DE60106879T2

DE60106879T2 - Filterkartusche für getränke

Info

Publication number: DE60106879T2
Application number: DE60106879T
Authority: DE
Inventors: Richard Sweeney; G. Nicholas LAZARIS; H. Roderick BEAULIEU; P. William BUCUZZO; Shih-Hao Lai
Original assignee: Keurig Inc
Current assignee: Keurig Inc
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2021-02-17
Also published as: EP1263661B1; CN1187234C; CN1419513A; CA2400033A1; NZ520731A; AU2001237024B2; CA2400033C; ATE281372T1; DE60106879D1; KR20020075438A; US6645537B2; US20020020659A1; JP3742344B2; KR100481892B1; JP2004500199A; WO2001060712A1; EP1263661A1; AU3702401A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf wegwerfbare Einzelportionsgetränkefilterkartuschen.
Eine bekannte wegwerfbare Einzelportionsgetränkefilterkartusche ist aus den US-Patenten Nr. 5 325 765 und 5 840 189 (Sylvan et al.) vom 5. Juli 1994 bzw. 24. November 1998 bekannt.
Diese Getränkefilterkartusche besteht grundsätzlich aus einem vorzugsweise undurchlässigen, nachgiebig durchbohrbaren, becherförmigen äußeren Behälter, der innen durch einen durchlässigen, kegelförmigen Filter in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt ist. Ein körniges oder pulverförmiges, trockenes Getränkemedium, z. B. gerösteter gemahlener Kaffee, ist in der ersten Kammer gespeichert, und der Behälter ist durch einen undurchlässigen, nachgiebig durchbohrbaren Deckel verschlossen.
Während eines Verarbeitungszyklus werden der Deckel und der Behälterboden durch eine rohrförmige Einlass- bzw. Auslasssonde durchbohrt. Die Einlasssonde lässt erhitzte Flüssigkeit unter Druck in die erste Kammer ein zum Aufguss mit dem Getränkemedium und das sich ergebende gebraute Getränk gelangt durch den Filter in die zweite Kammer, von wo aus es über die Auslasssonde austritt, um in einen darunter gelegenen Becher zu gelangen.
Diese bekannte Getränkefilterkartusche hat schnelle und zunehmend weit verbreitete Akzeptanz gefunden, trotz mehrerer Probleme, die seit ihrer ersten Einführung bestehen geblieben sind. Ein solches Problem rührt von der Tendenz der Behälterseitenwand her, unter der Kraft einzuknicken, die durch die Auslasssonde auf sie ausgeübt wird, wenn diese den Behälterboden durchbohrt. Das führt manchmal dazu, dass es nicht gelingt, mit der Auslasssonde den Boden zu durchdringen, so dass der Brauprozess abgebrochen wird, weil das gebraute Getränk nicht in den darunter gelegenen Becher gefördert werden kann. Das Einknicken der Behälterseitenwand kann auch dazu führen, dass sich die in den Behälterboden gebohrte Öffnung verzieht, so dass die Abdichtung beinträchtigt wird und es zur Leckage des gebrauten Getränks kommt.
Probleme sind auch aufgetreten bei dem zuverlässigen Abdichten des Randes des Filterbauteils an der inneren Seitenwand des Behälters sowie bei dem zentrischen Befestigen des Bodens des Filterbauteils an dem Behälterboden. Wenn es nicht gelingt, eine richtige Randdichtung zu erzielen, kann es dazu kommen, dass der nicht abgedichtete Teil des Filters unter dem Braudruck zusammenfällt, was dazu führt, dass das gebraute Getränk durch den Getränkemediumrest verunreinigt wird, der aus dem zusammengebrochenen Filter entweicht. Aus demselben Grund kann es auch zur Verunreinigung des gebrauten Getränks kommen, wenn der Filterboden nicht zentrisch befestigt ist, was dazu führt, dass der Filter durch die Auslasssonde durchbohrt wird, wenn diese aufwärts durch den Behälterboden hindurchgeführt wird. Zur Verunreinigung des gebrauten Getränkes kann es gelegentlich auch kommen, wenn ein Filterelement unter dem Druck platzt, der durch die erhitzte Flüssigkeit ausgeübt wird, mit der das Getränkemedium aufgegossen wird.
Noch ein weiteres Problem ergibt sich aus dem thermischen Verschweißen des oberen Randes des Filters an oder nahe an dem oberen Rand der Behälterseitenwand, wie es aus der US 5 840 189 bekannt ist. Das vergrößert den uneingenommenen sogenannten „toten Raum" zwischen der Außenseite des Filters und der umgebenden Behälterwand und begrenzt auch die maximale Menge an Getränkemedium, die in der Kartusche gelagert werden kann, gegenüber der, die in dem Filter enthalten ist. In einigen Fällen kann das die Stärke des sich ergebenden gebrauten Getränks beeinträchtigen. Die Stärke des Getränks kann optimiert werden durch Füllen des Filters bis zu seiner maximalen Kapazität, was aber zur Folge haben kann, dass wandernde Körner des Getränkemediums auf den Behälterrand gelangen. Das wiederum kann die Unversehrtheit der Dichtung zwischen dem Deckel und dem Behälterrand unterbrechen.
Zu den Zielen der vorliegenden Erfindung gehört eine Verstärkung der Behälterseitenwand, damit diese sich dem Einknicken widersetzt, wenn der Behälterboden durch die Auslasssonde des Brauers durchbohrt wird.
Weitere Ziele beinhalten eine vorteilhafte Steigerung der Getränkemediumspeicherkapazität, Verbesserungen der Art und Weise, wie der Filterbauteil an der Behälterseitenwand abgedichtet und durch dieselbe radial abgestützt wird, sowie Ver besserungen der Art und Weise, wie das untere Ende des Filters auf dem Kartuschenboden positioniert und verankert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird geschaffen eine Getränkefilterkartusche mit einem becherförmigen äußeren Behälter, der eine Bodenwand hat und eine Seitenwand, die sich von der Bodenwand aufwärts zu einem kreisförmigen Rand erstreckt, der eine obere Öffnung umgibt, mit einem insgesamt kegelförmigen Filterelement, das ein geschlossenes unteres Ende hat, welches auf der Bodenwand abgestützt und an derselben befestigt ist, und eine aufwärts divergierende Wand mit einem offenen oberen Ende, wobei das Filterelement so konfiguriert und angeordnet ist, dass es das Innere des Behälters in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, mit einem Getränkemedium, das in der ersten Kammer gespeichert ist, und mit einem Deckel, der mit der Seitenwand an dem Rand verbunden ist, wobei der Deckel nachgiebig durchbohrbar ist, um ein Einspritzen von Flüssigkeit in die erste Kammer zur Kombination mit dem Getränkemedium zum Erzeugen eines Getränks zu gestatten, wobei das Filterelement durchlässig ist, um einen Strom des Getränks in die zweite Kammer zu gestatten, und wobei die Bodenwand nachgiebig durchbohrbar ist, um ein Ausströmen des Getränks aus der zweiten Kammer aus der Kartusche nach außen zu gestatten; dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand einen oberen Abschnitt hat, der sich von dem Rand abwärts zu einem Zwischenabschnitt erstreckt, welcher durch einen einwärts konisch zulaufenden Sims gebildet ist, und einen konisch zulaufenden unteren Abschnitt, der sich von dem Sims abwärts zu der Bodenwand erstreckt, wobei das Filterelement mit dem einwärts konisch zulaufenden Sims verbunden ist.
Diese und andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlicher und beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer wegwerfbaren Getränkefilterkartusche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der grundlegenden Bauteile der in 1 gezeigten Getränkefilterkartusche ist;
3 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Getränkefilterkartusche ist;
die 4 und 5 eine vertikale bzw. horizontale Schnittansicht nach der Linie 4-4 bzw. 5-5 in 3 sind;
6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Randteils der in 4 gezeigten Filterkartusche ist;
7 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Seitenwand der Getränkekartusche ist;
8 eine Schnittansicht nach der Linie 8-8 in 7 ist;
9 eine untere perspektivische Ansicht einer wegwerfbaren Filterkartusche gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Seitenansicht der in 9 gezeigten Filterkartusche ist;
11 eine Unteransicht der in den 9 und 10 gezeigten Filterkartusche ist;
12 eine vergrößerte Querschnittansicht nach der Linie 12-12 in 10 ist;
13 eine perspektivische Ansicht einer wegwerfbaren Getränkefüterkartusche gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
14 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der Bauteile der in 13 gezeigten Getränkefilterkartusche ist;
15 eine Seitenansicht ist bei Blick in die Richtung, die in 13 durch den Pfeil „x" angegeben ist;
16 eine weitere Seitenansicht ist bei Blick in die Richtung, die in 13 durch den Pfeil „Y" angegeben ist;
17 eine vergrößerte Unteransicht der in den 13–16 gezeigten Getränkefilterkartusche ist;
18 eine vergrößerte Vertikalschnittansicht nach der Linie 18-18 in 16 ist;
19 eine Vertikalschnittansicht nach der Linie 19-19 in 18 ist;
20 eine Horizontalschnittansicht nach der Linie 20-20 in 19 ist; und
21 eine vergrößerte Schnittansicht eines Randteils der in den 18 und 19 gezeigten Kartusche ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In den 1–5, auf die zuerst Bezug genommen wird, ist eine Getränkefilterkartusche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung insgesamt mit 10 bezeichnet. Gemäß der Darstellung in 2 umfassen die grundlegenden Bauteile der Getränkefilterkartusche einen äußeren becherförmigen Behälter 12, ein insgesamt kegelförmiges Filterelement 14 und einen ebenen, kreisförmigen Deckel 16.
Der becherförmige Behälter 12 hat einen Boden 18 und eine Seitenwand 20, die sich von dem Boden aus aufwärts zu einem kreisförmigen Rand 22 erstreckt, welcher eine obere Öffnung 24 umgibt. In den 6–8, auf die zusätzlich Bezug genommen wird, ist zu erkennen, dass die Seitenwand 20 einen oberen Abschnitt 20a hat, der sich von dem Rand 22 aus abwärts bis zu einem Zwischenabschnitt er streckt, der durch einen einwärts konisch zulaufenden Sims 20b gebildet ist, und einen unteren konisch zulaufenden Abschnitt 20c, der sich von dem Sims 20b abwärts zu dem Boden 18 erstreckt.
Der obere Wandabschnitt 20a ist vorzugsweise in einen oberen und einen unteren Abschnitt 20a' bzw. 20a'' unterteilt. Bewegt man sich an dem Becher abwärts, so ist der Abschnitt 20a' auswärts konisch erweitert und der Abschnitt 20a'' läuft einwärts konisch zu, wobei die Verbindungsstelle zwischen denselben eine Stapelschulter 20d bildet. Der Boden 18 ist wahlweise und vorzugsweise mit einem nach oben vorstehenden zentralen Vorsprung 18a versehen.
Der untere konisch zulaufende Wandabschnitt 20c ist so konfiguriert, dass er eine Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten Wellen 20e bildet, deren obere Enden unterhalb des durch den Sims 20b gebildeten Zwischenabschnitts endigen und deren untere Enden als Zacken in der Bodenwand 18 endigen.
Aus 8 ist zu erkennen, dass die Tiefen „d" der Wellen 20e von einem Minimum an deren oberen Enden aus allmählich bis zu einem Maximum an deren unteren Enden zunehmen. Ebenso ist in 7 zu erkennen, dass die Breiten „w" der Wellen ebenfalls von einem Minimum an deren oberen Enden bis zu einem Maximum an deren unteren Enden allmählich zunehmen.
Der becherförmige Behälter wird vorzugsweise warmgeformt und vakuumgeformt aus einem undurchlässigen, nachgiebig durchbohrbaren, thermisch schweißbaren Material, das eine nominelle Dicke von 0,031 Zoll hat und bei dem es sich beispielsweise um Polyethylen/EVOH/Polystyrol handelt, das von Curwood Packaging, Oshkosh, Wisconsin, USA, erhältlich ist.
Das Filterelement 14 wird aus einem nachgiebigen und durchlässigen, thermisch schweißbaren Material gebildet wie z. B. Cellulosepolypropylen, das von J. R. Crompton, Ltd., Bury, Lancashire, England, erhältlich ist. Der Boden des Filterelements ist auf dem zentralen Vorsprung 18a abgestützt und befestigt, z. B. durch thermisches Schweißen.
Der Deckel kann aus irgendeinem geeigneten undurchlässigen, thermisch schweißbaren und nachgiebig durchbohrbaren Material zugeschnitten oder ausgestanzt werden, beispielsweise aus einem metallischen/polymeren Laminat, das von Winpak Heat Seal Packaging, Inc., Montreal, Kanada, erhältlich ist.
In 6 ist am besten zu erkennen, dass das Filterelement wie bei 26 mit dem Zwischenwandabschnitt, der durch den konisch zulaufenden Sims 20b gebildet ist, thermisch verschweißt ist. Der Konuswinkel des Simses 20b ist dem Konuswinkel des Filterelements 14 eng angenähert, wodurch die Aufgabe erleichtert wird, die beiden sicher und zuverlässig thermisch miteinander zu verschweißen. Das Filterelement dient zum Unterteilen des Inneren des Behälters 12 in eine erste und eine zweite Kammer A bzw. B. Ein trockenes, körniges oder pulverförmiges Getränkemedium „M", typisch gemahlener gerösteter Kaffee, ist in der Kammer A gespeichert, und die Behälteröffnung 24 ist durch thermisches Verschweißen des Deckels 16 mit dem Rand 22 verschlossen.
Am Anfang eines Verarbeitungszyklus werden der Deckel 16 und der Behälterboden 18 durch die rohrförmige Einlasssonde 28 bzw. die rohrförmige Auslasssonde 30 durchbohrt (vgl. 3). Die Einlasssonde 28 lässt eine erhitzte Flüssigkeit, typisch heißes Wasser, in die Kammer A ein, wo mit ihm das Getränkemedium M aufgegossen wird, das sich mit ihm vereinigt, um ein Getränk zu erzeugen. Das Getränk gelangt durch das Filterelement 14 in die Kammer B, von wo aus es über die Auslasssonde 30 austritt.
Die zweite Ausführungsform, die in den 9 – 11 dargestellt ist, gleicht in vieler Hinsicht der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Gleiche Merkmale der zweiten Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszahlen in einer 200er-Serie bezeichnet. So bezeichnet z. B. die Bezugszahl 10 die Filterkartusche der ersten Ausführungsform, und die Bezugszahl 210 bezeichnet die Filterkartusche der zweiten Ausführungsform.
In der zweiten Ausführungsform ist der Behälterboden 218 so konfiguriert, dass ein nach unten vorstehender, zentral angeordneter Vorsprung 218a mit reduziertem Durchmesser vorhanden ist, der eine innere Wanne 218b begrenzt, welche durch eine ringförmige, im wesentlichen ebene Bodenfläche umgeben ist. Der Boden des konischen Filterelements wird in der Wanne aufgenommen und an dem Boden derselben befestigt wie bei 218c.
Die dritte Ausführungsform, die in den 13 – 21 dargestellt ist, gleicht auch in vieler Hinsicht der ersten Ausführungsform. Wiederum sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet worden, aber in einer 300er-Serie.
Der Hauptunterschied zwischen der ersten und der dritten Ausführungsform besteht darin, dass letztere weniger und viel tiefere Wellen 320e hat. In 19 ist am besten zu erkennen, dass die tieferen Wellen 320e das Filterelement 314 kontaktieren und für eine radiale Abstützung desselben sorgen.
Im Lichte der vorstehenden Beschreibung dürfte nun für den Fachmann klar sein, dass die vorliegende Erfindung beträchtliche Vorteile gegenüber der bekannten Getränkefilterkartusche bietet, die in den eingangs erwähnten Patentschriften beschrieben ist. Zum Beispiel verstärken die umfangsmäßig beabstandeten Wellen 20e, 220e und 320e die Behälterseitenwand gegen Einknicken, wenn der Boden durch die Auslasssonde 30 durchbohrt wird. Die tieferen Wellen 320e der dritten Ausführungsform bieten den zusätzlichen Vorteil einer radialen Abstützung des Filterelements, was während des Verarbeitungszyklus besonders vorteilhaft sein kann, wenn das Filterelement durch das Einleiten von unter Druck stehender erhitzter Flüssigkeit in das Getränkemedium beansprucht wird.
In allen Ausführungsformen dienen das Abwärtsdivergieren und allmähliche Vertiefen der Wellen zum Fördern des Abwärtsstroms des gebrauten Getränks in der Kammer B, während vorteilhafterweise Turbulenz erzeugt wird. Die nach oben vorstehenden Vorsprünge 18a, 318a auf den Behälterböden der ersten und der dritten Ausführungsform schaffen leicht zugängliche Abstützplattformen für die Böden der Filterelemente. Das Befestigen der Böden der Filterelemente an den Vorsprüngen 18a, 218a gewährleistet, dass die Filterelemente durch die Auslasssonde 30 nicht durchbohrt werden.
Die einen kleinen Durchmesser aufweisende Wanne 218b, die durch den nach unten vorstehenden Vorsprung 218a der zweiten Ausführungsform gebildet wird, empfängt das untere Ende des Filterbauteils in einem begrenzten Raum, was vorteilhafterweise den oberen Zwischenraum verringert und das formschlüssige Festhalten und Sichern des Filters vor einem schädlichen Kontakt mit der Auslasssonde weiter unterstützt.
Die konisch zulaufenden Simse 20b, 220b, 320b von sämtlichen Ausführungsformen bilden gesonderte und leicht zugängliche Stege, mit denen die Filterelemente durch thermisches Schweißen zuverlässig verbunden werden können. Die oberen Enden der Wellen 20e, 220e, 320e endigen unterhalb der Simse 20b, 220b, 320b, wodurch gewährleistet wird, dass die Simse nicht durch Diskontinuitäten unterbrochen werden, die für die kritische Abdichtung der Filterelemente an den Behälterseitenwänden nachteilig wären.
Die oberen Behälterabschnitte 20a, 220a, 320a oberhalb der Filter sorgen für vorteilhafte Vergrößerungen der verfügbaren Speicherkapazität für das Getränkemedium. Diese vergrößerte Speicherkapazität macht es unnötig, die innere Kammer A bis zu ihrer maximalen Kapazität zu füllen, wodurch der Behälterrand vor Verunreinigung durch wandelnde Körner des Getränkemediums geschützt wird.
Der äußere Behälter und der Deckel sind zwar so beschrieben worden, dass sie aus undurchlässigen Materialien gebildet sind, dem Fachmann ist jedoch klar, dass alternativ durchlässige Materialien für eine dieser Komponenten oder für diese beiden Komponenten verwendet werden können. Wenn durchlässige Materialien verwendet werden, werden die fertiggestellten Kartuschen vorzugsweise anschließend verschlossen, entweder einzeln oder in Losen, mit undurchlässigen Umhüllungen. Materialien für solche Umhüllungen sind bekannt und umfassen zum Beispiel EVOH-Folien, Aluminiumfolie usw.
Die vorliegende Erfindung ist zwar mit Bezug auf mehrere Ausführungsformen beschrieben worden, verschiedene Änderungen, Modifikationen und Hinzufügungen sind jedoch möglich, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

Getränkefilterkartusche (10) mit einem becherförmigen äußeren Behälter (12), der eine Bodenwand (18) hat und eine Seitenwand (20), die sich von der Bodenwand aufwärts zu einem kreisförmigen Rand (22) erstreckt, der eine obere Öffnung (24) umgibt, mit einem insgesamt kegelförmigen Filterelement (14), das ein geschlossenes unteres Ende hat, welches auf der Bodenwand abgestützt und an derselben befestigt ist, und eine aufwärts divergierende Wand mit einem offenen oberen Ende, wobei das Filterelement so konfiguriert und angeordnet ist, dass es das Innere des Behälters in eine erste und eine zweite Kammer (A, B) unterteilt, mit einem Getränkemedium (M), das in der ersten Kammer gespeichert ist, und mit einem Deckel (16), der mit der Seitenwand (20) an dem Rand (22) verbunden ist, wobei der Deckel nachgiebig durchbohrbar ist, um ein Einspritzen von Flüssigkeit in die erste Kammer zur Kombination mit dem Getränkemedium zum Erzeugen eines Getränks zu gestatten, wobei das Filterelement durchlässig ist, um einen Strom des Getränks in die zweite Kammer zu gestatten, und wobei die Bodenwand nachgiebig durchbohrbar ist, um ein Ausströmen des Getränks aus der zweiten Kammer aus der Kartusche nach außen zu gestatten; dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (20) einen oberen Abschnitt (20a) hat, der sich von dem Rand (22) abwärts zu einem Zwischenabschnitt erstreckt, welcher durch einen einwärts konisch zulaufenden Sims (20b) gebildet ist, und einen konisch zulaufenden unteren Abschnitt (20c), der sich von dem Sims abwärts zu der Bodenwand (18) erstreckt, wobei das Filterelement mit dem einwärts konisch zulaufenden Sims verbunden ist.
Getränkefilterkartusche nach Anspruch 1, wobei das offene obere Ende des Filterelements (14) mit dem einwärts konisch zulaufenden Sims (20b) verbunden ist.
Getränkefilterkartusche nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Sims (20b) von dem oberen Abschnitt (20a) zu dem unteren Abschnitt (20c) einwärts konisch zuläuft und wobei der Konuswinkel des Simses größer ist als der Konuswinkel des unteren Abschnitts.
Getränkefilterkartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der obere Abschnitt (20a) ein oberes Segment (20a') hat, das sich von dem kreisförmigen Rand (22) abwärts erstreckt, und ein unteres Segment (20a''), das sich von dem Sims (20b) aufwärts erstreckt, wobei sich das obere Segment auswärts konisch erweitert und wobei das untere Segment einwärts konisch zuläuft, wobei die Verbindungsstelle des oberen und des unteren Segments eine äußere Stapelschulter (20d) bildet.
Getränkefilterkartusche nach Anspruch 3, wobei der Konuswinkel des Simses (20b) dem Konuswinkel des Filterelements angenähert ist.