DE60312306T2

DE60312306T2 - Misch- und schäumvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE60312306T2
Application number: DE60312306T
Authority: DE
Inventors: Gerhard New Milford UFHEIL; Romanus Eduard Verhoeven
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2023-01-18
Also published as: DE60312306D1; PT1476060E; NZ535021A; WO2003068039A3; BR0307526A; DK1476060T3; ATE355781T1; JP2005516710A; US20050079265A1; US7059498B2; BRPI0307526B1; EP1476060B1; US6698625B2; ZA200407239B; MXPA04007829A; AU2003245520A1; JP4051033B2; WO2003068039A2; EP1476060A2; ES2281650T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, die ein schaumartiges Fluidprodukt zur Verfügung stellt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Mischvorrichtung, zum Mischen, Aufschäumen und Abgeben eines Getränks und ein Verfahren zum Schaffen eines schaumartigen Fluidprodukts.
Espresso und andere Kaffee- und Milchgetränke werden durch Mischen eines Pulvers in Wasser hergestellt. Herkömmlicherweise wird das Getränk mit einem Milchschaum mittels Dampfaufschäumen versehen.
Mischvorrichtungen sind für eine schnellere Herstellung solcher Getränke und anderer Nahrungsmittel durch Mischen einer pulverförmigen Nahrungsmittelkomponente mit einer Flüssigkeit wie Wasser bekannt. Diese Vorrichtungen führen die pulverförmige Komponente typischerweise in Wasser zu, das oft tangential in eine Mischkammer gepumpt wird, um einen Wirbel zu bilden, um das Pulver in dem Wasser zu mischen. Die Mischung wird dann einem Schlagmechanismus zugeführt, der üblicherweise eine sich drehende Platte ist. Die Platte versetzt die Mischung mit Luft und erzeugt einen Schaum. Die aufgeschäumte Mischung wird üblicherweise in einen Trinkbehälter abgegeben.
Beispielsweise das US-Patent Nr. 5,927,553 offenbart eine Misch- und Abgabevorrichtung mit einem kreuzförmigen Aufschäumflügel. Andere Formen von Aufschäumflügeln sind auch bekannt. Firmen wie beispielsweise Rhea und Zanussi verwenden Schläger mit einer axial kurzen Scheibe und sehr steilen geneigten Wänden. Andere Schläger weisen Rotoren mit unabhängigen Rampen auf, die sich von einer im Wesentlichen flachen Platte aus erstrecken. Die bekannten Vorrichtungen weisen im Allgemeinen ihren größten Wirkungsgrad für die Herstellung einer kleinen Gruppe von Produkten auf.
EP 1 116 464 betrifft eine Maschine für Instantgetränke, die eine kreisförmige Scheibe mit daran angebrachten, steilen Rippen aufweist. Eine solche Konstruktion neigt jedoch dazu, eine geringe Menge an Scherung aufgrund der Struktur der Rippen, die eine zu kleine Scherfläche mit dem Gehäuse und eine zu große Neigung schafft, die dazu neigt, dass das Produkt die Mischvorrichtung zu schnell mit hoher Geschwindigkeit verlässt, zu erzeugen.
Es besteht ein Bedarf an einer Mischvorrichtung mit einer verbesserten Aufschäumwirkung und einem verbesserten Aufschäumwirkungsgrad. Die vorliegende Erfindung befriedigt diesen Bedarf.
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung mit einer großen vielseitigen Verwendbarkeit, da sie unterschiedliche Produkte, wie Kaffee- und Milchprodukte, sehr wirksam zum Servieren in einer Tasse mit Luft durchsetzen und aufschäumen kann.
Deshalb ist die vorliegende Erfindung eine Mischvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 offenbart.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumgetränks gemäß dem unabhängigen Anspruch 14.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Schnitt durch diese; und
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht dersellben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Mischvorrichtung 10, die einen Eingangsbehälter 12 aufweist. Der Eingangsbehälter 12 weist einen Schüsselabschnitt 14 mit einem tangentialen Einlass 16 zur Zuführung eines Fluids unter Druck auf. Ein automatisch gesteuertes Ventil ist vorzugsweise vorgesehen, um den Fluidstrom in den Eingangsbehälter 12 zu steuern. Das Fluid wird durch den Einlass mit einer Geschwindigkeit eingeführt, die gewählt wird, um eine wirbelnde Strömung, vorzugsweise im Wesentlichen eine Wirbelwirkung, zu erzeugen.
Eine mit dem Fluid zu mischende Komponente, vorzugsweise eine pulverförmige Nahrungsmittelsubstanz, wird in den Pulvereinlass 18 eingeführt, der vorzugsweise eine Öffnung an der Oberseite des Schüsselabschnitts 14 aufweist. Das Pulver kann manuell oder automatisch von einer Pulverquelle, die vorzugsweise oberhalb der Vorrichtung 10 angeordnet ist, zugeführt werden. Die Pulverquelle weist vorzugsweise einen Dosiermechanismus, wie eine Dosierschraube, auf, um automatisch eine vorbestimmte Menge des Pulvers in den Eingangsbehälter 12 zu dosieren. Eine Lippe 20 erstreckt sich um das Innere des Pulvereinlasses 18, wobei sie sich in den Schüsselabschnitt 14 erstreckt, um zu verhindern, dass das wirbelnde Fluid den Eingangsbehälter 12 durch dessen obere Seite verlässt. Ein Sog wird auf die Öffnung 21 zur Einwirkung gebracht, die mit der Unterseite der Lippe 20 verbunden ist, um jegliches verspritzte Material zu extrahieren. Der Pulvereinlass ist ausreichend groß, um dort hinein geschüttetes Pulver aufzunehmen und auch um eine ausreichende Menge an Luft zum Mischen mit dem Fluid und der Komponente aufzu nehmen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist ein Halsabschnitt 22 des Eingangsbehälters 12 unterhalb des Schüsselabschnitts 14 angeordnet. Der Halsbereich 22 besitzt vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als der Schüsselabschnitt 14 und weist eine Halsöffnung 24 auf, die an einer seitlichen Seite, wie in 2 gezeigt, angeordnet ist. Der Halsabschnitt 22 ist vorzugsweise im Allgemeinen koaxial zu dem Schüsselabschnitt 14 und verengt sich im Wesentlichen gleichmäßig entlang der Achse des Schüsselabschnitts 14. Dies verbessert den Fluidstrom darin und verringert jegliches Zurückhalten von Pulver. Vorzugsweise weist ein Übergang zwischen dem Schüsselabschnitt 14 und dem Halsabschnitt 22 im Querschnitt eine nach innen gerichtete Krümmung 25, gefolgt von einem geneigten Abschnitt 27, auf, auf den eine nach außen gerichtete Krümmung 29 folgt.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 steht eine Schlägeranordnung 26 mit dem Eingangsbehälter, vorzugsweise an der Halsöffnung, in Fluidverbindung. Die Schlägeranordnung umfasst einen Schlägerrotor 28. Ein Motor treibt eine Rotorwelle 32 an, die den Schlägerrotor 28 derart antreibt, dass der Motor 30 den Schläger um eine Schlägerachse 34 antreibt. Eine Motorsteuereinrichtung ist vorzugsweise vorgesehen, um den Betrieb und die Drehzahl des Motors 30 zu steuern.
Der bevorzugte Schlägerrotor 28 weist eine konische Schlägeroberfläche 36 auf. Die konische Fläche 36 ist vorzugsweise mit Bezug auf die Schlägerachse 34 nach außen gewandt und kann einen im Wesentlichen geraden Querschnitt, wie bei der gezeigten Ausführungsform, aufweisen oder kann im Querschnitt mit einem verjüngten Winkel gekrümmt sein, der sich entlang der axialen Länge des Schlägerrotors 28 ändert. Die Schlägeroberfläche erstreckt sich bei der gezeigten Ausführungsform unter einem Oberflächenwinkel 42 zu der Schlägerachse 34. Der Oberflächenwinkel 42 ist der durchschnittliche Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenendabschnitt 38, 40, und die Schlägeroberfläche 36 ist vorzugsweise im Wesentlichen um ihren Umfang zwischen den Endabschnitten 38, 40 durchgehend. Der Winkel kann sich über die Endabschnitte 38, 40 hinaus ändern. Der Oberflächenwinkel 42 beträgt etwa 10° bis 45°, stärker bevorzugt etwa 15° bis 35° und am meisten bevorzugt etwa 20° bis 30°.
Die bevorzugte Schlägeroberfläche 36 erstreckt sich im Wesentlichen zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt 38, 40. Da die Schlägeroberfläche 36 konisch oder verjüngt ist, besitzt der erste Oberflächenendabschnitt 38 einen kleineren Durchmesser als der zweite Oberflächenendabschnitt 40. Der erste Endabschnitt 38 ist vorzugsweise dem Inneren des Eingangsbehälters 12 zugewandt, wobei der zweite Endabschnitt 40 an einer gegenüberliegenden Seite der Schlägeroberfläche 36 angeordnet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser des zweiten Endabschnitt 40 mindestens etwa 10% des Durchmessers des ersten Endabschnitts 38. Stärker bevorzugt beträgt der Durchmesser des zweiten Endabschnitts das etwa 1,25- bis 2,5-fache der Größe des ersten Durchmessers. Die Schlägeroberfläche 36 besitzt vorzugsweise eine axiale Länge von etwa einem Viertel bis zum 2-fachen der Größe des Durchmessers des ersten Endabschnitts. Bei einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser des ersten Endabschnitts etwa 18 bis 25 mm und der Durchmesser des zweiten Endabschnitts beträgt etwa 30 bis 35 mm, wobei die axiale Länge zwischen den Endabschnitten etwa 10 bis 25 mm beträgt. Die Durchmesser des Schlägerrotors, einschließlich der Endabschnitte, werden vorzugsweise zum breitesten Punkt an der Stelle gemessen, die entlang der Achse 34 gemessen wird. So wird der Durchmesser eines Rotors mit Vorsprüngen wie Rippen bis zur Spitze der Vorsprünge gemessen. Vorzugsweise sind jedoch jegliche Vorsprünge von Nuten an der Oberfläche bei der bevorzugten Ausführungsform nicht tiefer als etwa 6 mm.
Die Schlägeroberfläche besitzt vorzugsweise einen Oberflächenbereich von mindestens etwa 800 mm² und stärker bevorzugt mindestens etwa 100 mm² und bevorzugt höchstens etwa 3000 mm² und stärker bevorzugt höchstens etwa 2000 mm². Dieser Oberflächenbereich wird unter der Annahme, dass die Querschnitte der Oberfläche kreisförmig ist und der Durchmesser des Schlägerrotors an den relevanten axialen Punkten, wie vorstehend beschrieben ist, berechnet.
Des weiteren befinden sich bei der gezeigten Ausführungsform die Oberflächenendabschnitte 38, 40 an den äußersten Enden des kegelstumpfförmigen Schlägerrotors 28. Bei anderen Ausführungsformen können sich die Oberflächenendabschnitte von den Enden des Schlägers entfernt befinden. Bei einer Ausführungsform wird das erste kleinere Oberflächenende 38 als sich an dem Abschnitt des verjüngten Schlägerrotors befindend definiert, an dem der Durchmesser mindestens etwa 18 mm beträgt. So weist diese Ausführungsform eine Schlägeroberfläche auf, die von der Stelle an dem Schlägerrotor, an der der Durchmesser mindestens etwa 18 mm beträgt, gemessen wird. Diese alternative Ausführungsform kann auch einen zweiten Oberflächenabschnitt des Schlägerrotors aufweisen, der sich in der Richtung von dem zweiten Ende weg erstreckt und der kontinuierlich sein kann und der benachbarten Schlägeroberfläche folgen kann. Der zweite Oberflächenabschnitt kann sich zum stromaufwärtigsten Ende des Schlägerrotors erstrecken. Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Oberflächenabschnitt von der Stelle an dem Schlägerrotor gemessen, an der der Durchmesser mindestens etwa 20 mm beträgt, und bei einer noch weiteren Ausführungsform wird er von der Stelle an dem Schlägerrotor gemessen, an der der Durchmesser mindestens etwa 25 mm beträgt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform bildet die erste oder vordere Schlägerfläche 44 vorzugsweise einen ausgesparten Abschnitt 46, vorzugsweise in der Form einer ringförmigen Nut, die dem Inneren des Eingangsbehälters 12 zugewandt ist.
Eine zweite oder hintere Schlägerfläche 48 umfasst auch vorzugsweise einen ausgesparten Abschnitt 50, der in einer der vorderen Fläche 44 entgegengesetzten Richtung gerichtet ist. In den Zeichnungen sind die erste und die zweite Schlägerfläche an dem ersten und dem zweiten Oberflächenende 38, 40 angeordnet. Bei der beschriebenen alternativen Ausführungsform, bei der sich ein oder beide Oberflächenende(n) von dem Ende des Schlägerrotors selbst entfernt befindet bzw. befinden, ist bzw. sind das eine oder beide Oberflächenende(n) bzw. die Schlägerflächen auch voneinander entfernt angeordnet.
Der Schlägerrotor 28 ist innerhalb eines Schlägergehäuses 52 angeordnet, das bei der dargestellten Ausführungsform ein integraler Teil der unitären Konstruktion mit dem Eingangsbehälter 12 ist. Das bevorzugte Schlägergehäuse 52 weist eine innere Gehäuseoberfläche 54 mit einer Gestalt auf, die im Wesentlichen der Schlägeroberfläche 36 entspricht. Ein Scherspalt 56 ist zwischen den Gehäuseschlägeroberflächen 54, 36 gebildet, der eine Breite besitzt, die ausgewählt ist, um für eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit und Energieübertragung zu der Mischung zu sorgen, die für eine gewünschte Aufschäumungswirkung sorgt. In einer Richtung parallel zu der Schlägerachse 34 gemessen beträgt der Scherspalt 56 vorzugsweise mindestens etwa 0,5 mm, stärker bevorzugt mindestens etwa 0,8 mm und am meisten bevorzugt mindestens 1 mm. In dieser Richtung gemessen beträgt der Scherspalt 56 vorzugsweise höchstens etwa 2,5 mm und stärker bevorzugt höchstens etwa 1,5 mm. Eine Ausführungsform besitzt einen Scherspalt in diesem Bereich mit einem Oberflächenwinkel 42 von etwa 25°. In einer Richtung orthogonal zu der Schlägeroberfläche 36 beträgt die bevorzugte Größe des rechtwinkligen Scherspalts mindestens etwa 0,4 mm und höchstens etwa 1,1 mm. Die konische Gestalt des Schlägerrotors 28 sorgt für einen langen Scherspalt 56 zur Einwirkung auf die Fluidmischung, während er für eine Pumpwirkung sorgt und keinen extrem großen Radius erfordert.
Wie in 3 gezeigt, bildet die Schlägerrotoroberfläche 36 vorzugsweise eine Vielzahl von abgerundeten Nuten 70, die sich vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt 38, 40 erstrecken. Die bevorzugten Nuten 70 sind verdreht, um sich spiralförmig entlang der Länge des Schlägerrotors 28 zu erstrecken. Die Nuten 70 der vorliegenden Ausführungsform weisen eine Tiefe von etwa 0,5 bis 3 mm auf. Die Nuten 70 sind vorzugsweise so gestaltet und bemessen, dass sie die Aufschäumwirkung der Fluidmischung erhöhen. Bei einer alternativen Ausführungsform fluchten die Nuten im Wesentlichen mit der Schlägerachse 34, und bei einer anderen Ausführungsform gibt es keine Nuten. Der Motor kann den Schlägerrotor 28 in der oder gegen die Richtung der Nuten in Abhängigkeit von der gewünschten Pump- und Aufschäumwirkung drehen.
Ein Wandelement 57 umfasst eine Rückwand 58, die hinter dem Schlägerrotor angeordnet ist, wobei sie den zweiten Endabschnitt 40 und der hinteren Schlägerfläche 48 zugewandt ist. Die bevorzugte Rückwand 58 umfasst Vorsprünge, die vorzugsweise mindestens eine Rippe 60 sind und die in Richtung auf den Schlägerrotor 28 vorstehen. Die Rippen 60 erstrecken sich bei der dargestellten Ausführungsform radial im Wesentlichen auf einer geraden Linie mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke. Bei einer anderen Ausführungsform können sich die Rippen entlang gekrümmter Linien erstrecken.
Vorzugsweise besitzt die Rückwand 58 mindestens zwei Rippen 60 und stärker bevorzugt besitzt sie mehr als zwei Rippen 60. Die Rückwand 58 besitzt vorzugsweise bis zu acht Rippen 60 und stärker bevorzugt bis zu sechs Rippen 60. Die vordere Seite 62 der Rippen 60, die dem Schlägerrotor 28 zugewandt ist, besitzt vorzugsweise einen abgerundeten Querschnitt, obgleich auch andere Formen geeignet sein können. Des weiteren ist die vordere Kante 62 der Rippe der dargestellten Ausführungsform bei Betrachtung von der Seite, wie in 2, im Wesentlichen gerade, die einen Schnitt parallel zu der Längs- oder radialen Länge der Rippen 60 zeigt. Bei alternativen Ausführungsformen können die Rippen 60 im Allgemeinen der Gestalt der Rückwand 58 folgen oder können eine andere Gestalt haben.
Die bevorzugte Rückwand 58 selbst ist nicht flach, sondern ist bei einer alternativen Ausführungsform im Wesentlichen flach. Ein zentraler Abschnitt 64 der gezeigten Rückwand 58 erstreckt sich in der Richtung des Schlägerrotors 28 und ist von dem Schlägerrotor 28 in Richtung auf den radialen Randabschnitt 66 der Rückwand 58 weg geneigt. Der gezeigte geneigte Abschnitt 68 erstreckt sich von dem zentralen Abschnitt 64 über den größten Teil des Radius der Rückwand 58. Vorzugsweise erstreckt sich der geneigte Abschnitt 68 über den Radius des zweiten Endabschnitts 40 des Schlägerrotors 28 oder den Abschnitt des Schlägerrotors 28 hinaus, der mit Bezug auf die Rückwand 58 unbehindert ist. Der radiale Randbereich 66 der Rückwand 58, der in Kontakt mit dem Fluid steht, ist vorzugsweise entlang des radialen Querschnitts gekrümmt, um sich in einer umgekehrten Richtung von dem geneigten Abschnitt 68 zu neigen. Diese Krümmung und umgekehrte Neigung des radialen Randbereichs 66 verringert im Wesentlichen die scharfen Winkel, in denen das Fluid eingefangen oder eingeschränkt wird, oder eliminiert diese vorzugsweise im Wesentlichen. Die Kombination der Neigungen des geneigten Abschnitts 68 und des radiale Randbereichs 66 verbessert den Wirkungsgrad des Fluidstroms.
Der Schlägerrotor 28 ist vorzugsweise von dem Wandelement 57 beabstandet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Endabschnitt 40 des Schlägerrotors 28 von dem vorderen Rand 62 der Rippe um mindestens etwa 0,25 mm, stärker bevorzugt um mindestens etwa 0,5 mm und am meisten bevorzugt um mindestens etwa 1 mm beabstandet. Der Abstand zwischen dem Schläger 28 und dem vorderen Rand 62 der Rippe beträgt vorzugsweise höchstens etwa 5 mm, stärker bevorzugt höch stens etwa 4 mm und am meisten bevorzugt höchstens etwa 3 mm. Die bevorzugteste Ausführungsform weist einen Abstand von etwa 1,5 mm auf. Dieser Abstand wird gewählt, um die Bläschengröße der Luft einzuschränken und zu steuern, die mit der die Fluidmischung vermischt wird. Die Höhe der Rippen 60 von der Rückwand 58 im Wesentlichen benachbart dem Scherspalt 56 beträgt vorzugsweise mindestens etwa 0,5 mm, stärker bevorzugt mindestens etwa 1 mm und am meisten bevorzugt mindestens etwa 1,5 mm. Die Rippenhöhe beträgt vorzugsweise höchstens etwa 4 mm, stärker bevorzugt höchstens etwa 3 mm und am meisten bevorzugt höchstens etwa 2,5 mm.
Die Rückwand 58 besitzt vorzugsweise einen größeren Außendurchmesser als der Schlägerrotor 28, vorzugsweise um mindestens etwa 10% größer und stärker bevorzugt um mindestens etwa 20% größer und am meisten bevorzugt höchstens um etwa 60% größer und stärker bevorzugt höchstens etwa um 40% größer. Der Außendurchmesser der Rückwand 58 beträgt bei der bevorzugten Ausführungsform mindestens etwa 40 mm und höchstens etwa 60 mm. Das bevorzugte Volumen zwischen der Rückwand 58 und dem Schlägerrotor 28 beträgt zwischen etwa 2 ml und 12 ml und stärker bevorzugt zwischen etwa 4 ml und 7 ml.
Ein Produktausgangsrohr 72 ist stromabwärts des Schlägerrotors 28 und der Rückwand 58 angeordnet und ist angeordnet, um die aufgeschäumte Fluidmischung abzugeben. Das Produktausgangsrohr 72 ist als einstückiger Teil der unitären Konstruktion mit dem Eingangsbehälter 12 gezeigt. Das Produktausgangsrohr 72 umfasst vorzugsweise einen Kanal mit einem Durchmesser, der gemäß dem abzugebenden Endprodukt ausgewählt ist. Das bevorzugte Produktausgangsrohr 72 besitzt einen Innendurchmesser von etwa 2 mm bis 5 mm für Ausführungsformen, die mehrere unterschiedliche Milch- und Kaffeegetränke herstellen sollen. Ausführungsformen, die hauptsächlich für Kaffee bestimmt sind, besitzen vorzugsweise ein Produktausgangsrohr 72 mit einem Innendurchmesser von etwa 1 mm bis 3 mm, und bei Ausführungsformen, die hauptsächlich für Milch bestimmt sind, beträgt der Innendurchmesser vorzugsweise etwa 4 mm bis 8 mm. Der Durchmesser des Produktausgangsrohrs 72 wird gewählt, um die gewünschte Pumpleistung von dem Schlägerrotor 28 zu erhalten. Das Vergrößern des Durchmessers des Kanals gestattet eine schnellere Strömung, während das Verkleinern des Durchmessers für einen größeren Gegendruck sorgt, um die Fluidmischung in der Schlägeranordnung und der Eingangskammer 12 länger zurückzuhalten. Eine Abgabetülle 75 ist vorzugsweise am Ende des Produktausgangsrohrs 72 für das leichtere Abgeben in eine Tasse befestigt.
Eine Dichtung wie ein O-Ring 90 dichtet den Raum zwischen dem Eingangsbehälter 12 und dem Wandelement 57 und dem Bereich des Produktausgangsrohrs 72 ab. Ein Entleerungskanal 73 hinter dem und unterhalb des O-Rings 90 ist auch vorgesehen, um jegliches Fluid, das an dem O-Ring 90 vorbei ausgetreten ist, daran zu hindern, den Motor 30 zu kontaktieren.
Unter Bezugnahme auf 3 weist die bevorzugte Ausführungsform eine Abstützstruktur auf, die eine Abstützwand 74 umfasst, die im Wesentlichen senkrecht angeordnet ist. Die Abstützwand 74 begrenzt eine Öffnung 76, die zum Befestigen und Abstützen des Motors 30 meistens auf einer Seite der Abstützwand 74 und des Produkthandhabungsabschnitts der Vorrichtung, einschließlich des Eingangsbehälters 12, des Schlägerrotors 28 und des Produktausgangsrohrs 72, konturiert und gestaltet ist. Laschen 78 und Aussparungen 80 in der Öffnung 76 entsprechen der Gestalt des Befestigungselements 82, das an der Abstützwand 74 angebracht ist und das die meisten Elemente der Vorrichtung an der Abstützwand 74 abstützt und befestigt. Die entsprechenden Neigungen helfen dabei, die Elemente zu stabilisieren und die Drehung zu verhindern.
Ein Schnelllöse-/Schnellbefestigungsmechanismus ist vorzugsweise vorgesehen und umfasst bei der dargestellten Ausfüh rungsform ein Rückhalteelement 83, das ein Verriegelungselement 84 umfasst, das vorzugsweise entlang des Befestigungselements 82 in einer gekrümmten Bewegung um die Eingangsbasis 85 des Eingangsbehälters 12 herum gleitet, der eine Achse aufweist, die parallel zur Schlägerachse 34 ist. Die dargestellte Ausführungsform ist als Bajonettverriegelungsmechanismus gestaltet. Das Verriegelungselement 84 umfasst einen Griff 86, um es einem Benutzer zu ermöglichen, das Verriegelungselement 84 zwischen der Löse- und der Verriegelungsstellung zu bewegen, in der die Eingangskammer freigegeben bzw. an dem Befestigungselement 82 verriegelt wird. Die Eingangskammer weist vorzugsweise mindestens eine und vorzugsweise zwei oder drei Nockenrampen 88 auf, die zum Ineingriffbringen mit dem Verriegelungselement 84 angeordnet und gestaltet sind, wenn das Verriegelungselement 84 von der Löse- in die Verriegelungsstellung bewegt wird. Ein nachgiebiges oder Federelement wie der O-Ring 90 ist mit Bezug auf das Befestigungselement und den Eingangsbehälter 12 gestaltet und mit diesen verbunden, um den Eingangsbehälter 12 von dem Befestigungselement 82 weg zu drücken, sodass das Federelement bei Freigabe des Bajonettmechanismus den Eingangsbehälter von dem Befestigungselement weg bewegt. Dieses System ermöglicht einem Benutzer einen leichten Zugang zu dem Eingangsbehälter 12, dem Schlägerrotor 28 und der Rückwand 58 für Reinigungszwecke, vorzugsweise ohne eine beträchtliche Drehung des Eingangsbehälters 12 selbst zu erfordern. Andere Schnelllösemechanismen sind für erfindungsgemäße Ausführungsformen geeignet, wie andere Verriegelungsmechanismen, bei denen sich die Klinken entlang eines unterschiedlich geformten Pfads bewegen und bei denen die Klinken in Aufnahmen aufgenommen sind. Der bewegliche Abschnitt zum Verriegeln des Eingangsbehälters an dem Rest der Struktur kann auch an dem Eingangsbehälter oder einem anderen Teil der Vorrichtung angebracht werden.
Im Gebrauch wird das Fluid tangential in den Eingangsbehälter 12 durch den tangentialen Einlass 16 eingeführt. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Fluid Wasser und die Strömungsrate beträgt etwa 3 ml/Sek. bis 30 ml/Sek., stärker bevorzugt etwa 5 ml/Sek. bis 15 ml/Sek. und am meisten bevorzugt etwa 9 ml/Sek. bis 12 ml/Sek. Zum Zeitpunkt der Wasserströmung in den Eingangsbehälter 12 oder vorzugsweise nach dem Beginn der Wasserströmung in den Eingangsbehälter 12 wird eine pulverförmige Nahrungsmittelkomponente wie ein pulverförmiges Kaffeeprodukt und/oder pulverförmige Milch in das Wasser durch den Pulvereinlass 18 abgemessen. Vorzugsweise beginnt das Abmessen des Pulvers mindestens etwa 0,1 Sek. nach dem Beginn des Wasserabmessens und stärker bevorzugt mindestens etwa 0,3 Sek. später und vorzugsweise höchstens etwa 3 Sek. später und stärker bevorzugt höchstens etwa 1,0 Sek. später. Vorzugsweise wird das Wasser weiter in den Eingangsbehälter 12 eingeführt, bis das Abmessen des Pulvers gestoppt wird und vorzugsweise höchstens etwa 8 Sek. nach der Beendigung des Abmessens des Pulvers und stärker bevorzugt höchstens etwa 3 Sek. danach und vorzugsweise mindestens etwa 1,0 Sek. danach.
Das Wasser und das Pulver beginnen sich in dem wirbelnden Strom innerhalb des Eingangsbehälters 12, einschließlich des Halsabschnitts 22, zu vermischen. Der Schlägerrotor 28 wird durch den Motor 30 mit einer Drehzahl gedreht, die ausreicht, um die Mischung in Richtung auf das Produktausgangsrohr 72 zu pumpen und die gewünschte Aufschäum- und Luftdurchsetzungswirkung zu erzeugen. Der Schlägerrotor 12 saugt Luft für das Einverleiben in die Mischung ein. Die Gestaltung und die örtliche Festlegung der Rückwand 58 mit Bezug auf den Schlägerrotor 28 setzt die Aufschäumwirkung fort, was den Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht. Die Drehung des Schlägerrotors 28 und die Gestalt der Rückwand 58 verhindern durch Zentrifugalkraft, dass sich das Fluidprodukt hinter dem Schlägerrotor ansammelt. Die Drehzahl des Schlägerrotors 12 ist vorzugsweise variabel, um eine Drehzahlauswahl zu ermöglichen, um der Mischung die gewünschte Menge an Energie zuzuführen, um das gewünschte Aufschäumen zu erzeugen. Um Produkte bestimmter Qualitäten zu erhalten, wird die Drehzahl des Schlägerrotors 28 zwischen zwei oder mehr Drehzahlen während der Herstellung eines einzigen Produkts geändert. Die Tabelle 1 zeigt die bevorzugten ungefähren Energiedissipations- und Schaumwerte der Vorrichtung 10 für die angegebenen Produkte. Der Schaumwert ist das Volumenverhältnis des Schaums zur Flüssigkeit in dem sich ergebenden Produkt. Der Kaffee, der Espresso und der geschäumte Kaffee in der Tabelle werden aus löslichem Kaffee gemacht. Die normale Milch, die heiße Milch und der Milchschaum werden aus löslicher Milch oder Kaffeeweißer rekonstituiert. Der Milchschaum wird aus einem bei mittlerer Hitze getrocknetem Milchpulver hergestellt, das im Stand der Technik bekannt ist und durch Wärmebehandeln von entrahmter Milch zwischen einer und zwei Minuten bei 85°C bis 102°C und dann Sprühtrocknen der wärmebehandelten Milch oder Behandlung derselben mit einem äquivalenten Verfahren hergestellt wird. Die Menge des nichtdenaturierten Serumproteins (Molkeprotein) beträgt 1,5 bis 6 mg pro Gramm des bei mittlerer Hitze getrockneten Milchpulvers.
Tabelle 1:
Die Vorrichtung 10 sorgt für eine hohe spezifische Energiedissipation, um einen Milchschaum zu erzeugen, und eine mäßig niedrige spezifische Energiedissipation, um eine Kaffeecrema hoher Qualität in der gleichen Einheit zu erhalten. Das geschäumte Produkt wird dann durch das Produktausgangsrohr 72 abgegeben.
Es wurde gefunden, dass zur Erzeugung eines Milchschaums authentischer Qualität bei Verwendung eines Milchpulvers in einer Getränkeabgabevorrichtung die spezifische Energiedissipation oberhalb von 1 J/g des Produkts, das Milchpulver und Wasser zusammen enthält, liegen sollte. Authentischer Milchschaum, wie er in der vorliegenden Anmeldung bezeichnet wird, ist ein aufgeschäumtes Produkt mit mindestens einem gleichen Volumen an Milchschaum im Vergleich zu dem Volumen der Flüssigkeit. Der Milchschaum in dem Produkt mit authentischem Milchschaum besitzt vorzugsweise eine Dichte von etwa 50 g/ml bis 300 g/ml. Ein authentischer Cappuccino kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden, der ein Volumen besitzt, das aus etwa 1/3 Kaffee, etwa 1/3 aufgeschäumtem Milchschaum und etwa 1/3 Milch besteht, die nach dem Aufschäumen verblieb. Der bevorzugte Milchanteil in dem authentischen Cappuccino besitzt ein Volumen, das mindestens so groß wie das Volumen des flüssigen Anteils ist. Der Schaum der aufgeschäumten Milch in dem endgültig hergestellten Getränkeprodukt ist vorzugsweise stabil, wobei mindestens etwa 2/3 des Schaumvolumens nach 10 Minuten verbleibt.
Die Energiedissipation der Vorrichtung kann durch Einstellen des Scherspalts, der Rotordrehzahl und der Produktströmungsrate gesteuert werden, obgleich diese Größen voneinander abhängen. Eine Verringerung des Scherspalts, eine Erhöhung der Rotordrehzahl und eine Verringerung der Strömungsrate sorgen für eine höhere Energiedissipation. Die bevorzugte Strömungsrate beträgt mindestens etwa 5 g/Sek. bis zu etwa 30 g/Sek. und stärker bevorzugt mindestens etwa 8 g/Sek. und bis etwa 15 g/Sek. Wenn die Größe des Spalts verringert wird, werden die Strömungsraten entsprechend verringert und die Menge an Luft, die in den Spalt eingesaugt wird, wird auch verringert, was die Schaumbildung und das Vermischen mit Luft verringert und die Reibung erhöht. Wenn die UpM erhöht wird, erhöhen sich auch der Lärm und die Kosten der Vorrichtung.
Die vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen gestatten eine Vorrichtung einer kompakten Größe und mit einer gewünschten Strömungsrate zum Herstellen von einzelnen Getränken, die ohne das Erfordernis von extrem hohen Rotordrehzahlen, wie von mehr als 30.000 UpM, zur Verfügung gestellt werden können. Die bevorzugten UpM, die für aufgeschäumten Kaffee oder Milchschaum verwendet werden, betragen höchstens etwa 25.000 und stärker bevorzugt höchstens etwa 22.000. Bei diesen Drehzahlen ist der hauptsächlich wirksame Teil des Schlägerrotors derjenige Teil mit einem Durchmesser von etwa 18 mm oder mehr.
Während hier veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung offenbart sind, ist ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen oder andere Ausführungsformen von Fachleuten ersonnen werden können. Beispielsweise kann der Schlägerrotor eine nach innen gewandte Schlägeroberfläche aufweisen und sich mit Bezug auf einen Abschnitt des Schlägergehäuses drehen, der sich im Inneren des Schlägers erstreckt. Deshalb ist ersichtlich, dass solche Modifikationen und Ausführungsformen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sind.

Claims

Mischvorrichtung mit einem Eingangsbehälter (12), der gestaltet ist, um ein Produkt zu empfangen, das eine Fluidkomponente und eine zweite Komponente umfaßt; einem Schläger (26), der einen Schlägerrotor (28), der in einem Schlägergehäuse (52) angeordnet ist, enthält, wobei der Schlägerrotor (28) eine konisch zulaufende Schlägeroberfläche (36) hat, die eine Achse (34) hat, wobei sich die Schlägeroberfläche zwischen einem ersten und einem zweiten Oberflächenende (38, 40), erstreckt, wobei das erste Oberflächenende (38) einen ersten Durchmesser hat und in Fluidverbindung mit dem Eingangsbehälter (12) ist, um das Produkt zu empfangen, und wobei das zweite Oberflächenende (40), stromabwärts von dem ersten Oberflächenende (38) angeordnet ist und einen zweiten Durchmesser hat, der größer als der erste Durchmesser ist,; einem Motor (30) in Antriebsverbindung mit dem Schläger (26) zum Drehen des Schlägerrotors (28) um die Achse mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend ist, um das Produkt zu belüften und aufzuschäumen; und einem Produktausgangskanal (72), der stromabwärts von dem Schläger angeordnet und gestaltet ist, um das Produkt aus der Fluidkomponente und der zweiten Komponente auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Oberflächenende (38) einen ersten Durchmesser von mindestens ungefähr 18 mm hat, dass die Schlägeroberfläche (36) unter einem Oberflächenwinkel (42) relativ zu der Achse (34) von zwischen 10 und 45° ausgerichtet ist, um die Schlägeroberfläche um eine ausreichende Länge und einem ausreichenden Oberflächenbereich auszudehnen, um einen hohen Aufschäumwirkungsgrad zu erzielen, und dass die Schlägeroberfläche (36) zusammen mit der Oberfläche (56) des Gehäuses (52) einen kontrollierten Scherspalt (56) begrenzen.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Motor (30) und der Schläger (26) gestaltet sind, um eine Energiedissipation an das Produkt von ungefähr zwischen 1 J/g und 2,5 J/g mit einem Produktdurchsatz von ungefähr zwischen 5 g/sec und 30 g/sec zu liefern.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Motor (30) und der Schläger (26) gestaltet sind, um eine Energiedissipation an das Produkt wahlweise mindestens in dem Bereich von ungefähr 0,5 J/g bis 1,5 J/g mit einem Produktdurchsatz von ungefähr zwischen 5 g/sec und 30 g/sec zu liefern.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Schlägeroberfläche (36) eine Größe von ungefähr zwischen 800 mm² und 3000 mm² hat.
Mischvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Schlägeroberfläche (36) eine axiale Länge von ungefähr zwischen einem Viertel und zweimal der Größe des ersten Durchmessers hat.
Mischvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Schlägeroberfläche (36) einen im wesentlichen konstanten Oberflächenwinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt (38, 40) hat.
Mischvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Schlägergehäuse (52) eine Form hat, die im wesentlichen der Schlägeroberfläche (36) entspricht.
Mischvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Scherspalt zwischen dem Gehäuse und dem Schlägerrotor, orthogonal zu der Schlägeroberfläche, eine Weite von ungefähr zwischen 0,4 mm und 1,1 mm hat.
Mischvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Schlägeroberfläche Nuten begrenzt, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstrecken und eine Tiefe von höchstens ungefähr 6 mm haben.
Mischvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einem ersten Wandteil (58) das stromabwärts von dem zweiten Ende (40) angeordnet und dem zweiten Ende (40) zugekehrt ist, wobei das erste Wandteil (58) einen Abstand von dem zweiten Ende von ungefähr zwischen 0,25 mm und 5 mm hat.
Mischvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die erste Wand (58) einen Abstand von dem zweiten Ende (40) von ungefähr zwischen 1 mm und 3 mm hat.
Mischvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit einer Motorsteuerung, die für einen selektiven Betrieb mit verschiedenen Geschwindigkeiten gestaltet ist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Motorsteuerung gestaltet ist, um die Drehgeschwindigkeit des Motors zwischen einer ersten und einer zweiten Geschwindigkeit während der Erzeugung eines einzelnen Produktes zu variieren.
Verfahren zum Zubereiten eines schäumenden Getränks durch Verwenden einer Mischvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei dem Milchpulver und ein Verdünner in den Eingangsbehälter (12) eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der Schlägeroberfläche gesteuert wird, um das Milchpulver und den Verdünner zu mischen, zu belüften und aufzuschäumen, um ein aufgeschäumtes Getränk zu erzeugen, das ein Verhältnis zwischen Schaumvolumen zu Flüs sigkeitsvolumen von mindestens ungefähr 60% hat.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, ferner mit dem Scherspalt, der Schlägeroberfläche und der Drehgeschwindigkeit der Schlägeroberfläche zum Liefern einer Energiedissipation an das Produkt von ungefähr zwischen 1 J/g und 2,5 J/g mit einer Produktdurchsatz von ungefähr zwischen 5 g/sec und 30 g/sec.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Milchpulver ein Milchpulver mittlerer Hitze umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Milchpulver ein Magermilchpulver umfaßt.