DE69333428T2

DE69333428T2 - Vorrichtung zur Extraktion undurchlässiger, verformbarer Portionspackungen

Info

Publication number: DE69333428T2
Application number: DE69333428T
Authority: DE
Inventors: Oliver Fond; Alfred Yoakim; Gerard Lavanchy; Jacques Schaeffer; Jean-Pierre Pleisch
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2013-07-13
Also published as: DE69333428D1; EP0604615B1; US5649472A; KR100303614B1; FI115755B; JPH06511182A; US5762987A; ES2122026T3; ATE171352T1; US5826492A; CA2111990C; AU671650B2; NO940248L; ATE260066T1; ES2213847T3; DE69321209T2; NO315305B1; PT870457E; AU4414893A; WO1994002059A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Extraktion von geschlossenen flexiblen Portionspackungen, die mindestens eine Substanz zur Zubereitung eines Getränks enthalten und jeweils aus zwei dünnen flexiblen Folien aus demselben Material bestehen, die an ihrem Umfang miteinander verschweißt sind und bezüglich der Schweißebene im wesentlichen zueinander symmetrisch sind, wobei diese Substanz pulverförmig oder in Form einer Tablette geeigneter Form in einem oder mehreren Stücken verdichtet sein kann.
Die Verwendung von vordosierten und vorverpackten Portionen von gemahlenem Kaffee für die Herstellung von Kaffee vom Typ Espresso hat den Vorteil, daß die Arbeitsgänge bei der Herstellung des Kaffees erleichtert werden und gleichzeitig eine relative Konstanz der Qualität des Produkts gewährleistet wird.
Diese Portionspackungen liegen gegenwärtig hauptsächlich in zwei Formen vor.
Gemäß einer ersten allgemeinen Form bestehen die Portionspackungen, die in den Patenten CH 636 311, US 5 012 629 , EPA 0 272 432 beschrieben werden, aus zwei Filterpapierfolien, die an ihrem Umfang verschweißt sind und mit gemahlenem Kaffee gefüllt sind. Diese Lösung hat den Nachteil, daß sie eine dichte Umverpackung erfordert, um die Oxidation des Produkts während der Lagerung zu vermeiden. Diese Umverpackung verursacht zusätzliche Kosten und erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang seitens des Verbrauchers, der diese vor der Durchführung der Extraktion des Kaffees entfernen muß.
Die Patente FR 1410288 und US 3007392 betreffen Vorrichtungen, die die Extraktion von Portionspackungenen mit Umverpackung, wie sie oben erwähnt wurden, gestatten. Das Patent EP 521188 betrifft eine Adaptermontage, die ausgehend von einer handelsüblichen Espressomaschine die Extraktion von geschlossenen Portionspackungen gestattet.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform, die in der Anmeldung PCT/CH91/00 222 beschrieben wird, besteht die Portionspackung aus einer dichten Kapsel mit konkavem Boden, die sich in ihrer Extraktionsvorrichtung durch Verformung unter der Wirkung der Einführung des Extraktionsfluids und anschließender Perforierung an Spitzen öffnet. Diese Kapsel, die aus einer dichten Hülle besteht, die eine Seitenwand sowie zwei Wände bildet, von denen eine den Boden der Portionspackung darstellt und die andere das entgegengesetzte Ende der Portionspackung schließt, hat den Nachteil, daß gleichzeitig mehrere verschiedene Verpackungswerkstoffe verwendet werden, von denen mindestens einer dick genug sein muß, um der Portionspackung eine Halbstarrheit zu verleihen. Sie kann in einer Extraktionsmaschine, die an diese Kapsel und ihre Anordnung genau angepaßt ist, nur in einer Richtung verwendet werden. Außerdem hat sie ein relativ großes Volumen, da der Kaffee in ihr nicht verdichtet ist.
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Extraktion eines geschlossenen flexiblen Beutels ohne vorhergehende Öffnung gestatten, wobei das Verfahren keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Positionierung der Oberseite und der Unterseite Portionspackung stellt.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, in welchem man diese Portionspackung in ihre Extraktionsvorrichtung einsetzt und in dieser festklemmt, die aus einer geschlossenen Kammer besteht und einen Portionspackungshalter aufweist, in die Portionspackung ein Wasser-Luft-Gemisch mit einem Druck zwischen 2 und 20 bar mit Hilfe eines Wasserzufuhrorgans einführt, so daß die Extraktionsseite der Portionspackung allmählich örtlich an einer profilierten, erhabene und vertiefte Elemente aufweisenden Oberfläche des Portionspackungshalters gereckt wird, wobei die Extraktionsseite an mehreren Stellen nach einem durch die Lage dieser erhabenen und/oder vertieften Elemente vorbestimmten Muster reißt, indem sie an diesen Stellen ihre Reißspannung erreicht, um das Abfließen der Flüssigkeit nach der Extraktion zu gestatten.
Das Verfahren ist ferner durch den hohen Wert des Extraktionsdrucks gekennzeichnet, denn sein Höchstwert wird nicht unbedingt bei der Öffnung der Portionspackung erreicht, sondern möglicherweise erst später während der Extraktion, wenn der Druckabfall im Kaffeebett seinen Höchstwert erreicht hat.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden ihre aufeinanderfolgenden Phasen beschrieben, die im besonderen Fall ihrer Anwendung auf Kaffee in handelsüblichen Espressomaschinen durchgeführt werden können, die konstruktionsmäßig oder durch Beigabe von Adaptern Einrichtungen besitzen, um eine der Seiten der Portionspackung zu perforieren, in ihr Inneres Wasser einzuführen, die andere Seite infolge ihrer Verformung unter der Wirkung des Drucks gesteuert aufzureißen und den Kaffeeextrakt aufzufangen.

– In einem ersten Schritt wird die Portionspackung in den Portionspackungshalter eingesetzt, wobei die Unterseite bei dieser Anordnung die Extraktionsseite wird.
– In einem zweiten Schritt wird der mit der Portionspackung versehene Portionspackungshalter in die Maschine eingesetzt, wobei die Oberseite dieser Portionspackung nun durch das oder die schneidenden oder perforierenden Elemente perforiert wird, die unter der Unterseite des oberen Teils des Extraktionshohlraums angeordnet sind.

Während dieses Schritts kann die Form der Portionspackung gegenüber ihrer Ausgangsform durch Anpassung an die Konfiguration des Hohlraums der Extraktionsvorrichtung absichtlich geändert werden. Auf diese Weise wird die Form der Portionspackung vor der Extraktion bei ihrem Einsetzen genau definiert, selbst wenn sie ggf. infolge von Manipulationen verformt wurde, und zwar insbesondere dann, wenn diese Portionspackung ein schwach oder sogar nicht verdichtetes Produkt enthält.
Gemäß einer Abwandlung des Verfahrens beinhaltet der Einsetzvorgang einen Einklemmeffekt, der das verfügbare Innenvolumen der Portionspackung verringert, um die nicht mit der zu extrahierenden Substanz gefüllten Stellen auf ein definiertes Minimum zu beschränken. Je nach der Art der Herstellung dieser Portionspackung kann ihr Anfangsvolumen größer als das der enthaltenen Substanz sein, wenn gewünscht wird, daß diese Substanz vor der Extraktion leicht verdichtet ist, wie es bei gemahlenem Kaffee der Fall ist. Diese Einstellung des verfügbaren Volumens begünstigt die Extraktion. Da die Substanz in diesem Hohlraum regelmäßig angeordnet ist, wird sie von dem Extraktionsfluid korrekt durchsetzt, und außerdem wird die Portionspackung bei ihrer Abfuhr nicht mit überschüssigem Wasser getränkt, was für die Sauberkeit und für den praktischen Aspekt des Verfahrens günstig ist.
Ferner kann die flexible Oberseite der Portionspackung durch Wirkung des Drucks des Wassers und durch das Quellen des Kaffees an die Oberseite der Kammer angedrückt werden, so daß der Kaffee besser benetzt wird, was die Qualität seiner Extraktion erhöht.
Gemäß einer anderen Abwandlung des Verfahrens sind unter der Oberseite der Extraktionsvorrichtung und/oder auf der Unterseite dieser Vorrichtung Zusatzeinrichtungen vorgesehen, die die Verlagerung des Kaffees der Portionpackung auf bestimmte bevorzugte Bereiche zu gestatten, um die Qualität der Extraktion durch Vermeidung von toten Bereichen zu verbessern. Diese Einrichtungen können in einer besonderen geometrischen Form dieser Seiten bestehen.
Zur Regulierung der Extraktion eines Substanzbettes ist es nämlich wünschenswert, daß dieses Bett nicht zu dünn und nicht ungleich dick ist. Bei einer flexiblen Portionspackung könnten diese Fehler bei Nichtvorhandensein dieser Einrichtungen auftreten.
Bei einer Portionspackungsvariante, die Kaffee enthält, der bei der Herstellung verdichtet wurde, entspricht das Volumen des Hohlraums so genau wie möglich der Größe der Tablette und der Portionspackung, um freie Bereiche zwischen der Portionspackung und der Tablette und ungewollte bevorzugte Wege bei der Extraktion zu vermeiden.

– In einem dritten Schritt wird das mit Luft gemischte oder nicht gemischte Wasser unter einem Druck von 2 bis 20 bar, vorzugsweise 4 bis 15 bar, in die Portionspackung eingeführt. Die Seiten der Portionspackung legen sich an die Wände des Extraktionshohlraums an, wobei sich die Extraktionsseite örtlich dehnt, indem sie unter der Einwirkung des Drucks auf den erhabenen Elementen des mit Öffnungen für den Austritt der Infusion versehenen Portionspackungshalters allmählich gereckt wird. Diese wesentliche Phase stellt einen Schritt der Vorbenetzung des Kaffees vor der Extraktion dar.

Bei Einsetzen des Extraktionsvorgangs kann sich die in den Leitungen der Maschine befindliche Luft mit dem Wasser mischen.
Unter bestimmten Bedingungen können die ersten Wasserfraktionen je nach der verwendeten Espressomaschine und der anfänglichen Heiztemperatur in Form von Dampf auftreten.
Gemäß einer Abwandlung des Verfahrens kann zwischen den dritten und den vierten Schritt eine Pause eingeschoben werden, in der die Einspritzung des Extraktionsfluids unterbrochen wird.

– In einem vierten Schritt erreicht der die Extraktionsseite bildende Werkstoff infolge des Reckens seine Reißspannung, und an der Stelle der vorstehenden Teile des Reliefs oder in den vertieften Teilen zwischen diesen erhabenen Teilen entstehen Risse. Je nach der Form des Reliefs können sich die Risse auch in die beiden genannten Bereiche hinein verlängern. Die Teile der von ihrer Spannung befreiten Extraktionsseite, die auf diese Weise getrennt wurden, ohne sich zu lösen, kommen genau an das Relief zum Anliegen, was zur Wirkung hat, daß die hergestellten Öffnungen vergrößert werden, was das anschließende Abfließen des Extraktionsfluids begünstigt, und zwar so, daß keine Substanz aus der Portionspackung ausgestreut wird. Der Innendruck der Portionspackung fällt partiell, aber diese Druckabnahme ist begrenzt, da der aus der Portionspackung entweichende Fluidfluß gedrosselt wird, und zwar sowohl durch die kleinen Zwischenräume, die zwischen den am Relief anliegenden Lippen des zerrissenen Materials der Extraktionsseitebestehen, als auch durch die im erhabenen Element oder in dessen Nähe vorgesehenen Ablauföffnungen. Auf diese Weise wird das Abfließen vollständig gesteuert, so daß insbesondere jede ungewollte Verlagerung der festen Phase des Inhalts der Portionspackung ausgeschlossen wird, die die Ablauföffnung verstopfen und anschließend die Regelmäßigkeit und Reproduzierbarkeit des Extraktionsvorgangs beeinträchtigen könnte.

Entsprechend der Terminologie des Patents CH 668 545, das eine Kapsel mit vorgeschwächtem Deckel betrifft, kann diese Phase der Öffnung der Portionspackung als eine Phase der Belüftung der pulverförmigen Substanz betrachtet werden.
Gemäß einer Abwandlung des Verfahrens kann zwischen den vierten und fünften Schritt eine Ruhezeit mit Unterbrechung der Einspritzung des Extraktionsfluids eingeschoben werden.

– In einem fünften Schritt wird der Kaffee unter einem Druck von 2 bis 20 bar extrahiert, der absichtlich und im wesentlichen mit dem Druckabfall im benetzten und dadurch verdichteten Kaffeebett verbunden ist. Das ist die Extraktionsphase. Bei Bedarf können durch die erhabenen Teile des Portionspackungshalters, die eine allmählich abnehmende Höhe besitzen und vorzugsweise in dessen Umfangsbereich vorgesehen sind, zusätzliche Öffnungen der Extraktionsseite erzeugt werden, wenn der Extraktionsdruck hohe Werte erreicht.
– In einem sechsten Schritt wird der Portionspackungshalter freigegeben und die Portionspackung wird durch einfaches Wenden des Portionspackungshalters abgeführt.

Bei einer weiter unten beschriebenen Abwandlung des Systems, dem sog. Backensystem, wird die Portionspackung am Ende des fünften Schritts manuell mit Hilfe eines Einsatzes oder automatisch in einen geeigneten Behälter ausgestoßen.
Gemäß einer ersten Abwandlung des Verfahrens werden die Risse im mittleren Teil der zwischen den vorspringenden Teilen eines erhabenen Elements gebildeten Hohlräume (Vertiefungen) erzeugt, wenn das Material am Höhepunkt seiner Verformung seine Reißspannung erreicht.
Gemäß einer zweiten Abwandlung des Verfahrens kann der Riß der Extraktionsseite der Portionspackung auf Höhe der erhabenen Elemente beginnen und sich dann in der Mitte der von diesen Elementen gebildeten Hohlräume (Vertiefungen) fortsetzen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform des Verfahrens wird die Extraktionsseite durch Erreichen der Reißspannung an der Stelle von erhabenen Elementen erreicht, denen ggf. zusätzliche Elemente zugeordnet sind, die nicht dazu dienen, die Extraktionsseite der Portionspackung zu zerreißen, sondern den Ablauf zu begünstigen, damit die Sauberkeit des Systems gewährleistet wird.
Der Kaffeeextrakt gelangt zwischen den zerrissenen und verformten Teilen der Extraktionsseite der Portionspackung zu den Ablauföffnungen, denn diese zerrissenen Teile können sich nicht vollständig dicht an das Relief anlegen, da sie infolge ihrer ziemlich kleinen Abmessungen eine gewisse relative Starrheit besitzen.
Die Anzahl der in der Extraktionsseite gebildeten Risse liegt vorzugsweise bei mehreren Zehnern. Allgemein ist die Geometrie der erhabenen Elemente so ausgelegt, daß die gerissenen Teile sich nicht vollständig ablösen, sondern mit der Portionspackung fest verbunden bleiben.
Das Verfahren ist nicht auf die im nachstehenden als Beispiel beschriebene Anwendung auf gerösteten und gemahlenen Kaffee beschränkt, sondern kann auch auf andere Produkte oder Mischungen von Produkten angewandt werden, die in einer flexiblen Portionspackung eingeschlossen und zur Herstellung von Getränken oder Nahrungsmitteln in Form von Infusionen bestimmt sind, wie Tee, löslicher Kaffee, eine Mischung aus gemahlenem Kaffee und löslichem Kaffee, ein Schokoladeprodukt oder ein entwässertes Nahrungsmittel.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Portionspackung kann von ähnlicher Art sein, wie sie Gegenstand der von der Anmelderin am 6. Juli 1992 eingereichten europäischen Patentanmeldung 92 111 422.9 mit dem Titel "Geschlossene flexible Portionspackung und Verfahren zu ihrer Herstellung" ist.
Der Innendurchmesser der Portionspackung beträgt vorzugsweise 25 bis 70 mm und der verschweißte Rand hat eine Breite von 3 bis 15 mm. In gefülltem Zustand hat die Portionspackung in ihrer Mitte eine Dicke von vorzugsweise 5 bis 20 mm. Im Fall von Kaffee kann die enthaltene Dose zwischen 5 und 20 g verdichteten oder nicht verdichteten gemahlenen Kaffee in Form einer Tablette variieren. Die allgemeine Form der Portionspackung ist kreisförmig, oval oder polygonal mit 4 bis 10 Seiten mit ggf. abgerundeten Rändern oder kann eine Kombination dieser drei Formen sein.
Die Extraktionsseite der Portionspackung liegt nach deren Einsetzen in die Maschine nicht notwendigerweise in einer horizontalen Ebene. Andere Ausrichtungen können zur Erleichterung der Anwendungsverfahren vorgezogen werden.
Anstelle die Portionspackung in dem Portionspackungshalter anzuordnen, der dann in die Maschine eingesetzt wird, kann man eine Vorrichtung vorsehen, bei der der Portionspackungshalter einen integrierenden Bestandteil der Maschine in einem sog. Backensystem bildet, wobei die Portionspackung direkt in die Maschine eingesetzt wird und die Perforierung des oberen Teils der Portionspackung durch die schneidenden oder perforierenden Elemente bei der Schließung der Backen stattfindet.
In diesem Fall besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung

– einen oberen Teil, der mit Mitteln, die zum Perforieren der Oberseite der Portionspackung bestimmt sind und die Einführung des Wassers in die Portionspackung gestatten, und mit einem Blockierhebel versehen ist,
– einen unteren Teil, der eine Aussparung zur Aufnahme der Portionspackung und vertiefte und erhabene Elemente aufweist, bei der die Portionspackung direkt in die Vorrichtung eingesetzt werden kann, wobei der obere Teil oder der untere Teil entweder eine Drehbewegung um eine horizontale oder vertikale Achse, eine Klappbewegung oder eine Einschubbewegung ausführt, die dieses Einsetzen gestattet, bei der der Blockierhebel bei der Extraktion der Portionspackung den oberen Teil und den unteren Teil fest verbindet und bei der die Extraktionsseite der Portionspackung an den erhabenen und vertieften Elementen allmählich örtlich gereckt wird, wobei diese Extraktionsseite an mehreren Stellen nach einem durch die Lage dieser erhabenen und vertieften Elemente vorbestimmten Muster reißt, indem sie an diesen Stellen ihre Reißspannung erreicht, um das Abfließen der Flüssigkeit nach der Extraktion zu gestatten.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß beim Einspannen oder Lösen keine Drehbewegung der Portionspackung stattfindet, wodurch die Verwendung von rotierenden Duschen oder Pyramiden vermieden wird.
Ein anderer Vorteil ist, daß die Einspannkraft vor der Extraktion dank eines Untersetzungsmechanismus höher sein kann. Bei diesem System kann man außerdem einen automatischen Ausstoß der Portionspackung in einen hierzu vorgesehenen Behälter nach der Extraktion vorsehen.
Diese Anordnung gestattet ferner die Durchführung der Wassereinführung und der Extraktion des Kaffees auf derselben Seite der Portionspackung, wobei das oder die Wassereinführungsorgane und die erhabenen Elemente vorzugsweise konzentrisch angeordnet sind, und zwar die einen in der Mitte und die anderen am Umfang.
Bei einer vereinfachten Version wird die Portionspackung mit Hilfe einer Schale herausgenommen, die einen integrierenden Bestandteil des Portionspackungshalters bildet oder nicht. Diese Schale kann beispielweise eine ringförmige Form annehmen und sich um den die erhabenen Elemente aufweisenden Teil herum einfügen. Sie kann mit einer Feder zum Ausstoßen der Portionspackung versehen sein oder vom unteren Teil manuell entfernt werden. Bei Nichtvorhandensein dieser Schale ist die Verwendung einer Portionspackung, die mit einer seitlichen Zunge versehen ist, besonders vorteilhaft.
Für den Fachmann ist offenkundig, daß die verschiedenen oben beschriebenen Varianten umgeändert werden können, um in eine automatisierte mechanische Vorrichtung integriert zu werden, die durch bekannte Zusatzeinrichtungen, die nicht ausführlicher beschrieben werden, das Einsetzen der Portionspackung, die dichte Einspannung und dann nach der Extraktion die Lösung und die Entnahme der verbrauchten Portionspackung gewährleistet. Die Anordnung der jeweiligen Teile kann gegenüber der oben beschriebenen Anordnung geändert werden, beispielsweise ist die Extraktionsseite in einer vertikalen oder schrägen Ebene angeordnet. Die Wassereinspritzung kann dabei senkrecht zu dieser stattfinden oder nicht.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Vorrichtung zur Einführung des Wassers können die Einrichtungen des oberen Teils, die zum Perforieren der Oberseite der Portionspackung und zum Einführen des Wassers in die Portionspackung bestimmt sind, die Form eines Wasserverteilungsrostes haben, der auf seiner Unterseite mit Elementen wie Nadeln, Lamellen oder vorstehenden Kreuzen versehen ist, wie sie beispielsweise in der am 5. Juli 1991 eingereichten europäischen Patentanmeldung 91 111 211.8 beschrieben werden. Die Durchgangsöffnungen für das Wasser fallen nicht notwendigerweise mit diesen Elementen zusammen, sondern können sich vorteilhafterweise an ihrem Umfang befinden.
Gemäß einer zweiten Variante kann man eine oder mehrere Nadeln zur Einführung von Wasser vorsehen, die im Hohlraum des oberen Teils vorspringend angeordnet sind und beispielsweise von dem Typ sind, wie er in der am 27. Juli 1990 eingereichten europäischen Patentanmeldung 90 114 402.2 beschrieben wird. Eine solche Nadel gestattet die Perfo rierung der Oberseite der Portionspackung beim Einsetzen in die komplette Vorrichtung und das Einspritzen des Fluids in das Innere der Portionspackung.
Die Nadel bzw. Nadeln zum Einführen des Wassers haben eine zugespitzte Form, so daß sie im Material der Portionspackung Öffnungen herstellen, die sich mindestens partiell wieder schließen können, damit das Auslaufen der Portionspackung bei ihrer Entnahme auf ein Minimum reduziert wird. Außerdem verhindern sie nicht, daß sich die Portionspackung aufbläht und an die benachbarte Wand anlegt. Ferner sind die Abmessungen und Anordnungen dieser Organe zur Einführung des Wassers so gewählt, daß keine ungewünschten bevorzugten Wege im Kaffeebett geschaffen werden, sondern daß dieses in seinem ganzen Volumen regelmäßig bewässert wird. Die Form, die Größe und die Anordnung der Nadel oder Nadeln sind an die Form und Größe der Portionspackung angepaßt.
Bei einer Anordnung mit mehreren Nadeln zur Wassereinführung kann es vorteilhaft sein, diese Nadeln auf einem Teil zu montieren, das eine Drehbewegung ausführen kann, damit die Portionspackung nicht zerrissen wird. Diese Drehbewegung findet dabei durch Mitnahme synchron mit dem Einsetzen des Portionspackungshalters statt.
Die erhabenen Elemente, die die Öffnung der Extraktionsseite der Portionspackung gewährleisten, sind von derselben Art wie die fünf Typen, die in der am 5. Mai 1992 eingereichten europäischen Patentanmeldung 92 107 548.7 beschrieben werden.
Bei einer ersten Ausführungsform bestehen die erhabenen Elemente aus kleinen geradlinigen, leicht gewundenen oder bogenförmigen geschlossenen oder nicht geschlossenen Stäbchen mit verschiedenen Längen, die radial, konzentrisch, parallel oder rechtwinklig auf einem Rost angeordnet sind, der mit einer großen Anzahl von kleinen Löchern versehen ist. Ihr Querschnitt kann halbkreisförmig oder annähernd trapezförmig sein. Ihre Breite und Höhe betragen 0,5 bis 7 mm.
Bei einer zweiten Ausführungsform können die erhabenen Elemente auch die Form von kleinen Prismen, Pyramidenstümpfen, Zylindern oder Kegelstümpfen mit polygonalem, kreisförmigem oder nicht kreisförmigem Querschnitt haben.
Bei einer dritten Ausführungsform bilden die erhabenen Elemente an ihrer Basis kreisförmige oder ovale Hohlräume, in deren Boden sich die Öffnungen zum Ablaufen des Kaffees befinden. Die Tiefe der Hohlräume kann 1 bis 7 mm betragen.
Gemäß einer Abwandlung dieser drei Ausführungsformen bilden die erhabenen Elemente ein Teil für sich, das auf einem Ablaufrost angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Variante können die erhabenen Elemente einen integrierenden Bestandteil einer Platte bilden, die mit Filteröffnungen zum Ablaufen des Extrakts versehen ist.
Bei einer vierten, nicht dargestellten Ausführungsform ist die Anordnung der erhabenen Elemente und der Ablauföffnungen zueinander umgekehrt. Das erhabene Element besteht aus einem Teil, das bezüglich seiner Hauptfläche vertiefte Bereiche und Ablauföffnungen aufweist, die mindestens im vorstehenden Teil vorgesehen sind. Der Werkstoff reißt so, daß die mit Öffnungen versehenen vorstehenden Teile freigelegt werden.
Bei einer fünften Ausführungsform sind die erhabenen Elemente pyramidenförmige Teile, denen ergänzende Elemente zugeordnet sind, die nicht dazu bestimmt sind, die Extraktionsseite der Kapsel zu zerreißen, sondern das Abfließen des extrahierten Fluids zu begünstigen und gleichzeitig die Substanz zurückzuhalten, in Form beispielsweise von die Pyramiden umgebenden Stufen mit einer Breite von 0,2 bis 1 mm, in deren Basis Kanäle mit einer Breite von etwa 0,7 bis 2,5 mm und einer Tiefe von etwa 0,3 bis 1,8 mm vorgesehen sind. Diese Kanäle sind mit zahlreichen Ablauföffnungen versehen, die auf einen Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern eingestellt sind.
Bei einer ersten Variante bestehen die pyramidenförmigen Elemente aus Pyramidenstümpfen mit einer Seitenlänge von 1 bis 7 mm und einer Höhe von 1 bis 7 mm, die vorzugsweise in einem quadratischen Netz mit einem Schritt von gewöhnlich 3 bis 10 mm angeordnet sind. Die Seitenflächen bilden vorzugsweise einen Winkel von 10 bis 30° mit der Vertikalen.
Die Oberseite der Pyramiden dient als Auflagefläche, wenn die Portionspackung der Einwirkung des Drucks ausgesetzt wird. Die Anrisse finden auf den Kanten dieser Pyramiden statt.
Bei einer zweiten Variante bestehen die pyramidenförmigen Elemente aus ganzen und/oder partiellen Pyramiden, d. h. unsymmetrischen Pyramiden. Die unsymmetrischen Pyramiden können mit Pyramiden erhalten werden, deren vertikale Flächen nicht alle den gleichen Winkel besitzen, oder mit ursprünglich symmetrischen Pyramiden, von denen vertikale Teile entfernt wurden.
Bei dieser fünften Ausführungsform können die Flächen der erhabenen Elemente und ggf. der Stufen und der Kanäle kleine Rinnen (Kanäle) aufweisen, die die Abfuhr des Extrakts begünstigen, wobei der Werkstoff der Extraktionsseite so starr ist, daß er sich nicht vollständig an die Form der Rinne anschmiegt.
Bei dieser fünften Ausführungsform können mehrere Pyramidentypen gleichzeitig bestehen.
Bei einer sechsten, bevorzugten Ausführungsform ist die Höhe der Pyramiden und der angrenzenden Kanäle nicht auf der ganzen Oberfläche konstant. Ein Teil von ihnen ist dazu bestimmt, die Öffnung der Portionspackung erst dann zu bewirken, wenn ein Druck erreicht wird, der höher als der gewöhnliche Druck ist, wodurch der Extraktionsdurchsatz korrigiert wird, indem er erhöht wird. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß man die Höhe der Pyramiden reduziert und die Tiefe der die Stufen voneinander trennenden Kanäle vergrößert. Dadurch soll der Durchsatz von einer Portionspackung zur anderen reguliert werden, der sonst je nach der enthaltenen Kaffeemischung variieren könnte.
Bei einer Variante der im vorstehenden beschriebenen Formen kann die Extraktion auf einen vorzugsweise ringförmigen Bereich der Unterseite beschränkt sein, um das Wasser zu zwingen, im Kaffeebett einen größtmöglichen Weg zurückzulegen, wenn die Wassereinführung zentral stattfindet. Auch die umgekehrte Anordnung ist möglich.
In allen oben beschriebenen Fällen sind die Öffnungen der unteren Wand der Portionspackung die Folge der Verformung bis zum Reißen, jedoch nur unter der Einwirkung der Unterdrucksetzung mit Wasser oder der Mischung aus Wasser und Extraktionsluft und nach dieser Unterdrucksetzung.
Alles was im vorstehenden in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurde und die erhabenen Elemente, das Ablaufteil, die Dichtungsvorrichtung des Portionspackungshalters betrifft, bleibt natürlich auch für den Portionspackungshalter gültig, ohne daß die diesbezügliche Beschreibung wiederholt zu werden braucht.
Insbesondere kann der Portionspackungshalter aus einem oder zwei Teilen mit erhabenen und vertieften Elemente mit unsymmetrischen Pyramiden und Wellen am Umfang des unteren Teils bestehen.
In der folgenden Beschreibung wird auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, wobei die 1 bis 10 einfach zum Verständnis der Erfindung dienen. In dieser Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Extraktion von geschlossenen flexiblen Portionspackungen,
1a eine vergrößerte Ansicht des Teils A von 1,
2 eine auseinandergezogene Schnittansicht des zur Wassereinspritzung dienenden oberen Teils dieser Vorrichtung,
3 eine Draufsicht auf verschiedene Wassereinspritznadeln von 2,
4 eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung zur Extraktion von geschlossenen flexiblen Portionspackungen,
5 eine schematische Darstellung des oberen Teils zur Wassereinspritzung,
6 eine Teildraufsicht des erhabene und vertiefte Elemente und Ablauföffnungen aufweisenden unteren Teils,
7 einen Schnitt nach der Linie 6-6 von 6,
8 eine schematische Darstellung der Anordnung der unter der Oberseite der Vorrichtung vorgesehenen Wasserzutrittsorgane und der auf der Unterseite vorgesehenen erhabenen Elemente für den Ablauf des Kaffeeextrakts,
9 eine schematische Darstellung der Anordnung der unter der Oberseite der Vorrichtung vorgesehenen Wasserzutrittsorgane und der auf der Unterseite vorgesehenen erhabenen Elemente für den Ablauf des Kaffeeextrakts,
10 eine schematische Darstellung der Anordnung der Organe für den Wasserzutritt und die Extraktion des Kaffees, die beide auf der Unterseite der Vorrichtung angeordnet sind,
11 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Extraktion von geschlossenen flexiblen Portionspackungen und
12 eine schematische Darstellung des oberen Teils des Extraktionssystems von 11.
Wie 1 zeigt, ist die Portionspackung 1 auf dem unteren Teil 2 angeordnet, das mit seinem Träger 4 den Portionspackungshalter bildet. Der Träger besitzt zwei diametral entgegengesetzte Klemmlappen 3, die dazu vorgesehen sind, auf den Klemmrampen 7 des oberen Teils 8 eingerückt zu werden.
Das obere Teil 8 besitzt einen Wasserzulauf 10 und Spitzen 11, um die Oberseite der Portionspackung 1 anzubohren. Das untere Teil 2 besitzt vorspringende Elemente 19 und Ablauföffnungen 20. Man geht folgendermaßen vor: man ordnet die Portionspackung 1 auf dem unteren Teil 2 an und, indem man die aus Träger 4, unterem Teil 2 und Portionspackung 1 bestehende Einheit mittels des Griffs 22 hält, rückt man die Klemmlappen 3 auf den Klemmrampen 7 des oberen Teils 8 ein.
Die Abdichtung wird bei A gewährleistet. Der untere konische Innenrand 23 des oberen Teils arbeitet mit der konischen Umrandung 24 des unteren Teils zusammen, indem sie den Umfang der Portionspackung 1 festklemmen. Die Spitzen 11 durchbohren die Portionspackung 1 und das heiße Wasser tritt über den Wasserzufuhrkanal 10 zu und dringt in die Portionspackung 1 ein. Der Druck in der Portionspackung nimmt zu und die Unterseite der Portionspackung wird an die vorspringenden Elemente 19 angedrückt, bis sie bei Erreichen ihrer Reißspanung an diesen vorspringenden Elementen reißt. Die Extraktionsphase beginnt. Der Kaffee fließt über die Ablauföffnungen 20 ab wird unter der Bohrung 21 in einem Behälter (nicht dargestellt) aufgefangen.
Die 2 und 3 zeigen ein oberes Teil für die Wasserzufuhr, das sich von dem der 1 unterscheidet. Und zwar ist dieses Teil zweiteilig: das Teil 41 besitzt einen zentralen Wasserzutritt 42 und eine Scheibe 43, die Spitzen 44 trägt, um die Oberseite der zu extrahierenden Portionspakkung anzubohren, und vorgesehen ist, um von der Aussparung 45 des Teils 41 aufgenommen zu werden. Die Bohrung 46 der Scheibe 43 wird teilweise von den Spitzen 44 eingenommen, was den Durchtritt von Wasser gestattet, so daß dieses in die zu extrahierende Portionspackung eintritt. Die Scheibe 43 kann sich in ihrer Aussparung 45 drehen. Sie wird durch eine Schraube 48 festgehalten, die in der Bohrung 47 der Scheibe 43 angeordnet ist.
Ferner sind ein Wulstring 49 sowie mehrere Wasserzufuhrkanäle 50 vorgesehen, die am Umfang des Teils 41 angeordnet sind, so daß das Wasser bei der Extraktion die Dichtung nach unten drückt und auf diese Weise die Abdichtung des Systems gewährleistet.
Die in 4 gezeigte Extraktionsvorrichtung besitzt ein oberes Teil 12 mit Einspritznadeln 13, die unter der Wölbung des Hohlraums angeordnet sind. Beim Einspannen perforieren die Einspritznadeln die Oberseite der Portionspakkung, was dann die Einführung des über den Kanal 25 eintretenden Extraktionsfluids gestattet. Dieses obere Teil besitzt ein vorspringendes Element 14 konischer Form. Dieses vorspringende Element greift in einen ergänzenden Kegel 26 ein, der im unteren Teil 15 vorgesehen ist. Indem diese Elemente beim Einspannen der Teile ineinandertreten, tragen sie dazu bei, die Flächen der Portionspackung zu spannen und die pulverförmige Substanz wieder zu zentrieren.
Das untere Teil verfügt außerdem über vorspringende Elemente 17 und Ablauföffnungen 18, die das Abfließen des Kaffees gestatten.
4 zeigt nicht das Haltesystem mit den Klemmlappen und Klemmrampen. Die Art der Extraktion ist dieselbe wie bei der Vorrichtung von 1.
5 zeigt eine andere Ausführungsform des oberen Wassereinspritzteils 51, der einen Wasserzutritt 52 und eine einzige Spitze 53 aufweist, die zum Anbohren der Portionspackung dient und eine Bohrung 54 besitzt, über die das Wasser in die Portionspackung gelangt. Dieses Teil 51 besitzt einen konkaven Bereich 55, der eine bessere Verteilung des Wassers gestattet, so daß die Oberseite der Portionspackung sich an diesen konkaven Bereich anlegt. Es besitzt außerdem einen Wulstring 56, der die Abdichtung gewährleistet.
Wie 6 zeigt, gibt es verschiedene Typen von erhabenen pyramidenförmigen Elementen. Man kann Pyramidenstümpfe 29 vorsehen, Pyramiden 30, die auf zwei Seiten abgestumpft sind, unsymmetrische Pyramiden 31, symmetrische Pyramiden 32, Pyramiden 33 mit Wellen, auf drei Seiten abgestumpfte Pyramiden 34 und auf vier Seiten abgestumpfte Pyramiden 40. Diese Pyramiden weisen alle Stufen 35 auf.
Die Ablauföffnungen 36 können drei verschiedene Formen haben: zylindrisch (37), nach unten ausgeweitet (38) oder zylindrisch und nach unten ausgeweitet (39).
Das Vorhandensein von Stufen 35 gestattet eine Steuerung der Öffnung (oder des Aufreißens) der Unterseite der Portions packung, wodurch diese Portionspackung eine Filterfunktion erhält.
8 zeigt die Organe 57 zum Anbohren der Portionspackung 58 und die erhabenen und vertieften Elemente 59, die um die Ablauföffnungen 60 herum angeordnet sind. Dieses System entspricht dem System der 1 und 4.
9 zeigt die Extraktion einer Portionspackung 58 mit einer einzigen Spitze 61 und mit erhabenen und vertieften Elementen 62 und Ablauföffnungen 63, die am Umfang der Portionspackung angeordnet sind.
10 zeigt schließlich eine einzige Spitze 64 zum Zutritt des Wassers nach oben und das Kaffeegewinnungssystem auf derselben Seite, das erhabene und vertiefte Elemente 65 um die Ablauföffnungen 66 herum aufweist.
Die 11 und 12 zeigen ein Extraktionssystem mit einem Gestell 70, auf dem ein oberer Teil 75 um eine Stange 71 schwenkbar montiert ist, der seinerseits einen Blockierhebel 72 aufweist, der an einem Arm 83 montierte Haken 73 besitzt und um die Stange 74 schwenkbar montiert ist. Der obere Teil 75 schließt sich auf einem unteren Teil 76, der um die Stange 77 drehbar montiert ist und eine Aussparung 78 mit vertieften und erhabenen Elementen 79 zur Aufnahme der zu extrahierenden Portionspackung aufweist.
Man geht folgendermaßen vor: Man setzt die Portionspackung in die Aussparung 78 und senkt den Arm 75, indem man auf den Blockierhebel 72 drückt, bis die Haken 73 auf die Stange 77 treten.
Ein Exzenter 80 gestattet es, den oberen Wasserzutrittsteil 81 an den unteren Teil 76 anzupressen, um eine guten Abdichtung des Systems durch Andrücken des Dichtrings 82 zu gewährleisten. Man nimmt die Extraktion der Portionspackung vor und rückt den Blockierhebel 72 aus, um den oberen Teil 75 anzuheben. Man sieht vorteilhafterweise eine Einrichtung zum Verschwenken des unteren Teils 76 vor, so daß die Portionspackung auf eine im Gestell 70 vorgesehene Kammer zu ausgestoßen wird.

Claims

Vorrichtung zum Extrahieren von geschlossenen flexiblen Portionspackungen, umfassend – einen oberen Teil oder Arm (75) der mit Mitteln, die zum Perforieren der Oberseite der Portionspackung (1) bestimmt sind und die Einführung des Wassers in die Portionspackung gestatten, und mit einem Blockierhebel (72) versehen ist, – einen unteren Teil (76), der eine Aussparung (78) zur Aufnahme der Portionspackung und vertiefte und erhabene Elemente (79) aufweist, bei der die Portionspackung direkt in die Vorrichtung eingesetzt werden kann, wobei der obere Teil oder der untere Teil entweder eine Drehbewegung um eine horizontale oder vertikale Achse, eine Klappbewegung oder eine Einschubbewegung ausführt, die dieses Einsetzen gestattet, – bei der der Blockierhebel bei der Extraktion der Portionspackung den oberen Teil und den unteren Teil fest verbindet – und bei der die Extraktionsseite der Portionspackung an den erhabenen und vertieften Elementen allmählich örtlich gereckt wird, wobei diese Extraktionsseite an mehreren Stellen nach einem durch die Lage dieser erhabenen und vertieften Elemente vorbestimmten Muster reißt, indem sie an diesen Stellen ihre Reißspannung erreicht, um das Abfließen der Flüssigkeit nach der Extraktion zu gestatten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (75) eine Drehung um eine horizontale Achse (71) ausführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockierhebel (72) ein Hakensystem (73) aufweist, das bei der Extraktion der Portionspackung die Stange (77) des unteren Teils (76) erfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockierhebel (72) um die Stange (74) drehbar montiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockierhebel (72) einen Exzenter (80) aufweist, um den oberen Teil (75) bei der Extraktion der Portionspackung gut an den unteren Teil (76) anzupressen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (80) den oberen Wasserzuführungsteil (81) gegen die Dichtung (82) drückt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (76) ein Mittel besitzt, das den Ausstoß der Portionspackung bei Beendigung der Extraktion gestattet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die zum Perforieren der Oberseite der Portionspackung dienen, in Form einer Scheibe (43) vorliegen, die auf ihrer Unterseite mit Elementen, wie Nadeln (44), Klingen oder vorstehenden Kreuzen, versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die zum Perforieren der Oberseite der Portionspackung bestimmt sind, eine oder mehrere Wassereinspritznadeln (11) sind, die in dem Hohlraum des oberen Teils vorstehend angeordnet sind.
Portionspackungshalter, der in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß er ein die Portionspackung aufnehmendes unteres Teil (2, 76) und den Träger (4) dieses Teils aufweist, wobei dieses untere Teil erhabene und vertiefte Elemente (19, 79) und Ablauföffnungen (18, 37, 38, 39) aufweist, um das Ablaufen der Flüssigkeit zu gestatten.
Portionspackungshalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen und vertieften Elemente in Form von Pyramiden vorliegen.
Portionspackungshalter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Teil auf seinem Umfang Wellungen aufweist.