DE60303159T2

DE60303159T2 - Methode und Vorrichtung zum Durchstechen einer versiegelten Kapsel bei einer Kaffeemaschine

Info

Publication number: DE60303159T2
Application number: DE60303159T
Authority: DE
Inventors: Virginio Cortese
Original assignee: SGL Italia SRL
Current assignee: Luigi Lavazza SpA
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: EP1369069B1; ITTO20020481A1; US6792980B1; EP1369069A3; PT1369069E; BRPI0301569B1; EP1369069A2; BR0301569A; DE60303159D1; CN1483375A; ITTO20020481A0; ATE315351T1; ES2254824T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stechvorrichtung zum Durchstechen einer versiegelten Kapsel an einer Kaffeemaschine.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Stechvorrichtung zum Durchstechen einer versiegelten Kapsel auf einer Kaffeemaschine, die einen Sprinkler für unter Druck stehendes Heißwasser und eines Aufgußbehälters, die dem Sprinkler zugewandt ist und im Bezug auf den Sprinkler in eine und aus eine Aufgußposition bewegbar ist, in der der Aufgußbehälter mit dem Sprinkler verbunden ist; wobei der Aufgußbehälter eine starre, versiegelte Kapsel für ein Maß gemahlenen Kaffees enthält; und wobei die versiegelte Kapsel an einem Ende durch eine Foliendichtung verschlossen ist, die im Einsatz dem Sprinkler zugewandt ist.
Bei bekannten Kaffeemaschinen, die versiegelte Kapseln verwenden, wird der Zufluß von unter Druck stehendem Heißwasser von dem Sprinkler normalerweise dadurch ermöglicht, dass die Foliendichtung mit Hilfe einer Anzahl von Nadeln durchstochen wird, die durch die Foliendichtung hindurch bewegt werden, wenn der Aufgußbehälter in die Aufgußposition bewegt wird.
Die normalerweise konischen oder spitzzylindrigen Nadeln oder pyramidenförmige Nadeln, wie die, die in der WO-A-9402059 offenbart sind, oder kreuzförmige Nadeln, wie die, die in der US-A-5398595 offenbart sind, die normalerweise zum Durchstechen der Foliendichtung verwendet werden, haben schwerwiegende Probleme aufgrund der Tatsache verursacht, dass jede Nadel, wenn sie die Foliendichtung durchdringt, dazu einerseits neigt, das das Loch dadurch zu bilden, dass sie ihren Weg allmählich durch die Foliendichtung erzwingt und sie dabei permanent verformt, oder, andererseits, sich hermetisch um die Oberfläche des Lochs herum anzulegen.
Beim Auffinden der Löcher in der Foliendichtung, die hermetisch durch die entsprechenden Nadeln verstopft sind, neigt das unter Druck stehende Heißwasser von dem Sprinkler im Einsatz dazu, als erstes die Foliendichtung einzudrücken und den gemahlenen Kaffee in der versiegelten Kapsel zu komprimieren, und dann dazu, zwischen den Nadeln und den Löchern zu fließen oder die Foliendichtung aufzureißen. In jedem Fall wird durch den Überdruck, dem der gemahlene Kaffee durch die sich nach Innen deformierende Foliendichtung ausgesetzt ist, der Aufgußprozess verlangsamt, wodurch sich ein dürftig schmeckender Kaffee ergibt, und, wenn die Foliendichtung aufgerissen wird, neigt das Wasser dazu, bevorzugte Durchgangswege durch dieses zu bilden und kommt damit nur in Kontakt mit einem Teil des gemahlenen Kaffees in der versiegelten Kapsel. Wenn der Kaffee gemacht ist, werden die Nadeln abgezogen, und der Überdruck in der Kapsel wird heftig durch die Löcher, die von den Nadeln freigegeben werden, freigesetzt, so dass ein Teil des gemahlenen Kaffees normalerweise freigegeben wird und damit den Sprinkler beeinträchtigt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stechvorrichtung zum Durchstechen einer versiegelten Kapsel bereit zu stellen, die ausgelegt ist, um die oben erwähnten Nachteile zu eliminieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Stechvorrichtung zum Durchstechen einer versiegelten Kapsel bereit gestellt, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
Ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Seitenansicht, zum Teil im axialen Schnitt, einer Kaffeemaschine zeigt, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Stechvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung von einem Teil der Maschine in 1 zeigt;
3 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung eines ersten Details in 2 zeigt;
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3 zeigt;
5 eine vergrößerte Draufsicht auf ein zweites Detail in 2 zeigt;
6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 5 zeigt;
7 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung eines Details in den 5 und 6 zeigt;
8 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung eines Details einer versiegelten Kapsel im Einsatz zeigt;
9 eine perspektivische Darstellung des Details von 8 nach der Verwendung zeigt;
Die Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet als ganzes eine Kaffeemaschine mit einer Aufgußanordnung 2, die ihrerseits einer Boiler 3, einen Sprinkler 4, der an dem Boiler 3 aufgesetzt ist und zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Heißwasser von dem Boiler 3 entlang einer Zufuhrleitung 5 vorgesehen ist, die koaxial mit dem Sprinkler 4 entlang einer Achse verläuft, und ein Aufgußbehälter 7, der dem Sprinkler 4 zugewandt ist und zu dem Sprinkler 4 hin und von diesem weg durch eine bekannte Betätigungsvorrichtung, die nicht gezeigt ist, in einer Richtung 8 im wesentlichen parallel zu der Achse 6 und zwischen einer Ladeposition (1), in der er von dem Sprinkler 8 gelöst ist, und eine Aufgußposition (nicht gezeigt), in der sie mit dem Sprinkler 8 verbunden ist, bewegbar ist. Der Fluß des unter Druck stehenden Heißwassers entlang der Zufuhrleitung 5 zu dem Sprinkler 4 wird durch ein Einwegventil 9 gesteuert, das, wie im Detail später erläutert wird, kalibriert ist, so dass es sich nur dann öffnet, wenn der Druck in dem Abschnitt der Zufuhrleitung 5 stromauf von dem Ventil 9 einen vorgegebenen Wert erreicht.
Der Aufgußbehälter 7 enthält ein Behältnis für gemahlenen Kaffee, das durch eine bekannte, starre, versiegelte Kapsel 10 gebildet wird, die einen becherförmigen Körper 11 aufweist, der ein Maß an gemahlenem Kaffee enthält und eine kontinuierliche Endwand 12 und eine kontinuierliche, kegelstumpfförmige Seitenwand 13, die zu der Endwand 12 hin geneigt ist und einen äußeren Ringflansch 14 an der entgegengesetzten Endwand zu der, die mit der Endwand 12 verbunden ist, aufweist. Die versiegelte Kapsel wird durch eine Foliendichtung 15 vervollständigt, die strömungsmitteldicht mit dem Flansch 14 verbunden ist, um das Maß an gemahlenem Kaffee in dem becherförmigen Körper 11 abzudichten, und sie wird dem Sprinkler 4 zugewandt positioniert, wenn die versiegelte Kapsel 10 in das Innere der Aufgußbehälter 7 gelegt wird, wobei der Flansch 14 auf einer freien Kante 16 der Aufgußbehälter 7 aufliegt.
Der Aufgußbehälter 7 ist in seinem Inneren mit einer bekannten Stechvorrichtung (nicht gezeigt) ausgestattet, um im Einsatz die Endwand 12 der versiegelten Kapsel 10 zu durchstechen, um das Innere der versiegelten Kapsel 10 mit einer Filterschnauze 17 zu verbinden, die an dem Aufgußbehälter 7 befestigt ist.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der bekannte Boiler 3, zwei wechselseitig miteinander in Kontakt stehende Platten 18 und 19, die eine Spirale 20 bilden, die an einem Ende einen Einlaß 21 für unter Druck stehendes Wasser von einer Pumpe, die nicht gezeigt ist, und an dem anderen Ende einen Auslaß 22 hat, der mit der Zufuhrleitung 5 in Verbindung steht, die axial innerhalb eines zylindrischen Einsatzes 23 ausgebildet ist, der durch Bohrungen, die koaxial mit der Achse 6 und durch die Platten 18 und 19 und durch eine Konturplatte 24 eingesetzt ist, die zwischen dem Boiler 3 und dem Sprinkler 4 angeordnet ist. Der zylindrische Einsatz 23 steht von der Konturplatte 24 vor und paßt in ein Ende einer kegelstumpfförmigen Buchse 25, von der ein mittiger Abschnitt durch eine perforierte, quer verlaufende Trennwand überspannt wird, die eine Ringdichtung 26 bildet, auf der eine Kugel 27 eines Ventils 9 sitzt.
Der Sprinkler 4, der koaxial mit der Achse 6 zwischen der Konturplatte 24 und der Aufgußbehälter 7 angeordnet ist, ist einstückig mit der Konturplatte 24 und dem Boiler 3 verbunden, um eine Platte 28, die zwischen dem Sprinkler 4 und der Konturplatte 24 liegt, eine mittige Bohrung für den Durchtritt der Buchse 25 hat und seitlich in einer nicht gezeigten Weise in Bezug auf den Sprinkler 4 vorsteht, in Position gehalten wird, um Führungen (nicht gezeigt) zu lagern, entlang denen der Aufgußbehälter 7 in Richtung 8 gleitet.
Wie klarer in 2 gezeigt ist, umfasst der Sprinkler 4 einen rohrförmigen Körper 29, der koaxial mit der Achse 6 ist, und an dem der Platte 28 gegenüberliegendem Ende einen Ringflansch 30 hat, der einstückig mit der Konturplatte 24 und der Platte 19 des Boilers 3 in an sich bekannter Weise verbunden ist. Der rohrförmige Körper 29 hat eine mittige Durchgangsbohrung 31, die koaxial mit der Achse 6 ist und einen Endabschnitt der Buchse 25 gegenüber dem, der von dem zylindrischen Einsatz 23 erfaßt wird, beinhaltet und eine Stechvorrichtung 32 trägt, die einen perforierten Deckel 33 hat.
Die Stechvorrichtung 32 bildet einen Teil des Sprinklers 4 und umfasst zusätzlich zu dem Deckel 33 eine kreisförmige Platte 34, die koaxial mit der Achse 6 ist, eine mittige Durchgangsbohrung 35, koaxial mit der Achse 6 hat und auf der dem rohrförmigen Körper 29 zugewandten Seite einen Rohrförmigen Ansatz 36 hat, der flüssigkeitsdicht unter Zwischenschaltung einer Dichtung 37 in dem Ende der Buchse gegenüber dem, an dem der zylindrische Einsatz 23 angreift, eingesetzt ist, um einen Sitz für eine Feder 38 zu bilden, durch die die Kugel 27 gegen den Sitz 26 gedrückt wird. Die Platte 34 ist Flüssigkeitsdicht an dem freien Ende des rohrförmigen Körpers 29 unter Zwischenschaltung von zwei Ringdichtungen 39 und 40 – von denen eine, die Ringdichtung 40 den Außenumfang der Platte 34 umgibt – aufgesetzt und lösbar mit dem rohrförmigen Körper 29 durch einen Bajonettverschluß 41 verbunden, der durch L-förmige Ansätze 42 gebildet wird, die sich von der Platte 34 zu dem rohrförmigen Körper 29 hin und entlang dem rohrförmigen Ansatz 36 erstrecken, und durch entsprechende Sitze 43, die axial auf dem rohrförmigen Körper 29 und um die mittige Bohrung 31 herum ausgebildet sind.
Auf der Seite, die dem Aufgußbehälter 7 zugewandt ist, hat die Platte 34 eine Anzahl von Nadeln 44, die einstückig mit der Platte 34 sind und sich parallel zu der Achse 6 von der Platte 34 zu dem Aufgußbehälter 7 hin erstrecken. Wie in 7 gezeigt ist, umfaßt jede Nadel 44 einen im wesentlichen zylindrischen Basisabschnitt 45 und einen aktiven Spitzenabschnitt 46 in Form einer vierseitigen Pyramide, wobei jede Fläche 47 eine konkave Fläche ist, die mit jeder angrenzenden Fläche 47 entlang einer Schneidkante 48 verbunden ist und einen Krümmungsradius hat, der allmählich von dem Ende der Fläche 47, die mit dem Basisabschnitt 45 verbunden ist, auf Null bei einer Spitze 49 kleiner wird.
Wie klarer in den 1, 3 und 4 gezeigt ist, ist der Deckel 33 becherförmig ausgebildet und koaxial mit der Achse 6 angeordnet, wobei seine Vertiefung dem Boiler 3 zugewandt ist, und er ist axial gleitbar mit dem rohrförmigen Körper 29 verbunden. Der Deckel 33 umfasst eine zylindrische Seitenwand 50, von der eine Innenfläche gleitbar mit einer Außenfläche des rohrförmigen Körpers 29 verbunden ist, und eine Endwand 51, die parallel zu der Platte 34 ist und dieser zugewandt ist und eine Anzahl kegelstumpfförmiger Bohrungen 52 hat, die jeweils koaxial mit einer entsprechenden Nadel 44 sind.
Der Deckel 33 umfaßt auswärts von der Seitenwand 50 eine Anzahl hohler Vorsprünge 53, die jeweils einen Sitz für das Ende einer entsprechenden Feder 53 bilden, die parallel zu der Achse 6 ist und zwischen dem Deckel 33 und dem Flansch 30 des rohrförmigen Körpers 29 zusammengedrückt wird, und die axial mit dem rohrförmigen Körper 29 durch einen elastischen Bajonettverschluß 55 verbunden ist, der durch L-förmiger Ansätze 56, die parallel zu der Achse 6 von dem Flansch 30 zu dem Aufgußbehälter 7 hin vorstehen und radiale Endzähne 57 haben, die der Achse 6 zugewandt sind, und durch entsprechende Umfangsrippen 58 gebildet wird, die von der Innenwand 50 nach Außen und quer zu der Achse 6 vorstehen. Die Höhe der Ansätze 56 und die Dicke der Rippen 58 sind derart, dass der Deckel 33 entlang dem rohrförmigen Körper 29 und entgegen den Federn 54 zwischen einer ausgezogenen Ruheposition, in der die Rippen 59 mit den jeweiligen Zähnen 57 zusammen wirken und der die Spitzen 49 der Nadeln 44 innerhalb der jeweiligen Bohrungen 52 liegen, und einer abgezogenen Arbeitsposition (nicht gezeigt) gleitbar ist, in der die Endwand 51 des Deckels 33 flüssigkeitsdicht auf der Ringdichte 39 aufsitzt und in der im wesentlichen der gesamte aktive Spitzenabschnitt 46 jeder Nadel 44 von der Endwand 51 nach Außen vorsteht. In diesem Zusammenhang sollte daraufhin gewiesen werden, dass die Dicke der Wand 51 vorzugsweise wenigstens gleich der Höhe des Basisabschnitts 45 von jeder Nadel 44 ist.
Im tatsächlichen Einsatz wird der Aufgußbehälter 7, nachdem er die versiegelte Kapsel 10 in der Ladepositi on, die in 1 gezeigt ist, aufgenommen hat, in der Richtung 8 in eine Aufgußposition (nicht gezeigt), bei der sie mit dem Sprinkler 4 in Kontakt kommt, durch eine bekannte Betätigungsvorrichtung (nicht gezeigt) bewegt, die normalerweise durch einen Hydraulikzylinder gebildet wird, der mit unter Druck stehendem Heißwasser parallel zu der Zufuhrleitung 5 und mit einem niedrigerem Druck versorgt wird als der, der das Ventil 9 öffnet.
Wenn der Aufgußbehälter 7 zu dem Ende ihrer Bewegung zu dem Sprinkler hin gelangt, verschiebt die versiegelte Kapsel 10, deren Foliendichtung 15 strömungsmitteldicht auf der Außenfläche 59 der Endwand 51 des Deckels 33 ruht, den Deckel 33 axial zu dem rohrförmigen Körper 29 entgegen den Federn 54, die zusammen gedrückt werden, so dass die Nadeln 44 von den Endwand 51 vorstehen und die Foliendichtung 15 durch schneiden praktisch ohne sie zu verbiegen, um entsprechende Löcher 60 durch die Foliendichtung 15 zu bilden.
Aufgrund der Form und der Schneidkanten 48 der Nadeln 44 wird jedes Loch 60 durch eine Gruppe von Schnitten gebildet, die sich von einem gemeinsamen Ursprung nach Außen erstrecken, und sie ist in dem gezeigten Beispiel (8 und 9) im wesentlichen in der Form eines Kreuzschnitts, der in der Foliendichtung Flügel oder Blätter 61, eines für jede Fläche 47 der jeweiligen Nadel 44, die sich elastisch ins Innere der versiegelten Kapsel 10 verbiegen, um mit jeweiligen konkaven Flächen 47 jeweilige freie Durchgänge 62 zu bilden.
Wenn die Endwand 51 in der abgezogenen Position arretiert wird, bei der sie mit der Dichtung 39 in Kontakt ist, zeigt der Druckstrom auf dem Ventil 9, um das Ventil 9 zu öffnen, und unter Druck stehendes Heißwasser fließt durch die Bohrung 35 in eine Kammer, die durch die Platte 34 und durch die Endwand 51 in der abgezogenen Position gebildet wird, gegen die Dichtung 39. Aus dieser Kammer fließt das unter Druck stehende Heißwasser in die versiegelte Kapsel 10 durch die Zwischenräume zwischen den zylindrischen Basisabschnitten 35 und den kegelstumpfförmigen Flächen der entsprechenden Bohrungen 51 in der Endwand 51 und durch die Durchgänge 62 der Löcher 60 ohne, dass ein Überdruck auf die Foliendichtung 15 ausgeübt wird. Die freien Durchgänge 62 eliminieren das Risiko, dass die perforierte Foliendichtung 15 durch den Druck des Heißwassers aufgerissen wird, dass statt dessen frei in die versiegelte Kapsel 10 fließt und gleichmäßig über den gesamten gemahlenen Kaffee in der versiegelten Kapsel verteilt wird, ohne jegliche bevorzugte Passagen zu bilden.
Das im wesentlichen gleichzeitige Durchstoßen der Endwand 12 der versiegelten Kapsel 10 durch eine weitere, bekannte Stechvorrichtung (nicht gezeigt) auf dem Aufgußbehälter 7 wird ermöglicht, dass der flüssige Kaffee die Filterschnaupe 17 erreichen und durch diese ausfließen kann.
Wenn der Wasservorrat von dem Boiler 3 abgesperrt ist und der Aufgußbehälter 7 von dem Sprinkler in der Richtung 8 durch eine externe Steuerung abgenommen wird, werden die Nadeln 44 allmählich aus den entsprechenden Löchern 60 abgezogen, und der Restwasserdruck in der versiegelten Kapsel verformt die Blätter 61 von jedem Loch 60 in dem Sinne, dass das Loch 60 im wesentlichen verschlossen wird, und dass genügender hydraulischer Widerstand erzeugt wird, um Wasser und gemahlenen Kaffee daran zu hindern, aus der versiegelten Kapsel 10 daraus auf den Sprinkler 4 zu „explodieren". In anderen Worten wirkt aufgrund seiner Form jedes Loch 60 als Rückschlag – Blattventil, dass eine Beeinträchtigung des Sprinklers 4 verhindert, sobald der Filtervorgang abgeschlossen ist.

Claims

Stechvorrichtung (32) zum Durchstechen einer versiegelten Kapsel (10) für eine Portion gemahlenen Kaffees in Kombination mit einer Kaffeemaschine (1), die einen Sprinkler (4) für unter Druck gesetztes Heißwasser und einen Aufgußbehälter (7), der dem Sprinkler (4) zugewandt und im Bezug auf den Sprinkler (4) in eine und aus einer Aufgußposition bewegbar ist, in der der Aufgußbehälter (7) mit dem Sprinkler (4) verbunden ist; wobei der Aufgußbehälter (7) geeignet ist, die starre versiegelte Kapsel (10) aufzunehmen, die an einem Ende durch eine Foliendichtung (17), die im Gebrauch dem Sprinkler (4) zugewandt ist, verschlossen ist; und wobei die Stechvorrichtung (32) von dem Sprinkler (4) in einer dem Aufgußbehälter (7) zugewandten Position getragen wird; wobei die Stechvorrichtung (32) eine Anzahl von Nadeln (44) aufweist, die dem Aufgußbehälter (7) zu gewandt sind, wobei jede der Nadeln (44) einen aktiven Abschnitt (46) zum Durchstechen der Foliendichtung (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Nadel entlang der Gesamtheit ihrer Länge in der Form einer Pyramide mit transversal konkaven Stirnflächen (47) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin jede konkave Oberfläche (47) mit jeder angrenzenden Fläche (47) eine verbindende Schneidkante (47) definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin jede konkave Oberfläche (47) jeder Nadel (44) einen Krümmungsradius hat, der allmählich zu einer Spitze der Nadel (44) hin auf Null abnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche und umfassend eine Platte (34), die die Nadel (44) trägt, einen Deckel (33), der eine Endwand (51) aufweist, die eine Anzahl von Löchern (52) hat, von denen jedes mit einer entsprechenden Nadel (44) ausgerichtet ist; wobei die Endwand (51) zwischen der Platte (34) und dem Aufgußbehälter (7) angeordnet ist und entgegengesetzt zu dem Druck von elastischen Mitteln (54) von einer ausgezogenen Position, bei der die Nadeln (44) abgedeckt sind, in eine rückgezogene Position bewegbar ist, in der die Nadeln (44) aus der Endwand (51) durch die entsprechenden Löcher (52) und in Richtung zu dem Aufgußbehälter (7) hin vorstehen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die Nadeln (44) in ihrer Größe so bemessen sind, dass sie aus der Endwand (51), wenn die Endwand (51) in der zurückgezogenen Position ist, um einen Abschnitt vorste hen, der vollständig in dem aktiven Spitzenabschnitt (46) enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, worin jede Nadel (44) zusätzlich zu dem aktiven Spitzenabschnitt (46) einen Basisabschnitt (45) mit einer Höhe nahezu gleich der Dicke der Endwand (51) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, worin der Basisabschnitt (45) zylindrisch ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, worin die Löcher (52) kegelstumpfförmig sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, worin der Deckel (33) durch einen rohrförmigen Körper (29) über die dazwischen angeordneten, elastischen Mittel (54) gelagert ist und axial mit dem rohrförmigen Tragekörper (29) durch einen elastischen Bajonettverschluss (55) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Platte (34) durch den rohrförmigen Tragekörper (29) gelagert ist, und axial mit dem rohrförmigen Tragekörper (39) durch einen Bajonettverschluss (41) verbunden ist.