DE602004000551T2

DE602004000551T2 - Patrone zur Zubereitung von Getränken

Info

Publication number: DE602004000551T2
Application number: DE602004000551T
Authority: DE
Inventors: Andrew Hallyday; Steven Carter
Original assignee: Kraft Foods R&D Inc Deutschland; Kraft Foods R&D Inc USA
Current assignee: Kraft Foods R&D Inc Deutschland; Kraft Foods R&D Inc USA
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2024-01-24
Also published as: GB2397492A; EP1440903B8; CN100482548C; LT2005078A; ATE321707T1; CN101496696B; HK1065764A1; EP1440903B1; CN101496696A; GB0301679D0; CN1809500A; EP1440903A1; DK1440903T3; DE602004000551D1; ES2262095T3; GB2397492B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Patrone für die Zubereitung von Getränken und insbesondere auf versiegelte Patronen, die aus im Wesentlichen luft- und wasserundurchlässigen Materialien gebildet sind und die ein oder mehrere Bestandteile für die Zubereitung von Getränken enthalten.
Es ist zuvor vorgeschlagen worden, Zutaten zur Getränkevorbereitung in individuellen luftundurchlässigen Verpackungen zu versiegeln. Zum Beispiel sind verdichteten gemahlenen Kaffee enthaltende Patronen oder Kapseln für die Verwendung in bestimmten Kaffeezubereitungsmaschinen die allgemein als Espresso-Maschinen bezeichnet werden, bekannt. Bei der Herstellung von Kaffee unter Benutzung dieser Zubereitungsmaschinen wird die Kaffeepatrone in einer Brühkammer platziert und heißes Wasser wird unter relativ hohen Drücken durch die Patrone durchgeführt, wodurch die aromatischen Kaffeebestandteile aus dem gemahlenen Kaffe extrahiert werden, um das Kaffeegetränk herzustellen. Typischerweise arbeiten solche Maschinen unter einem Druck von mehr als 6 × 10⁵ Pa. Die Zubereitungsmaschinen der beschriebenen Art waren bis dato relativ teuer, da die Komponenten der Maschinen wie z.B. die Wasserpumpen und Dichtungen in der Lage sein müssen, den hohen Drücken zu widerstehen.
In der WO 01/58786 wird eine Patrone für die Zubereitung von Getränken beschrieben, die unter einem Druck im Allgemeinen im Bereich von 0,7 bis 2,0 × 10⁵ Pa arbeitet. Jedoch ist die Patrone zum Gebrauch in einer Getränkezubereitungsmaschine für den kommerziellen und industriellen Markt konzipiert und ist ziemlich teuer. Daher bleibt der Bedarf nach einer Patrone für die Zubereitung von Getränken bestehen, in der die Patrone und die Getränkezubereitungsmaschine insbesondere für den Heimmarkt in Bezug auf Kosten, Leistung und Zuverlässigkeit geeignet sind.
In der Patrone der WO01/58786 wird ein Getränkestrahl gebildet, indem das Getränk durch ein Loch geführt wird. Es hat sich als schwierig herausgestellt, Löcher dieser Art genau zu bemessen und zu positionieren. Das genaue Bemessen und Positionieren des Lochs ist sehr wichtig, da es entscheidend für das korrekte Einbringen von Luftblasen im fertigen Getränk ist. Das Bilden von kleinen Löchern ist besonders schwierig bei spritzgegossenen Komponenten, wo die Löcher innen liegen und von anderen Teilen der Komponente umgeben sind. Das traditionelle Verfahren zur Bildung eines Lochs ist, einen Formstift zu verwenden, der die Größe des erforderlichen Durchmessers des Lochs aufweist. Jedoch können durch Formstifte gebildete Löcher normalerweise nur zu einer Öffnung der Komponente hin gerichtet werden (wobei die Öffnung dem Formstift während des Giessens den Zugang zur Komponente erlaubt). Bei einer Getränkepatrone führt dies dazu, dass das Getränk sehr schnell aus der Öffnung mit Geschwindigkeiten von bis zu 12–16 m/s ausgegeben wird, da es direkt zum Auslass gerichtet ist.
Die EP 0 638 486 A offenbart eine andere Art von Patrone für die Zubereitung von geschäumten Getränken.
Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung eine Patrone vor, die ein oder mehrere Getränkebestandteile enthält und aus im wesentlichen luft- und wasserdichten Materialien gebildet ist, wobei die Patrone einen Einlass zum Einführen eines wässrigen Mediums in die Patrone und einen Auslass für ein aus dem einen oder mehreren Getränkebestandteilen hergestelltes Getränk umfasst, wobei die Patrone ein äußeres Element, ein in das äußere Element eingesetztes inneres Element und Mittel zum Erzeugen eines Getränkestrahls umfasst, wobei das Mittel zum Erzeugen des Getränkestrahls ein permanentes Loch in einem Getränkefließweg umfasst, der den Einlass mit dem Auslass verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch von einer Berührungsfläche zwischen dem inneren und dem äußeren Element begrenzt wird.
Es ist zu verstehen, dass mit dem Begriff „Patrone", wie hier verwendet, jede Verpackung, Behälter, Säckchen oder Aufnahme gemeint ist, die eine oder mehrere Getränkezutaten auf die oben beschriebene Weise enthält. Die Patrone kann steif, halb-steif oder flexibel sein.
Die Patrone der vorliegenden Erfindung enthält eine oder mehrere Getränkezutaten, die für die Bildung eines Getränkeprodukts geeignet sind. Das Getränkeprodukt kann z.B. Kaffee, Tee, Schokolade oder ein milchbasierendes Getränk mit Milch sein. Die Getränkezutaten können pulverförmig, gemahlen, auf Blättern basierend oder flüssig sein. Die Getränkezutaten können unlöslich oder löslich sein. Beispiele beinhalten gerösteten und gemahlenen Kaffee, Teeblätter, Schokoladenpulver und Suppenpulver, flüssige milchbasierte Getränke, kohlensäurehaltige Getränke und konzentrierte Fruchtsäfte.
Die Patrone der vorliegenden Erfindung erzeugt einen Getränkestrahl, der verwendet werden kann, um das Aussehen und die Eigenschaften des ausgegebenen Getränks zu verändern, indem zum Beispiel Luft in den Getränkestrahl eingebracht wird, um eine Vielzahl von kleinen Luftblasen im ausgegebenen Getränk zu erzeugen. Die Patrone der vorliegenden Erfindung wird leicht zusammengebaut, wobei die Hauptkomponenten das innere Element und das äußere Element sind. Indem separate Komponenten für das innere und äußere Element verwendet werden, die dann bevorzugt beim Zusammenbau verbunden werden, kann die Herstellung jeder Komponente und der Zusammenbau der Patrone optimiert werden. Besonders vorteilhaft ist dies bei der Patrone der vorliegenden Erfindung, wo sehr kleine Toleranzen für die Größe und Platzierung des Lochs, das den Getränkestrahl erzeugt, und auch für den Rest des Getränkeflu0wegs durch die Patrone erforderlich sind. Zusätzlich kann das Loch senkrecht zur Gesamt-Flußwegrichtung ausgerichtet sein, so dass das Getränk gegen eine Wand oder Oberfläche der Patrone prallt und dadurch verlangsamt wird, bevor es ausgegeben wird. Wie oben beschrieben, ist eine solche Präzision und Orientierung des Lochs bei spritzgegossenen Komponenten schwer zu erreichen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird diese Schwierigkeit durch Begrenzen des Lochs überwunden, indem die Grenzfläche zwischen innerem Element und äußerem Element verwendet wird, anstatt das gesamte Loch aus einer einzigen Komponente zum Beispiel durch einen Formstift zu bilden.
Bevorzugt umfasst entweder das innere Element oder das äußere Element eine Öffnung und das andere Element eine Versperrung, wobei beim Einsetzen des inneren Elements in das äußere Element die Versperrung teilweise die Öffnung versperrt, um so das Loch zu begrenzen.
Vorteilhafterweise ist es leichter, eine separate Öffnung und Versperrung herzustellen, die zusammengebracht werden können, um das Loch zu begrenzen. Bevorzugt umfasst die Öffnung einen länglichen Schlitz, der im inneren Element vorgesehen sein kann. In diesem Fall umfasst das äußere Element die Versperrung. Bevorzugt umfasst die Versperrung eine Verlängerung des äußeren Elements, von dem mindestens ein Teil in das innere Element hervorsteht. Der längliche Schlitz kann in einer zylindrischen Wand des inneren Elements gebildet sein. Bevorzugt erstreckt sich der Schlitz zur oberen Kante der zylindrischen Wand. In einer Ausführungsform ist die Verlängerung des äußeren Elements eine zylindrische Verlängerung, die als Gleitsitz in der zylindrischen Wand des inneren Elements aufgenommen wird. Typischerweise weist das Loch eine Querschnittsfläche von 0,4 bis 0,7 mm² auf.
Bevorzugt umfasst die Patrone weiter mindestens einen Einlass für Luft und ein Mittel zum Erzeugen einer Druckverringerung des Getränkestrahls, wobei im Gebrauch Luft von dem mindestens einen Lufteinlass in Form einer Vielzahl von kleinen Blasen in das Getränk eingebracht wird. Bevorzugt, ist der mindestens eine Lufteinlass im inneren Element stromabwärts des Lochs vorgesehen. Das innere Element kann eine Ausgusstülle umfassen, die den Auslass definiert. Bevorzugt wird der Getränkestrahl, der aus dem Loch austritt, in die Ausgusstülle geleitet, wo er zwischen dem Austreten aus dem Loch und dem Austreten aus dem Auslass auf eine Oberfläche der Ausgusstülle auftreffen kann. Bevorzugt ist die Oberfläche eine konkave Wand der Ausgusstülle. Die konkave Wand ist bevorzugt auf einer dem Loch gegenüberliegenden Seite der Ausgusstülle positioniert. Bevorzugt lenkt das Loch das Getränk so, dass es unter einem Winkel im wesentlichen senkrecht zu einem Getränkefluss aus dem Auslass fließt. Das Getränk muss also abgelenkt werden, bevor es aus der Patrone austreten kann, was zu einer Verlangsamung des Getränks führt, die erwünscht ist, um das Verspritzen im Behälter zu verhindern.
Die Komponenten des inneren Elements und des äußeren Elements können leichter vor dem Zusammenbau sterilisiert werden, wenn sie getrennt sind. Sobald die Komponenten verbunden sind, wird eine Vielzahl von schmalen, gewundenen Leitungen gebildet, die mit bekannten Verfahren nicht effizient sterilisiert werden können. Die Fähigkeit, die Komponenten zu sterilisieren, ist ein besonders vorteilhaftes Merkmal, wenn die Patronen zur Ausgabe von Milch-basierenden Getränken verwendet werden.
Vorteilhafterweise ist die Ausgabetülle ganzheitlich mit dem inneren Element ausgebildet. Die Ausgabetülle dient dazu, das ausgegebene Getränk in einen Behälter wie zum Beispiel eine Tasse zu leiten. Die Ausgabetülle vermeidet das übermäßige Verspritzen oder Versprühen des Getränks und ist auch beim Einstellen der Fließeigenschaften des Getränks nützlich, während dieses aus der Patrone in den Behälter übertragen wird. Zum Beispiel kann die Ausgabetülle so geformt sein, dass sie den Grad an dem Getränk verliehener Turbulenz verringert, um eine unnötige Verringerung der im Getränk enthaltenen Blasen zu vermeiden. Vorteilhafterweise umfasst die Patrone selbst die Ausgabetülle, anstatt eine separate Ausgabetülle in der Getränkezubereitungsmaschine vorzusehen. Daher besteht keine Gefahr, dass sich Getränkearten zwischen Ausgabezyklen gegenseitig kontaminieren, da jede Ausgabetülle nur einmal verwendet wird und dann mit dem Rest der Patrone entsorgt wird. Auch wird das durch die Ausgabetülle ausgegebene Getränk bevorzugt nicht den Auslassmechanismus der Getränkezubereitungsmaschine berühren, wodurch das Verschmutzen der Getränkezubereitungsmaschine vermieden wird. Vorteilhafterweise sind die Ausgabetülle und das innere Element als ganzheitliche, einzige Einheit gegossen oder anderweitig gebildet, was sie Herstellungskosten der Patrone verringert und die Anzahl der Komponenten, die zusammengebaut werden müssen, verringert.
Bevorzugt ist die Patrone scheibenförmig. Das äußere Element und/oder das innere Element sind zum Beispiel aus Polypropylen gebildet. Die Patrone kann aus einem biologisch abbaubaren Polymer hergestellt sein.
In der folgenden Beschreibung werden die Bezeichnungen „oberer" und „unterer" und Äquivalente dazu benutzt, um das Positionierungsverhältnis von Merkmalen der Erfindung zu beschreiben. Die Bezeichnungen „oberer" und „unterer" und Äquivalente sollten so verstanden werden, als dass sie sich auf die Patrone (oder andere Komponenten) in ihrer normalen Orientierung zum Einsetzen in eine Getränkezubereitungsmaschine und zum nachfolgenden Verabreichen beziehen, wie z.B. in 4 gezeigt. Insbesondere beziehen sich „oberer" und „unterer" jeweils auf die relativen Positionen näher oder weiter entfernt von einer oberen Fläche 11 der Patrone. Zusätzlich werden die Begriffe „innerer" und „äußerer" und Äquivalente dazu verwendet werden, um das Positionierungsverhältnis von Merkmalen der Erfindung zu beschreiben. Die Bezeichnungen „innerer" und „äußerer" und Äquivalente sollten so verstanden werden, als dass sie sich auf die relativen Positionen in der Patrone (oder anderen Komponenten) beziehen, die jeweils näher oder weiter entfernt von einer Mitte oder einer Hauptachse X der Patrone 1 (oder anderer Komponenten) liegen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Querschnittszeichnung eines äußeren Elements der ersten und zweiten Ausführungsform der Patrone entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittszeichnung eines Details des äußeren Elements der 1 ist, das eine nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung zeigt;
3 eine Querschnittszeichnung eines Details des äußeren Elements der 1 ist, die einen Schlitz zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 1 ist;
5 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 1 in einer umgedrehten Orientierung ist;
6 eine Draufsicht von oben des äußeren Elements der 1 ist;
7 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der ersten Ausführungsform der Patrone ist;
8 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 7 ist;
9 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 7 in einer umgedrehten Orientierung ist;
10 eine Draufsicht von oben des inneren Elements der 7 ist;
11 eine Querschnittszeichnung der ersten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
12 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der zweiten Ausführungsform der Patrone ist;
13 eine Querschnittszeichnung eines Details des inneren Elements der 12 ist, die ein Loch zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 12 ist;
15 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 12 in einer umgedrehten Orientierung ist;
16 eine andere Querschnittszeichnung des inneren Elements der 12 ist;
17 eine Querschnittszeichnung eines anderen Details des inneren Elements der 12 ist, die einen Lufteinlass zeigt;
18 eine Querschnittszeichnung der zweiten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
19 eine Querschnittszeichnung eines äußeren Elements der dritten und vierten Ausführungsform der Patrone ist;
20 eine Querschnittszeichnung eines Details des äußeren Elements der 19 ist, die eine nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung zeigt;
21 eine Draufsicht von oben des äußeren Elements der 19 ist;
22 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 19 ist;
23 eine perspektivische Ansicht von oben des äußeren Elements der 19 in einer umgedrehten Orientierung ist;
24 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der dritten Ausführungsform der Patrone ist;
25 eine Draufsicht von oben des inneren Elements der 24 ist;
26 eine Querschnittszeichnung eines Details des inneren Elements der 24 ist, die einen nach innen gewandten oberen Rand zeigt;
27 ein perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 24 ist;
28 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 24 in einer umgedrehten Orientierung ist;
29 eine Querschnittszeichnung der dritten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
30 eine Querschnittszeichnung eines inneren Elements der vierten Ausführungsform der Patrone ist;
31 eine Draufsicht von oben des inneren Elements der 30 ist;
32 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 30 ist;
33 eine perspektivische Ansicht von oben des inneren Elements der 30 in einer umgedrehten Orientierung ist;
34 eine Querschnittszeichnung der vierten Ausführungsform der Patrone in einem zusammengebauten Zustand ist;
Wie in 11 gezeigt, umfasst die Patrone 1 der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen ein äußeres Element 2, ein inneres Element 3 und ein Laminat 5. Das äußere Element 2, das innere Element 3 und das Laminat 5 sind zusammengebaut, um die Patrone 1 zu bilden, welche ein inneres 120 zur Aufnahme einer oder mehrerer Getränkezutaten, einen Einlass 121, einen Auslass 122 und einen den Einlass 121 mit dem Auslass 122 verbindende Getränkeflussweg, der durch das Innere 120 führt, aufweist. Der Einlass 121 und der Auslass 122 sind anfangs durch das Laminat 5 versiegelt und werden im Gebrauch mittels durch Stechen oder Schneiden des Laminats 5 geöffnet. Der Getränkeflussweg wird durch räumliche Beziehungen zwischen dem äußeren Element 2, dem inneren Element 3 und dem Laminat, wie im Folgenden erörtert, definiert. Andere Komponenten können wahlweise in die Patrone 1 miteingeschlossen werden, wie z.B. ein Filter 4, wie weiter unten beschrieben werden wird.
Eine erste Version der Patrone 1, die zum Zwecke des Hintergrunds beschrieben werden wird, ist in den 1 bis 11 gezeigt. Die erste Version der Patrone 1 ist insbesondere zum Gebrauch bei der Ausgabe von gefilterten Produkten wie z.B. geröstetem und gemahlenem Kaffee oder von Teeblättern konzipiert. Jedoch können diese Version der Patrone 1 und andere unten beschriebene Versionen mit anderen Produkten, wie z.B. Schokolade, Kaffee, Tee, Süßstoffen, Stärkungsmitteln, Geschmacksstoffen, alkoholischen Getränken, aromatisierter Milch, Fruchtsäften, Squashes, Soßen und Desserts verwendet werden.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Gesamtform der Patrone 1 allgemein kreis- oder scheibenförmig, wobei der Durchmesser der Patrone 1 wesentlich größer als dessen Höhe ist. Eine Hauptachse X führt durch die Mitte des äußeren Elements, wie in 1 gezeigt. Typischerweise beträgt der Gesamtdurchmesser des äußeren Elements 2 74,5 mm ± 6 mm und die Gesamthöhe beträgt 16 mm ± 3 mm. Typischerweise beträgt das Volumen der Patrone 1 im zusammengebauten Zustand 30,2 mm ± 20%.
Das äußere Element 2 umfasst im Allgemeinen eine schüsselförmige Hülle 10 mit einer gebogenen ringförmigen Wand 13, einer geschlossenen Oberseite 11 und einer offenen Unterseite 12. Der Durchmesser des äußeren Elements 2 ist kleiner an der Oberseite 11 verglichen mit dem Durchmesser an der Unterseite 12, was von einer Erweiterung der ringförmigen Wand 13 von der geschlossenen Oberseite 11 zur offenen Unterseite 12 herrührt. Die ringförmige Wand 13 und die geschlossene Oberseite 11 definieren zusammen eine Aufnahme mit einem Inneren 34.
Eine hohle, nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung 18 ist auf der geschlossenen Oberseite 11 zentriert auf der Hauptachse X vorgesehen. Wie klarer in 2 gezeigt ist, umfasst die zylindrische Erweiterung 18 ein abgestuftes Profil mit ersten, zweiten und dritten Abschnitten 19, 20 und 21. Der erste Abschnitt 19 ist kreiszylindrisch. Der zweite Abschnitt 20 hat eine kegelstumpfförmige Form und ist nach innen hin verjüngt. Der dritte Abschnitt 21 ist ein anderer gerader Kreiszylinder und wird durch eine untere Fläche 31 abgeschlossen. Der Durchmesser des ersten, zweiten und dritten Abschnitts 19, 20 und 21 fällt schrittweise ab, sodass der Durchmesser der zylindrischen Erweiterung 18 von der Oberseite 11 zur geschlossenen unteren Oberfläche 31 der zylindrischen Erweiterung abnimmt. Eine allgemein horizontale Schulter 32 ist auf der zylindrischen Erweiterung 18 an der Verbindung zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt 20 und 21 gebildet.
Eine sich nach außen erstreckende Schulter 33 ist zur Unterseite 12 hin im äußeren Element 2 gebildet. Die sich nach außen erstreckende Schulter 33 bildet koaxial mit der ringförmigen Wand 13 eine sekundäre Wand 15, um so eine ringförmige Spur zu definieren, die ein Übergangstück 16 zwischen der sekundären Wand 15 und der ringförmigen Wand 13 bildet. Das Sammelrohr 16 führt um den Umfang des äußeren Elements 2 herum. Eine Reihe von Schlitzen 17 sind in der ringförmigen Wand 13 auf der Höhe des Übergangsstücks 16 vorgesehen, um eine Gas- und Flüssigkeitsverbindung von dem Übergangsstück 16 und dem Inneren 34 des äußeren Elements 2 bereitzustellen. Wie in 3 gezeigt, umfassen die Schlitze 17 vertikale Schlitze in der ringförmigen Wand 13. Zwischen 20 und 40 Schlitzen sind vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform sind 37 Schlitze 17 vorgesehen, die im Allgemeinen in gleichen Abständen um den Umfang des Übergangsstücks 16 herum angeordnet sind. Die Schlitze 17 sind vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,8 mm lang. Typischerweise beträgt die Länge jedes Schlitzes 1,6 mm, was 10% der Gesamthöhe des äußeren Elements 2 darstellt. Die Breite jedes Schlitzes liegt zwischen 0,25 und 0,35 mm. Typischerweise beträgt die Breite jedes Schlitzes 0,3 mm. Die Breite der Schlitze 17 ist ausreichend eng, um die Getränkezutaten daran zu hindern, durch sie in das Übergangsstück 16 entweder während der Aufbewahrung oder während der Benutzung auszutreten.
Eine Einlasskammer 26 ist im äußeren Element 2 am Rand des äußeren Elements 2 gebildet. Eine zylindrische Wand 27 ist vorgesehen, wie am klarsten in 5 gezeigt ist, die die Einlasskammer 26 darin definiert, und die die Einlasskammer 26 vom Inneren 24 des äußeren Elements 2 abtrennt. Die zylindrische Wand 27 weist eine obere Fläche 28 auf, die auf einer Ebene senkrecht zu der Hauptachse X gebildet ist, und weist ein offenes unteres Ende 29 auf, das koplanar mit der Unterseite 12 des äußeren Elements 2 ist. Die Einlasskammer 26 steht über zwei Schlitze 30 mit dem Übergangsstück 16 in Verbindung, wie in 1 gezeigt ist. Alternativ können zwischen einem und vier Schlitzen verwendet werden, um eine Verbindung zwischen dem Übergangsstück 16 und der Einlasskammer 26 herzustellen.
Ein unteres Ende der sich nach außen erstreckenden Schulter 33 ist mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch 35 versehen, der sich senkrecht zu der Hauptachse X erstreckt. Typischerweise weist der Flansch 35 eine Breite von zwischen 2 und 4 mm auf. Ein Abschnitt des Flansches 35 ist vergrößert, um einen Griff 24 zu bilden, durch den das äußere Element 2 gehalten werden kann. Der Griff 24 ist mit einem nach oben gewandten Rand 25 zur Verbesserung des Griffs versehen.
Das äußere Element 2 ist als einzelnes ganzheitliches Stück aus hochdichtem Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyester oder einem Verbund zweier oder mehrerer dieser Materialien gebildet. Ein geeignetes Polypropylen ist die Reihe von Polymeren, die von DSM UK Limited (Redditch, United Kingdom) erhältlich sind. Das äußere Element kann opak, transparent oder durchscheinend sein. Der Herstellungsprozess kann das Spritzgussverfahren sein.
Wie in 7 bis 10 gezeigt, umfasst das innere Element 3 einen ringförmigen Rahmen 41 und einen sich nach unten erstreckenden zylindrischen Trichter 40. Eine Hauptachse X führt durch die Mitte des inneren Elements 3, wie in 7 gezeigt.
Wie am besten in 8 gezeigt ist, umfasst der ringförmige Rahmen 41 einen äußeren Rand 51 und eine innere Nabe 52, die durch zehn gleich beabstandete radiale Speichen 53 verbunden sind. Die innere Nabe 52 ist ganzheitlich mit dem zylindrischen Trichter 40 ausgebildet und erstreckt sich daraus. Filtrationslöcher 55 sind in dem äußeren Rahmen 41 zwischen den radialen Speichen 53 gebildet. Ein Filter 4 ist auf dem ringförmigen Rahmen 41 so angeordnet, dass er die Filtrationslöcher 55 bedeckt. Der Filter ist vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Nassfestigkeit hergestellt, z.B. einem vliesartigen Fasermaterial aus Polyester. Andere Materialien, die verwendet werden können, beinhalten ein wasserundurchlässiges Zellulosematerial, wie z.B. ein gewebte Papierfasern umfassendes Zellulosematerial. Zu den gewebten Papierfasern können Fasern aus Polypropylen, Polyvinylchlorid und/oder Polyethylen beigemischt werden. Die Einbeziehung dieser Kunststoffmaterialien in das Zellulosematerial macht das Zellulosematerial verschweißfähig. Der Filter 4 kann ebenso mit einem Material, das durch Hitze und/oder Druck aktiviert wird, behandelt oder beschichtet werden, sodass es auf diese Weise am ringförmigen Rahmen 41 versiegelt werden kann.
Wie in dem Querschnittsprofil der 7 gezeigt ist, ist die innere Nabe 52 an einer tieferen Position als der äußere Rand 51 gelegen, was dazu führt, dass der ringförmige Rahmen 41 ein abfallendes unteres Profil aufweist.
Die obere Fläche jeder Speiche 53 ist mit einer aufrechten Rippe 54 versehen, die einen leeren Raum über dem ringförmigen Rahmen 41 in eine Vielzahl von Kanälen 57 aufteilt. Jeder Kanal 57 wird auf jeder Seite durch eine Rippe 54 und auf einer unteren Fläche durch den Filter 4 begrenzt. Die Kanäle 57 erstrecken sich vom äußeren Rand 51 abwärts zum zylindrischen Trichter 40 und öffnen sich in ihn an Öffnungen 56, die durch die inneren Extremitäten der Rippen 54 definiert sind.
Der zylindrische Trichter 40 umfasst ein äußeres Rohr 42, das einen inneren Ausguss 43 umgibt. Der Ausguss 43 ist mit dem äußeren Rohr 42 an einem oberen Ende des Ausgusses 43 mittels eines ringförmigen Flansches 47 verbunden. Der Ausguss 43 umfasst einen Einlass 45 an einem oberen Ende, der mit den Öffnungen 56 der Kanäle 57 in Verbindung steht, und einen Auslass 44 an einem unteren Ende, durch den das zubereitete Getränk in eine Tasse oder anderen Behälter ausgegeben wird. Der Ausguss 43 umfasst einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 48 an einem oberen Ende und einen zylindrischen Abschnitt 58 an einem unteren Ende. Der zylindrische Abschnitt 58 kann eine leichte Verjüngung aufweisen, sodass er sich zum Auslass 44 hin verengt. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 48 hilft dabei, das Getränk aus den Kanälen 57 nach unten zum Auslass 44 zu leiten ohne im Getränk Turbulenz hervorzurufen. Eine obere Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 48 ist mit vier Stützen 49 versehen, die in gleichem Abstand um den Umfang des zylindrischen Trichters 40 angeordnet sind. Die Stützrippen 49 definieren dazwischen Kanäle 50. Die oberen Kanten der Stützrippen 49 liegen auf einer Ebene miteinander und senkrecht zur Hauptachse X.
Das innere Element 3 kann durch ein einzelnes ganzheitliches Stück aus Polypropylen oder einem ähnlichen Material wie oben beschrieben und durch Spritzgießen auf dieselbe Weise wie das äußere Element 2 gebildet werden.
Alternativ können das innere Element 3 und/oder das äußere Element 2 aus einem biologisch abbaubaren Polymer hergestellt sein. Beispiele geeigneter Materialien beinhalten abbaubare Polyethylene (z.B. SPITEK, geliefert von Symphony Environmental, Borehamwood, United Kingdom), biologisch abbaubares Polyesteramid (z.B. BAK 1095, geliefert von Symphony Environmental), Polymilchsäuren (PLA, geliefert von Carlgil, Minnesota, USA), auf Stärke basierende Polymere, Zellulosederivate und Polypeptide.
Das Laminat 5 ist aus zwei Schichten gebildet, einer ersten Schicht aus Aluminium und einer zweiten Schicht aus gegossenem Polypropylen. Die Aluminiumschicht ist zwischen 0,02 und 0,07 mm dick. Die gegossene Polypropylenschicht ist zwischen 0,025 und 0,065 mm dick. In einer Ausführungsform ist die Aluminiumschicht 0,06 mm und die Polypropylenschicht 0,025 mm dick. Dieses Laminat ist insbesondere vorteilhaft, da es einen hohen Widerstand gegen Einkräuseln beim Zusammenbau hat.
Als Ergebnis kann das Laminat 5 im Vorfeld auf die korrekte Größe und Form zugeschnitten werden und nachfolgend zur Zusammenbaustation auf der Fertigungsanlage überführt werden, ohne eine Verformung zu erfahren. Dementsprechend ist das Laminat 5 besonders gut zum Schweißen geeignet.
Andere Laminatmaterialien können verwendet werden, inklusive PET/Aluminium/PP, PE/EVOH/PP, PET/metallisiert/PP und Aluminium/PP Laminate. Rolllaminatbestand kann anstatt gestanztem Bestand verwendet werden.
Die Patrone 1 kann mit einem steifen oder halbsteifen Deckel anstatt mit einem flexiblen Laminat verschlossen werden.
Der Zusammenbau der Patrone 1 beinhaltet die folgenden Schritte:

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

Das äußere Element 2 ist mit der offenen Unterseite 12 nach oben orientiert. Das innere Element 3 wird dann in das äußere Element 2 eingesetzt, wobei der äußere Rand 51 unter Spielpassung (lose) in einer axialen Erweiterung 14 an der Oberseite 11 der Patrone 1 aufgenommen wird. Die zylindrische Erweiterung 18 des äußeren Elements 2 wird gleichzeitig im oberen Abschnitt des zylindrischen Trichters 40 des inneren Elements 3 aufgenommen. Der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Erweiterung 18 wird innerhalb des zylindrischen Trichters 40 eingesetzt, wobei die geschlossene unter Fläche 31 der zylindrischen Erweiterung 18 gegen die Stützrippen 49 des inneren Elements 3 drücken. Der Filter 4 wird dann über das innere Element 3 platziert, sodass das Filtermaterial den äußeren Rand 51 berührt. Ein Ultraschallschweißprozess wird dann verwendet, um den Filter 4 mit dem inneren Element 3 und gleichzeitig, im selben Verfahrensschritt, das innere Element 3 mit dem äußeren Element 2 zu verbinden. Das innere Element 3 und der Filter 4 sind um den äußeren Rand 51 herum verschweißt. Das innere Element 3 und das äußere Element 2 sind mittels Schweißnähten um den äußeren Rand 41 und ebenso die oberen Kanten der Rippen 54 verbunden.
Wie am klarsten in 11 gezeigt ist, definieren das äußere Element 2 und das innere Element 3, wenn miteinander verbunden, einen leeren Raum 130 im Inneren 120 unter dem ringförmigen Flansch 41 und außerhalb des zylindrischen Trichters 40, der eine Filtrationskammer formt. Die Filtrationskammer 130 und die Kanäle 57 über dem ringförmigen Rahmen 41 sind durch das Filterpapier 4 getrennt.
Die Filtrationskammer 130 enthält die eine oder die mehreren Getränkezutaten 200. Die eine oder die mehreren Getränkezutaten sind in die Filtrationskammer 130 gepackt. Für ein Getränk der gefilterten Art ist die Zutat typischerweise gerösteter und gemahlener Kaffee oder Teeblätter. Die Packungsdichte der Getränkezutaten in der Filtrationskammer 130 kann je nach Wunsch variiert werden. Typischerweise enthält die Filtrationskammer für ein gefiltertes Kaffeeprodukt zwischen 5,0 und 10,2 g gerösteten und gemahlenen Kaffee in einem Filtrationsbett einer Dicke von typischerweise 5 bis 14 mm. Wahlweise kann das Innere 120 einen oder mehrerer Körper, wie z.B. Kugeln, enthalten, die frei innerhalb des Inneren 120 beweglich sind, um die Vermischung durch das Hervorrufen von Turbulenz zu unterstützen und Ablagerungen der Getränkezutaten während der Ausgabe des Getränks abzubauen.
Das Laminat 5 wird dann auf das äußere Element 2 durch Bildung einer Schweißnaht 126 um den Rand des Laminats 5 angebracht, um das Laminat 5 mit der unteren Fläche des sich nach außen erstreckenden Flansches 35 zu verbinden. Die Schweißnaht 126 wird ausgeweitet, um das Laminat 5 gegen die untere Kante der zylindrischen Wand 27 der Einlasskammer 26 zu versiegeln. Weiter ist die Schweißnaht 125 zwischen dem Laminat 5 und der unteren Kante des äußeren Rosts 42 des zylindrischen Trichters 40 gebildet. Das Laminat 5 bildet die untere Wand der Filtrationskammer 130 und versiegelt zudem die Einlasskammer 26 und den zylindrischen Trichter 40. Jedoch besteht vor der Ausgabe ein kleiner Spalt 123 zwischen dem Laminat 5 und der unteren Kante des Auslasses 43. Eine Vielzahl von Schweißverfahren kann verwendet werden, wie z.B. Heiß- und Ultraschallschweißen, abhängig von den Materialeigenschaften des Laminats 5.
Vorteilhafterweise erstreckt sich das innere Element 3 zwischen dem äußeren Element 2 und dem Laminat 5. Das innere Element 3 ist aus einem Material von verhältnismäßiger Steifheit gebildet, wie z.B. Polypropylen. Als solches bildet das innere Element 3 ein Belastung aufnehmendes Element, das die Aufgabe hat, das Laminat 5 und das äußere Element 2 getrennt zu halten, wenn die Patrone 1 zusammengedrückt wird. Es ist bevorzugt, dass die Patrone 1 bei Gebrauch einer Druckkraft zwischen 130 und 280 N ausgesetzt wird. Die Druckkraft hat die Aufgabe zu verhindern, dass die Patrone unter interner Druckbeaufschlagung versagt, und dient ebenso dazu, das innere Element 3 und das äußere Element 2 zusammenzuquetschen. Dies stellt sicher, dass die inneren Abmessungen der Kanäle und Löcher in der Patrone 1 festgelegt sind und nicht während der Druckbeaufschlagung der Patrone 1 geändert werden können.
Um die Patrone 1 zu benutzen, wird sie zuerst in eine Getränkezubereitungsmaschine eingesetzt und der Einlass 121 und Auslass 122 werden durch Durchstechelemente der Getränkeherstellungsmaschine geöffnet, die das Laminat durchstechen und zurückfalten. Ein wässriges Medium, typischerweise Wasser, tritt unter Druck in die Patrone 1 durch den Einlass 121 in die Einlasskammer 26 bei einem Druck zwischen 0,1 bis 2,0 bar ein. Von dort wird das Wasser durch die Schlitze 30 und um das Sammelrohr 16 und in die Filtrationskammer 130 der Patrone 1 durch die Vielzahl der Schlitze 17 gelenkt. Das Wasser wird durch die Filtrationskammer 130 radial nach innen gezwungen und vermischt sich mit den darin enthaltenen Getränkezutaten 200. Das Wasser wird gleichzeitig durch die Getränkezutaten hindurch nach oben gezwungen. Das durch den Durchgang des Wassers von den Getränkezutaten gebildete Getränk tritt durch den Filter 4 und die Filtrationslöcher 55 in die unter dem ringförmigen Rahmen 41 liegenden Kanäle 57. Die Versiegelung des Filters 4 auf den Speichen 53 und das Verschweißen des Rands 51 mit dem äußeren Element 2 stellen sicher, dass es keine Abkürzungen gibt und dass das gesamte Getränk den Filter 4 passieren muss.
Das Getränk fließt dann abwärts entlang der zwischen den Rippen 54 gebildeten radialen Kanäle 57 und durch die Öffnungen 56 und in den zylindrischen Trichter 40. Das Getränk läuft entlang der Kanäle 50 zwischen den Stützrippen 47 und den Ausguss 43 herab zum Auslass 44, wo das Getränk in ein Gefäß wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird.
Bevorzugt umfasst die Getränkezubereitungsmaschine eine Luftreinigungseinrichtung, wobei komprimierte Luft am Ende des Ausgangszyklus durch die Patrone 1 gedrängt wird, um das verbleibende Getränk in den Behälter auszuspülen.
Eine zweite Version der Patrone 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in den 12 bis 18 gezeigt. Die zweite Version der Patrone 1 ist insbesondere zum Gebrauch bei der Ausgabe von espressoartigen Produkten, wie z.B. geröstetem und gemahlenem Kaffee konzipiert, wo es erwünscht ist, ein Getränk mit einem als Crema bekannten Schaum aus kleinen Blasen zu erzeugen. Viele der Merkmale der zweiten Version der Patrone 1 sind dieselben wie jene in der ersten Version und gleiche Bezugszeichen wurden zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der ersten und zweiten Version diskutiert. Gemeinsame Merkmale, die auf dieselben Weise funktionieren, werden nicht im Detail diskutiert.
Das äußere Element 2 hat den gleichen Aufbau wie in der ersten Version der Patrone 1 und wie in 1 bis 6 gezeigt.
Der ringförmige Rahmen 41 des inneren Elements 3 ist derselbe wie in der ersten Version. Ebenso ist ein Filter 4 auf dem ringförmigen Rahmen 42 so angeordnet, dass er die Filtrationslöcher 55 bedeckt. Das äußere Rohr 42 des zylindrischen Trichters 40 ist auch wie zuvor. Jedoch gibt es eine Anzahl von Unterschieden im Aufbau des inneren Elements 2 der zweiten Version im Vergleich mit der ersten Version. Wie in 16 gezeigt, ist der Ausguss 43 mit einer Trennwand 65 versehen, die sich teilweise den Ausguss 43 herauf vom Auslass 44 erstreckt. Die Trennwand 65 hilft zu verhindern, dass das Getränk beim Austritt aus dem Ausguss 43 heraussprüht und/oder -spritzt. Das Profil des Ausgusses 43 ist ebenso verschieden und umfasst ein abgestuftes Profil mit einem deutlichen Knick 66 in der Nähe des oberen Endes des Rohrs 43.
Ein Rand 67 ist aufrecht aus dem ringförmigen Flansch 47 stehend vorgesehen, der das äußere Rohr 42 mit dem Ausguss 43 verbindet. Der Rand 67 umgibt den Einlass 45 zum Ausguss 43 und definiert einen ringförmigen Kanal 69 zwischen dem Rand 67 und dem oberen Abschnitt des äußeren Rohrs 42. Der Rand 67 ist mit einer nach innen gerichteten Schulter 68 versehen. An einem Punkt um den Umfang des Rands 67 herum ist ein Loch 70 in Form eines Schlitzes vorgesehen, der sich von einer oberen Kante des Rands 67 zu einem Punkt geringfügig unterhalb des Niveaus der Schulter 68 erstreckt, wie am besten aus den 12 und 13 ersichtlich ist. Der Schlitz hat eine Breite von 0,64 mm.
Ein Lufteinlass 71 ist in dem umfangsmäßig mit dem Loch 70 ausgerichteten ringförmigen Flansch 47 vorgesehen, wie in den 16 und 17 gezeigt ist. Der Lufteinlass 71 umfasst eine durch den Flansch 47 gehendes Loch, sodass er eine Verbindung zwischen einem Punkt über dem Flansch 47 und dem leeren Raum unterhalb des Flansches 47 zwischen dem äußeren Rohr 42 und dem Ausguss 43 bereitstellt. Vorzugsweise, und wie gezeigt, umfasst der Lufteinlass 71 einen oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 73 und einen unteren zylindrischen Abschnitt 72. Der Lufteinlass 71 wird typischerweise durch ein Formwerkzeug wie z.B. einen Stift gebildet. Das verjüngte Profil des Lufteinlasses 71 ermöglicht es dem Formwerkzeug leichter aus der geformten Komponente entfernt zu werden. Die Wand des äußeren Rohrs 42 in der Nähe des Lufteinlasses 71 ist zu einer Rinne 75 geformt, die vom Lufteinlass 71 zum Einlass 45 des Ausgusses 43 führt. Wie in 17 gezeigt, ist eine abgeschrägte Schulter 74 zwischen dem Lufteinlass 71 und der Rinne 75 gebildet, um sicherzustellen, dass der aus dem Schlitz 70 austretende Getränkestrahl nicht sofort auf die obere Fläche des Flansches 47 in der unmittelbaren Nähe des Lufteinlasses 71 stößt.
Das Montageverfahren für die zweite Version der Patrone 1 ist ähnlich der Montage der ersten Version. Jedoch gibt es bestimmte Unterschiede. Wie in 18 gezeigt, wird der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Erweiterung 18 innerhalb des Stützrands 67 anstatt gegen die Stützrippen eingesetzt. Die Schulter 32 der zylindrischen Erweiterung 18 zwischen dem zweiten Abschnitt 20 und dem dritten Abschnitt 21 drückt gegen die obere Kante des Stützrandes 67 des inneren Elements 3. Eine Zwischenzone 124 wird so zwischen dem inneren Element 3 und dem äußeren Element 2 gebildet, die eine Flächendichtung zwischen der zylindrischen Erweiterung 18 und dem Stützrand 67 umfasst, welcher sich um den ganzen Umfang der Patrone 1 erstreckt. Die Dichtung zwischen der zylindrischen Erweiterung 18 und dem Stützrand 67 ist jedoch nicht gas- und flüssigkeitsdicht, da sich der Schlitz 70 im Stützrand 67 durch den Stützrand 67 hindurch und zu einem Punkt geringfügig unterhalb der Schulter 68 erstreckt. Dementsprechend transformiert die Berührungsflächenpassung zwischen der zylindrischen Erweiterung 18 und dem Stützrand 67 den Schlitz 70 in ein Loch 128, wie am besten aus der 18 ersichtlich ist, wodurch eine Gas-Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ringförmigen Kanal 69 und dem Ausguss 43 bereitgestellt wird. Das Loch ist typischerweise 0,64 mm breit × 0,69 mm lang.
Der Betrieb der zweiten Version der Patrone 1 zur Ausgabe eines Getränks ist ähnlich dem Betrieb der ersten Version, jedoch mit gewissen Unterschieden. Ein Getränk in den radialen Kanälen 57 fließt entlang der zwischen den Rippen 54 gebildeten Kanäle 57 abwärts und durch die Öffnungen 56 und in den ringförmigen Kanal 69 des zylindrischen Trichters 40. Aus dem ringförmigen Kanal 69 wird das Getränk unter Druck durch das Loch 128 aufgrund des Rückdrucks des sich in der Filtrationskammer 130 und den Kanälen 57 ansammelnden Getränks gedrängt. Das Getränk wird daher durch das Loch 128 als Strahl und in eine durch das obere Ende des Ausgusses 43 gebildete Expansionskammer gedrängt. Wie in 18 gezeigt, geht der Getränkstrahl direkt über den Lufteinlass 71 hinweg. Wenn das Getränk in den Ausguss 43 eintritt, fällt der Druck des Getränkestrahls ab. Als Ergebnis wird Luft in den Getränkestrom in Form einer Vielzahl von kleinen Luftblasen mitgerissen, während die Luft durch den Lufteinlass 71 nach oben gezogen wird. Der aus dem Loch 128 austretende Getränkestrahl wird nach unten zum Auslass 44 getrichtert, wo das Getränk in ein Gefäß, wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird, wo die Luftblasen die erwünschte Crema bilden. Daher bilden das Loch 128 und der Lufteinlass 71 zusammen eine Ejektordüse, die dazu dient, um Luft in das Getränk einzuschießen (mitzureißen). Der Fluss des Getränks in die Ejektordüse sollte so gleichmäßig wie möglich gehalten werden, um Druckverluste zu verringern. Vorteilhafterweise sollten die Wände des Ejektors konkav gemacht werden, um Verluste aufgrund der „Wandeffektreibung" zu verringern. Die Toleranz der Abmessungen des Lochs 128 ist gering. Vorzugsweise ist die Größe des Lochs plus oder minus 0,02 mm² festgelegt. Haare, Fäserchen und andere Oberflächenunregelmäßigkeiten können innerhalb oder am Ausgang der Ejektordüse vorgesehen werden, um die effektive Querschnittsfläche zu erhöhen, was, wie man herausgefunden hat, den Grad der Luftbeimischung erhöht.
Eine dritte Version der Patrone 1 wird nun zum Zwecke des Hintergrunds beschrieben ist und ist in 19 bis 29 gezeigt. Die dritte Version der Patrone 1 ist insbesondere für den Gebrauch bei der Abgabe löslicher Produkte konzipiert, die in pulverförmiger, flüssiger, sirupartiger, gelartiger oder ähnlicher Form vorliegen können. Das lösliche Produkt wird im Gebrauch in einem wässrigen Medium, wie z.B. Wasser, bei dessen Durchtritt durch die Patrone 1 gelöst oder bildet darin eine Suspension. Beispiele von Getränken beinhalten Schokolade, Kaffee, Milch, Tee, Suppe oder andere gefriergetrocknete oder wasserlösliche Produkte. Viele der Merkmale der dritten Version der Patrone 1 sind dieselben wie in den vorherigen Versionen und gleiche Bezugszeichen sind zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet worden. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der dritten und vorherigen Versionen diskutiert. Gemeinsame Merkmale, die auf dieselbe Weise funktionieren, werden nicht im Detail diskutiert.
Im Vergleich zum äußeren Element 2 der vorherigen Versionen weist die hohle, nach innen gerichtete zylindrische Erweiterung 18 des äußeren Elements 2 der dritten Version einen größeren Gesamtdurchmesser auf, wie in 20 gezeigt ist. Insbesondere liegt der Durchmesser des ersten Abschnitts 19 typischerweise zwischen 16 und 18 mm im Vergleich mit 13,2 mm für das äußere Element 2 der vorherigen Version. Zusätzlich ist der erste Abschnitt 19 mit einer konvexen äußeren Oberfläche 19a oder einer Beule, versehen, wie am besten aus der 20 ersichtlich ist, deren Funktion im Folgenden beschrieben wird. Der Durchmesser der dritten Abschnitte 21 der Patrone 1 sind jedoch dieselben, was dazu führt, dass die Fläche der Schulter 32 in dieser dritten Version der Patrone 1 größer ist. Typischerweise beträgt das Volumen der Patrone 1 in zusammengebauten Zustand 32,5 ml ± 20%.
Die Anzahl und die Positionierung der Schlitze im unteren Ende der ringförmigen Wand 13 ist ebenso verschieden. Zwischen drei und fünf Schlitzen sind vorgesehen. In der Ausführungsform wie in 23 gezeigt, sind vier Schlitze 36 in gleichem Abstand um den Umfang des Übergangsstücks 16 herum vorgesehen. Die Schlitze 36 sind geringfügig breiter als in den vorherigen Versionen der Patrone 1, und sind zwischen 0,35 und 0,45 mm, vorzugsweise 0,4 mm breit.
Unter den übrigen Gesichtpunkten sind die äußeren Elemente 2 der Patronen 1 dieselben.
Der Aufbau des zylindrischen Trichters 40 des inneren Elements 3 ist derselbe wie in der ersten Version der Patrone 1, wobei ein äußeres Rohr 42, ein Ausguss 45, ein ringförmiger Flansch 47 und Stützrippen 49 vorgesehen sind. Der einzige Unterschied ist der, dass der Ausguss 45 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 92 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 93 geformt ist.
Im Gegenteil zu den vorherigen Versionen und wie in 24 bis 28 gezeigt, wird der ringförmige Rahmen 41 durch einen Randleistenabschnitt 80 ersetzt, der den zylindrischen Trichter 40 umgibt und daran mittels acht radialer Streben 87 befestigt ist, die am zylindrischen Trichter 40 an oder in der Nähe des ringförmigen Flansches 47 angrenzen. Eine zylindrische Erweiterung 81 des Randleistenabschnitts 80 erstreckt sich von den Streben 87 nach oben, um eine Kammer 90 mit einer offenen oberen Fläche zu definieren. Ein oberer Rand 91 der zylindrischen Erweiterung 81 hat ein nach innen gewandtes Profil, wie in 26 gezeigt ist. Eine ringförmige Wand 82 des Randleistenabschnitts 80 erstreckt sich von den Streben 87 nach unten, um einen ringförmigen Kanal 86 zwischen dem Randleistenabschnitt 80 und dem äußeren Rohr 42 zu definieren.
Die ringförmige Wand 82 umfasst an einem unteren Ende einen äußeren Flansch 83, der senkrecht zu der Hauptachse X liegt. Ein Rand 84 hängt von einer unteren Fläche des Flansches 83 nach unten herab und enthält 5 Öffnungen 85, die ringsum den Rand 84 in gleichen Abständen angeordnet sind. Daher ist der Rand 84 mit einem zinnenartigen unteren Profil versehen. Öffnungen 89 sind zwischen den Streben 87 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen der Kammer 90 und dem ringförmigen Kanal 86 ermöglichen.
Der Montagevorgang für die dritte Version der Patrone 1 ist ähnlich der Montage der ersten Version, jedoch mit gewissen Unterschieden. Das äußere Element 2 und das innere Element 3 werden wie in 29 gezeigt, zusammengesteckt und mittels einer Einrastanordnung festgehalten anstatt zusammengeschweißt zu werden. Beim Verbinden der zwei Elemente wird die nach innen gerichtete zylindrisch Erweiterung 18 innerhalb der oberen zylindrischen Erweiterung 81 des Randleistenabschnitts 80 aufgenommen. Das innere Element 3 wird im äußeren Element 2 durch Reibungseingriff der konvexen äußeren Oberfläche 19a des ersten Abschnitts 19 der zylindrischen Erweiterung 18 mit dem nach innen gewandten Rand 91 der oberen zylindrischen Erweiterung 81 festgehalten. Mit dem im äußeren Element 2 gelegenen inneren Element 3 wird eine Mischkammer 134 definiert, die außerhalb des Randleistenabschnitts 80 gelegen ist. Die Mischkammer 134 enthält die Getränkezutaten 200 vor ihrer Ausgabe. Es ist zu beachten, dass die vier Einlässe 36 und die fünf Öffnungen 85 entlang des Umfangs zueinander versetzt angeordnet sind. Die radiale Position der zwei Teile zueinander muss nicht bestimmt oder während des Zusammenbaus festgelegt werden, da der Gebrauch der vier Einlässe 36 und der fünf Öffnungen 85 sicherstellt, dass zwischen den Einlässen und Öffnungen ein Fluchtungsfehler auftritt, unabhängig von der relativen rotationellen Positionierung der Komponenten.
Die eine oder die mehreren Getränkezutaten werden in die Mischkammer 134 der Patrone gepackt. Die Packungsdichte der Getränkezutaten in der Mischkammer 134 kann je nach Wunsch variiert werden.
Das Laminat 5 wird dann auf das äußere Element 2 und das innere Element 3 auf dieselbe Weise wie oben in den vorherigen Versionen beschrieben, befestigt.
Beim Gebrauch tritt Wasser in die Mischkammer 134 durch die vier Schlitze 36 auf dieselbe Weise wie in den vorhergehenden Versionen der Patrone ein. Das Wasser wird radial nach innen durch die Mischkammer gedrängt und mischt sich mit den darin enthaltenen Getränkezutaten. Das Produkt wird im Wasser gelöst oder gemischt und bildet in der Mischkammer 134 das Getränk und wird dann durch die Öffnungen 85 in den ringförmigen Kanal 86 aufgrund des Rückdrucks des Getränks und des Wassers in der Mischkammer 134 getrieben. Die umfangsmäßige Versetzung der vier Einlassschlitze 36 und der fünf Öffnungen 85 stellt sicher, dass Wasserstrahle nicht in der Lage sind, direkt radial aus den Einlassschlitzen 36 zu den Öffnungen 85 zu gelangen ohne zuerst innerhalb der Mischkammer 134 zu zirkulieren. Auf diese Weise wird der Grad und die Konsistenz des Löse- oder Mischvorgangs des Produkts wesentlich erhöht. Das Getränk wird nach oben in den ringförmigen Kanal 86 gedrängt, durch die Löcher 89 zwischen den Streben 87 und in die Kammer 90. Das Getränk tritt aus der Kammer 90 durch die Einlässe 45 zwischen den Stützrippen 49 in den Ausguss 43 und zum Auslass 44, wo das Getränk in einen Behälter wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird. Die Patrone findet insbesondere Anwendung mit Getränkezutaten in Form von dickflüssigen Flüssigkeiten oder Gels. In einer Anwendung wird ein flüssiger Schokoladebestandteil mit einer Viskosität zwischen 1700 und 3900 mPa bei Raumtemperatur und zwischen 5000 und 10000 mPa bei 0°C und einem Brechungsfeststoff von 67 Brix ± 3 in der Patrone 1 aufgenommen. In einer anderen Anwendung wird flüssiger Kaffee mit einer Viskosität zwischen 70 und 2000 mPa bei Raumtemperatur und zwischen 80 und 5.000 mPa bei 0°C in der Patrone 1 aufgenommen, wobei der Kaffee einen Gesamtfeststoffgehalt von zwischen 40 und 70% aufweist.
Eine vierte Version der Patrone 1 entsprechen der vorliegenden Erfindung ist in 30 bis 34 gezeigt. Die vierte Version der Patrone 1 ist insbesondere für den Gebrauch bei der Ausgabe von Flüssigprodukten wie z.B. konzentrierte flüssige Milch konzipiert. Viele der Merkmale der vierten Version der Patrone 1 sind dieselben wie in vorherigen Versionen und gleiche Bezugszeichen sind zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet worden. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der vierten und vorherigen Versionen diskutiert werden. Gemeinsame Merkmale, die auf dieselbe Weise funktionieren, werden nicht im Detail diskutiert.
Das äußere Element 2 ist dasselbe wie in der dritten Version der Patrone 1 und wie in den 19 bis 23 gezeigt.
Der zylindrische Trichter 40 des inneren Elements 3 ist ähnlich dem in der zweiten Version der Patrone 1 gezeigten, jedoch mit gewissen Unterschieden. Wie in 30 gezeigt, ist der Ausguss 43 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 106 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 107 geformt. Drei axiale Rippen 105 sind auf der inneren Fläche des Ausgusses 43 vorgesehen, um das ausgegebene Getränk nach unten zum Auslass 44 zu lenken und zu verhindern, dass das ausgegebenen Getränk innerhalb des Ausgusses herumwirbelt. Dementsprechend wirken die Rippen 105 als Prallplatten (Ablenkplatten). Wie in der zweiten Version der Patrone 1 ist ein Lufteinlass 71 durch den ringförmigen Flansch 47 vorgesehen. Jedoch ist die Rinne 75 unter dem Lufteinlass 71 länger als in der zweiten Version.
Ein Randleistenabschnitt 80 ist ähnlich jenem in der dritten Version der oben beschriebenen Patrone 1 gezeigten vorgesehen. Zwischen 5 und 12 Öffnungen 85 sind in dem Rand 84 vorgesehen. Typischerweise sind zehn Öffnungen vorgesehen, anstatt der fünf in der dritten Version der Patrone 1 vorgesehenen Öffnungen.
Eine ringförmige Schale 100 ist vorgesehen, die sich vom Flansch 83 des Randleistenabschnitts 80 einstückig damit erstreckt. Die ringförmige Schale 180 umfasst einen aufgeweiteten Körper 101 mit einer offenen oberen Mündung 104, die nach oben gerichtet ist. Vier in den 30 und 31 gezeigte Zufuhröffnungen 103 sind im Körper 101 an dem und in der Nähe des unteren Endes der Schale 100 angeordnet, wo sie mit dem Randleistenabschnitt 180 verbunden ist. Bevorzugt sind die Zufuhröffnungen entlang des Umfangs der Schale 100 in gleichem Abstand angeordnet.
Das Laminat 5 ist von der in den vorherigen Ausführungsformen der oben beschriebenen Art.
Der Montagevorgang für die vierte Version der Patrone 1 ist derselbe wie jener für die dritte Version.
Der Betrieb der vierten Version der Patrone ist ähnlich jenem der dritten Version. Das Wasser tritt in die Patrone 1 und die Mischkammer 134 auf dieselbe Weise wie zuvor ein. Dort vermischt und verdünnt sich das Wasser mit dem flüssigen Produkt, das dann durch die Öffnungen 85 nach außen zum Auslass 44 wie oben beschrieben gedrängt wird. Ein Anteil des flüssigen Produkts ist anfangs innerhalb der ringförmigen Schale 100 wie in 34 gezeigt enthalten und ist nicht der unmittelbaren Verdünnung durch das in die Mischkammer 134 eintretende Wasser ausgesetzt. Das verdünnte flüssige Produkt im unteren Teil der Mischkammer 134 wird die Neigung haben, durch die Öffnungen 85 auszutreten, anstatt nach oben und in die ringförmige Schüssel 100 durch die obere Mündung 104 gedrängt zu werden. Dementsprechend wird das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 relativ konzentriert verbleiben im Vergleich zum Produkt im unteren Teil der Mischkammer 134. Das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 tropft durch die Zufuhröffnungen 103 in den Strom des aus der Mischkammer 134 durch die Öffnungen 85 austretenden Produkts. Die ringförmige Schale 100 hat die Aufgabe, die Konzentration des in den zylindrischen Trichter 40 eintretenden verdünnten flüssigen Produkts auszugleichen durch das Zurückhalten eines Teils des konzentrierten flüssigen Produkts und durch dessen gleichmäßigerer Freigabe während des Ausgabezyklus in den austretenden Flüssigkeitsstrom.
Aus dem ringförmigen Kanal 86 wird das Getränk unter Druck durch das Loch 128 aufgrund des Rückdrucks des sich in der Filtrationskammer 134 und in der Kammer 90 ansammelnden Getränks gedrängt. Das Getränk wird damit durch das Loch 128 als Strahl und in eine durch das obere Ende des Ausgusses 43 gebildete Ausdehnungskammer gedrängt. Wie in 34 gezeigt, führt der Getränkestrahl direkt über den Lufteinlass 71. Wenn das Getränk in den Ausguss 43 eintritt, fällt der Druck des Getränkestrahls ab. Als Ergebnis wird Luft in den Getränkestrahl in Form einer Vielzahl von kleinen Luftblasen eingebracht, während die Luft durch den Lufteinlass 71 nach oben gesaugt wird. Der aus den Löchern 128 austretende Getränkstrahl wird nach unten zum Auslass 44 getrichtert, wo das Getränk in einen Behälter, wie z.B. eine Tasse ausgegeben wird, wo die Luftblasen das erwünschte schaumige Aussehen bilden.
Vorteilhafterweise können das innere Element 3, das äußere Element 2, das Laminat 5 und der Filter 4 alle leicht sterilisiert werden, da die Komponenten trennbar sind und nicht individuell gewundene Kanäle oder enge Spalten umfassen. Stattdessen werden die nötigen Kanäle erst nach dem Zusammenfügen der Komponenten, nach der Sterilisation, gebildet. Dies ist insbesondere dort wichtig, wo die Getränkezutat ein milchbasierendes Produkt, wie z.B. flüssiges Milchkonzentrat ist.
Die vierte Ausführungsform der Getränkepatrone ist insbesondere vorteilhaft für die Ausgabe von konzentrierten milchbasierenden flüssigen Produkten wie z.B. flüssiger Milch. Zuvor wurden pulverförmige Milchprodukte in Form von Beuteln zum Hinzufügen in einem vorher zubereiteten Getränk vorgesehen. Jedoch ist es für ein capuccinoartiges Getränk notwendig, die Milch zu schäumen. Dies wurde zuvor durch das Durchführen von Dampf durch ein flüssiges Milchprodukt erreicht. Jedoch erforderte dies das Vorsehen einer Dampfquelle, was die Kosten und die Komplexität der zur Ausgabe des Getränks verwendeten Maschine erhöht. Die Verwendung von Dampf erhöht zudem das Risiko von Verletzungen während des Betriebs der Patrone. Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung eine Getränkepatrone vor, die ein konzentriertes milchbasiertes flüssiges Produkt darin aufweist. Es ist herausgefunden worden, dass durch das Konzentrieren des Milchprodukts eine größere Menge von Schaum für ein bestimmtes Volumen von Milch im Vergleich zu frischer oder H-Milch erzeugt werden kann. Dies verringert die für die Milchpatrone erforderliche Größe. Frische fettarme Milch enthält ungefähr 1,6% Fett und 10% Feststoffe. Die konzentrierten flüssigen Milchzubereitungen der vorliegenden Erfindung enthalten zwischen 3 und 10% Fett und 25 bis 40% Gesamtfeststoffe. In einem typischen Beispiel enthält die Zubereitung 4% Fett und 30% Gesamtfeststoffe. Die konzentrierten Milchzubereitungen sind zum Schäumen unter Benutzung einer Niederdruckzubereitungsmaschine geeignet, wie im folgenden beschrieben wird. Insbesondere wird das Schäumen der Milch bei Drücken unter 2 bar erzielt, vorzugsweise bei ungefähr 1,5 bar (150 KPa) unter Benutzung der Patrone der oben beschriebenen vierten Ausführungsform.
Die Patrone der vierten Ausführungsform ist ebenso bei der Ausgabe von flüssigen Kaffeeprodukten vorteilhaft.
Es ist herausgefunden worden, dass die Ausführungsformen der Getränkepatrone der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise eine verbesserte Konsistenz des gebrühten Getränks im Vergleich mit den Patronen des Stands der Technik bereitstellen. Es wird auf die folgende Tabelle 1 Bezug genommen, die die Resultate der Brühausbeute für je 20 Proben der gerösteten und gemahlenen Kaffee enthaltenden Patronen A und B zeigen. Patrone A ist eine Getränkepatrone entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Patrone B ist eine Getränkepatrone des Stands der Technik wie im Dokument WO 01/58786 des Anmelders beschrieben. Der Brechungsindex des gebrühten Getränks wird in Brixeinheiten gemessen und in einen Prozentanteil löslicher Feststoffe (%SS) unter Verwendung von Standardtabellen und Formeln umgerechnet. In den folgenden Beispielen: %SS = 0,7774 * (Brixwert) + 0,0569. Ertrag = (%SS * Brühvolumen (g))/(100 * Kaffeegewicht (g))
Tabelle 1 PATRONE A
PATRONE 8
Die Durchführung einer t-Test statistischen Analyse auf die obigen Daten ergibt das folgende Ergebnis:
Tabelle 2 t-Test: Zwei Proben unter Annahme gleicher Varianzen
Die Analyse zeigt, dass die Konsistenz des %Ertrags, der der Brühstärke gleichkommt, für die Patronen der vorliegenden Erfindung wesentlich besser ist (mit 95%iger statistischer Sicherheit) als bei den Patronen des Standes der Technik, mit einer Standardabweichung von 0,88% im Vergleich zu 2,24%. Das bedeutet, dass die mit den Patronen der vorliegenden Erfindung gebrühten Getränke eine wiederholbarere und gleichförmigere Stärke aufweisen. Dies wird von Verbrauchern bevorzugt, die es mögen, dass ihre Getränke jedes Mal gleich schmecken und keine willkürlichen Änderungen in der Stärke des Getränks wünschen.
Die Materialien der oben beschriebenen Patronen können mit einer Barrierebeschichtung versehen sein, um ihre Widerstandsfähigkeit gegen Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit und Eintritt von anderen Verunreinigungen zu verbessern. Die Barrierebeschichtung kann ebenso die Widerstandsfähigkeit gegen Austritt der Getränkezutaten aus dem Inneren der Patronen verbessern und/oder den Grad des Aussickerns von extrahierbaren Substanzen aus den Patronenmaterialien verringern, die die Getränkezutaten negativ beeinflussen könnten. Die Barrierebeschichtung kann aus einem Material sein, das aus der Gruppe von PET, Polyamid, EVOH, PVDC oder einem metallisierten Material gewählt ist. Die Barrierebeschichtung kann mittels einer Anzahl von Mechanismen aufgebracht werden, inklusive aber nicht beschränkt auf Aufdampfung, Vakuumabscheidung, Plasmabeschichtung, Koextrusion, Blasformetikettierung und Zwei/Mehr-Schrittformung.

Claims

Patrone (1), die ein oder mehrere Getränkebestandteile (200) enthält und aus im wesentlichen luft- und wasserdichten Materialien gebildet ist, wobei die Patrone einen Einlass (121) zum Einführen eines wässrigen Mediums in die Patrone und einen Auslass (122) für ein aus dem einen oder mehreren Getränkebestandteilen hergestelltes Getränk umfasst, wobei die Patrone ein äußeres Element (2), ein in das äußere Element eingesetztes inneres Element (3) und Mittel zum Erzeugen eines Getränkestrahls umfasst, wobei das Mittel zum Erzeugen des Getränkestrahls ein permanentes Loch (128) in einem Getränkefließweg umfasst, der den Einlass mit dem Auslass verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (128) von einer Berührungsfläche zwischen dem inneren und dem äußeren Element begrenzt wird.
Patrone (1) nach Anspruch 1, wobei entweder das innere Element (3) oder das äußere Element (2) eine Öffnung (70) umfasst und das andere Element eine Versperrung (18) umfasst, wobei beim Einsetzen des inneren Elements in das äußere Element die Versperrung (18) teilweise die Öffnung (70) versperrt, um so das Loch (128) zu begrenzen.
Patrone (1) nach Anspruch 2, wobei die Öffnung (70) einen länglichen Schlitz umfasst.
Patrone (1) nach Anspruch 3, wobei das innere Element (3) den länglichen Schlitz (70) umfasst.
Patrone (1) nach Anspruch 4, wobei das äußere Element die Versperrung (18) umfasst.
Patrone (1) nach Anspruch 5, wobei die Versperrung (18) eine Verlängerung des äußeren Elements umfasst, von der mindestens ein Teil in das innere Element vorsteht.
Patrone (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der längliche Schlitz (70) in einer zylindrischen Wand (67) des inneren Elements gebildet ist.
Patrone (1) nach Anspruch 7, wobei der längliche Schlitz (70) sich zur oberen Kante der zylindrischen Wand (67) erstreckt.
Patrone (1) nach Anspruch 7, wobei die Verlängerung (18) des äußeren Elements (2) eine zylindrische Verlängerung ist, die mit Gleitsitz innerhalb der zylindrischen Wand (67) des inneren Elements aufgenommen wird.
Patrone (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Loch (128) eine Querschnittsfläche von 0,4 bis 0,7 mm2 aufweist.
Patrone (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter mindestens einen Einlass (71) für Luft und ein Mittel zum Erzeugen einer Druckverringerung des Getränkestrahls umfassend, wobei im Gebrauch Luft von dem mindestens einen Lufteinlass (71) in Form einer Vielzahl von kleinen Blasen in das Getränk eingebracht wird.
Patrone (1) nach Anspruch 11, wobei der mindestens eine Lufteinlass (71) im inneren Element (3) stromabwärts des Lochs (128) vorgesehen ist.
Patrone (1) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das innere Element (3) eine Ausgusstülle (43) umfasst, die den Auslass (122) definiert.
Patrone (1) nach Anspruch 13, wobei der Getränkestrahl, der aus dem Loch (128) austritt, in die Ausgusstülle (43) geleitet wird.
Patrone (1) nach Anspruch 14, wobei der Getränkestrahls zwischen dem Austreten aus dem Loch (128) und dem Austreten aus dem Auslass (122) auf eine Oberfläche der Ausgusstülle (43) auftrifft.
Patrone (1) nach Anspruch 15, wobei die Oberfläche eine konkave Wand der Ausgusstülle (43) ist.
Patrone (1) nach Anspruch 16, wobei die konkave Wand auf einer dem Loch (128) gegenüberliegenden Seite der Ausgusstülle (43) positioniert ist.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Loch (128) das Getränk so lenkt, dass es unter einem Winkel im wesentlichen senkrecht zu einem Getränkefluss aus dem Auslass (122) fließt.
Patrone (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Ausgabetülle (43) ganzheitlich mit dem inneren Element (3) ausgebildet ist.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Patrone scheibenförmig ist.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das äußere Element (2) und/oder das innere Element (3) aus Polypropylen gebildet sind.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das äußere Element (2) und/oder das innere Element (3) aus einem biologisch abbaubaren Polymer gebildet sind.
Patrone (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das äußere Element (2) und/oder das innere Element (3) durch Spritzguss gebildet sind.