichnet, dass die Haupthülle derart geformt ist, um im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf eine zur Wassereinspritzachse senkrechte Ebene zu sein, so dass die Kartusche unabhängig davon, welcher Anschluss als ein Einlassanschluss zum Aufnehmen von Wasser dient, und unabhängig davon verwendbar ist, welcher Anschluss als ein Auslassanschluss zum Ausspritzen des extrahierten Getränkes dient.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter aber nicht ausschließlicher Ausführungsformen besser verständlich, die als nicht einschränkende Ausführungsbeispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Kartusche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine perspektivische, explodierte Querschnittsdarstellung der Kartusche aus 1 ist, die entlang der Ebene A-A in 1 aufgenommen ist;
3 eine Draufsicht auf den Becherbereich der Kartusche aus 1 ist;
4 eine Querschnittsdarstellung des Becherbereiches aus 3 ist, die entlang der Ebene B-B aufgenommen ist;
5 eine perspektivische Querschnittsdarstellung einer Kartusche ist, die keinen Bestandteil der Erfindung bildet;
6 eine perspektivische Querschnittsdarstellung einer Kartusche ist, die keinen Bestandteil der Erfindung bildet;
7 eine perspektivische, weggebrochene Ansicht der Beilegescheibe aus 5 ist;
8 eine perspektivische Ansicht einer Kartusche gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist;
9 eine perspektivische Ansicht einer Extraktionsanordnung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist;
10 eine Explosionsdarstellung der Extraktionsanordnung aus 9 ist;
11 eine perspektivische, weggebrochene Ansicht der Extraktionsanordnung aus 9 ist, die in der Getränkeextraktionsposition mit einer darin eingesetzten Kartusche angeordnet ist;
12 eine perspektivische, weggebrochene Ansicht einer Extraktionsanordnung ist, die in der Getränkeextraktionsposition mit einer darin eingesetzten scheibenartigen Kartusche angeordnet ist;
13 eine perspektivische, weggebrochene Ansicht der Extraktionsanordnung aus 9 ist, die in der Kartuschenausstoßposition angeordnet ist;
14 eine Ansicht der Düse, die bei der Extraktionsanordnung aus 9 verwendet wird, von Unten ist;
15 eine Teilquerschnittsdarstellung der Düse, die bei der Extraktionsanordnung aus 9 verwendet wird, von der Seite ist;
16 eine Querschnittsdarstellung der Düse, die bei der Extraktionsanordnung aus 12 verwendet wird, von der Seite ist
17 eine perspektivische Querschnittsdarstellung, die entlang einer radialen Ebene aufgenommen ist, einer Kartusche ist, die keinen Bestandteil der Erfindung bildet;
18 eine weggebrochene Ansicht einer Extraktionsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, in welche die Kartusche aus 17 eingesetzt ist.
Unter Bezug auf die 1 und 2 wird eine Kartusche 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Kartusche hat eine im Allgemeinen zylindrische Form und sie weist einen Becherbereich 2 und einen daran befestigten Deckelbereich 3 auf.
Insbesondere weist der Becherbereich 2 eine im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche 7, eine zylindrische Seitenwand 8, die sich von der Grundfläche 7 erstreckt, und einen Rand 9a auf, der der Grundfläche 7 im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet ist und ein offenes Ende des Becherbereiches 2 definiert.
Ein inneres Volumen wird durch die Bechergrundfläche 7, die Seitenwand 8 und den Deckelbereich 3 definiert, wenn der Deckelbereich an dem Becherbereich befestigt ist. Eine Dosis gemahlenen Kaffees 4 ist in dem derartigen inneren Volumen untergebracht und zwischen Filtereinrichtungen zwischengelegt, die bevorzugt aus einem ersten Papierfilter 5b und einem zweiten Papierfilter 5a bestehen. Bei einer alternativen Ausführungsform ist eine Tablette einer bekannter Art vorgesehen, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Der Becherbereich 2 weist einen Becheranschluss 6a auf, der bevorzugt in einer mittleren Region der Bechergrundfläche 7 angeordnet ist und in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche nach außen hervorsteht, um eine Ausgusstülle zu bilden. Wie in 2 gezeigt ist, hat der Becheranschluss 6a eine im Wesentlichen zylindrische Form und er stellt einen offenen Zugang zu dem inneren Volumen der Kartusche bereit, um so einen Durchgang von Fluiden zu oder aus dem inneren Volumen der Kartusche zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die Öffnung 103a an der Be chergrundfläche 7 in Übereinstimmung mit dem Becheranschluss 6a vorgesehen, wie es in 4 gezeigt ist.
Die Bechergrundfläche 7 weist optional einen Flansch 105a auf, der mit der Seitenwand 8 fluchtet und in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche nach außen hervorsteht. Der derartige Flansch ist bevorzugt vorgesehen, um mit einer hervorstehen Form zu enden, welche die Handhabung und automatisierte Herstellprozesse erleichtert und fördert. Weiterhin kann die Kartusche in einer horizontalen Position auf einer Tischfläche ohne ein Kippen und Rollen platziert werden, sie kann einfacher gestapelt und verpackt werden und sie kann auch „in Streifen" verpackt sein, d.h. zwischen zwei Streifen aus Polylaminat-Folien fixiert und versiegelt sein.
Der Deckelbereich 3 ist so geformt, dass er mit dem offenen Ende des Becherbereiches 2 zusammen passt, und er weist eine Deckelgrundfläche 7b auf, von der sich eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 105b aufwärts und etwas nach außen erstreckt und die im Wesentlichen senkrecht zu der Deckelgrundfläche 7b vorgesehen ist. Die Seitenwand 105b endet mit einer ringförmigen Kante 9b, die im Wesentlichen der Deckelgrundfläche 7b gegenüberliegend angeordnet ist und von der Seitenwand 105b nach außen hervorsteht, um mit bzw. an dem Rand 9a des Becherbereiches 2 zusammenzupassen bzw. anzuliegen. Bevorzugt weist die ringförmige Kante 9b einen im Wesentlichen abgestuften Querschnitt auf, so dass sie mit einem komplementären Auflager in Eingriff kommt, das an dem Rand 9a des Becherbereiches 2 angeordnet ist, wie es in 3 dargestellt ist. Andere Querschnitts-Formen der ringförmigen Kante 9b und des Randes 9a können alternativ vorgesehen werden, so lange diese Formen es ermöglichen, den Deckelbereich an dem Becherbereich zu befestigen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen sind der Deckelbereich und der Becherbereich unter Verwendung einer Ultraschall-Scherschweißtechnik miteinander verschweißt. Alternativ können andere bekannte Schweißtechniken verwendet werden, beispielsweise übliches Ultraschallschweißen, Heißschweißen, Kleben usw. Die Kartusche gemäß der Erfindung kann auch als ein einzelnes Gussteil hergestellt werden.
Die vorstehende Seitenwand 105b ist bevorzugt vorgesehen, um sowohl die Handhabung und automatische Herstellungsprozesse zu erleichtern und zu fördern als auch um die schergeschweißte Region von der Kaffeetablette abzusondern, um so Beeinflussungen von wandernden Kaffeepartikeln mit der Kunststoffschweißstelle zu minimieren, welche die dicht versiegelnden Eigenschaften beeinträchtigen können.
Bei der bevorzugten Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, weist der Deckelbereich 3 einen Deckelanschluss 6b in einer mittleren Region seiner Grundfläche 7b auf, der eine im Allgemeinen zylindrische Form aufweist und von der Grundfläche 7b in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche nach außen hervorsteht. Der Deckelanschluss 6b stellt einen offenen Zugang zu dem inneren Volumen der Kartusche bereit, um so eine Durchgang von Fluiden zu oder aus dem inneren Volumen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die Öffnung 103b an der Deckelgrundfläche 7b in Übereinstimmung mit dem Deckelanschluss 6b vorgesehen, wie es in 2 gezeigt ist.
Bei alternativen Ausführungsformen, die hiernach beschrieben werden, steht der Deckelanschluss nicht von der Deckelgrundfläche 7b hervor oder er ist normalerweise verschlossen, wobei er von einer Einspritznadel oder -düse während der Extraktionsphase durchstechbar ist. Alternative Ausführungsformen einer ähnlichen Art werden hiernach vorgestellt.
Bei den Kartuschen gemäß der Erfindung, kann entweder der Deckelanschluss 6b oder der Becheranschluss 6a Hürden zum Ablenken eines Fluidflusses aufweisen. Insbesondere unter Rückbezug auf die Ausführungsform aus den 2-4 ist eine erste Barriere 104a an der Innenseite der Bechergrundfläche 7 vorgesehen, so dass sie radial die mittlere Öffnung 103a überquert, von der die Ausgusstülle 6a hervorsteht, und es sind zweite Barrieren 106a, 107a an der Innenfläche des Becheranschlusses 6a in einem Abstand von der ersten Barriere und von der Öffnung 103a vorgesehen.
Bevorzugt sind die zweiten Barrieren 106a und 107a einander zugewandt und stehen von der Innenfläche des Becheranschlusses 6a hervor, so dass sie eine Art Zickzackweg für das Fluid definieren, das durch den Becheranschluss 6a hindurch geht, und somit jeder direkte Fluidfluss in oder aus dem inneren Volumen der Kartusche unterbrochen und ein übermäßig beschleunigter Fluidfluss vermieden wird, welcher Strahlzerstäubungseffekte, beispielsweise ein Verspritzen, bewirken kann.
Die erste Barriere 104a ist insbesondere entweder für das Ablenken des Fluidflusses oder zum Bereitstellen eines Auflagers gegen eine Filterpapierverformung nützlich, die von dem hydraulischen Extraktionsfluiddruck herrühren kann. Folglich werden eine Verstopfung der Öffnungen 103a und ein mögliches Zerreißen des Filterpapiers vermieden.
Zusätzlich oder alternativ sind entsprechende Fluidflussbarrieren 104b und 107b an dem Deckelanschluss 6b vorgesehen, wie es in 2 zu sehen ist. Insbesondere überspannt die Barriere 104b die Deckelöffnung 103b, während die Barriere 107b von der Innenfläche des Deckelanschlusses 6b hervorsteht und einer identischen Barriere zugewandt ist, um einen im Wesentlichen analogen Fluidflussweg zu dem zu definieren, welcher innerhalb des Becheranschlusses 6a ausgebildet ist.
Trotzdem bevorzugte Ausführungsformen der Kartusche gemäß der Erfindung Fluidflusshürden aufweisen, wie sie in den 2-4 dargestellt sind, wird der Fachmann leicht erkennen, dass alternative Anordnungen und Formen der Fluidflusshürden für den gleichen Zweck verwendet werden können. Beispielsweise kann eine kreuzförmige Fluidflussbarriere vorgesehen werden, so dass sie den Papierfilter trägt und den direkten Fluidfluss in vier separate Flüsse aufbricht. Alternativ können radiale Vorsprünge vorgesehen werden, die um die Deckel- oder die Becheröffnung herum ausgebildet sind und radial in Richtung der Mitte einer derartigen Öffnung hervorstehen, wie es hiernach unter Bezug auf 17 beschrieben wird.
Fluidflusshürden müssen nicht direkt an der Innenfläche der Kartusche ausgebildet sein, sondern sie können eine separate Einrichtung sein, welche eingesetzt und starr an einem Einlass- oder Auslassanschluss der Kartusche befestigt werden kann. Beispielsweise kann dies ein kleines Kunststoffröhrchen sein, bei dem beide offene Enden mittels eines fluiddurchlässigen Filtermaterials verschlossen sind (beispielsweise Folien aus thermoplastischem Siebmaterial oder ein offenmaschiges [open mazed] Gewebe oder Papier). Ein Beispiel einer separaten Fluidflusshürde wird hiernach unter Bezug auf 17 beschrieben.
Darüber hinaus können Fluidflusshürden gemäß den Fluidflussanforderungen sowohl an den Deckel- als auch den Becheranschlüssen vorgesehen sein.
Der Becherbereich 6a weist ferner eine Vielzahl an Leisten 101a auf, die direkt an der Grundfläche 7 ausgebildet sind und in Richtung des inneren Volumens der Kartusche, insbesondere in Richtung der Außenfläche des Papierfilters 5a hervorstehen. Die Leisten 101a berühren direkt den Papierfilter 5a, so dass sie eine Vielzahl schmaler Kanäle 102a, 102b bilden, die die gesamte Bodenfläche der Filterkaffeeanordnung 4, 5a in eine Fluidkommunikation mit dem Becheranschluss 6a setzen. Derartige Kanäle weisen bevorzugt eine Durchschnittsbreite/-höhe von etwa 1 mm auf.
In ähnlicher Weise sind Leisten 101b an dem Deckelbereich 3 vorgesehen, die in Richtung des inneren Volumens der Kartusche hervorstehen, insbesondere in Richtung der Oberfläche des Papierfilters 5b. Eine Vielzahl schmaler Kanäle ist folglich zwischen dem Filter 5b und der Deckelgrundfläche 7b vorgesehen, die den Deckelanschluss 6b mit der gesamten oberen Fläche der Filterkaffeeanordnung 4, 5b verbinden.
Bei alternativen Ausführungsformen können schmale Fluidkanäle nur an dem Becherbereich oder nur an dem Deckelbereich vorgesehen sein, oder sie können überhaupt nicht vorgesehen sein. In diesen Fällen ist bevorzugt eine reduzierte Anzahl an Leisten entweder an der Bechergrundfläche oder der Deckelgrundfläche ausgebildet und sie stehen in Richtung des inneren Volumens der Kartusche hervor, um einen Luftraum zwischen der Becher-/Deckelgrundfläche und den Filtereinrichtungen auszubilden. Eine beispielhafte Anordnung dieser Art wird hiernach unter Bezug auf 11 erläutert.
Um eine dünne Kanalisation an zumindest einem Bereich der Innenfläche der Kartusche vorzusehen, der einer der Oberseite oder der Bodenfläche der den gemahlenen Kaffee enthaltenen Dosis und der Filtereinrichtung zugewandt ist, kann alternativ eine Scheibe aus porösem Material zwischen der derartigen Dosis und dem Becher anschluss oder dem Deckelanschluss angeordnet sein. Bevorzugt erstreckt sich die derartige Scheibe über die gesamte obere Fläche oder Bodenfläche der Dosis.
Wenn es auch in den 1 bis 4 nicht explizit gezeigt ist, sind der Deckelanschluss und/oder der Becheranschluss bevorzugt durch eine Folie bedeckt, die beispielsweise aus mehrlagigen Kunststoffen hergestellt ist, und die manuell entfernt werden kann oder von der Maschine während der Extraktionsphase durchstochen oder zerrissen werden kann.
Alternativ können der Deckelanschluss oder der Becheranschluss durch eine integrierte Oberfläche, die während der Herstellung des Deckelbereichs erzeugt wird, oder durch einen Gummistopfen oder -abdichtung bedeckt sein, die hiernach zu beschreiben ist, oder die gesamte Kartusche kann in einem Beutel oder in einer Verpackung aufbewahrt werden, die vor der Verwendung manuell zu öffnen ist. Der Beutel oder die Verpackung kann aus einem Polylaminat hergestellt sein, das vakuumisiert oder mit einem Inertgas unter Druck befüllt ist (beispielsweise beim Verpacken mit einer modifizierten Atmosphäre oder MAP-Techniken).
Entweder der Deckelanschluss oder der Becheranschluss können alternativ mittels einer genießbaren festen Substanz (beispielsweise Polysaccharide, Proteine und Lipide) abgedichtet sein, die luftundurchlässig und wasserlöslich sind oder die bei der Temperatur des Einlasswassers aufschmelzen.
Die Kartusche 1 ist bevorzugt aus Polypropylen gemacht und sie ist unter Verwendung bekannter Spritzgusstechniken hergestellt. Jedenfalls kann diese Kartusche sowie jede Kartusche aus jeglichem Material hergestellt sein: wie zum Beispiel andere thermoplastische Materialien, beispielsweise PET; elastomerisch-thermoplastische Materialien oder TPE, beispielsweise SANTOPRENE, d.h. eine Mischung aus unvernetzten EPDM und Polypropylen; wärmeverformbare Zusammensetzungen, beispielsweise ein Polyester; Gummis oder Elastomere, beispielsweise Silikon oder MVQ; thermoplastische Polylaminatmaterialien, beispielsweise eine zusammengesetzte Folienbahn aus PE, PET und PVDC; Aluminium; andere Polylaminatmaterialien, beispielsweise eine zusammengesetzte Folienbahn aus PE, PET und Alumini um. Die Kartusche 1 kann auch unter Verwendung anderer Techniken, beispielsweise Wärmeumformen, hergestellt werden.
Die Haupthülle einer beispielhaften Kartusche, beispielsweise der in 1 dargestellten, ist beispielsweise 30-35 mm hoch und 35-40 mm breit und der Deckelanschluss und der Becheranschluss sind etwa 7-8 mm hoch und 8-10 mm breit. Der Fachmann versteht jedoch ohne weiteres, dass die Größe der Kartuschen gemäß der Erfindung gemäß den Extraktionsanforderungen und dem Aufbau der Getränkeextraktionsmaschine unterschiedlich sein kann.
Nachdem nun die Haupteigenschaften der Kartusche 1 definiert wurden, kann es erkannt werden, dass diese Kartusche die herkömmliche Kontamination der Extraktionskammer einer Kaffeemaschine beseitigt, insofern als der Becheranschluss/die Ausgusstülle 6a als ein Auslass zum Leiten des extrahierten Getränkes direkt in eine externe Tasse wirkt, die anschließend zum Trinken verwendet wird. Die Ausgusstülle 6a ist folglich so geformt, dass sie in bekannte Filterhalter hineinpasst oder dass sie in Bezug auf zweckkonstruierte Filterhalter nach außen hervorsteht, und somit die Innenflächen des Filterhalters perfekt sauber hält und das extrahierte Getränk, das die Kartusche verlässt, an einem Berühren derartiger Oberflächen hindert.
Zusätzlich ermöglichen die schmalen Kanäle, die direkt an der Innenfläche des Becherbereiches ausgebildet sind, dass zusätzliche Fluidleitelemente aus dem Inneren der Kartusche beseitigt sind, und sie verbinden sich vorteilhaft mit dem Becheranschluss, um so einen integrierten Förderer für das extrahierte Getränk zu definieren. Gleichzeitig ermöglichen die schmalen Kanäle den Innendruckabfall der Kartusche zwischen der oberen Zone und der unteren Zone des Kaffeekuchens bei einem im Wesentlichen niedrigeren Wert zu halten, so dass das gesamte Volumen des gemahlenen Kaffees ausgenutzt wird und das resultierende Getränk verstärkte organoleptische Qualitäten aufweist.
Aus funktionellen Gründen ist es bevorzugt, den Raum zwischen dem Kaffeekuchen und der Grundfläche des Becherbereichs oder des Deckelbereichs so klein wie möglich zu halten.
Eine andere Verbesserung, die bei der bestimmten Kartusche aus 1 eingeschlossen ist, ist es, dass sie reversibel ist, d.h. sie kann mit der Oberseite nach unten eingesetzt werden. In der Tat ist die Haupthülle der Kartusche so geformt, dass sie im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf eine virtuelle Ebene ist, die senkrecht zu der Wassereinspritzachse angeordnet ist. Insbesondere sind der Becheranschluss 6a und der Deckelanschluss 6b in Form und Größe im Wesentlichen identisch vorgesehen, sie sind auf der gleichen Wassereinspritzachse ausgerichtet und die Höhe des Flansches 105a ist im Wesentlichen gleich zu der Höhe der zylindrischen Seitenwand 105b vorgesehen, wie es in der 2 dargestellt ist. In vorteilhafter Weise ist eine dünne Kanalisation auf den Innenflächen sowohl des Becherbereichs als auch des Deckelbereichs vorgesehen.
Folglich, kann die Kartusche 1 in einem Filterbehälter unabhängig davon eingesetzt werden, welcher Anschluss als der Einlassanschluss wirken wird und welcher Anschluss als der Auslassanschluss wirken wird, und somit der Vorgang des Einsetzens der Kartusche in eine Extraktionsmaschine deutlich erleichtert wird.
Obwohl Eigenschaften unter Bezug auf die beispielhafte Kartusche der 1-4 aufgezeigt wurden, können Ausführungsformen der Erfindung entweder durch geeignetes Kombinieren der grundlegenden Eigenschaften, die bereits gezeigt wurden, oder durch Hinzufügen anderer Merkmale bereit gestellt werden, die in den Umfang der Erfindung fallen.
Unter Bezug auf 5 ist ein Beispiel einer Kartusche dargestellt, die, wie dargestellt, keinen Bestandteil der Erfindung bildet. Insbesondere ist 5 eine Querschnittsdarstellung einer Kartusche 11, deren innere Merkmale variieren, auch wenn die Haupthülle äußerlich ähnlich zu der in 1 gezeigten ist.
Obwohl nur eine Schnittdarstellung der Kartusche 11 in 5 gezeigt ist, ist es klar, dass diese Darstellung entlang einer virtuellen radialen Ebene aufgenommen ist, welche die ganze aktuelle Kartusche halbiert, die aus Klarheitsgründen nicht in den Figuren gezeigt ist. Es ist klar, dass der Fachmann von der Schnittdarstellung der 5 ausgehend keine Schwierigkeiten beim Abbilden des Aufbaus der ganzen Kartusche 11 hat.
Die Kartusche 11 hat eine im Allgemeinen zylindrische Form und sie weist einen Becherbereich 12 und einen Deckelbereich 13 auf. Der Becherbereich 12 weist eine Grundfläche 17, eine Seitenwand 18 und einen Rand 19a auf, der der Grundfläche 17 im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet ist und ein offenes Ende des Becherbereichs 12 definiert.
Ein inneres Volumen wird durch die Bechergrundfläche 17, die Seitenwand 18 und den Deckelbereich 13 definiert, wenn der Deckelbereich an dem offenen Ende des Becherbereichs 12 befestigt ist. Eine Dosis gemahlenen Kaffees ist in dem derartigen inneren Volumen untergebracht und sie ist zwischen Filtereinrichtungen entweder in einer Weise, die ähnlich zu der in 2 gezeigten ist, oder in einer Tablette oder einem Kuchen einer bekannten Art eingeschlossen, wie es hiernach besser beschrieben wird.
In 5 wurden sowohl der gemahlene Kaffee als auch die Filtereinrichtungen zur Einfachheit weggelassen, es ist jedoch vorgesehen, dass sie im Wesentlichen das Innenvolumen der Kartusche auffüllen, wie es in der Ausführungsform aus der 2 geschieht.
Der Becherbereich 12 weist einen Becheranschluss 16a auf, der bevorzugt in einer mittleren Region der Bechergrundfläche 17 angeordnet ist und in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche nach außen hervorsteht. Der Becheranschluss 16a hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und stellt einen offenen Zugang zu dem inneren Volumen der Kartusche bereit, um so einen Durchgang von Fluiden zu oder aus dem inneren Volumen der Kartusche zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist eine Öffnung 113a an der Bechergrundfläche 17 in Übereinstimmung mit dem Becheranschluss 16a vorgesehen.
Die Bechergrundfläche 17 weist einen Flansch 115a auf, der mit der Seitenwand 18 fluchtet und in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche nach außen hervorsteht.
Der Deckelbereich 13 ist so geformt, dass er mit dem offenen Ende des Becherbereiches 12 zusammen passt, und er weist eine Deckelgrundfläche 17b auf, von der sich eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 115b aufwärts und etwas nach außen erstreckt. Die Seitenwand 115b endet mit einer ringförmigen Kante 19b, die im Wesentlichen der Deckelgrundfläche 17b gegenüberliegend angeordnet ist und von der Seitenwand 115b nach außen hervorsteht, um mit bzw. an dem Rand 19a des Becherbereiches 12 zusammenzupassen bzw. anzuliegen.
Bevorzugt weist die ringförmige Kante 19b einen im Wesentlichen abgestuften Querschnitt auf, so dass sie mit einem komplementären Auflager in Eingriff kommt, das an dem Rand 19a des Becherbereiches 12 angeordnet ist, wie es in 5 dargestellt ist. Alternativ können andere Querschnitts-Formen der ringförmigen Kante 19b und des Randes 19a vorgesehen werden, so lange diese Formen es ermöglichen, den Deckelbereich an dem Becherbereich zu befestigen.
Der Deckelbereich 13 weist ferner einen normalerweise geschlossenen Deckelanschluss 16b auf, der bevorzugt in einer mittleren Region der Grundfläche 17b angeordnet ist und in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche 11 nach außen hervorsteht. Die Formulierung „normalerweise geschlossen", wie sie hier zu verstehen ist, bezeichnet einen Anschluss, der vor der Extraktion luftdicht versiegelt ist und der entweder manuell durch einen Anwender oder automatisch durch die Extraktionsmaschine geöffnet wird, beispielsweise durch ein Durchstechen der Oberfläche, die den Anschluss abdeckt.
Bei dem Beispiel aus 5, ist der Deckelanschluss 16b durch eine abgeschwächte schmale Oberfläche 14 bedeckt, die in dem Deckelanschluss 16b integriert ist. Alternativ kann der Deckelanschluss durch eine Kunststofffolie, die an die äußere Öffnung des Deckelanschlusses geschweißt ist, oder durch einen gummiartigen Stopfen oder Abdichtung bedeckt sein, die hiernach beschrieben werden.
Die Innenfläche des Deckelanschlusses 16b ist im Wesentlichen glatt ausgebildet, es können jedoch alternativ Fluidflusshürden wie die vorgesehen sein, die unter Bezug auf die Ausführungsform aus der 2 beschrieben wurden.
Der Becherbereich 12 weist einen Becheranschluss 16a auf, der an der Bechergrundfläche 17 angeordnet ist und eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist der Becheranschluss 16a in der mittleren Region der Grundfläche 17 angeordnet, er steht in Bezug auf das innere Volumen der Kartsuche 11 nach außen hervor und weist Hürden 114, 117a und 117b zum Unterbrechen des direkten Fluidflusses auf, der durch den Becheranschluss hindurchgeht.
Die erste Hürde 114 ist innerhalb des Becheranschlusses 16a in der Nähe seiner Auslassöffnung so ausgebildet, dass sie das innere Volumen des Becheranschlusses überquert, während die zweiten Hürden 117a und 117b von der Innenfläche des Becheranschlusses ausflanschen und einander zugewandt vorgesehen sind.
Ähnlich zu der in 2 gezeigten Ausführungsform weist der Becherbereich 12 eine Vielzahl an Leisten 111a auf, die direkt an der Innenseite der Grundfläche 17 ausgebildet sind und in Richtung des inneren Volumens der Kartusche hervorstehen. Die Leisten 111a definieren eine Vielzahl schmaler Kanäle 112a, 112b zwischen der Bechergrundfläche 17 und der Filtereinrichtung, um das extrahierte Getränk zu dem Becheranschluss 16a zu leiten.
Bei dem bestimmten in 5 gezeigten Beispiel ist ungleich zum Deckelbereich 3 keine dünne Kanalisation zwischen dem Deckelbereich und der aus gemahlenem Kaffee und der Filtereinrichtung bestehenden Anordnung vorgesehen. Stattdessen sind dünne Leisten 111b an der Unterseite des Deckelbereiches 13 vorgesehen, die dem Zweck dienen, eine sehr schmale Lücke zwischen dem Deckelbereich und dem gemahlenen Kaffee zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist jedoch als eine Alternative zu dieser Anordnung eine Kanalisation vorgesehen, wie sie vorstehend unter Bezug auf den Deckelbereich 3 beschrieben wurde.
In vorteilhafter Weise weist die Kartusche 11 Ventileinrichtungen zum Regulieren des Fluidflussdurchganges durch den Becheranschluss 16a auf. Die Ventileinrichtungen sind insbesondere zur Anbringung sowohl an dem Becheranschluss als auch an dem Deckelanschluss einer Kartusche gemäß der Erfindung gedacht.
Bei dem in 5 gezeigten Beispiel liegen die Ventileinrichtungen an einer ringförmigen Ausnehmung 15 an, die um die Öffnung 113a herum ausgebildet ist, und sie überdecken die Öffnung 113a. Aus diesem Grund verjüngt sich bevorzugt die Dicke der Grundfläche 17 von dem Becheranschluss 16a in Richtung des Außenrandes, um die Ausbildung der Ausnehmung 15 zu ermöglichen.
Die Ventileinrichtungen weisen bevorzugt ein Gummi (beispielsweise ein Silikongummi), eine gummiartige, elastomerische oder Kunststoffunterlage oder -scheibe mit einem engen Durchgangsschlitz oder Öffnung auf, die darin ausgebildet ist, um eine Oberseite mit einer Unterseite der Unterlage zu verbinden. Wenn kein axialer Druck an der Unterlage anliegt, stellt der Schlitz eine luftdichte Abdichtung bereit, wenn hingegen ein axialer Druck anliegt, beispielsweise der Druck der aus dem gemahlenen Kaffee extrahierten Sickerfluide, verbiegt sich ein Bereich der Unterlage und der Schlitz erweitert sich etwas, und ermöglicht somit den Durchgang der Sickerfluide, d.h. des Getränkes.
Gemäß dem bestimmten Beispiel, das in 5 gezeigt ist, weisen die Ventileinrichtungen eine Gummiunterlage oder -scheibe 116 auf, die an der Ausnehmung 15 so anliegt, dass sie die Öffnung 113a des Becheranschlusses luftdicht verschließt und als ein Septum wirkt. Obwohl die Unterlage 116 als einfach an der Ausnehmung 15 anliegend beschrieben wird, kann sie optional mit der Ausnehmung verklebt oder in anderer Weise unter Verwendung bekannter Techniken befestigt sein.
Die Unterlage 116 weist eine kreisförmige Oberseite und eine kreisförmige Unterseite und einen Schlitz 118 auf, der axial die Unterlage von der Mitte der Oberseite zu der Mitte der Unterseite durchquert.
Der Schlitz 118 ist vordurchstochen und er ist bevorzugt unter Verwendung einer dünnen Nadel hergestellt. Der Schlitz kann alternativ ein radialer, linearer oder kreuzförmiger Schnitt oder Einschnitt sein, oder eine Vielzahl an Schlitzen durch die Unterlage kann vorgesehen sein, so lange diese Schlitze, Schnitte oder Einschnitte im Wesentlichen keinen Durchgang von Luft in die Kartusche ermöglichen, wenn die Kartusche nicht unter einem Fluiddruck steht, und sie einen Durchgang der Sickerfluide während der Getränkeextraktionsphase ermöglichen.
Um einen Träger für die Filtereinrichtungen vorzusehen, die den gemahlenen Kaffee einschleißen, und um das extrahierte Getränk zu der Unterlage 116 zu leiten, ist in vorteilhafter Weise eine Beilegescheibe 119 an der Bechergrundfläche 17 und stromaufwärts der Unterlage 116 angebracht.
Unter besonderen Bezug auf die weggebrochene Ansicht aus 7 weist die Beilegescheibe 119 eine Unterseite auf, die der Unterlage 116 zugewandt ist und die so geformt ist, dass sie Fluidflusskanäle 319 zwischen der Beilegescheibe und der Unterlage definiert. Aus diesem Grund weist die Unterseite der Beilegescheibe 119 radial ausgerichtete Leisten 219 auf.
Die Oberseite der Beilegescheibe 119 weist Rippen zum Tragen der Kaffeefiltereinrichtungsanordnung auf, die bevorzugt so groß sind, dass die Dicke der Beilegescheibe 119 im Wesentlichen gleich zu der Höhe der Leisten 111a des Becherbereiches 12 sind.
Bei einer noch anderen Ausführungsform weisen die Ventileinrichtungen überhaupt keine separate Beilegescheibe auf. Beispielsweise weist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die derartige alternative Ventileinrichtungen aufweist, nur eine Unterlage oder Scheibe auf, die aus Gummi, gummiartigen, elastomerischen oder irgendeinem elastischen Material hergestellt ist.
Unter Bezug auf 6 weist insbesondere eine Kartusche 21, die keinen Bestandteil der Erfindung bildet, aber für das Verständnis der Erfindung nützlich ist, einen zylindrisch geformten Becherbereich 22 auf, der eine Grundfläche 27, eine Seitenwand 28 und ein offenes Ende aufweist, an dem ein Deckelbereich 23 in Eingriff kommt, um so ein inneres Volumen der Kartusche zu definieren. Innerhalb der Kartusche sind eine Dosis gemahlenen Kaffees und die entsprechenden Filtereinrichtungen wie bei den vorstehend beschriebenen Kartuschen vorgesehen, die jedoch zur Einfachheit in 6 nicht gezeigt sind.
Der Deckelbereich 23 weist einen normalerweise verschlossenen Deckelanschluss 26b auf und er hat im Wesentlichen die gleichen Merkmale des bereits beschriebenen Deckelbereiches 13.
Der Becherbereich 22 weist einen Becheranschluss 26a auf, innerhalb dessen Fluidflusshürden 124, 127a und 127b vorgesehen sind. Darüber hinaus weist die Oberseite der Grundfläche 27 eine Vielzahl an Leisten 121, die über die gesamte Fläche der Grundfläche 27 im Wesentlichen wie die Leisten 111a verteilt sind und die zu einer ringförmigen Ausnehmung 25 hin zusammenlaufen. Eine kreisförmige Gummiunterlage 126 liegt an der Ausnehmung so an, dass sie die Öffnung 123a des Becheranschlusses 26a luftdicht bedeckt. Trotzdem die Unterlage hier einfach als an der Ausnehmung 25 anliegend beschrieben wird, kann sie optional an einem Rand der derartigen Ausnehmung geklebt oder in anderer Weise mittels bekannter Einrichtungen befestigt sein.
Ähnlich zur Unterlage 116 weist die Unterlage 126 einen Durchgangsschlitz 128 in ihrer Mitte auf, der normalerweise geschlossen ist und sich während der Extraktionsphase etwas erweitert, um so einen Durchgang der Sickerfluide zu ermöglichen.
Um die Dosis des gemahlenen Kaffees und die Filtereinrichtungen zu tragen, weist die Unterlage 126 bevorzugt Rippen 129 auf, die direkt an ihrer Oberseite ausgebildet und so geformt sind, dass sie den Durchgang der direkt aus der Kaffee/Filteranordnung und aus den Kanälen, die durch die Leisten 121 definiert sind, stammenden Fluide ermöglichen.
Die Unterlagen 116 und 126 wurden als aus Gummi, elastomerischen oder anderem flexiblen Material hergestellt beschrieben. Die elastischen Eigenschaften derartiger Materialien ermöglichen einer vordurchstochenen Öffnung oder einem Kanal, beispielsweise dem Schlitz 118 oder dem Schlitz 128, als eine luftdichte Abdichtung zu wirken, aber gleichzeitig zu ermöglichen, auf Druckbelastungen sogleich zu antworten, die entweder in die Richtung oder aus dem inneren Volumen der Kartusche heraus gerichtet sind. Mit anderen Worten: derartige Unterlagen wirken als Ventile oder Drosseln.
Deshalb benötigt eine Kartusche, die derartige Unterlagen aufweist, keine Einrichtungen zum Bedecken des Becheranschlusses – oder des Deckelanschlusses, wenn die Unterlage an dem Deckelanschluss in einer Weise angebracht ist, die ähnlich zu der vorstehend beschriebenen ist – beispielsweise Folien oder durchstechbare Membranen. Nachdem die Extraktionsphase abgeschlossen ist, bewirkt der plötzliche Druckabfall des Innendruckes gleichzeitig, dass der Schlitz in seinen anfänglichen Ruhezustand zurückkehrt, und somit werden mögliche innere Fluidrückstände daran gehindert, aus der Kartusche zu tropfen.
Über ihre ventilartige Funktion hinaus, die die Kartusche vor negativen Umgebungseinflüssen schützt und gleichzeitig ein Entgiften der Kartusche und ein Tropfen des Extraktionsfluids nach der Extraktion zulässt, ermöglicht die vorstehend beschriebene Unterlage auch das Einbringen von flüssigem Inertgas von außerhalb mittels einer hohlen Nadel während der Verpackungsphase (MAP), um die Kartusche zu bearbeiten und für längere Lagerzeiträume vorzubereiten. Die Gummiunterlage schließt sich dann automatisch durch ihre eigene Elastizität, nachdem die Nadel herausgezogen wurde. Die gleiche Nadel kann diejenige sein, die die Unterlage durchsticht, um den Schlitz zu bilden, auf den vorstehend Bezug genommen wurde.
Gleichzeitig ist ein anderer wichtiger Vorteil, der von den Unterlagen gemäß der Erfindung hervorgebracht wird, die deutliche Verbesserung bei der Bildung und der Stabilität der geschätzten Schaumschicht oberhalb des Extraktionsgetränkes, die üblicherweise mit dem italienischen Begriff „Crema" bezeichnet wird, wenn Bezug auf Extraktionsverfahren für Espressokaffee genommen wird.
Das Espresso-Extraktionsverfahren führt zu einem mehrphasigen Getränk, das durch eine Schaumschicht aus kleinen Blasen mit verteilten feinen Partikeln gebildet ist, welche das typische und besonders tigerschwanzartige Muster oberhalb einer Emulsion aus mikroskopischen Öltropfen in eine wässrigen Mehrstofflösung mit verteilten Gasblasen und festen Partikeln erzeugt.
Die Schaumbildung steht im Zusammenhang mit oberflächenaktiven Substanzen (surfactants), die natürlicherweise im Kaffee vorhanden sind, und mit einer Anzahl an Phänomenen, die durch Espresso-Extraktionsverfahren ausgelöst werden.
Der überstehende Schaum eines Espressokaffees oder die Crema ist eine äußerst wichtige organoleptische Eigenschaft und stellt ein Unterscheidungskennzeichen zwischen Espressokaffee und anderen Zubereitungen dar.
Es ist recht bekannt, dass die Schaumeigenschaften die Kennzeichnung einer perfekten Zubereitung sind, bei der jeder Fehler (beispielsweise bei dem Kaffeemahlen, der Wassertemperatur, dem Wasserdruck, der Sickerzeit und/oder dem Getränkevolumen etc.) oder jede Veränderung (Kaffeemischung, Rösten etc.) unmittelbar durch die Farbe, die Textur und die Festigkeit des Espressoschaumes angezeigt wird.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, weisen die Ventileinrichtungen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest eine Gummi- oder gummiartige Unterlage oder Scheibe mit einem Durchgangsschlitz auf, dessen Durchmesser sehr schmal ist, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 mm, wenn er geöffnet ist. Es wurde herausgefunden, dass das Treiben des extrahierten Kaffees durch diesen die Dichte und Stabilität der Crema deutlich steigert. Dieser Effekt ist sehr vorteilhaft, da es aufgrund der Integration einer Einrichtung von einem leichten Gewicht und einer einfachen Natur möglich ist, einen wichtigen Effekt zu erzielen, der die Qualität eines Espressokaffeegetränkes kennzeichnet.
Da die Gummiunterlage zur Cremabildung in der Kartusche integriert ist, die im Allgemeinen wegwerfbar ist, ist es darüber hinaus garantiert, dass der extrahierte Espressokaffee eine Cremaschicht der besten Qualität aufweist, im Gegensatz zu den bekannten Espressomaschinen, bei denen die Vorrichtungen, die die Cremabildung verstärken, Teil der Maschinen sind, die für eine große Anzahl von Extraktionsvorgängen verwendet werden und die Qualität des extrahierten Kaffees mit der Zeit verschlechtern.
Kartuschen gemäß der Erfindung sind nicht auf die im Wesentlichen zylindrischen Kartuschen eingeschränkt, die hier vorher beschrieben wurden. Insbesondere ist der Begriff „Zylinder" in einer breiten allgemeinen Bedeutung zu verstehen und bezeichnet die Oberfläche, die durch jeglicher Linie aufgetragen wird, die sich parallel zu einer festen Achse bewegt und eine geschlossene Linie einschließt. Beispielsweise kann die Haupthülle der Kartusche gemäß bestimmter Ausführungsformen der Erfindung entweder parallelepiped-förmig oder auch scheibenförmig sein. Weiterhin bezeichnet der Begriff „im Wesentlichen zylindrisch" auch zylindrische Kartuschen mit einer leichten Kegelform, d.h. beispielsweise die Neigung der Seitenwand einer Kartusche gemäß der Erfindung kann um 1-2 Grad von einer perfekten zylindrischen Fläche abweichen.
Eine parallelepiped-förmige Kartusche, die in den Figuren nicht gezeigt ist, ist insbesondere bevorzugt, wenn ein geringer Platzbedarf erforderlich ist.
Eine scheibenförmige Kartusche kann stattdessen in vorteilhafter Weise aus anderen Gründen in der Alternative vorgesehen sein, welche nachfolgend erklärt werden. Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Haupthülle der Kartusche im Wesentlichen scheibenförmig ist, ist in der 8 dargestellt. Eine Kartusche 31 dieser Art verkörpert einige der Merkmale der vorstehenden Kartuschen, insbesondere weist sie einen Becherbereich 32 und einen Deckelbereich 33 auf, die beide im Wesentlichen die Form eines Tellers aufweisen.
Der Becherbereich 32 weist eine Grundfläche, eine ringförmige Seitenwand und einen geflanschten Rand auf, der im Wesentlichen parallel zu der Grundfläche ausgerichtet ist, und in gleicher Weise weist der Deckelbereich 33 eine Grundfläche, eine Seitenwand und einen geflanschten Rand auf, der so geformt ist, dass er mit dem Rand des Becherbereiches in Eingriff kommt, und somit ein inneres Volumen der Kartusche definiert ist. Das innere Volumen der Kartusche ist derart geformt, um vollständig eine Tablette oder einen Kuchen eines gemahlenen Kaffees einer bekannten Art aufzunehmen, beispielsweise eine E.S.E.^® genannte Tablette.
Eine derartige bekannte Tablette weist eine Dosis gemahlenen Kaffees auf, die in einem Filterpapierbeutel eingekapselt ist, dessen Randkante fest durch die obigen Ränder gehalten wird, wenn die Kartusche 31 in dem zusammengebauten Zustand ist. Die Ränder können gegenseitig unter Verwendung bekannter Verfahren befestigt sein, beispielsweise durch Ultraschallschweißen, Heißelementschweißen oder andere Schweißtechniken, Kleben oder Kombinationen derselben mit üblichen Bördelschmiede- oder Umformungsverfahren.
Der Becherbereich 32 weist weiterhin einen im Wesentlichen zylindrischen Becheranschluss 36a auf, der in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche 31 nach außen hervorsteht.
Ein Deckelanschluss 36b steht von der mittleren Region des Deckelbereichs 33 hervor.
Die Kartusche 31 ist insbesondere vorteilhaft, indem sie zu existierenden Kaffeetabletten vollständig kompatibel ist. Der Herstellungsprozess dieser Kartusche ist auch beschleunigt, da keine weiteren Filtereinrichtungen in die Kartusche einzusetzen sind.
Darüber hinaus ist zu sehen, dass die Kartusche 31 sowie die anderen vorstehend beschriebenen Kartuschen eine "alles in einer" -Kartusche sind, d.h. eine Kartusche, bei der die meisten funktionalen Merkmale einer Standard-Espressokaffeemaschine, beispielsweise Filtern, Wasserverteilung, Cremaverstärkung und Getränkeausgabe, alle in der Kartusche selbst integriert sind. Die Funktionen der Espressokaffeemaschine sind hauptsächlich, die Kartusche zu halten und Wasser unter Druck in diese hineinzuspritzen.
17 zeigt eine Kartusche 81, die, wie sie dargestellt ist, keinen Bestandteil der Erfindung bildet, dia aber für das Verständnis der Erfindung verständlich ist. Die Kartusche weist Merkmale auf, die im Wesentlichen denen der Kartusche 21 entsprechen, d.h. einen zylindrischen Becherbereich 82a, dessen Grundfläche 87a eine Vielzahl an Leisten 181 und Kanäle 182 aufweist, die direkt daran ausgebildet sind, und einen nach außen vorstehenden Becheranschluss 86a, wobei ein Deckelbereich 83a fest an dem oberen Rand des Becherbereichs 82a befestigt ist, so dass ein Innenvolumen definiert ist, in dem ein Kuchen aus gemahlenen Kaffee und Filtereinrichtungen (nicht dargestellt) untergebracht sind.
Der Deckelbereich 83a weist eine Grundfläche 87b auf, an der dünne Leisten ähnlich zu den Leisten 111b ausgebildet sind, und er weist einen normalerweise geschlossenen Deckelanschluss 86b auf, der bevorzugt in einer mittleren Region der Grund fläche 87b angeordnet ist und in Bezug auf das innere Volumen der Kartusche 81 nach außen hervorsteht. Der Deckelanschluss 86b ist durch eine Aluminium- oder polylaminierte Kunststofffolie bedeckt.
Die Innenfläche des Deckelanschlusses 86b ist im Wesentlichen glatt und eine kreuzförmige Fluidflusshürde 89 viertelt die Öffnung 183b, von der der Deckelanschluss 86b hervorsteht. Die Hürde 89 steht bevorzugt in Richtung des inneren Volumens der Kartusche hervor, so dass die Filtereinrichtungen, die den Kuchen einer pulverförmigen Substanz bedecken, auf einem Abstand zu der Grundfläche 87b des Deckelbereiches 83a gehalten werden.
Der Durchmesser des Deckelanschlusses 86b ist im Allgemeinen weiter als diejenigen der anderen Deckelanschlüsse, die vorstehend beschrieben wurden, um ohne das Erfordernis der Verwendung einer Nadel zum Eindringen in das innere Volumen der Kartusche vollständig eine Wassereinspritzdüse aufzunehmen. Der Innendurchmesser des Deckelanschlusses beträgt bevorzugt zumindest 5 mm in der Breite, aber dieser Durchmesser kann auch breiter sein, beispielsweise kann er im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Grundfläche 87b sein.
Die Leisten 181 der Grundfläche 87a umgeben eine mittlere ringförmige Ausnehmung 85a, die um die Öffnung 183a herum ausgebildet ist, von der der Becheranschluss 86a hervorsteht. Die Leisten, die eng die Öffnung 183a umgeben, weisen Vorsprünge 184 auf, die sich radial zur Mitte der Öffnung 183a erstrecken und die so dick wie die Leisten 181 selber sind. Die Vorsprünge 184 dienen sowohl als ein Auflager für den Kuchen der pulverartigen Substanz und der Filtereinrichtungen als auch als eine Fluidflusshürde zum Unterbrechen des direkten Fluidflusses.
Die Kartusche 81 weist ferner eine Gummiunterlage 186 auf, die zwischen den Vorsprüngen 184 und der ringförmigen Ausnehmung 85a eingelegt ist und die einen mittleren Durchgangsschlitz aufweist. Die Gummiunterlage 186 ist eine Ventileinrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde.
Der Becheranschluss 86a weist in vorteilhafter Weise eine Fluidflusshürde 187 auf, die ein separates Bauteil ist, das in dem Becheranschluss eingefügt wurde und fest mit der Innenfläche des Becheranschlusses im Eingriff ist. Das Vorsehen einer separaten Fluidflusshürde und Eliminieren der Hürden, die direkt an der Innenfläche eines Anschlusses ausgebildet sind, ist eine vorteilhafte Anordnung, die insbesondere für die so genannten sequentiellen Gießherstelltechniken geeignet ist.
Die "separate" Hürde 187 weist bevorzugt eine kleine Kunststoffhohlröhre 188 auf, deren offene Enden mit einem fluiddurchlässigen Filtermaterial verschlossen sind, beispielsweise einer Folie aus einem Kunststoffsiebmaterial oder offenmaschigen (open mazed) Gewebe/Papier. Alternativ können innere Barrieren an der Innenfläche des Rohrs 188 ausgebildet sein, die im Wesentlichen ähnlich zu den Barrieren 114, 117a und 117b sind, die vorstehend beschrieben wurden.
Bei der in 17 dargestellten Kartusche weist das Rohr 188 eine obere Siebfolie 185b und eine untere Siebfolie 185a auf. Um die Hürde 187 an der Innenfläche des Becheranschlusses 86a zu befestigen, weist das Rohr 188 eine ringförmige Rippe 189a an seiner äußeren Seitenwand zum Einschnappen mit einer entsprechenden ringförmigen Ausnehmung 189b auf, die an der Innenfläche des Becheranschlusses 86a ausgebildet ist. Offensichtlich sind andere Anordnungen zum Befestigen einer separaten Hürde an dem Becheranschluss oder dem Deckelanschluss deutlich in der Reichweite des Fachmannes.
Verschiedene Ausführungsformen der Kartusche gemäß der Erfindung wurden hierin vorstehend beschrieben. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird nun eine Extraktionsanordnung zur Anwendung mit Standard-Espressokaffeemaschinen oder mit anderen Maschinen detailliert beschrieben, die heißes Wasser oder andere Aufgussfluide unter Druck zum Erzeugen von Getränken pumpen können.
Unter Bezug auf die 9 bis 11 weist eine Extraktionsanordnung 60 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen mit einer Espresso-Kaffeemaschine verbindbaren Träger auf, der bevorzugt aus einem Verbindungselement 62 zum Verbinden der Extraktionsanordnung mit dem Wassereinspritzrohr der Getränkeextraktionsmaschine und einem Bajonetthalter 63 zusammengesetzt ist.
Das Verbindungselement 62 weist eine Grundfläche und eine zylindrische Seitenwand auf, die sich von der Grundfläche aufrichtet und in einem geflanschten Rand endet, der zum Befestigen des Trägers an der Extraktionsmaschine (nicht dargestellt) dient, beispielsweise durch Verwenden von Schrauben. Die Grundfläche des Verbindungselementes 62 weist einen hervorstehenden Einlassanschluss 65, der mit dem Wasserauslass der Extraktionsmaschine verbindbar ist, und an der gegenüberliegenden Seite der Grundfläche eine kreisförmige Führungswand 259 auf, die hiernach beschrieben wird.
Der Bajonetthalter 63 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und weist ein oberes offenes Ende auf, in das die zylindrische Seitenwand des Verbindungselementes 62 hineinpasst. Bevorzugt ist der Bajonetthalter 63 an dem Verbindungselement 62 mittels der gleichen Schrauben befestigt, die zum Befestigen des Verbindungselementes an der Extraktionsmaschine verwendet werden. Offensichtlich können der Bajonetthalter und das Verbindungselement in jeder anderen bekannten Weise gegenseitig verbunden sein; beispielsweise können die Außenfläche der zylindrischen Seitenwand des Verbindungselementes und die obere Innenfläche der zylindrischen Seitenwand des Bajonetthalters mit einem Gewinde versehen sein. Alternativ können das Verbindungselement und der Bajonetthalter einstückig aufgebaut sein.
Der Bajonetthalter 63 weist ferner ein unteres offenes Ende auf, an dem Führungen 263 einer bekannten Art für einen Bajonettanschluss mit einem Kartuschenhalter 64 vorgesehen sind, der mit einem Handgriff 61 versehen ist.
Der Kartuschenhalter 64 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse auf, das im Innern so geformt ist, dass es die Kartusche 21 vollständig aufnimmt. Insbesondere weist er eine zylindrische Seitenwand auf, die komplementär zu der Seitenwand 28 der Kartusche ist.
Darüber hinaus weist die Grundfläche des Kartuschenhalters 64 eine ringförmige Ausnehmung 261, in die der Flansch 125a der Kartusche verschiebbar passt, und einen Boden 250 auf, der innerhalb des zylindrischen Gehäuses des Kartuschenhalters angeordnet ist und eine Öffnung 267 in seinem mittleren Bereich aufweist.
Die Tiefe der ringförmigen Ausnehmung 261 ist im Wesentlichen gleich zu der Höhe des Flansches 125a, so dass, wenn die Kartusche 21 in dem Kartuschenhalter 64 eingesetzt ist, die Oberfläche der Grundfläche 27 nahezu vollständig an dem Boden 250 anliegt und der Becheranschluss 26a von der Öffnung 267 hervorsteht.
Die Extraktionsanordnung 60 weist ferner eine Einspritzdüsenanordnung 265a, 265b auf, die fest an dem unteren offenen Ende des Einlasses 65, welches dem Kartuschenhalter gegenüberliegt, beispielsweise durch einen Schraubanschluss befestigt ist. Alternativ können die Düsenanordnung und der Wassereinlassanschluss 65 einstückig ausgebildet sein.
Unter Bezug auf die 14 und 15 weist die Düsenanordnung ein hohles Düsengehäuse 265a und ein Stechelement oder eine Nadel 265b auf, die an der Innenfläche des Düsengehäuses fest montiert sind. Im Detail ist das Düsengehäuse im Wesentlichen rohrförmig und weist zwei offene Enden 251 und 254 auf.
Das offene Ende 254 ist an dem unteren Ende des Düsengehäuses angeordnet und es ist breit genug, um einen vorstehenden Deckelanschluss einer Kartusche gemäß der Erfindung, beispielsweise den Deckelanschluss 26b, aufzunehmen.
Das offene Ende 251 ist an dem oberen Ende des Düsengehäuses durch die Wand 253 definiert, die so geformt ist, dass sie dicht mit der Innenfläche des unteren offenen Endes des Einlasses 65 schließt. Die Außenfläche der oberen Wand 253 und die Innenfläche des Einlasses 65 können mit einem Gewinde versehen sein, so dass sie das Düsengehäuse an dem Verbindungselement 62 sichern. Alternative Anordnungen zum Koppeln der Düsenanordnung mit dem Anschluss des Verbindungselementes können auch vorgesehen sein, so lange ein fluiddichter Anschluss zwischen diesen garantiert ist.
Die Außenfläche des Düsengehäuses 265a weist einen radial hervorstehenden abgestuften Bereich 257 zum Begrenzen der axialen Verschiebung eines Kartuschenauswerfers 269 auf, der nachfolgend beschrieben wird. Die Innenfläche des Düsengehäuses 265a weist stattdessen einen ringförmigen Vorsprung 252 auf, der sich nach innen erstreckt und der bevorzugt in einer mittleren Region der Innenfläche des Düsengehäuses angeordnet ist.
Die Nadel 265b ist axial eingesetzt und in der Öffnung gesichert, die durch den ringförmigen Vorsprung 252 definiert ist. Um einen Fluiddurchgang von dem oberen offenen Ende 251 zu dem unteren offenen Ende 254 zu ermöglichen, sind Durchgangsöffnungen 256 in dem ringförmigen Vorsprung 252 vorgesehen.
Die Innenfläche des Düsengehäuses 265a weist weiterhin eine ringförmige Ausnehmung 255 auf, die in einer unteren Region derselben Innenfläche angeordnet ist, bevorzugt um das untere offene Ende 254 herum. Die derartige Ausnehmung enthält einen O-Ring 266, der als eine Einrichtung zum Bereitstellen einer radialen Fluiddichtung zwischen der Düsenanordnung und dem Einlassanschluss 26b der Kartusche 21 während der Getränkeextraktionsphase wirkt.
Ein großer von dem O-Ring 266 hervorgebrachter Vorteil ist es, dass er das eingespritzte Wasser an einem Kontaminieren einer inneren Komponente oder Fläche der Extraktionsanordnung 60 und an einem Überlaufen auf die Außenfläche der Kartusche hindert, die von dem Anwender berührt und angefasst wurde. Folglich werden hervorragende hygienische Bedingungen garantiert und die Extraktionsmaschine kann mehrere hundert Male verwendet werden, ohne dass die Komponenten der Extraktionsanordnung, beispielsweise der Kartuschenhalter 64 und die Träger 62, 63 zu reinigen sind.
Eine derartige kontaminationsfreie Anordnung ist in vorteilhafter Weise mit der Integration einer Auslasstülle in der Kartusche gemäß der Erfindung kombiniert. Die gleichen Getränkeextraktionsmaschine und die gleiche Extraktionsanordnung können nachfolgend für Kartuschen verwendet werden, die verschiedene genießbare Substanzen enthalten, beispielsweise Kaffee, Schokolade, Tee oder Kräuteraufgüsse, Suppen, andere heiße Milchgetränke, ohne den Hauptnachteil üblicher Systeme zu enthalten, die kontaminieren und negativ die Extraktionsergebnisse einander nachfolgender Getränkeextraktionen beeinflussen.
Darüber hinaus ermöglicht die flexible Natur des O-Ringes 266, verschiedene Kartuschen mit Einlassanschlüssen verschiedener radialer Größen zu verwenden, so lange diese radialen Größen den Durchschnittsdurchmesser der Bodenöffnung 254 der Düsenanordnung nicht übersteigen.
Um die Praktikabilität der Extraktionsanordnung zu erhöhen, ist ein Kartuschenauswerfer 269 in dem ringförmigen Raum befestigt, der durch die Führungswand 259 und dem Bereich des Düsengehäuses 265a definiert ist, der von dem Wassereinlass 65 hervorsteht. Der Kartuschenauswerfer 269 ist im Wesentlichen ringförmig und bevorzugt so geformt, dass er in den ringförmigen Raum passt, der von der Führungswand 259, der Grundfläche des Verbindungselementes 62, dem Deckelbereich der Kartusche und dem Bereich des Düsengehäuses 265a definiert ist, das von dem Wassereinlass 65 während der Extraktionsphase hervorsteht.
Der Kartuschenauswerfer 269 weist eine Vielzahl an Federn 268 auf, die in entsprechenden Hohlräumen mit einem offenen Ende angeordnet sind, von denen die Federn sich erstrecken können. Die Federn 268 liegen gegen die Grundfläche des Verbindungselementes 62 und gegen entsprechende Anlageflächen an, die innerhalb der Hohlräume des Kartuschenauswerfers vorgesehen sind.
Wenn der Kartuschenhalter 64 an dem Bajonetthalter 63 befestigt ist, ist der Auswerfer 269 gegen die Grundfläche des Verbindungselementes 62 gedrückt und die Federn 268 sind zusammengedrückt. Wie in 11 zu sehen ist, ist der Deckelanschluss 26b in dieser Position von der Nadel 265b durchstochen und Wasser kann in die Kartusche eingespritzt werden, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Sobald der Kartuschenhalter entfernt wird, hält der Auswerfer 269 die Kartusche in dem Kartuschenhalter 64, wie aus der 13 zu erkennen ist. Um die Bewegung des Auswerfers zu stoppen, wenn der Kartuschenhalter gelöst wird, ist ein ringförmiger Vorsprung 258 um die Innenfläche des ringförmigen Körpers des Kartuschenauswerfers herum vorgesehen, welcher gegen den abgestuften Bereich 257 des Düsenkörpers 265a anliegt, wenn der Auswerfer nach unten zu dem Kartuschenhalter gleitet.
Obwohl eine bestimmte Ausführungsform einer Extraktionsanordnung für eine Espressokaffeemaschine unter Bezug auf eine Kartusche der in 6 gezeigten Art beschrieben wurde, ist es klar, dass jegliche äquivalente Extraktionsanordnung vorgesehen sein kann, die insbesondere für jede Kartusche gemäß der Erfindung geeignet ist.
Beispielsweise kann unter Bezug auf 12 eine bestimmte Extraktionsanordnung 70 gemäß der vorstehenden Lehre entwickelt werden, die für eine scheibenförmige Kartusche 71 gemäß der Erfindung geeignet ist.
Die scheibenförmige Kartusche 71 wurde bislang nicht detailliert beschrieben, sie ist jedoch direkt durch Kombinieren von Merkmalen von Ausführungsformen der Kartusche gemäß der Erfindung herleitbar, die bereits detailliert beschrieben wurden. Diese Kombination wird hierdurch vorgestellt, um zu zeigen, dass Elemente aus verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden können, um weitere Ausführungsformen zu erhalten, die deutlich unter das gleiche erfinderische Konzept fallen und die deutlich in der Reichweite des Fachmannes liegen.
Die Kartusche 71 schließt Merkmale der Kartuschen 11, 31 und 41 ein. Im Detail weist sie eine allgemein scheibenförmige Form auf und enthält eine Kaffeetablette einer bekannten Art, wie Kartusche 31. Der Becherbereich der Kartusche 71 ist ähnlich zu dem Becherbereich 37, weist jedoch eine Beilegescheibe 119 und ein Gummiventil oder eine Unterlage 116 der bei der Kartusche 11 verwendeten Art auf. Die Unterlage 116 ist in einem verformten Zustand dargestellt, die während der Extraktionsphase erreicht wird. Unterschiedlich zur Kartusche 31 steht der Deckelanschluss in Bezug auf den Deckelbereich nur ein wenig hervor und er ist durch eine Gummiabdeckung oder eine Dichtung 78 verschlossen, die identisch zu der Abdeckung 48 ist, die bei der Kartusche 41 verwendet wird.
Folglich weist die Extraktionsanordnung 70 einen mit einer Espressokaffeemaschine verwendbaren Träger auf, der bevorzugt aus einem Verbindungselement 72 zum Verbinden der Extraktionsanordnung mit dem Wassereinspritzrohr der Getränkeextraktionsmaschine und einem Bajonetthalter 73 zusammengesetzt ist.
Das Verbindungselement 72 weist einen Wassereinlassanschluss 75 zur Verbindung mit einem Wassereinspritzanschluss einer Getränkeextraktionsmaschine und eine ringförmige Wand 359 auf, die in Richtung des inneren Volumens des Bajonetthalters 73 hervorsteht, wenn dieser an dem Verbindungselement montiert ist.
Der Bajonetthalter 73 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und weist ein oberes offenes Ende auf, in das die ringförmige Wand 359 des Verbindungselementes 72 hineinpasst. Bevorzugt ist der Bajonetthalter 73 an dem Verbindungselement 72 mittels derselben Schrauben befestigt, die zum Befestigen des Verbindungselementes an der Extraktionsmaschine verwendet werden. Offensichtlich können der Bajonetthalter und das Verbindungselement auch in jeglicher anderen bekannten Weise miteinander verbunden werden; beispielsweise können die Außenfläche der zylindrischen Seitenwand des Verbindungselementes und die Innenfläche der zylindrischen Seitenwand des Bajonetthalters mit einem Gewinde versehen sein. Alternativ können das Verbindungselement und der Bajonetthalter auch einstückig aufgebaut sein.
Der Bajonetthalter 73 weist ferner ein unteres offenes Ende auf, an dem Führungen 263 einer bekannten Art zum Bajonettanschluss mit einem Kartuschenhalter 74 vorgesehen sind.
Der Kartuschenhalter 74 weist ein im Wesentlichen abgeflachtes Gehäuse auf, dessen Innenform komplementär zu dem Becherbereich der Kartusche 71 ist. Darüber hinaus weist die Grundfläche des Kartuschenhalters 74 eine Öffnung 377 in ihrem mittleren Bereich auf, durch den hindurch ein Becheranschluss 76a einer Kartusche 71 angeordnet ist.
Wenn der Kartuschenhalter 74 fest an dem Bajonetthalter 73 gesichert ist, wird der äußere flache Rand 79 der Kartusche 71 fest zwischen der ringförmigen Wand 359 und dem Rand des Kartuschenhalters 74 gehalten.
Die Extraktionsanordnung weist ferner eine Düse 275 auf, die an dem Einlassanschluss 75 gesichert ist und in Richtung des Kartuschenhalters hervorsteht.
Unter Bezug auf die 16 ist die Düse 275 ein im Wesentlichen zylindrisches Hohlstück mit einem inneren axialen Hohlraum 359 zur Aufnahme von Wasser von einem Wassereinlass 75 und sie weist eine Nadel oder ein Stechelement 358 auf, das darin integriert ist. Der Hohlraum 359 erstreckt sich so weit wie die Nadel, die radial hohl ist und die radiale Durchgangsöffnungen 356 zum Zuführen von Wasser in einer im Wesentlichen radialen Richtung aufweist.
Eine ringförmige Ausnehmung 355 ist ferner in der Düse 275 vorgesehen, insbesondere um die Nadel 358 herum. Die Ausnehmung 355 ist so geformt, dass sie den dickeren peripheren Bereich der Abdeckung 78 aufnimmt, sobald der Kartuschenhalter 74 an dem Bajonetthalter 73 gesichert ist. Wie es aus 19 bekannt ist, ist in dieser Position die Abdeckung 78 von der Nadel 358 durchstochen, so dass Wasser in die Kartusche hineingespritzt werden kann, und die Abdeckung 78 stellt eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Düse 275 und dem Deckelanschluss der Kartusche 71 bereit.
Deshalb wirkt die Abdeckung 78 als eine Einrichtung zum Bereitstellen einer radialen fluiddichten Abdichtung zwischen dem Wassereinlassanschluss der Extraktionsanordnung und der Kartusche, und somit wird das eingespritzte Wasser an einem Überlaufen auf die Außenfläche der Kartusche gehindert.
In vorteilhafter Weise weist die Extraktionsanordnung 70 einen Kartuschenauswerfer 369 auf, der in dem ringförmigen Raum untergebracht ist, der durch die Wand 359 und die Düse 275 definiert ist, und der ähnlich zu dem Auswerfer 269 ist.
Wenn der Kartuschenhalter 74 an dem Bajonetthalter 73 befestigt ist, wird der Auswerfer 369 nach oben gegen das Verbindungselement 72 mittels Federn 368 gedrückt, die folglich zusammengedrückt werden. Wenn der Kartuschenhalter 74 von dem Bajonetthalter 73 entfernt wird, hält stattdessen der Auswerfer 269 die Kartusche 71 innerhalb des Kartuschenhalters 74. Um die Bewegung des Auswerfers zu stoppen, wenn der Kartuschenhalter gelöst wird, ist ein ringförmiger Vorsprung 378 um die Innenfläche des ringförmigen Gehäuses des Kartuschenauswerfers 369 herum vorgesehen, welcher an den abgestuften Bereich 357 des Düsengehäuses 275 anliegt, wenn der Auswerfer nach unten gegen den Kartuschenhalter gleitet.
Die vorstehenden Extraktionsanordnungen weisen eine Einspritzdüse auf, die mit einer Nadel zum Durchbrechen der Abdeckung oder der Abdichtung des oberen Anschlusses der Kartusche und zum Eindringen in das innere Volumen der Kartusche vorgesehen ist. Darüber hinaus sind die oberen Anschlüsse der vorstehenden Kartuschen so dimensioniert, dass sie in eine entsprechende weibliche Düse einsetzbar sind. Es ist jedoch möglich, eine gegenseitige Kopplung zwischen der Einspritzdüse und dem oberen Anschluss einer Kartusche vorzusehen, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise weist unter Bezug auf 18 eine Extraktionsanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung einen mit einer Espressokaffeemaschine verbindbaren Träger auf, der bevorzugt aus einem Verbindungselement 582 zum Verbinden der Extraktionsanordnung mit dem Wassereinspritzrohr der Getränkeextraktionsmaschine und einem Bajonetthalter 583 zusammengesetzt ist.
Das Verbindungselement 582 weist eine Grundfläche und eine zylindrische Seitenwand auf, die sich von der Grundfläche aufrichtet und in einem geflanschten Rand endet, der zum Befestigen des Trägers an der Extraktionsmaschine (nicht dargestellt) dient, beispielsweise durch Verwenden von Schrauben. Die Grundfläche des Verbindungselementes 582 weist einen hervorstehenden Einlassanschluss 585, der mit dem Wasserauslass der Extraktionsmaschine verbindbar ist, und an der gegenüberliegenden Seite der Grundfläche eine kreisförmige Führungswand 559 auf.
Der Bajonetthalter 583 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und weist ein oberes offenes Ende auf, in das das Verbindungselement 582 hineinpasst. Bevorzugt ist der Bajonetthalter 583 an dem Verbindungselement 582 mittels derselben Schrauben verbunden, die zum Befestigen des Verbindungselementes an der Extraktionsmaschine verwendet werden, wie es bei den Ausführungsbeispielen vorstehend beschrieben wurde. Offensichtlich können der Bajonetthalter und das Verbindungselement in jeglicher anderen bekannten Weise gegenseitig verbunden werden; beispielsweise können die Außenfläche der zylindrischen Seitenwand des Verbindungselementes und die obere Innenfläche der zylindrischen Seitenwand des Bajonetthalters mit einem Gewinde versehen sein. Alternativ können das Verbindungselement und der Bajonetthalter einstückig aufgebaut sein.
Der Bajonetthalter 583 weist weiterhin ein unteres offenes Ende auf, an dem Führungen einer bekannten Art zum Bajonettanschluss mit einem Kartuschenhalter 584 vorgesehen sind.
Der Kartuschenhalter 584 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse auf, das im Innern so geformt ist, dass es die oben beschriebene Kartusche 81 vollständig aufnimmt. Insbesondere weist er eine zylindrische Innenwand auf, die komplementär zu der Seitenwand der Kartusche ist.
Darüber hinaus weist die Grundfläche des Kartuschenhalters 584 eine ringförmige Ausnehmung 561, in die der untere Flansch der Kartusche 81 gleitend passt, und einen Boden 550 auf, der innerhalb des zylindrischen Gehäuses des Kartuschenhalters angeordnet ist, und der eine Öffnung 567 in seinem mittleren Bereich aufweist. Die ringförmige Ausnehmung 561 und der Boden 550 sind so geformt, dass, wenn die Kartusche 81 in den Kartuschenhalter 584 eingesetzt ist, die Oberfläche seiner Grundfläche 87a nahezu vollständig an dem Boden 550 anliegt und der Becheranschluss 86a von der Öffnung 567 hervorsteht.
Die Extraktionsanordnung aus 18 weist ferner eine Einspritzdüse 575 auf, die fest an dem unteren offenen Ende des Einlasses 585 befestigt ist, der dem Kartuschenhalter zugewandt ist, beispielsweise durch einen Schraubanschluss. Alternativ können die Düsenanordnung und der Wassereinlassanschluss 585 einstückig ausgebildet sein.
Die Düse 575 weist ein zylindrisches Hohlgehäuse mit gegenüberliegenden offenen Enden auf und sie weist einen Flansch 557 in einem mittleren Bereich desselben auf.
Ein hohles spitzes Ende 558 einer im Wesentlichen zylindrischen Form steht axial von dem Flansch 557 der Düse in Richtung des Kartuschenhalters vor und ist so geformt, dass es einen Außendurchmesser aufweist, der im Allgemeinen kleiner als der Innendurchmesser des Deckelanschlusses 86b ist. Folglich kann das spitze Ende 558 aufgrund der passenden Breite des Deckelanschlusses 56b vollständig in den Deckelanschluss eingefügt werden, wenn der Kartuschenhalter 584 fest an dem Bajonetthalter 583 befestigt wird.
Das spitze Ende 558 ist im Wesentlichen breiter als eine (übliche) Einspritznadel, es ist jedoch klein genug, um als ein männlicher Teil in einen Kartuschenanschluss wie dem Deckelanschluss 86b einfügbar zu sein. In vorteilhafter Weise weist das spitze Ende 558 eine ringförmige Ausnehmung, die um seine Außenfläche ausgebildet ist, zum Unterbringen einer Dichteinrichtung auf, beispielsweise eines O-Ringes 566.
Vorteilhafterweise weist die Extraktionsanordnung einen ringförmigen Kartuschenauswerfer 569 auf, der in dem ringförmigen Raum untergebracht ist, der durch die Wand 559 des Verbindungselementes und die Düse 575 definiert ist, und der im Wesentlichen zu den hierin vorstehend beschriebenen anderen Kartuschenauswerfern ähnlich ist.
Die axiale Bewegung des Auswerfers 569 ist durch übliche Verschlussstutzen 578 begrenzt, die sich aufwärts erstrecken und die gleitend in eine angemessene ringförmige Ausnehmung 579 eingefügt sind, die die Düse 575 umgeben. Der Begrenzungsstopp für die Verschlussstutzen 578 ist durch den Flansch 557 der Düse 575 definiert.
In vorteilhafter Weise weist der ringförmige Kartuschenauswerfer 569 eine innere konzentrische Seitenwand 568 auf, die so dimensioniert ist, dass sie einen ringförmigen Spalt zwischen dem spitzen Ende 558 der Einspritzdüse definiert, wobei der Spalt vollständig mit der Seitenwand des Deckelanschlusses 86b aufgefüllt ist, wenn die Kartusche 81 in der Extraktionsanordnung befestigt ist. Deshalb wirkt in der bestimmten in 28 dargestellten Anordnung der Kartuschenauswerfer auch als eine Rückhaltewand gegen eine mögliche Expansion des Deckelanschlusses während der Extraktionsphase.
Die Extraktionsanordnung aus 18 profitiert von einer einfachen Anordnung, die Stechnadeln eliminiert und gleichzeitig eine kontaminationsfreie Kopplung zwischen der Kartusche, der Extraktionskammer und der Wassereinspritzkammer garantiert. Unabhängig davon, ob der Deckelanschluss vor der Installation derselben in der Ex traktionsanordnung geschlossen ist oder nicht, wirkt in der Tat die Einspritzdüse als ein männliches Teil und der Deckelanschluss als ein weibliches Teil und die Einspritzdüse kann die obere Dichtung des Deckelanschlusses ohne das Erfordernis einer zweckmäßigen Nadel durchstechen.
Der Einspritzbereich 575, 585 der Extraktionsanordnung ist von der Extraktionskammer isoliert gehalten, die durch die Kartusche mittels eines externen O-Ringes definiert ist, und eine sehr große Anzahl nachfolgender Extraktionsvorgänge der gleichen oder unterschiedlichen Getränke können ohne ein Reinigen oder Warten in irgendeiner Weise der Extraktionsanordnung ausgeführt werden.
Darüber hinaus kann der externe O-Ring 566 der Einspritzdüse einfach ausgetauscht oder gewartet werden, ohne einen Zugang zu internen Teilen der Einspritzdüse selber zu haben.
Es wurde somit gezeigt, dass die vorliegende Erfindung das vorgeschlagene Ziel und die Aufgaben erfüllt. Es ist klar, dass verschiedene Modifikationen entweder der Kartuschen oder der Extraktionsanordnungen gemäß der Erfindung offensichtlich sind und einfach durch den Fachmann ohne Verlassen des Umfangs der Erfindung ausgeführt werden können, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Wenn technische Merkmale, die in einem Anspruch erwähnt sind, durch Bezugszeichen gefolgt sind, wurden diese Bezugszeichen lediglich für den Zweck des Erhöhens der Lesbarkeit der Ansprüche eingefügt und folglich haben derartige Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung auf die Interpretation jedes Elementes, das beispielhaft durch derartige Bezugszeichen identifiziert ist.

Claims

Kartusche (1) zum Extrahieren eines Getränkes aus einer Pulversubstanz (4), die darin enthalten ist, mittels unter Druck stehenden Wassers, die Folgendes aufweist: eine Haupthülle mit einem Becherbereich (2) und einem Deckelbereich (3), wobei der Becherbereich eine Grundfläche (7), eine Seitenwand (8) und einen Rand (9a) aufweist, der der Grundfläche gegenüberliegend angeordnet ist, und der Deckelbereich (3) fest an dem Rand (9a) des Becherbereiches befestigt ist, um ein inneres Volumen der Kartusche zu definieren, das innere Volumen der Kartusche, das die Pulversubstanz (4) enthält, die zwischen Filtereinrichtungen (5a, 5b) zum Zurückhalten der Pulversubstanz und zum Durchsickern fluider Substanzen dadurch angeordnet ist, den Deckelbereich (3) mit einem Deckelanschluss (6b), der einen ersten Durchlass zum Durchsickern fluider Substanzen definiert, wobei die Grundfläche (7) des Becherbereiches einen Becheranschluss (6a) aufweist, der einen zweiten Durchlass zum Durchsickern fluider Substanzen definiert, den Deckelanschluss (6b) und den Becheranschluss (6a), die im Wesentlichen an einer Wassereinspritzachse ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupthülle derart geformt ist, um im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf eine zur Wassereinspritzachse senkrechte Ebene zu sein, so dass die Kartusche (1) ist unabhängig davon, welcher Anschluss als ein Einlassanschluss zum Aufnehmen von Wasser dient, und unabhängig davon verwendbar, welcher Anschluss als ein Auslassanschluss zum Ausspritzen des extrahierten Getränkes dient.
Kartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (7) eine Vielzahl an Leisten (101a) aufweist, die direkt darauf ausgebildet sind und zu dem inneren Volumen der Kartusche vorstehen, um die Filtereinrichtungen (5a, 5b) und die Pulversubstanz (4) zu tragen und um eine dünne Kanalisation zu bilden, um die Filtereinrichtungen und die Pulversubstanz mit dem Becheranschluss (6a) in eine Fluidkommunikation zu setzen.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Becheranschluss (6a) und der Deckelanschluss (6b) von dem Becherbereich (2) bzw. dem Deckelbereich (3) in Bezug auf das innere Volumen nach außen hervorstehen.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Becheranschluss und der Deckelanschluss Fluidflusshürden (107a, 107b), die an deren Innenfläche ausgebildet oder darin befestigt sind, zum Unterbrechen des direkten Fluidflusses aufweisen, der durch den Becheranschluss bzw. den Deckelanschluss hindurchfließt.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelbereich (3) eine Vielzahl an Leisten (101b) aufweist, die direkt auf dessen Innenseite ausgebildet sind und zu dem inneren Volumen der Kartusche hervorstehen, um die Filtereinrichtungen (5a, 5b) und die Pulversubstand (4) zu tragen und um eine dünne Kanalisation zu bilden, um die Filtereinrichtungen und die Pulversubstanz mit dem Deckelanschluss in eine Fluidkommunikation zu setzen.
Kartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelbereich dünne Rippen aufweist, die direkt an dessen Innenseite ausgebildet sind und zu dem inneren Volumen der Kartusche hervorstehen, um einen schmalen Spalt zwischen dem Deckelbereich und den Filtereinrichtungen zu erzeugen.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Becheranschluss und der Deckelanschluss Ventileinrichtungen (126) aufweisen, die von unter Druck stehenden und durchsickernden fluiden Substanzen elastisch öffenbar sind, um einen Durchfluss der durchsickernden fluiden Substanzen zu ermöglichen.
Kartusche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (126) eine Unterlage oder eine Scheibe aus einem elastischen Material aufweisen, das aus der Gummi, Elastomere oder flexible Kunststoffe aufweisenden Gruppe ausgewählt ist, wobei die Unterlage oder Scheibe einen Durchgangsschlitz (128) aufweist, der zum Isolieren des inneren Volumens der Kartusche von der äußeren Umgebung und zum Zurückhalten von Fluidrückständen innerhalb des inneren Volumens normalerweise geschlossen ist, wenn die Getränkeextraktion beendet ist.
Kartusche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (126) im geöffneten Zustand den Durchfluss von den durchsickernden fluiden Substanzen durch zumindest eine enge Öffnung zur Steigerung der Bildung und Stabilität einer Crema in dem Getränke ermöglichen, dass aus der Kartusche extrahiert wird, wenn die Pulversubstanz Kaffeemehl aufweist.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupthülle eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist: thermoplastische Kunststoffe, Aluminium, Gummi, Polylaminat-Kunststoffe, wärmegehärtete Zusammensetzungen oder jegliche Kombination davon.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulversubstanz (4) ausgewählt ist aus der Gruppe: gemahlener Kaffee, gerösteter gemahlener Kaffee, löslicher Kaffee, Tee, Schokoladenpulver, Milchpulver, lösliche Gebräue oder Suppen.
Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelanschluss (6b) oder der Becheranschluss (6a) derart dimensioniert sind, um weiter als eine Wassereinspritzdüse einer Getränkeextraktionsmaschine zu sein, so dass der Deckelanschluss oder der Becheranschluss eine derartige Düse während einer Getränkeextraktionsphase darin aufnehmen können.
Extraktionsanordnung (60), die an Getränkeextraktionsmaschinen zu befestigen ist, gekennzeichnet durch einen Träger, der mit einem Wasserauslass einer Getränkeextraktionsmaschine verbindbar ist, und einen Kartuschenhalter (63), der an dem Träger gesichert werden kann und eine Kartusche nach Anspruch 1 hält.