DE69205165T2

DE69205165T2 - Kaffeefilterpackung.

Info

Publication number: DE69205165T2
Application number: DE69205165T
Authority: DE
Inventors: Dana Gruenbacher
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Folger Coffee Co
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2012-07-03
Also published as: EP0592544A1; CA2112400A1; WO1993001105A3; DE69205165D1; EP0592544B1; WO1993001105A2; CA2112400C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft wegwerfbare Kaffeefilterpackungen von hoher Effizienz und geringen Kosten, zur Verwendung mit den meisten kommerziellen Tropf-Kaffeeherstellungsgeräten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Eine typische Kafeebraumaschine umfaßt einen Basisbauteil mit einem Heizelement, welches verwendet wird, um eine Glas- Kaffeekanne zu tragen, und einen Kaffeefilterhalter, welcher an der Basis in der Position über der Kaffeekanne befestigt ist. Der Kaffeefilterhalter ist in der Regel in der Gestalt kegelstumpfförmig, mit einer oder mehreren zentralen Öffnungen durch die Bodenwandung und ist entworfen, um ein wegwerfbares Kaffeefilter aufzunehmen. Das Kaffeefilter ist normalerweise aus porösem Papier hergestellt und ist ebenso in der Gestalt stumpf-konisch, um so im Inneren des Kaffeefilterhalters aufgenommen zu werden. Beim Gebrauch wird das Kaffeefilter im Kaffeefilterhalter angeordnet werden und eine gemessene Menge gerösteten und gemahlenen Kaffees wird im unteren Abschnitt des Kaffeefilters angeordnet. Eine gemessene Menge heißen Wassers wird daraufhin in das Innere des Kaffeefilters auf den gemahlenen Kaffee gerichtet. Wenn das Wasser durchgeht, expandiert der Kaffee und strömt im Filter aufwärts, wobei die Kontaktzone Kaffee/Wasser vergrößert wird. Das Wasser wird dann durch den gemahlenen Kaffee durchlaufen gelassen und fließt durch den Boden und die unteren Seitenabschnitte des porösen Kaffeefilters und durch die Öffnungen des Kaffeefilterhalters abwärts in die Kaffeekanne.
Ein Nachteil bei dem zuvor erwähnten System ist jener, daß der gemahlene Kaffee einzeln in den Kaffeefilter gemessen werden muß, jedesmal wenn eine Kanne Kaffees gebraut werden soll. Dies ist zeitraubend und kann dazu führen, daß zu viel oder zu wenig Kaffee im Filter angeordnet wird. Wenn die im Filter angeordnete Menge Kaffees bis zu einem deutlichen Ausmaß variiert, dann wird die Braustärke des resultierenden Kaffees ebenso variieren. Ein anderer Nachteil ist, daß gesonderte Behälter für die einzelnen Kaffeefilter und für den gemahlenen Kaffee beigestellt werden müssen. Wenn man den Kaffee in das Kaffeefilter mißt oder ein gebrauchtes Filter wegwirft, ist schließlich der Kaffee oftmals auf die Pultfläche oder auf den Boden verschüttet, was zu einer Vergeudung von Kaffee und einer Vergeudung von Zeit durch Reinigen führt.
Kaffeehersteller haben im wesentlichen die Unzulänglichkeiten betreffend Kanne-zu-Kanne-Braustärke, die sich aus unzureichender Messung von Kaffee durch die Bedienungsperson ergeben, eliminiert durch Beistellen vereinheitlichter Beutel, von denen jeder ein festgelegtes Volumen gerösteten und gemahlenen Kaffees geeignet zum Brauen einer einzigen Kanne Kaffees von vernünftiger konsistenter Stärke von einer Kanne zur nächsten enthält. Jedoch tragen diese vereinheitlichten Beutel zufolge des Erfordernisses von zusätzlichem Verpackungsgerät und Material zu Kosten und Wegwerfproblemen bei. Weiters eliminieren sie nicht die Probleme der Unordnung, welche normalerweise mit Systemen von losem Kaffee/Papierfilter verbunden sind, da loses Mahlgut und Filter noch entsorgt werden müssen.
Jüngst sind Kaffeefilterpackungen entworfen worden in einem Versuch, einige Nachteile aus diesem Verfahren zu vermeiden. Die meisten dieser Kaffeefilterpackungen sind mit Hitze- siegelbarem Filterpapier oder aus nicht-gewebtem Polyester, Polypropylen, Polyethylen oder einer Kombination daraus hergestellt. Diese Materialien sind in der Regel teurer als übliches Filterpapier, welches in der Regel nahezu zur Gänze aus Holzfaser besteht. Darüberhinaus sind diese Filterpackungen üblicherweise kreisförmig oder quadratisch in der Form, und bedecken einfach die Bodenwandung des Kaffeefilterhalters Ein Beispiel einer derartigen Filterpackung ist im US-Patent Nr. 5,012,629, welches an Rehman am 7. Mai 1991 ausgegeben worden ist, geoffenbart. Diese Filterpakkungen sind häufig ungenau im Kaffeefilterhalter positioniert, was zu einer inkonsistenten Braustärke von Kanne zu Kanne führt, da deren Form und Konstruktionsmaterialien Wasser gestatten, um die Seiten herum und durch die Kaffeefilterpackung auszutreten, ohne ausreichendes Einwirken auf allen in der Braukammer der Filterpackung berührten Kaffee. Dies führt zu unzureichender Kaffee-Extraktion. Weiters wird der Kaffee oft zu einer Seite der Filterpackung wandern, sodaß ein Großteil des Wassers, der durch die Braukammer der Filterpackung durchgeht, überhaupt nicht Kaffee berührt. Als ein Ergebnis erzeugen diese Filterpackungen gebrauten Kaffee mit einem relativ geringen Pegel an extrahierten Geschmacksfeststoffen sowie einer inkonsistenten Braustärke von Kanne zu Kanne.
Die FR-A-1 575 181 offenbart eine Kaffeefilterpackung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, jedoch ohne das Problem der im wesentlichen konsistenten Braustärke von einer Kanne Kaffee zur nächsten anzusprechen.
Die britische Patentanmeldung GB 2,183,459 offenbart noch eine andere Kaffeefilterpackung, welche eine vorgemessene Menge gemahlenen Kaffees innerhalb eines Behälterbereichs oder einer Braukammer aufweist. Der Behälterbereich ist begrenzt von einem Paar kegelstumpfförmiger Schichten aus porösem Filterpapier, welche aneinander angeheftet sind, um eine sich im wesentlichen vertikal erstreckende Seitenwandung zu bilden. Da die Seitenwandung aus anfänglich porösem Papiermaterial hergestellt ist und es keine Lehre irgend eines Erfordernisses gibt, die Seitenwandung im wesentlichen undurchlässig für Wasser zu machen, um alles hereinkommende Wasser durch den den gemahlenen Kaffee enthaltenden Behälter zu zwingen, wird jedoch angenommen, daß die in der britischen Patentanmeldung GB 2,183,459 geoffenbarte Filterpackung nicht eine Verbesserung in der Konsistenz der Braustärke von Kanne zu Kanne gegenüber der durch Rehmann geoffenbarten Struktur erzielen würde.
Noch andere, die sich im Stand der Technik damit beschäftigt haben, haben eine Multikomponenten-Kaffeefilterpackung hergestellt, mit einer kegelstumpfförmigen Seitenwandung, welche aus einem steifen Kunststoffmaterial besteht, während der untere Abschnitt der Packung eine Kaffee enthaltende Tasche umfaßt, welche aus porösem Material hergestellt ist. Die undurchlässigen Kunststoffseitenwandungen der letztgenannten Filterpackungen hindern Wasser am Austreten durch die Seitenwandungen und um die Kaffee enthaltende poröse Tasche herum, wobei dadurch mindestens das Potential für Kaffee/Wasser-Kontakt angehoben wird. Beispiele von Vorrichtungen, welche dieses Konzept verwenden, sind in der britischen Patentanmeldung 2,156,662 und im britischen Patent 1,427,375 gezeigt. Jedoch erfordern Kaffeefilterpackungen der letztgenannten Art zufolge ihrer steifen Seitenwandungen sorgfältige und konsistente Anordnung am Kaffeeherstellungsgerät und sind allgemein ziemlich teuer im Vergleich zu den Systemen mit losem Kaffee/Filterpapier, welche sie ersetzen sollen. Weiters erfordern einige dieser Filterpackungen, daß ein neuer und teurer Filterhalter am Kaffeeherstellungsgerät befestigt wird, um deren Verwendung zu gestatten.
Die Erfahrung bis zum heutigen Tag hat gezeigt, daß Filterpackungen des Stands der Technik viel beitragen, um die Unordentlichkeit der Systeme mit losem Kaffee/Filterpapier, welche sie ersetzt haben, zu überwinden. Leider haben sie in der Regel geringere Extraktionseffizienzen als die Systeme mit losem Kaffee/Filterpapier aufgewiesen. Weiters haben sie in der Regel eine viel schlechtere Kanne-zu-Kanne- Braustärkevariation eingeführt als Systeme mit losem Kaffee, welche vorgemessene vereinheitlichte Beutel gerösteten und gemahlenen Kaffees in Verbindung mit Papierfiltern verwenden. Es wird angenommen, daß diese Nachteile von Kaffeefilterpackungen des Stands der Technik sich aus einem Fehler der Fachleute im Stand der Technik ergeben, die Bedeutung zu erkennen, bestimmte zuvor undefinierte Brauparameter, welche erstmals durch die Anmelder identifiziert worden sind, zu erfüllen. Beispielsweise lehrt keine der zuvor genannten Referenzen die Wichtigkeit des Steuerns des Durchsatzes von Flüssigkeiten in die Braukammer und aus dieser heraus. Im Gegensatz dazu hat der Anmelder herausgefunden, daß, um Brauzeit zu minimieren, um Geschmackstoff-Feststoffextraktion zu maximieren und um eine Kanne guten Kaffees herzustellen, ein wesentlicher Teil des heißen Wassers, welches in die Filterpackung gelenkt worden ist, den Kaffee in der Braukammer berühren muß, nachdem eine Braukondition von im wesentlichen stabilem Zustand innerhalb der Braukammer etabliert worden ist, i.e. nachdem die Braukammer vollständig mit dem hereinkommenden heißen Wasser geflutet worden ist, sodaß die Kammer zu ihrem maximalen Volumen expandiert und im wesentlichen allem Kaffee, welcher darin enthalten ist, gestattet, innerhalb der Kammer lose zu schwimmen. Der Anmelder hat weiters herausgefunden, daß dies vorzugsweise ausgeführt wird durch Beistellen einer im wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandung mit einer Höhe, welche ausreichend ist, um mindestens genug Wasser zurückzuhalten, um komplettes Fluten der Braukammer zu gestatten, wenn die Braukammer sich in ihrem vollständig expandierten Zustand befindet, in Kombination mit Einlaßdurchsätzen in die Braukammer und Abgabedurchsätzen aus der Braukammer, was das Wasser veranlassen wird, sich im Inneren der Braukammer anzusammeln und den Kaffee zu durchdringen. Wenn dem Wasser nicht gestattet wird, sich im Inneren der Braukammer aufzubauen, wie es in der Regel bei Filterpackungen des Stands der Technik der Fall ist, oder wenn der in der Braukammer enthaltene Kaffee einer Filterpackung des Stands der Technik sich zu einer Seite der Braukammer verschoben hat, wenn die Filterpackung des Stands der Technik im Filterhalter angeordnet ist, werden das Versagen einer genauen Kontrolle der Einlaß- und Auslaßdurchsätze und das Versagen im Beistellen einer im wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandung mit einer Höhe, welche ausreichend ist, um mindestens genug Wasser zurückzuhalten, um die Braukammer komplett zu fluten, wenn die Braukammer sich in ihrem voll expandierten Zustand befindet, gestatten, daß ein Großteil des Wassers direkt durch die Braukammer der Filterpackung nach dem Stand der Technik fließen wird, ohne jemals irgend einen Kaffee zu berühren.
Weiters haben die Anmelder herausgefunden, daß die Braukammer groß genug sein muß, um dem gerösteten und gemahlenen Kaffee Raum zur Expansion und zum Schwimmen zu lassen, während Wasser sich in der Braukammer aufbaut, um ausreichend Kaffee/Wasser-Kontakt zu erzielen, i.e. um eine Braukondition von stabilem Zustand zu erzielen. Dies hilft, ein Kanalisieren des Wassers durch die Filterpackung ohne ausreichenden Kaffee/Wasser-Kontakt zu verhindern. Ein Minimieren des Kanalisierens ist wichtig, da das Kanalisieren des heißen Wassers direkt durch die Braukammer ohne ausreichenden Kaffeekontakt zu einer unzureichenden und inkonsistenten Kaffeegeschmackstoff-Feststoff-Extraktion führt.
Es ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kaffeefilterpackung beizustellen, welche viele der Probleme vermeidet, die mit den Brausystemen gemäß dem Stand der Technik verbunden sind, und welche die Braustärkeinkonsistenz von Kanne zu Kanne, welche in der Regel mit Filterpackungen des Stands der Technik verbunden ist, vermeidet.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine derartige Kaffeefilterpackung beizustellen, welche relativ unempfindlich für die Anordnung durch eine Bedienungsperson im Inneren des Filterhalters der Kaffeemaschine ist, welche eine im wesentlichen undurchlässige vertikal ausgerichtete, anpaßbare Seitenwandung inkludiert, welche nahezu zur Gänze aus relativ billigem flexiblen Material, wie z.B. einem gewöhnlichen Filterpapier, hergestellt ist, und welche mit einem breiten Bereich von vorhandenen Kaffeefilterhaltern verwendet werden kann ohne das Erfordernis, sie zu modifizieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung erzielt die gewünschten Resultate durch Beistellen einer Kaffeefilterpackung von einer allgemein kegelstumpfartigen Gestalt, welche aus billigem flexiblen Material hergestellt ist, aber eine sich im wesentlichen vertikal erstreckende anpaßbare Seitenwandung aufweist, welche im wesentlichen undurchlässig für Wasser ist. Damit das heiße Brauwasser in hochwirksamem Kontakt mit der festgelegten Menge an im Inneren der Braukammer enthaltenem Kaffee ist, wenn es hindurchgeht, ist die Braukammer so konstruiert, daß der Flüssigkeitsdurchsatz in die Braukammer größer ist als der Durchsatz von Flüssigkeit aus der Braukammer. Weiters ist die Filterpackung vorzugsweise so konstruiert, daß der Durchsatz, bei welchem das Kaffeeherstellungsgerät das heiße Brauwasser in die Filterpackung abgibt, gleich oder geringer ist als der Durchsatz, bei welchem Wasser in die Braukammer eintritt, und größer ist als der Durchsatz, bei welchem gebrauter Kaffee aus der Braukammer fließt.
Die im wesentlichen wasserundurchlässige sich vertikal erstreckende kontinuierliche Seitenwandung von Kaffeefilterpackungen der vorliegenden Erfindung besteht aus flexiblem Material, sodaß sie sich automatisch an die poröse Filtertrageinrichtung im Kaffeeherstellungsgerät anpassen kann, ungeachtet dessen, wieviel Sorgfalt von der Bedienungsperson beim Anordnen der Filterpackung in der Filtertrageinrichtung ausgeübt wird. Die im wesentlichen wasserundurchlässige Seitenwandung muß nach Anordnen der Filterpackung in der Filtertrageinrichtung hoch genug sein, um genug des hereinkommenden heißen Brauwassers aufzufangen, sodaß relativ früh im Brauzyklus eine Braukondition von im wesentlichen stabilem Zustand innerhalb der Braukammer etabliert wird, i.e. ein gefluteter Zustand, in welchem die Braukammer durch das hereinkommende heiße Wasser zu im wesentlichen ihrem Maximalvolumen expandiert worden ist. Weiters muß die Braukammer der Filterpackung groß genug sein, um dem Kaffee zu gestatten, innerhalb der gefluteten Kammer zu expandieren und lose zu schwimmen, um innerhalb der Braukammer eine Braukondition von im wesentlichen stabilem Zustand zu etablieren. Dies bedeutet, daß die im wesentlichen wasserundurchlässige Seitenwandung der Filterpackung sich aufwärts über eine vertikale Distanz erstrecken muß, welche mindestens gleich der maximalen Vertikalhöhe ist, welche von der Braukammer in einem vollständig gefluteten Zustand angenommen werden kann. Ansonsten wird ein Fluten der Braukammer nicht stattfinden.
Je höher sich die im wesentlichen wasserundurchlässige Seitenwandung über dieses Minimum erstreckt, umso größer wird die Unempfindlichkeit der Filterpackung gegenüber sorgloser Anordnung innerhalb der Filtertrageinrichtung sein, weil ein Mangel an perfekter Konzentrizität mit der Filtertrageinrichtung zu einer Unfähigkeit führen wird, genug heißes Wasser zurückzuhalten, um innerhalb der Braukammer eine Braukondition von einem gefluteten, stabilen Zustand zu etablieren.
Praktisch gesehen ist die vertikale Höhe der im wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandung größer als das vorangehende Minimum, um ein Überfließen des vom Kaffeeherstellungsgerät hereinkommenden heißen Wassers zu verhindern (zur Erinnerung: der Abgabedurchsatz gebrauten Kaffees aus der Braukammer ist normalerweise geringer als der Durchsatz hereinkommenden heißen Wassers in die Filterpackung, um ein Fluten der Braukammer zu gestatten.)
Die maximale Höhe der im wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandung ist selbstverständlich von der Vertikalhöhe der Filtertrageinrichtung, welche an den Kaffeeherstellungsgeräten verwendet wird, welche die in Frage stehenden Filterpackungen verwenden sollen, begrenzt. Wenn sich die Filterpackung vertikal über den äußersten Rand der Filtertrageinrichtung hinaus erstreckt, ist es wahrscheinlich, daß eine Störung verursacht wird, wenn die Filtertrageinrichtung am Kaffeeherstellungsgerät befestigt wird.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet zwei Schichten billigen porösen Filterpapiers, welche um ihre Perimeter mit einer hydrophoben klebenden Beschichtung aneinander befestigt sind. Die klebende Beschichtung kann zwei Zwecken dienen. Als erstes kann sie als ein Klebstoff zum Aneinanderbinden einer Schichte Filterpapiers an die andere wirken, um den Kaffee innerhalb eines Bereiches zu enthalten, welcher hierin als eine Braukammer bezeichnet ist. Zweitens kann sie das Brauwasser durch die Masse von Kaffee lenken, indem die sich im wesentlichen vertikal erstreckenden anpaßbaren Seitenwandungen und ein Abschnitt des Bodens der Braukammer im wesentlichen undurchlässig gemacht werden. Das maximale Volumen der Braukammer, welche zwischen den unbefestigten Abschnitten der zwei Filterpapier-Schichten gebildet ist, ist vorzugsweise um zwischen etwa 25 Prozent und etwa 300 Prozent größer als das Volumen des darin enthaltenen trocken gerösteten und gemahlenen Kaffees, um dem Kaffee zu gestatten, innerhalb der Kammer während Braukonditionen von stabilem Zustand zu expandieren und zu schwimmen.
Ein hydrophober Klebstoff, welcher die Verwendung von relativ billigen, nicht hitzesiegelbaren Filtermedien, wie z.B. Papiermedien, gestattet, wird vorzugsweise verwendet, um bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zusammenzubauen. Dieser hydrophobe Klebstoff ist vorzugsweise überall an der unteren Schichte des Filtermediums aufgebracht, ausgenommen in einem Abschnitt des Feldes, welches mit der Braukammer koinzidiert, wo der Durchfluß von gebrautem Kaffee erwünscht ist. Zusammengefaßt schafft dies einen Trichter, welcher nicht nur das Fluten der Braukammer mit Wasser gestattet, sondern welcher auch das hereinkommende heiße Brauwasser durch die Braukammer der Filterpackung lenkt.
Die Porosität und die Größe der porösen Zone des unteren Filtermediums, wo Klebstoff nicht aufgebracht ist, kontrollieren den Abgabedurchsatz des gebrauten Kaffees aus der Braukammer der Filterpackung. Die Porosität und die Größe jenes zentral angeordneten Abschnittes des oberen Filtermediums, welcher nicht mit dem unteren Filtermedium verbunden ist, kontrollieren den Durchsatz des hereinkommenden heißen Wassers in die Braukammer bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Braukammer geflutet worden ist. Der Durchsatz, bei welchem Wasser danach in die geflutete Braukammer eintreten kann, ist kontrolliert vom Abgabedurchsatz gebrauten Kaffees von der Braukammer.
Das einzelne Kaffeeherstellungsgerät, das gerade verwendet wird, bestimmt das Gesamtvolumen fertiggestellten Kaffeeprodukts, welches in jeder Einheit gebraut wird, und den Wasserdurchsatz, der während des Brauzyklus in die Filterpackung abgegeben wird.
In einigen Kaffeeherstellungsgeräten wird ein Anteil des heißen Wassers, welches in der fertiggestellten Menge endet, absichtlich so geführt, daß er komplett die Filterpackung umgeht. In dieser Situation wird konzentriertes Brauen des Kaffees nur von jenem Anteil des heißen Wassers ausgeführt, welcher durch die Filterpackung gelenkt wird. Die Konzentration des gebrauten Kaffees, welcher die Filterpackung verläßt, wird dann auf den Pegel, welcher vom Konsumenten erwünscht ist, durch das heiße Wasser verdünnt, welches die Filterpackung umgeht, wenn der Kaffee, der die Braukammer verläßt, in der Kanne, welche unterhalb der Filtertrageinrichtung angeordnet ist, gesammelt wird. Systeme der zuvor erwähnten Art werden in der Regel verwendet, um die zum Brauen einer Kanne Kaffees im Gesamtzyklus erforderliche Zeit zu reduzieren.
Während das bestimmte Volumen der zu brauenden Kaffeemenge und der Durchsatz des in die Filterpackung hereinkommenden heißen Wassers von einem Maschinenhersteller zum anderen einigermaßen variieren können, wobei dadurch die absolute Braustärke des produzierten Kaffees gering verändert wird, wenn ein Kaffeeherstellungsgerät eines Herstellers mit dem eines anderen verglichen wird, werden für jedes gegebene Kaffeeherstellungsgerät Kaffeefilterpackungen der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zu Systemen mit losem Kaffee/Papierfilter, welche identische Braukonditionen verwenden, vergleichbare Extraktionseffizienzen und verbesserte Kanne-zu-Kanne-Braustärkekonsistenz erzeugen, wenn sie mit konventionellen Kaffeefilterpackungen des Standes der Technik verglichen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Kaffeefilterpackung der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 ist eine vereinfachte Ansicht des Querschnitts entlang der Schnittlinie 2-2 von Figur 1.
Figur 2A ist eine vereinfachte Querschnittsansicht ähnlich jener von Figur 2, welche aber die Filterpackung in der Filtertrageinrichtung eines Kaffeeherstellungsgerätes zeigt, wobei die genannte Ansicht die Braukammer der Filterpackung in einer vollständig expandierten Braukondition von stabilem Zustand zeigt.
Figur 3 ist eine Draufsicht auf die flach gemachte ebene untere Schichte 10 der in Figur 1 gezeigten Filterpackung.
Figur 4A ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer männlichen Matrize 60, einer weiblichen Matrize 70 und einer flachen Kaffeefilterpackung von der Art, welche in Figur 1 gezeigt ist, vor dem Aufeinander-Schließen der Matrizen.
Figur 4B ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht der männlichen und weiblichen Matrizen von Figur 4A in ihrer geschlossenen Position, mit der in Figur 4A gezeigten Kaffeefilterpackung zwischen ihnen.
Figur 4C zeigt die geformte Kaffeefilterpackung von Figur 1, wie sie von der in den Figuren 4A und 4B gezeigten weiblichen Matrize hervortritt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Figur 1 zeigt eine bevorzugte Kaffeefilterpackung 1 der vorliegenden Erfindung. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel kann am besten durch Betrachten der Figur 2 beschrieben werden, welche eine vereinfachte Ansicht des Querschnitts ist, welcher entlang der Schnittlinie 2-2 von Figur 1 vorgenommen worden ist. Die Kaffeefilterpackung umfaßt eine untere Schichte 10, welche aus einem flexiblen porösen Material besteht, und eine obere Schichte 20, welche ebenso aus flexiblem porösen Material besteht. Die innere Seite 11 der unteren Schichte 10 ist vorzugsweise mit der äußeren Seite 21 der oberen Schichte 20 um ihren Umfang durch eine hydrophobe klebende Beschichtung 30 verbunden. Die hydrophobe klebende Beschichtung macht die porösen Schichten im wesentlichen undurchlässig für Wasser, wo immer sie aufgebracht ist.
Die Kombination von unterer Schichte 10 und hydrophobem Klebstoff 30 schafft eine flexible und anpaßbare Seitenwandung 25, welche im wesentlichen undurchlässig für Wasser ist. Da die Kombination von unterer Schichte 10 und hydrophober Klebstoffbeschichtung 30 zusammen eine im wesentlichen wasserundurchlässige Seitenwandung bildet, muß die obere Schichte 20 sich nicht über die ganze Strecke zum äußeren Perimeter der unteren Schichte 10 erstrecken, um die Seitenwandung 25 im wesentlichen undurchlässig für Wasser zu machen. Alternativ könnte die untere Schichte 10 kleiner sein und die obere Schichte 20 könnte durch Beschichten ihres äußeren Umfangs mit einem hydrophoben Klebstoff 30 wasserundurchlässig gemacht werden. Eine hydrophobe Klebstoffbeschichtung 30 erstreckt sich entlang der Innenseite 11 der unteren Schichte 10, um einen kreisförmigen Ring 15 zu bilden, welcher mit dem Inneren der Braukammer 40 koinzidiert, wobei in der Mitte der unteren Schichte 10 eine unbeschichtete durchlässige kreisförmige Fläche 13 gelassen wird. Die Distanz, über welche sich der kreisförmige Ring 15 in die Braukammer 40 erstreckt, kontrolliert die durchlässige Fläche 13 und demnach den Abgabedurchsatz, bei welchem gebrautem Kaffee gestattet wird, durch die untere Schichte 10 durchzugehen. Der Wasserdurchsatz in die Braukammer 40 wird von der Fläche des unfixierten zentralen Abschnitts 23 der oberen Schichte 20 gesteuert. Angenommen die Schichten 10 und 20 bestehen aus ähnlichem Material, so steuert für eine gegebene Porosität das Kontrollieren der Größe der durchlässigen Flächen an der oberen Schichte und an der unteren Schichte die relativen Durchsatzraten von Flüssigkeiten durch die Schichten.
Die Durchsatzraten von Flüssigkeiten durch die Schichten und die Höhe der sich im wesentlichen vertikal erstreckenden feuchtigkeitsundurchlässigen Seitenwandung 25 sind für n Filterpackungen der vorliegenden Erfindung dimensioniert und konfiguriert, sodaß innerhalb der Braukammer 40 während eines wesentlichen Abschnitts des Brauzyklus eine Braukondition von stabilem Zustand etabliert wird. Wenn hierin verwendet, wird eine Braukondition von stabilem Zustand im Inneren der Braukammer 40 etabliert, wenn das Maximalvolumen V&sub3; der Braukammer mit Wasser und geröstetem und gemahlenem Kaffee 50 gefüllt ist, wobei dem Kaffee gestattet wird, innerhalb der Kammer zu expandieren und lose zu schwimmen. Diese Kondition wird im Querschnitt von Figur 2A illustriert.
Während des Aufbauens zu dieser Braukondition von stabilem Zustand sollte der Durchsatz F&sub2; hereinkommenden heißen Wassers durch den durchlässigen Bereich 23 der oberen Schichte 20 größer sein als der maximale Durchsatz F&sub3; gebrauten Kaffees, welcher durch die durchlässige Fläche 13 in der unteren Schichte 10 austritt. Weiters sollte der Wasserabgabedurchsatz F&sub1; des Kaffeeherstellungsgeräts in die Filterpackung 1 geringer sein als der Durchsatz F&sub2; des hereinkommenden heißen Wassers in die Braukammmer 40. Sobald eine Braukondition von stabilem Zustand erreicht worden ist und sich in der Filterpackung Wasser bis zu einem Pegel "L", wie in Figur 2A gezeigt, aufgebaut hat, wird der Durchsatz F&sub2; den Wert des Durchsatzes F&sub3; annehmen, welcher noch geringer sein sollte als der Durchsatz F&sub1;. Wie aus Figur 2A ersichtlich ist, muß die im wesentlichen wasserundurchlässige Seitenwandung 25 mindestens hoch genug sein, um genügend des hereinkommenden heißen Wassers aufzufangen, sodaß die Braukammer 40 geflutet und vollständig expandiert werden wird, um eine Braukondition von stabilem Zustand zu erzielen. Bei dem in Figur 2A gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht diese minimale vertikale Seitenwandungshöhe dem Pegel "L", was die maximal mögliche vertikale Expansion der porösen Fläche 23 in der Braukammer 40 darstellt.
Je höher die im wesentlichen wasserundurchlässige Seitenwandung 25 sich über dieses Minimum erstreckt, umso größer wird die Unempfindlichkeit gegenüber sorgloser Anordnung innerhalb der Filtertrageinrichtung 75 der Filterpackung sein, da ein Mangel an perfekter Konzentrizität mit der Filtertrageinrichtung nicht zu einer Unfähigkeit führen wird, genug heißes Wasser zurückzuhalten, um eine Braukondition von geflutetem und stabilem Zustand innerhalb der Braukammer zu etablieren.
Praktisch gesagt wird die vertikale Höhe der im wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandung 25 größer als das vorherige Minimum sein, um ein Überfließen des vom Kaffeeherstellungsgerät hereinkommenden heißen Wassers zu vermeiden (zur Erinnerung: der Abgabedurchsatz gebrauten Kaffees von der Braukammer ist normalerweise geringer als der Durchsatz des in die Filterpackung hereinkommenden heißen Wassers, um ein Fluten der Braukammer zu gestatten)
Die maximale Höhe der im wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandung 25 ist selbstverständlich begrenzt von der vertikalen Höhe der Filtertrageinrichtung 75, die in den Kaffeeherstellungsgeräten verwendet wird, welche die in Frage stehenden Filterpackungen verwenden sollen. Wenn sich die Filterpackung vertikal über den äußersten Rand der Filtertrageinrichtung 75 hinaus erstreckt, ist es wahrscheinlich, daß eine Störung verursacht wird, wenn die Filtertrageinrichtung am Kaffeeherstellungsgerät befestigt wird.
Der Anmelder hat herausgefunden, daß der Unterschied zwischen dem Einlaßdurchsatz F&sub2; des hereinkommenden heißen Wassers und dem maximalen Auslaßdurchsatz des gebrauten Kaffees F&sub3; ausreichend groß sein sollte, daß innerhalb der Braukammer 40 relativ früh im Brauzyklus eine Braukondition von stabilem Zustand, wie in Figur 2A gezeigt, erreicht wird. Am bevorzugtesten wird dieser Zustand etabliert, bevor mehr als etwa 50 % des Gesamt- Wasservolumens V&sub2; , welches vom Kaffeeherstellungsgerät durch die Filterpackung 1 durchgehen soll, durch den Abgabeauslaß 13 in der unteren Schichte 10 durchgegangen ist. Das Einhalten dieser Bedingung unterstützt bei der Gewährleistung, daß Filterpackungen der vorliegenden Erfindung von einem festgelegten Volumen V&sub1; gerösteten und gemahlenen Kaffes 50 konsistent etwa denselben Pegel an Geschmackstoff-Feststoffen extrahieren, wie von einem identischen Volumen V&sub1; von identischem losen gerösteten und gemahlenen Kaffees extrahiert werden kann, der unter identischen Konditionen gebraut worden ist, aber unter Verwendung eines porösen Papierfilters, welches den losen Kaffee in einem uneingezwängten Zustand enthält. Demnach ergeben, ungleich Kaffeefilterpackungen des Stands der Technik, Kaffeefilterpackungen der vorliegenden Erfindung mit Systemen von losem Kaffee/Filterpapier vergleichbare Braueffizienz, aber ohne das Erfordernis vereinheitlichter Taschen vorgemessenen Kaffees, um von Kanne zu Kanne Braukonsistenz zu gewährleisten, und ohne die Unordnung, welche mit losem Kaffee und Papierfiltern verbunden ist.
Wie in Figur 3 gezeigt wird eine hydrophobe klebende Beschichtung 30, welche vorzugsweise eine heiße Schmelze ist, auf eine ringartige Weise rund um den Umfang der inneren Seite 11 der unteren Schichte 10 aufgebracht, wobei eine unbeschichtete poröse Abgabeauslaßöffnung 13 an der Mitte der unteren Schichte 10 gelassen wird. Eine festgelegte Menge Kaffees 50 mit einem Trockenvolumen V&sub1; wird innerhalb der Fläche, welche durch die strichlierte Linie 35 begrenzt ist, entweder vor oder gleichzeitig, wie die obere Schichte 20 auf der unteren Schichte 10 aufgelegt wird, angeordnet. Die obere Schichte 20 wird daraufhin in Kontakt mit der unteren Schichte 10 gebracht und Hitze und Druck werden auf lediglich den äußeren Umfang der oberen Schichte 20 aufgebracht, i.e. die Fläche, welche in Figur 3 außerhalb der strichlierten Linie 35 liegt. Dies heftet den äußeren Umfang der oberen Schichte 20 an den äußeren Umfang der unteren Schichte 10. Dementsprechend zeigt die strichlierte Linie 35 den innersten Punkt, wo die obere Schichte 20 aufhört, an der unteren Schichte 10 angeheftet zu sein, und begrenzt die durchlässige Einlaßöffnung 23 für den Eintritt des in die Braukammer 40 hereinkommenden heißen Wassers. Die strichlierte Linie 35 begrenzt ebenso den äußersten Umfang der Braukammer 40.
Wie aus Figur 3 zu erkennen ist, ist die Oberflächenzone der Einlaßöffnung 23 in die Braukammer 40 größer als die Oberflächenzone der Abgabeauslaßöffnung 13 aus der Braukammer. Für eine beliebige gegebene Porosität der oberen Schichte und der unteren Schichte wird dies den Durchsatz in die Kammer größer als den maximalen Durchsatz aus der Kammer während des Aufbaus zu einer Braukondition von stabilem Zustand machen. Dieser Unterschied in den Durchsätzen in Kombination mit den undurchlässigen Seitenwandungen der Filterpackung 1 veranlaßt das hereinkomende heiße Wasser, sich aufzubauen und innerhalb der Braukammer 40 auf die Art, welche in der Figur 2A gezeigt ist, aufzufüllen. Dies gestattet Kaffee/Wasser-Einwirken und Kontaktzeit, welche erforderlich sind, um eine gewünschte Braustärke für eine festgelegte Menge Kaffees zu erhalten. Daß dem Wasser ein Aufbauen gestattet wird, veranlaßt ebenso die Partikel Kaffees 50, lose zu schwimmen und im Inneren der Braukammer 40 zu expandieren. Dies minimiert ein Kanalisieren des heißen Wassers direkt durch die Kammer ohne ausreichenden Kaffeekontakt, wobei dadurch die Effizienz von Kaffeegeschmackstoff-Feststoff-Extraktion angehoben wird und die Extraktionsvariabilität von Kanne zu Kanne reduziert wird.
Darüber hinaus, daß man ausreichend Kaffee/Wasser-Kontaktzeit hat, hat der Anmelder herausgefunden, daß ausreichende Kaffee/Wasser-Kontaktzone beigestellt werden muß, damit eine festgelegte Menge Kaffees konsistent eine gewünschte Braustärke erzeugt, i.e. der Kaffee muß nicht eng gepreßt sein oder er kann nicht schwimmen und eine Braukondition von stabilem Zustand etablieren. Die Braukammer 40 sollte groß genug sein, um eine gewünschte Menge Kaffees 50 zu umschließen und um dem Kaffee zu gestatten, zu expandieren und lose zu schwimmen, wenn die Kammer geflutet ist, i.e. während Braukonditionen von stabilem Zustand, wie allgemein in Figur 2A gezeigt ist. Idealerweise ist das maximale Volumen V&sub3; der Braukammer 40 um zwischen etwa 25 % und etwa 300 % größer als das Volumen V&sub1; trockenen Kaffees. Diese Kondition ist im Querschnitt von Figur 2 illustriert.
Die Filterpackung 1 weist vorzugsweise eine Kegelstumpf- Form auf, wie allgemein in Figur 1 gezeigt ist, sodaß sogar, wenn die Bedienungsperson bei deren Einsetzen in die Filtertrageinrichtung oder in den Halter 75 sorglos ist, die Form der Filterpackung und die Anpaßbarkeit ihrer Seitenwandung 25 tendieren werden, automatisch die Filterpackung von sich aus auszurichten, um eine Situation ähnlich jener in Figur 2A gezeigten herzustellen, sodaß während des Brauzyklus der gewünschte Trichtereffekt stattfindet.
Das Verfahren des Verleihens der kegelstumpfförmigen Gestalt kann am besten durch Betrachten der Figuren 4A, 4B und 4 C erläutert werden. Eine vollständig zusammengesetzte plane Filterpackung 1 wird zwischen die weibliche Matrize 70 und die männliche Matrize 60 angeordnet, um die gewünschte Form, wie in Figur 1 gezeigt,anzunehmen. Der in Figur 4A gezeigte ungeformte Durchmesser 16 ist größer als der in Figur 4C gezeigte Durchmesser 17. Wie aus Figur 2A zu entnehmen ist, ist der geformte Durchmesser 17 idealerweise derselbe Durchmesser wie der Boden des Kaffeefilterhalters 75 des Kaffeeherstellungsgeräts.
Das vorhergehende formgebende Verfahren veranlaßt den unangehefteten porösen Einlaßabschnitt 23 der oberen Schichte 20, aufzublähen und eine Braukammer 40 zu schaffen, groß genug, um gute Kaffee-Extraktion zu erzielen, wie in Figur 2 und in Figur 2A gezeigt ist. Während die im wesentlichen wasserundurchlässige anpaßbare Seitenwandung 25 gewährleistet, daß das heiße Wasser, welches zum Fluten der Braukammer erforderlich ist, verfügbar sein wird, ungeachtet dessen, wie nachlässig die Filterpackung 1 im Filterhalter 75 angeordnet ist. Demnach ist die vorliegende Erfindung, ungleich Filterpackungen des Stands der Technik, relativ unempfindlich für Bedienungsfehler.
Die obere Schichte und die untere Schichte, welche in Filterpackungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können aus beliebigem Papier-, synthetischem nicht-gewebten oder Kunststoffmaterial bestehen, welches eine Porosität und Maschengröße aufweist, welche imstande ist, um im wesentlichen alle der Kaffeepartikel am Eintreten in das gebraute Kaffeegetränk oder Aussieben, während die wegwerfbare Filterpackung vor oder nach dem Brauen gehandhabt wird, zu verhindern.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen beide Schichten aus Filterpapier, das im wesentlichen zur Gänze aus Holzfaser besteht. Dies ist die Art von Filterpapier, welche normalerweise verwendet wird, um konventionell Kaffeefilter herzustellen.
Der Klebstoff, welcher verwendet wird, um die inneren und äußeren Schichten aneinander zu siegeln und zu fixieren, besteht vorzugsweise aus einem hydrophoben Aufschmelzmaterial, welches als eine kontinuierliche Schichte aufgebracht wird, z.B. ein polymeres Material, wie z.B. Polypropylen, welches mit einem Tiefdruck-, Abdeck- oder Sprühbeschichtungssystem aufgebracht wird. Das verwendete besondere hydrophobe klebende Material sollte selbstverständlich zum direkten Kontakt mit Nahrungsmittel- und Getränkesubstanzen und gekochtem Wasser geeignet sein. Der Klebstoff weist für Zwecke der Beschichtungsaufbringung idealerweise eine Viskosität zwischen etwa 500 und etwa 15000 CPS bei 350º F auf. Der Klebstoff sollte ebenso eine Erweichungstemperatur von mehr als 180º F aufweisen, sodaß während des Brauens die Dichtung zwischen den in der Filterpackung 1 verwendeten Filtermedien nicht in heißem Wasser versagt. Die Dicke des hydrophoben Klebstoffs kann je nach Wunsch eingestellt werden, um die gewünschte Siegelungsfestigkeit und den gewünschten Grad an Wasserundurchlässigkeit beizustellen. Die Dicke des Klebstoffs kann ebenso innerhalb der unterschiedlichen Abschnitte der Filterpackung variiert werden, um unterschiedliche Ziele zu erreichen. Z. B. kann eine Klebstoff-Dicke von 0,5 mil ausreichend sein, um die anpaßbare Seitenwandung 25 der Filterpackung im wesentlichen undurchlässig für Flüssigkeiten zu machen, während eine Klebstoff-Dicke von 1 mil erforderlich sein kann, um ausreichend Siegelungsfestigkeit zu schaffen.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnte eine gestanzte Schichte aus polymerem Material, wie z.B. Polyethylen, für eine Schichte hydrophoben Klebstoffs 30 substituiert werden. Dies veranlaßt die Filterpackung, im wesentlichen undurchlässig für Wasser zu sein, wo immer das Polyethylen vorhanden ist. Die drei Schichten des resultierenden Laminats könnten selbstverständlich durch Aufbringen von ausreichender Wärme, um das Polyethylen weich zu machen, aneinander geheftet werden. Die resultierende Laminat-Kaffeefilterpackung würde sich genauso verhalten wie das Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnten die Durchsätze F&sub2; und F&sub3; durch die Braukammer 40 gesteuert werden, indem der poröse Abschnitt 13 der unteren Schichte 10 weniger porös als der poröse Abschnitt 23 der oberen Schichte 20 gemacht wird. Dies wird üblicherweise erzielt, indem die untere Schichte 10 gering dicker als die obere Schichte 20 gemacht wird. Bei einem Ausführungsbeispiel der letztgenannten Art würde der hydrophobe Klebstoff 30 nicht erfordern, sich über die strichlierte Linie 35 in Figur 3 hinaus nach innen zu erstrecken, da der Unterschied in der Porosität der Schichten einen Unterschied in den Durchsätzen erzeugen würde, sogar wenn ihre jeweiligen Flächen in der Größe identisch wären.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnten die Schichten 10 und 20 aus einem synthetischen nicht-gewebten Material bestehen, welches hunderte von winzigen Kunststoff-Fasern enthält, welche eng aneinander gepackt sind, um gemahlene Kaffeepartikel am Eintreten in das gebraute Getränk oder Austreten aus der Braukammer zu hindern, während noch Wasser gestattet wird hindurchzugehen. Materialien der letztgenannten Art können in ausgewählten Bereichen undurchlässig gemacht werden durch selektives Aufbringen von Hitze und Druck, um die diskreten Fasern aneinander zu schmelzen, wobei dadurch eine dünne Kunststoff-Folie erzeugt wird, welche im wesentlichen wasserundurchlässig ist. Hitze und Druck könnten verwendet werden, um die zwei Schichten, die zur Konstruktion der Kaffeefilterpackung verwendet werden, in denselben Zonen wie in den Figuren 1, 2, und 3 gezeigt, aneinanderzuheften.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Schichten der Filterpackung aus kontinuierlicher Kunststoff-Folie oder polymerem Material, wie z. B. Polyethylen, bestehen, welches anfänglich wasserundurchlässig ist. Wasserdurchlässige Bereiche können dadurch hergestellt werden, indem das Kunststoffmaterial durchstoßen wird und Lochgrößen hergestellt werden, welche groß genug sind, um Wasser noch durchgehen zu lassen, aber klein genug sind, um den Durchgang von im wesentlichen allen der festen Kaffeepartikel in der Braukammer zu verhindern. Dieses Lochen könnte, falls erwünscht, durch ein Wasserstrahlverfahren von der Art ausgeführt werden, welches allgemein in den allgemein übertragenen US-Patenten Nr. 4 695 422, welches an Curro et al. am 22. September 1987 ausgegeben worden ist, und Nr. 4 609 518, welches an Curro et al. am 2. September 1986 ausgegeben worden ist, beschrieben ist, wobei beide Offenbarungen hierdurch hierin durch Referenz aufgenommen worden sind. Alternativ könnte ein mechanisches Lochungsverfahren verwendet werden, um die Folie zu perforieren. Andere geeignete perforierte Folien sind von Tredegar Industries Filmproducts Division, Terra Haute, Indiana im Handel erhältlich.
Die Größe und die Anzahl der Löcher könnten variiert werden, um Durchsätze durch die Filterpackung zu steuern. Beispielsweise könnten mehr Löcher an der oberen Schichte als an der unteren Schichte beigestellt werden, um so die untere Schichte weniger porös zu machen. Weiters könnten in beiden Schichten die Löcher von identischer Größe und Dichte sein und die Durchflußzonen auf dieselbe Art, wie es in den Figuren 1, 2, und 3 gezeigt ist, eingestellt werden, um so die Flüssigkeitsdurchsätze in die Braukammer und daraus heraus auf eine ähnliche Art zu steuern. Das heißt, die Größe der porösen Einlaßöffnung und der porösen Auslaßöffnung könnte variiert werden. Keine Löcher würden in dem Seitenwandungsabschnitt der Filterpackung angeordnet sein, um sie so im wesentlichen undurchlässig für Wasser zu halten.
Viele der oben beschriebenen Kunststoffblätter sind in Rollen oder Bahnen aus Kunststoff hergestellt, welche durchgehend kontinuierlich perforiert oder wasserundurchlässig sind. Um die Filterpackung der vorliegenden Erfindung mit einer kontinuierlich perforierten Folie herzustellen, sollten demnach die obere Schichte und die untere Schichte aneinander fixiert sein und um den Bereich, welcher der Seitenwandung 25 entspricht, undurchlässig gemacht sein. Dies könnte durch Aufbringen von Hitze und Druck auf diesen Bereich ausgeführt werden, um eine undurchlässige Seitenwandung zu bilden. Jeder Versiegelungsprozeß könnte verwendet werden, welcher die zwei Schichten aus Kunststoffmaterial veranlaßt, aneinander zu binden. Die Siegelung sollte den Kunststoff veranlassen, zu schmelzen und zusammenzufließen, wobei dadurch im wesentlichen alle der Löcher darin geschlossen werden. Wenn die obere Schichte und die untere Schichte aus identischen Kunststoffmaterial-Blättern mit derselben Größe von Löchern und Dichte von Löchern hergestellt sind, könnten die Durchsätze durch Aufbringen von Hitze und Druck auf die untere Schichte eingestellt werden, um einige der Löcher zu verschließen. Dies reduziert die Größe der Auslaßöffnung und reduziert damit den Durchsatz durch sie hindurch.
Es hat sich herausgestellt, daß für die oben beschriebenen Kunststoff-Folien eine Lochgröße im Bereich von 0,1 mm bis 0,254 mm (4 mil bis 10 mil) ideal ist, um trockenes Kaffeesediment in der Braukammer zurückzuhalten. Annähernd 40 bis 100 Löcher regelmäßig im Raster und beabstandet ist für diesen Größenbereich pro Quadrat-Inch Material ideal, um die guten Wasserströmungseigenschaften zu erhalten. Weiters können 0berflächenveredelungsmittel auf die Kunststoff-Folien aufgebracht werden, um beim Wasserdurchsatz zu unterstützen. Die Oberflächenveredelungsmittel können auf die Oberfläche aufgebracht werden oder in das Material eingebaut sein. Zur Aufbringung auf die Folienoberfläche geeignete Oberflächenveredelungsmittel würden Polysorbate, Polyglyzerolester und Monoglyzeridderivate inkludieren.
Noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in Figur 5 gezeigt. Figur 5 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Kaffeefilterpackung 101 der vorliegenden Erfindung. Die Kaffeefilterpackung 101 umfaßt eine untere Schichte 110, welche aus porösem Filterpapier hergestellt ist, und eine obere Schichte 120, welche aus einer kontinuierlichen Folie aus Kunststoffmaterial, wie z.B. jene oben beschriebenen, hergestellt ist. Bei Siegeln einer kontinuierlichen porösen Schichte aus koextrudierter Kunststoff-Folie an poröses Filterpapier ist es bevorzugt, daß die meiste Hitze von der Papierseite kommt. Dies gestattet, daß die Siegel-Seite der Folie in das Papier fließt, wodurch eine stärkere Bindung geschaffen wird und ein Verschließen der Löcher in der Folie unterstützt wird.
Es ist bevorzugt, daß beim Verwenden einer Kunststoff-Folie, um entweder eine oder beide Schichten der Kaffeefilterpakkung herzustellen, das verwendete Kunststoffmaterial eine zweischichtige koextrudierte Kunststoff-Folie ist, in welche die Siegel-Seite der Folie, die Schichte, welche an eine andere Schichte gesiegelt werden soll, eine geringere Schmelztemperatur als die äußere Oberfläche aufweist, um beim Siegeln zu unterstützen. Figur 5 zeigt die obere Schichte 120 als eine koextrudierte Kunststoff-Folie. Die obere Schichte 120 umfaßt zwei Subschichten 121 und 122. Es ist bevorzugt, daß die Subschichte 121 eine geringere Schmelztemperatur als die Subschichte 122 aufweist. Der Unterschied in den Temperaturen gestattet, daß höhere Siegelungstemperaturen verwendet werden, während die Nicht-Siegel-Seite des Kunststoffmaterials am Kleben an der siegelnden Oberfläche gehindert wird. Typische Materialien für die Subschichte 122 inkludieren Polyolefine wogegen typische Materialien für die Subschichte 121 auch Polyolefine, inkludieren, aber EVA's darin enthalten.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der wasserdurchlässige Bereich 13 der unteren Schichte in der Braukammer 40 allgemein in der Mitte der Braukammer angeordnet, wo der Kaffee angeordnet ist. Eine einzige kontinuierliche durchlässige Zone 13 ist ebenso gegenüber einer Mehrzahl von diskreten porösen Zonen allgemein bevorzugt, um konsistente Extraktion von Geschmackstoff-Feststoffen aus geröstetem und gemahlenem Kaffee 50, welcher im Inneren der Braukammer 40 enthalten ist, zu maximieren.

EXEMPLARISCHES AUSFUHRUNGSBEISPIEL DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Eine Filterpackung von der Art, welche allgemein in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigt ist, wurde unter Verwendung eines allgemein kreisförmigen Stücks porösen Filterpapiers James River 0,033 kg/m² (20 Pfund/3000 Quadratfuß) Flächengewicht mit einem Durchmesser von 241,3 mm (9,5 Inch) als der unteren Schichte konstruiert. Hydrophober Klebstoff National Stark & Chemicals 6931-107-1 wurde an der unteren Schichte in dem Muster, welches allgemein in Figur 3 gezeigt ist, unter Verwendung eines Gitterbeschichtungsgeräts Graco Microprint musterbeschichtet, wobei eine unbeschichtete kreisförmige mittlere Zone mit einem Durchmesser von 117,5 mm (4,625 Inch) an der Mitte der unteren Schichte gelassen wurde, um als der Abgabeströmungsauslaß 13 für gebrauten Kaffee zu wirken. Eine Menge von 43,4 g von 0,2 mm -(8 mil)- geflocktem gerösteten und gemahlenem Kaffee, welcher annähernd 4,5 Gewichtsprozent Feuchtigkeit enthielt und ein Trockenvolumen von annähernd 136 cm³ (8,3 Kubik-Inch) aufwies, wurde in der Mitte des unbeschichteten Abschnitts der unteren Schichte angeordnet.
Ein allgemein kreisförmiges Stück porösen Filterpapiers James River 0,033 kg/m² (20 Pfund/3000 Quadratfuß) Flächengewicht mit einem Durchmesser von 177,8 mm (7Inch) wurde für die obere Schichte verwendet. Die obere Schichte wurde konzentrisch mit der unteren Schichte zentriert und daran gesiegelt, um den gerösteten und gemahlenen Kaffee einzukapseln. Die Breite der Siegelung erstreckte sich vom äußeren Umfang der oberen Schichte über eine Distanz von 12,5 mm (1/2 Inch) radial einwärts. Dies führte zu einer porösen Einlaßfläche 23 in die Braukammer mit einem Durchmesser von annähernd 152,4 mm (6 Inch).
Die Porosität des Filterpapiers, das zur Herstellung der oberen Schichte und der unteren Schichte verwendet wurde, war annähernd 300 ml Wasser/Minute/6,45cm² (Inch²). Da die Fläche des Einlasses 182 cm² (28,3 Inch²) war, war der maximal mögliche Durchsatz F&sub2; heißen Wassers in die Braukammer annähernd 8,5Liter/Minute. Dieser Durchsatz ist viel größer als der Durchsatz F&sub1;, bei welchem die meisten Kaffeeherstellungsgeräte heißes Wasser in die Filterpackung abgeben. Demnach wird der aktuelle Durchsatz F&sub2;, in den meisten Fällen, gleich sein dem Durchsatz F&sub1;, welcher vom Kaffeeherstellungsgerät in die Kaffeefilterpakkung vor dem Etablieren einer Braukondition von stabilem Zustand in der Braukammer abgegeben wurde. Sobald eine Braukondition von stabilem Zustand innerhalb der Braukammer etabliert worden ist, wird der Durchsatz F&sub2; im wesentlichen gleich dem Abgabedurchsatz F&sub3; gebrauten Kaffees sein, welcher die Braukammer verläßt.
Als nächstes wurde die Filterpackung, wie allgemein in den Figuren 4A, 4B und 4C gezeigt ist, geformt, um die gewünschte kegelstumpfartige Gestalt und einen unteren Durchmesser von annähernd 114,3 mm (4,5 Inch) anzunehmen. Der Formgebungsprozeß verwendete männliche und weibliche Matrizen, wie allgemein in Figuren 4A bis 4C gezeigt ist. Die Filterpackung wurde als erstes über der weiblichen Matrize 70 zentriert. Die männliche Matrize 60 wurde darufhin in die weibliche Matrize eingepreßt, wobei die Filterpackung auf eine derartige Weise geformt und gefaltet wurde, daß sie zwischen der männlichen und der weiblichen Matrize eingezwängt war. Heiße Luft von 93,3ºC (200ºF) wurde auf die Seitenwandung 25 der Filterpackung geblasen, um den hydrophoben Klebstoff 30 weichzumachen. Die Filterpackung wurde daraufhin 5 bis 10 Sekunden lang gekühlt, um dem Klebstoff zu gestatten, zur kegelstumpfartigen Form fest zu werden, und wurde durch Abheben der männlichen Matrize 60 und Ausstoßen der Filterpackung durch den Boden der weiblichen Matrize entfernt. (Siehe Figur 4C). Der formgebende Prozeß veranlaßte den unfixierten porösen Abschnitt 23 des oberen Filtermediums, nach oben zu buchten, wobei ein maximales Braukammervolumen von annähernd 360,5 cm³ (22 Kubik-Inch) geschaffen wurde (Kegelstumpfvolumen: 114,3mm (4,5 Inch) unterer Durchmesser, 127 mm (5 Inch) oberer Durchmesser, 31,75 mm (1,25 Inch) hoch). Dieses Volumen V&sub3; ist annähernd 165 % größer als das Volumen V&sub1; des trocken gerösteten und gemahlenen Kaffees, der darin enthalten ist.
Mit neununddreißig exemplarischen Kaffeefilterpackungen der zuvor erwähnten Art wurde von vier verschiedenen Personen eines Cafeteria-Personals unter Verwendung eines Kaffeeherstellungsgeräts Bunn OL20 mit einem porösen Filterhalter mit einem unteren Durchmesser von annähernd 114,3 mm (4,5 Inch) gebraut. Das Kaffeeherstellungsgerät gab annähernd 1,870 ml Wasser bei 90,6º C (195º F) in annähernd 2,5 Minuten ab, wobei dadurch eine Abgaberate für hereinkommendes heißes Wasser F&sub1; von annähernd 748 ml/Minute erzielt wurde. Die Braukammer der Filterpackung wurde geflutet und darin innerhalb der ersten dreißig Sekunden des Brauzyklus eine Braukondition von stabilem Zustand etabliert. Dies trat zu dem Zeitpunkt ein, wo nicht mehr als 20 % des gesamten festgelegten Wasser-Volumens V&sub2;, welches in die Filterpakkung abgegeben worden war, durch die Braukammer durchgegeangen ist.
Der durchschnittliche Durchsatz F&sub3; gebrauten Kaffees aus der Braukammer heraus, der im Bereich von etwa 368 bis etwa 425 ml/Minute lag, überschritt niemals die Durchsätze F&sub1; oder F&sub2;.
Proben des fertiggestellten Getränks wurden von allen 39 Kannen gebrauten Kaffees genommen. Die Menge extrahierbarer Geschmackstoff-Feststoffe in jeder Probe wurde durch Wiegen der Kaffeegeschmackstoff-Feststoffe, welche nach Verdampfen des Wassers in den Proben verblieben, gemessen.
Von den 39 Kannen waren die Extraktionseffizienzpegel durchschnittlich 0,315g extrahierter Kaffeegeschmackstoff-Feststoffe/Gramm trockenen Kaffees. Die Standardabweichung für die 39 Proben war 0,0074g extrahierte Kaffeegeschmackstoff-Feststoffe/Gramm trockenen Kaffees.

IDENTISCHE MENGE LOSEN KAFFEES GEBRAUT UNTER IDENTISCHEN KONDITIONEN UNTER VERWENDUNG EINES PORÖSEN PAPIERFILTERS

Bei einem zweiten gesonderten Experiment wurden 43,4 Gramm des gleichen losen Kaffees, welcher in dem vorhergehenden exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, in einem gesonderten offenen und ungespannten Filter angeordnet. Das Kaffeefilter wurde von der Bunn Corporation (Springfield, Illinois) verkauft und war nach Auskunft aus porösem Papier 0,033 kg/m² (20 Pfund/3000 Quadratfuß) James River hergestellt, welches geformt war, um in den Kaffeefilterhalter eines Kaffeebraugeräts Bunn OL20 (kegelstumpfförmige Gestalt: 114,3 mm (4,5 Inch) unterer Durchmeser, 152,4 mm (6 Inch) oberer Durchmesser 66,7mm (2,625 Inch) Höhe). Das Bunn Kaffeefilter mit dem Kaffee am Boden wurde daraufhin in denselben Filterhaltern angeordnet und Braugeräte Bunn OL20 wurden verwendet, um das exemplarische Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu testen. 35 Abgüsse wurden von vier verschiedenen Cafeteria- Angestellten gebraut. Der durchschnittliche Durchsatz aus dem Filterhalter lag im Bereich von etwa 420 bis etwa 475 ml/Minute.
Von den fünfunddreißig Kannen wurde die Extraktionseffizienz unter Verwendung derselben oben beschriebenen Methode bestimmt. Der Durchschnitt lag bei 0,306 g extrahierte Kaffeegeschmackstoff-Feststoffe/Gramm trockenen Kaffees mit einer Standardabweichung für die 35 Proben von 0,0121 Gramm extrahierte Kaffeegeschmackstoff-Feststoffe/Gramm trockenen Kaffees.

FILTERPACKUNG KONVENTIONELLER KONFIGURATION NACH DEM STAND DER TECHNIK UNTER VERWENDUNG EINER IDENTISCHEN KAFFEEMENGE

Bei einem dritten gesonderten Experiment wurde eine konventionelle Kaffeefilterpackung mit einem Design, welches allgemein ähnlich jenen war, welche häufig im Handel angetroffen werden, konstruiert, wobei sie 63,4 g des gleichen Kaffees enthielt, welcher in den vorgehenden zwei Beispielen verwendet worden war. Zwei Kreise von 171,45 mm (6,75 Inch) im Durchmesser wurden aus einer Bahn porösen hitzesiegelbaren Filterpapiers (# 39 68), welches von der Dexter Corporation, Windsor Locks, Conn. (welche die meisten kommerziellen Filterpackungen herstellt) erhalten worden war, geschnitten. Die Kreise wurden mit den hitzesiegelbaren Seiten an der Innenseite aneinander gesiegelt. Die Siegelung wurde so ausgeführt, daß es eine gesiegelte Zone von 142,9 mm (5,625 Inch) Durchmesser gab, welche innerhalb der Kreise von 171,45 mm (6,75 Inch) Durchmesser zentriert war. In die ungesiegelte Zone von 142,9 mm (5,625 Inch) Durchmesser waren die 43,4 Gramm Kaffee eingeschlossen.
Das Produkt wurde in den gleichen Kaffeebraugeräten Bunn OL20, welche in den vorherigen zwei Beispielen verwendet worden waren, gebraut. Neununddreißig Aufgüsse wurden von vier Cafeteria-Angestellten gebraut. Der durchschnittliche Abgabedurchsatz aus der Braukammer lag im Bereich zwischen etwa 600 und etwa 690 ml/Minute. Proben des fertiggestellten Getränks wurden von allen 39 Kannen genommen und Extraktionseffizienzen wurden auf dieselbe Art, wie zuvor beschrieben, gemessen. Aus den 39 Kannen lag die Extraktionseffizienz im Durchschnitt bei 0,23 Gramm extrahierte Kaffeegeschmackstoff-Feststoffe/Gramm trockenen Kaffees mit einer Standardabweichung für die 39 Proben von 0,054g extrahierte Kaffeegeschmackstoff-Feststoffe/Gramm trockenen Kaffees. ZUSAMMENFASSUNG DER VORHERGEHENDEN EXEMPLARISCHEN EXTRAKTIONSRESULTATE Gegenständliche Erfindung Loser Kaffee im Papierfilter Flache Filterpackung von konventioneller runder Konfiguration Extraktionseffizienz Gramm extrahierte Geschmackstoff-Feststoffe/Gramm trockenen Kaffees Standard Abweichung (basierend auf 39 Proben) (basierend auf 35 Proben)
Die vorhergehenden Beispielsdaten demonstrieren klar, daß die Extraktionseffizienz der exemplarischen Kaffeefilterpackungen der vorliegenden Erfindung jener der Kombination von losem Kaffee/Filterpapier nicht nur entsprach, sondern geringfügig überschritt, während sie jene der flachen konventionellen runden Verstärkungsfilterpackung-Beispiele wesentlich überschritt. Weiters war die Standardabweichung für die exemplarischen Filterpackungen der vorliegenden Erfindung annähernd die Hälfte von jeder Kombination loser Kaffee/Filterpapier und nur etwa ein Fünftel von jener der konventionellen runden Filterpackungsbeispiele. Wie von einem Fachmann wohl verstanden werden wird, ist die geringere Standardabweichung der exemplarischen Kaffeepackungen der vorliegenden Erfindung ein Hinweis auf konsistentere Braustä.rke von Kanne zu Kanne.
Während besondere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung illustriert und beschrieben worden sind, würde es für die Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sein, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können. Beispielsweise könnte der Post-Fabrikationsformungsschritt weggelassen werden und die Filterpackung könnte bis zum Einsetzen in die Filterhalteeinrichtung des Kaffeeherstellungsgerätes im wesentlichen flach bleiben. Da die im wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandungen flexibel sind, wird ein Einsetzen der im wesentlichen flachen Filtertrageinrichtung sie veranlassen, sich an die Filtertrageinrichtung anzupassen und eine aufwärts gerichtete Ausrichtung anzunehmen, welche hinreichend ist, um die gewünschte Brauwirkung zu produzieren. Es ist gedacht, in den beigeschlossenen Ansprüchen alle solchen Modifikationen, welche innerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegen, abzudecken.

Claims

1. Eine anpaßbare Kaffeefilterpackung (1) mit hoher Extraktionseffizienz, welche ein festgelegtes Volumen (V&sub1;) trocken gerösteten und gemahlenen Kaffees (50) mit extrahierbaren Geschmackstoff-Feststoffen darin aufweist, wobei die genannte Kaffeefilterpackung (1) zur Verwendung in Kombination mit einem Kaffeeherstellungsgerät geeignet ist, das eine poröse Einrichtung (75) zum Tragen der genannten anpaßbaren Filterpackung (1) in einer aufwarts gerichteten konkaven Konfiguration und Mittel zum Abgeben eines festgelegten Volumens (V&sub2;) heißen Wassers in die genannte aufwärts gerichtete konkave Filterpackung bei einem festgelegten Wasserabgabe-Durchsatz (F&sub1;) aufweist, um ein gebrautes Kaffeeprodukt von im Wesentlichen konsistenter Braustärke von einer Kanne zur nächsten herzustellen, wobei die genannte Kaffeefilterpackung (1) umfaßt

eine untere Schichte (10), welche aus einem flexiblen Material besteht, wobei die genannte untere Schichte (10) innere und äußere Seiten aufweist;

eine obere Schichte (20), welche aus einem flexiblen Material besteht, wobei die genannte obere Schichte innere und äußere Seiten aufweist, wobei die genannte innere Seite der genannten oberen Schichte (20) zentriert ist und um den äußeren Umfang der genannten oberen Schichte an der genannten unteren Schichte (10) kontinuierlich befestigt ist, wobei dadurch zwischen ihren zentral angeordneten nicht verbundenen Zonen eine Braukammer (40) definiert wird, wobei die genannte Braukammer (40) das genannte festgelegte Volumen (V&sub1;) gerösteten und gemahlenen Kaffees (50) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß:

(a) die genannte Braukammer (40) ein Maximum-Volumen (V&sub3;) aufweist, welches um zwischen etwa 25 % und etwa 300 % größer ist als das Volumen (V&sub1;) des genannten trocken gerösteten und gemahlenen Kaffees (50);

(b) wobei eine anpaßbare Seitenwandung von den Abschnitten der genannten oberen und der genannten unteren Schichte definiert ist, welche sich vom äußeren Umfang der genannten Braukammer (40) auswärts erstrecken, wobei die genannte anpaßbare Seitenwandung im Wesentlichen undurchlässig für den Durchgang von Wasser ist, wobei die genannte Seitenwandung, nach Einsetzen in die genannte Einrichtung (75) zum Tragen im genannten Kaffeeherstellungsgerät, um ihre gesamte Peripherie im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, um so das vom Kaffeeherstellungsgerät hereinkommende heiße Wasser darin zurückzuhalten, wobei die vertikale Höhe der genannten im Wesentlichen wasserundurchlässigen sich vertikal erstreckenden Seitenwandung mindestens ausreichend ist, um genügend hereinkommendes heißes Wasser zurückzuhalten, um die genannte Braukammer (40) gänzlich zu überfluten, wenn die genannte Braukammer (40) sich in ihrem gefluteten und vollständig expandierten Zustand befindet;

(c) eine poröse Einlaßöffnung (23) in der genannten oberen Schichte (20) der genannten Braukammer (40), um den Durchgang gerösteten und gemahlenen Kaffees hindurch zu verhindern, jedoch hereinkommendem heißen Wasser, welches von der genannten im Wesentlichen vertikal ausgerichteten im Wesentlichen wasserundurchlässigen Seitenwandung zurückgehalten wird, zu gestatten, bei einem festgelegten Durchsatz (F&sub2;) hindurchzugehen, mindestens bis innerhalb der genannten Braukammer (40) eine Braukondition von im Wesentlichen stabilem Zustand erreicht ist, und

(d) eine poröse Abgabe-Auslaßöffnung (13) in der genannten unteren Schichte (10) der genannten Braukammer (40), um den Durchgang gerösteten und gemahlenen Kaffees hindurch zu verhindern, jedoch gebrautem Kaffee zu gestatten, bei einem festgelegten maximalen Auslaß- Durchsatz (F&sub3;) hindurchzugehen, sobald als innerhalb der genannten Braukammer (40) eine Braukondition von stabilem Zustand erreicht ist, wobei der genannte Maximum-Durchsatz (F&sub3;) am Auslaß geringer als der genannte Durchsatz (F&sub1;) des vom genannten Kaffeeherstellungsgerät hereinkommenden heißen Wassers und geringer als der genannte Einlaß-Durchsatz (F&sub2;) in die genannte Braukammer (40) ist, wobei der genannte Einlaß-Durchsatz (F&sub2;) und der genannte Auslaß- Durchsatz (F&sub3;) so in Beziehung gebracht sind, daß sich in der genannten Braukammer (40) eine Braukondition von stabilem Zustand etabliert hat, bevor nicht mehr als etwa 50 % des genannten Volumens (V&sub2;) des hereinkommenden heißen Wassers die genannte Braukammer (40) verlassen haben, und bei welcher der genannte Einlaß-Durchsatz (F&sub2;) der genannten porösen Einlaßöffnung (23) zwischen dem etwa 1,5- und dem etwa 2,0- fachen des genannten Maximum-Abgabe-Durchsatzes (F&sub3;) der genannten porösen Abgabeöffnung (13) liegt.

2. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 1, bei welcher die genannte im Wesentlichen wasserundurchlässige Seitenwandung ausgeführt ist, um die genannte Kaffeefilterpackung zu veranlassen, vor dem Einsetzen der genannten Kaffeefilterpackung in die genannte Haltevorrichtung am genannten Kaffeeherstellungsgerät, eine aufwärts konkave Konfiguration anzunehmen.

3. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 1, bei welcher die genannte untere Schichte aus porösem Filterpapier besteht, welches in allen anderen Zonen als dem genannten Abgabeauslaß in der genannten Bodenwandung der genannten Braukammer mit einem hydrophoben polymeren Material beschichtet ist, um die genannte untere Schichte in allen beschichteten Zonen im Wesentlichen undurchlässig für Wasser zu machen, und bei welcher die genannte obere Schichte ebenso aus porösem Filterpapier besteht und bei welcher die genannte poröse Einlaßöffnung in der genannten oberen Schichte der genannten Braukammer den zentral angeordneten nicht verbundenen Abschnitt der genannten oberen Schichte umfaßt.

4. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 1, bei welcher mindestens eine der genannten unteren oder der genannten oberen Schichte aus einer Kunststoff-Folie besteht, bei welcher ausgewählte Bereiche der genannten Folie eine Mehrzahl von Öffnungen darin aufweisen, wobei die genannten Öffnungen groß genug sind, um Wasser ein Durchfließen zu gestatten.

5. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 4, bei welcher die genannten Öffnungen in der genannten Folie klein genug sind, um im Wesentlichen den Durchgang von Partikeln gerösteten und gemahlenen Kaffees zu verhindern.

6. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher sowohl die genannte obere Schichte als auch die genannte untere Schichte aus der genannten Kunststoff-Folie bestehen.

7. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die genannte obere Schichte aus der genannten Kunststoff-Folie besteht und die genannte untere Schichte aus porösem Filterpapier besteht.

8. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die genannte Kunststoff-Folie mit einem Oberflächenveredelungsmittel behandelt ist.

9. Eine Kaffeefilterpackung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die genannte Kunststoff-Folie eine koextrudierte Kunststoff- Folie mit zwei Schichten ist, wobei eine Schichte eine geringere Schmelztemperatur als die genannte andere Schichte aufweist.