DE102013013597A1

DE102013013597A1 - "Heißgetränkesystem, Zubereitungsvorrichtung und Kapseln"

Info

Publication number: DE102013013597A1
Application number: DE102013013597.4A
Authority: DE
Inventors: Harald Schrott; Kurt Wallerstorfer
Original assignee: MECOSWISS Mechanische Componenten GmbH and Co KG
Current assignee: MECOSWISS Mechanische Componenten GmbH and Co KG
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2015-02-19

Abstract

Es wird eine Kapsel zur Bevorratung von Heißgetränkepulver, wie zum Beispiel Kaffeepulver, Kakaopulver oder dergleichen für die Zubereitung von Heißgetränken, wie zum Beispiel Kaffee, Espresso, Kakao oder dergleichen, in einer Kaffeemaschine, einem Kaffeeautomat, einem Getränkeautomat oder dergleichen, wobei die Kapsel einen Behälter zur Aufnahme des Heißgetränkepulvers und zum Einleiten einer Brühflüssigkeit, insbesondere von heißem Wasser, zum Heißgetränkepulver umfasst, vorgeschlagen. Um die Getränkequalität verbessern zu können ist, mindestens ein Sensorelement zum Erfassen von Messgrößen vorhanden, wobei wenigstens eines der Sensorelemente wenigstens teilweise zu einem Bereich hin, in den die Brühflüssigkeit beim Einleiten gelangt, ohne Abdeckung angebracht ist, sodass es beim Einleiten der Brühflüssigkeit unmittelbar mit der Brühflüssigkeit in Kontakt kommen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kapsel zur Bevorratung von Heißgetränkepulver nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Zubereitungsvorrichtung zur Zubereitung von Heißgetränken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14 sowie ein Heißgetränkesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Automaten und Getränkemaschinen zur Zubereitung von Heißgetränken bekannt, die mit einem Kapselsystem arbeiten. Das Getränkepulver, das für die Zubereitung des Heißgetränks, wie z. B. Kaffee, Kakao, Tee oder dergleichen, benötigt wird, ist in einzelnen Kapseln vorportioniert und kann unmittelbar mit einer Brühflüssigkeit in Kontakt gebracht werden, sodass eine rasche Zubereitung des Getränks ermöglicht wird. Unterdessen existieren auch zahlreiche Hersteller derartiger Kapseln oder Zubereitungsmaschinen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kapsel, eine Zubereitungsvorrichtung bzw. ein Heißgetränkesystem bereitzustellen, bei welchem die Qualität des zuzubereitenden Getränks verbessert werden kann.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Kapsel, einer Zubereitungsvorrichtung sowie einem Heißgetränkesystem der eingangs genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 14 bzw. 18 gelöst.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Die erfindungsgemäße Kapsel ist zur Bevorratung von Heißgetränkepulver ausgebildet. Bei den derartigen Heißgetränkepulvern kann es sich beispielsweise um Kaffeepulver, Kakaopulver, Teepulver oder dergleichen handeln. Bei Mischgetränken kann auch beispielsweise ein Trockenmilchpulver zusätzlich beigemengt werden. Es handelt sich also um Heißgetränke, wie beispielsweise Kaffee, Espresso, Kakao, Tee oder spezielle Sorten, wie Milchkaffee, Capuccino, Latte macchiato und so weiter. Als Zubereitungsvorrichtungen werden verschiedene Getränkeautomaten, Getränkemaschinen, Kaffeemaschinen, Kaffeeautomaten eingesetzt, und zwar sowohl für den privaten Haushalt als auch für die betriebliche Nutzung bzw. die Nutzung in der Gastronomie. Teilweise werden die Kapseln von Hand bei jeder Zubereitung vom Benutzer eingelegt, teilweise sind die Kapseln in einer Art Magazin bevorratet und werden automatisch für die entsprechend Brühvorgänge nachgeladen.
Die Kapsel wiederum umfasst einen Behälter zur Aufnahme des Heißgetränkepulvers, in den auch die Brühflüssigkeit eingeleitet werden kann. Bei der Brühflüssigkeit handelt es sich insbesondere um heißes Wasser. Dementsprechend zeichnet sich die erfindungsgemäße Kapsel dadurch aus, dass mindestens ein Sensorelement zum Erfassen von Messgrößen vorgesehen ist, wobei wenigstens eines der Sensorelemente wenigstens teilweise zu einem Bereich hin, in den die Brühflüssigkeit beim Einleiten gelangt, ohne Abdeckung angebracht ist, sodass es beim Einleiten der Brühflüssigkeit unmittelbar mit dieser in Kontakt kommen kann. Durch diese Maßnahme kann der Brühvorgang unmittelbar durch einen Sensor überwacht werden.
Es ist beispielsweise denkbar, dass aus bestimmten Gründen die Temperatur beim Brühvorgang nicht der optimalen Brühtemperatur der Brühflüssigkeit entspricht. Dies kann durch Toleranzen der Maschine, durch Fehler in der Maschinensteuerung oder auch dadurch ausgelöst werden, dass momentan manuell ein falsches bzw. unpassendes Programm für den Brühvorgang eingestellt wurde oder die Maschine so eingestellt, dass ein Standardprogramm abläuft, welches jedoch nicht optimal auf das aktuelle Heißgetränk abgestellt ist. Mittels der erfindungsgemäßen Kapsel kann somit der Brühvorgang über das Sensorelement überwacht werden und damit eine Steuerung der Maschine ermöglichen, die den Brühvorgang optimal an das gerade zuzubereitende Getränk anpasst, beispielsweise Temperatur oder Dauer erhöht.
Es ist aber auch möglich, den Brühvorgang erst gar nicht nach einem Standardverfahren ablaufen zu lassen, sondern diese Parameter für jeden Brühvorgang und für jede Kapsel unmittelbar neu mittels des Sensorelementes zu bestimmen. Das Sensorelement kann gegebenenfalls z. B. Hinweise auf Konzentrationen mitteilen und entsprechend diese Daten weitergeben, sodass der Brühvorgang entsprechend gesteuert wird. Somit kann die Qualität des Heißgetränkes entscheidend verbessert werden.
Bei verschiedenen Ausführungsvarianten der Erfindung kann das Sensorelement als Schicht oder als Leiterbahn oder als Draht ausgebildet sein. Eine derartige Schicht kann beispielsweise an der Innenwand des Behältertopfes oder des Deckels angebracht sein. Des Weiteren kann ebenso eine Leiterbahn dort aufgedruckt werden. Es ist aber auch möglich, einen Draht vorzusehen, der an entsprechender Stelle der Kapsel eingefügt wurde. Welche dieser Möglichkeiten gewählt wird, hängt zum einen davon ab, welche Art von Sensor gerade benötigt wird. Bei kapazitiven Sensoren kann beispielsweise eine flächige Schicht vorteilhaft sein, während dann, wenn er gewünscht ist, das Sensorelement möglichst klein oder dezent auszubilden, gegebenenfalls eine Leiterbahn oder Draht völlig ausreicht.
Das Sensorelement kann beispielsweise zur Überwachung der Temperatur als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet sein. Wird die Kapsel eingelegt, so besitzt das Sensorelement etwa Raumtemperatur. Wird die Brühflüssigkeit eingeleitet, so steigt die Temperatur sprungartig an. Bei einigen Kaffee- oder Teesorten ist es für das Aroma des Getränks ganz entscheidend, dass die Brühtemperatur in einem vorgegebenen, oftmals sehr schmalen Bereich liegt. Der Temperaturverlauf kann also mitverfolgt werden und gegebenenfalls auch zeitlich überwacht werden, damit das Ergebnis des Getränks eine entsprechend verbesserte Qualität aufweisen kann. Der Vorteil eines Temperatursensors besteht insbesondere darin, dass er vergleichsweise einfach gemessen werden kann und außer dem temperaturabhängigen Widerstand keine weiteren Bauteile in der Regel benötigt werden, die in der Kapsel untergebracht werden müssen. Es wird also regelmäßige eine kostengünstige Fertigung ermöglicht.
Zur Detektion, ob Brühflüssigkeit vorhanden ist, kann das Sensorelement auch als überbrückbarer elektrischer oder optischer Kontakt ausgebildet sein. Bei einem überbrückbaren elektrischen Kontakt handelt es sich um eine Unterbrechung im Stromkreis, die durch den Kontakt beider, in der Regel nah beieinander liegender Elektroden mit der Brühflüssigkeit überbrückt wird, d. h. der Strom kann von der einen Elektrode durch die Brühflüssigkeit zu anderen fließen. Der Strom wird meist auf eine Niederspannung umgewandelt, sodass dies keine Auswirkungen auf den Brühvorgang hat und keine Gefahr für den Benutzer vorliegt. Ferner kann vorteilhafterweise die Niedrigspannung über einen Trenntrafo vom Stromnetz galvanisch getrennt werden. Die Brühflüssigkeit ist regelmäßig zumindest schwach leitend ausgebildet, sodass von einem Stromfluss ausgegangen werden kann, auch unabhängig von unterschiedlichen Bedingungen, wie verschiedenen Wasserhärtegraden usw.
Auch ein überbrückbarer optischer Kontakt ist möglich, bei dem das Licht von einem Lichtleiter in die Brühflüssigkeit eingekoppelt und von einem anderen Lichtleiter wieder detektiert bzw. in diesen Lichtleiter eingekoppelt werden kann. In einem solchen Fall empfiehlt es sich insbesondere, flächige Lichtleiterflächen zum ein- und auskoppeln zu verwenden und diese vergleichsweise nah beieinander anzuordnen, damit durch Effekte, wie Streuung, Brechung an den Grenzflächen oder gegebenenfalls auch Beugungseffekte nicht zu viel Licht verloren geht. Ein entsprechendes optisches Sensorelement ermöglicht es, den Detektionsvorgang stromlos zu halten. Ein überbrückbarer elektrischer Kontakt ist besonders einfach zu realisieren, da hierfür zwei einfache Elektroden genügen, die nur mit der Brühflüssigkeit in Verbindung gebracht werden müssen. Diese Ausführungsform ist daher besonders kostengünstig.
Die Kapseln besitzen grundsätzlich den Vorteil, dass sie in der Regel sehr lange gelagert werden können und dicht verschlossen sind, sodass über lange Zeit kein Aromaverlust zu befürchten ist. Erst bei besonders langer Lagerung können nach und nach Qualitätsminderungen dadurch entstehen, dass trotz des Verschlusses der Kapsel Sauerstoff in die Kapsel eindringt und Oxidationsprozesse ablaufen, durch die das Getränkepulver mehr und mehr an Aroma und insgesamt an Qualität verliert. Bei der Herstellung der Kapsel wird bei Einfüllung des Getränkepulvers meistens mit einem Gas gespült, z. B. einem Edelgas, sodass das Pulver länger haltbar gemacht werden kann und nicht an Aroma verliert. Diffundieren nach längerer Zeit jedoch Sauerstoffmoleküle ins Innere der Kapsel, können diese das Pulver oxidieren. Das Sensorelement im Inneren der Kapsel kann daher als elektrischer Leiter ausgebildet sein, der in Verbindung mit Sauerstoff ebenfalls oxidiert und seine elektrische Leitfähigkeit ändert.
Denkbar ist auch, ein optisches Element als Sensorelement zu verwenden, welches durch Oxidation seine optischen Eigenschaften ändert. Ist eine gewisse Menge an Sauerstoff in die Kapsel eingedrungen und ist dadurch zu befürchten, dass das Getränkepulver maßgeblich an Qualität verloren hat, so kann dies über das Sensorelement erfasst werden und es kann über die Maschinensteuerung eine Warnmeldung ausgegeben werden. Gegebenenfalls kann auch der Brühvorgang unterbrochen werden. Die Qualität des Getränks wird dadurch maßgeblich beeinflusst. Es kann auch festgestellt werden, wenn eine Kapsel beispielsweise durch mechanische Beschädigung ein Leck enthält und dadurch Sauerstoff eingedrungen ist, obgleich die Kapsel relativ neu ist und nicht lange gelagert wurde.
Der Behälter einer Kapsel kann bei einer Ausführungsvariante der Erfindung als Topf mit einer Öffnung ausgebildet sein, wobei die Öffnung von einem Deckel abgedeckt wird. Der Topf selbst bevorratet das Getränkepulver. Der Deckel dient zum Verschluss der Öffnung und ist meistens angeschweißt. In der Zubereitungsvorrichtung wird die Kapsel in eine Aufnahmevorrichtung eingebracht und dort gehalten. Sie wird meist von einem Schieber in die Brühposition gebracht, dort festgehalten, wobei gleichzeitig der Deckel geöffnet bzw. von Messern durchschnitten wird. Dieses Einschneiden in den Deckel erfolgt an bestimmten Stellen. Eine Kontaktaufnahme zwischen Maschine und Kapsel kann also insbesondere im Bereich des Deckels erfolgen. Dementsprechend kann auch vorteilhafterweise das Sensorelement im Bereich des Deckels oder im Deckel angebracht sein, zumal auch der Deckel meist mit der Brühflüssigkeit in Kontakt kommt. Die Messung durch den Sensor kann dadurch möglichst nah am eigentlichen Brühvorgang bzw. im Brühvorgang selbst erfolgen.
Der Deckel kann mehrschichtig ausgebildet sein bzw. mindestens zwei Schichten besitzen, wobei eine Schicht auch als Sensorelement dienen kann. Das Sensorelement kann bei einer Weiterbildung der Erfindung insbesondere direkt mit dem zu vermessenden Bereich in Kontakt kommen, also beispielsweise mit dem Inneren der Kapsel, in der der Brühvorgang stattfindet. Denkbar ist allerdings auch, dass das Sensorelement zum Außenraum hin ohne Abdeckung angebracht ist und dort beispielsweise detektiert, ob es einen Wassereinbruch in den Außenraum gegeben hat, der beispielsweise durch eine defekte Dichtung verursacht wird. Das Sensorelement, das mit dem Getränk in Verbindung kommt, sollte lebensmittelecht ausgebildet sein, d. h. es sollte Geschmack und Geruch des Getränks nicht verändern und auch sonst keine schädigende Wirkung für die menschliche Gesundheit verursachen.
Das Sensorelement kann in diesem Fall insbesondere auch auflösbar ausgebildet sein. Wird das Sensorelement dann aufgelöst, wird beispielsweise ein elektrischer Kontakt unterbrochen oder zumindest der Widerstand merklich verändert, was somit detektiert werden kann. Ist das Sensorelement auflösbar ausgebildet, handelt es sich um einen äußerst wirksamen und zuverlässigen Detektor zur Messung, ob Brühflüssigkeit eingedrungen ist oder nicht. Des Weiteren könnte festgestellt werden, wenn bereits vor Einleiten der Brühflüssigkeit das Sensorelement aufgelöst ist, dass ein Fehler vorliegt, der beispielsweise darin begründet ist, dass die Kapsel beschädigt wurde und vorher bereits Flüssigkeit eingedrungen ist, welche dafür gesorgt hat, dass das Sensorelement sich auflöst. Durch diese Möglichkeit wird also eine vielfache Funktionalität erreicht, die ein sehr zuverlässiges Erfassen des Kapselzustandes ermöglicht.
Denkbar ist auch, statt eines ohmschen Widerstandes als Sensorelement eine Induktivität oder eine Kapazität einzusetzen. Eine Kapazität wird beispielsweise so angeordnet, dass das Medium zwischen den Kondensatorplatten grundsätzliche Änderungen erfahren kann und diese sich in einer Änderung der Kapazität widerspiegeln, da also das Dielektrikum zwischen den Kondensatorplatten geändert wird. In ähnlicher Weise kann auch das Verhalten einer Induktivität durch deren Umgebungsmedium beeinflusst werden, etwa auch durch Abschirmung des Magnetfeldes durch das die Induktivität umgebende Medium. Vorteilhaft ist an derartigen Messmethoden, dass diese auch ergänzend verwendet werden können und vielfache Messmöglichkeiten bestehen, beispielsweise auch der Grad des befüllten Volumens usw.
Grundsätzlich kann, wie bereits oben beschrieben ist, das Sensorelement auch als Lichtleiter ausgebildet sein, wobei nicht nur ein unterbrochener optischer Leiter Verwendung finden kann, sondern der Leiter kann auch mit dem zu vermessenden Medium in Kontakt stehen. Ist die Kapsel im Inneren beispielsweise mit Gas und Pulver (wobei im vorliegenden Fall das Pulver vernachlässigt wird) befüllt, so erfolgt im direkten Kontakt an der Kontaktfläche ein Grenzflächenübergang von einem optisch dichten Material (dem Lichtleiter) zu einem optisch dünneren Material, nämlich dem Gas in der Kapsel. Wird jedoch die Kapsel mit Brühflüssigkeit geflutet, erhöht sich die optische Dichte des Mediums in der Kapsel und somit auch die Grenzflächeneigenschaften in Bezug auf Reflexions- und Brechungsverhalten. Dadurch wird auch die Transmission durch den Lichtwellenleiter beeinflusst. Diese Größe kann folglich detektiert werden.
Denkbar ist auch, dass eine Beschichtung am Lichtwellenleiter angebracht ist oder beispielsweise auch eine Bedruckung, die durch das Wasser beeinflusst wird. Beispielsweise kann es sich um eine thermochrome Beschichtung handeln, die also ihre Farbe mit der Temperatur ändert oder aber um eine abwaschbare bzw. auflösbare Beschichtung, die somit ebenfalls den Grenzflächenübergang zwischen Lichtwellenleiter und zu vermessendem Medium ändert.
Neben der Funktion eines Sensorelementes kann dieses also auch eine Codierung tragen. Eine Codierung im Sinne der Erfindung bedeutet eine Kategorisierung der Kapsel, also die Bereitstellung der Information, um welche Art von Getränk es sich handelt (Kaffee, Kakao, Tee, Kaffeesorte, einfacher Kaffee, Espresso, Milchkaffee oder dergleichen). Des Weiteren kann eine Herstellerangabe bzw. ein Plagiatschutz vorgesehen sein, d. h. durch die Codierung kann die Maschine ermitteln, ob eine Kapsel vom richtigen Hersteller vorliegt oder ob eine Kapsel eines Dritten verwendet wird. Diese Codierung kann in vielfältiger Weise erfolgen. Wird beispielsweise als Sensorelement ein veränderbarer Widerstand (z. B. temperaturabhängig) verwendet, so kann die Codierung darin bestehen, dass bekannt ist, welchen Widerstandswert der Sensor bei Raumtemperatur annimmt. Die Kapsel eines Drittherstellers, der ebenfalls einen temperaturabhängigen Widerstand eingesetzt hat, welcher jedoch einen anderen Widerstandswert bei Raumtemperatur besitzt, wird von der Maschine sodann als ”Fremdkapsel” erkannt. Durch diese Ausführungsformen der Erfindung kann also neben einer Sensordetektion auch eine Codierung bereitgestellt, und beide Maßnahmen können in vorteilhafter Weise miteinander verknüpft werden, sodass nicht nur eine Kontrolle des Brühvorgangs oder der Kapselqualität erfolgt, sondern auch deren Kategorisierung abgefragt wird oder die betriebliche Herkunft festgestellt wird.
Die erfindungsgemäße Zubereitungsvorrichtung umfasst unter anderem eine Brühvorrichtung zur Zubereitung der Brühflüssigkeit, beispielsweise von heißem Wasser für das Aufbrühen des Heißgetränkes. Des Weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäße Zubereitungsvorrichtung dadurch aus, dass eine Sensorvorrichtung zum Messen von Daten vorgesehen ist, wobei die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet ist, das Messen anhand des Sensorelementes durchzuführen. Die Qualität der Getränkezubereitung kann somit dadurch verbessert werden, dass eine Kapsel mit dem entsprechenden Sensorelement verwendet wird und die Zubereitungsvorrichtung die zum Auslesen der Messdaten nötige Sensorvorrichtung besitzt. Durch diese Maßnahme kann u. a. der Brühvorgang oder der Zustand der Kapsel überwacht werden, wodurch die Qualität des Heißgetränks verbessert werden kann.
Die Sensorvorrichtung kann mit dem Sensorelement unmittelbar verbunden werden. Denkbar ist aber grundsätzlich auch eine Drahtlosverbindung, wie beispielsweise über einen RFID. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise Schneidkontakte umfassen, die mit einem Schieber zur Halterung der Kapsel in die Kapsel, insbesondere in den Deckelrand eindringen und dort einen elektrischen Kontakt herstellen.
Denkbar ist aber auch, dass eine Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht in einen Lichtleiter der Kapsel vorgenommen wird. Besonders vorteilhaft ist es, dies in einem Trockenbereich der Aufnahmevorrichtung durchzuführen, da auf diese Weise möglichst wenig Verschmutzung in den Bereich der elektrischen Kontakte oder in den Bereich der optischen Lichtleiter auftreten kann. Durch diese Maßnahme kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Sensorvorrichtung verbessert werden. Der Trockenbereich ist beispielsweise am Topfrand, dem Kragen des Kapselbehälters angesiedelt und wird durch Dichtungen abgetrennt, mit denen der Deckel im Randbereich der Kapsel abgedichtet wird. Der schmale Überstand des Kragens genügt dann zur Kontaktierung. Auch im seitlichen Randbereich, an dem die Schichten des Deckels hervortreten, kann in vorteilhafter Weise eine Kontaktierung erfolgen.
Die Vorteile einer Codierung können genutzt werden, wenn die Sensorvorrichtung bei einer Ausführungsform der Erfindung auch zur Erkennung der Codierung anhand des Sensorelementes ausgebildet ist. Die Sensorvorrichtung kann also auch mehrere Detektionseinheiten umfassen.
Die Brühvorrichtung kann bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kontrolliert, d. h. gesteuert bzw. geregelt werden, wobei diese Regelung über die Sensorvorrichtung und die anhand des Sensorelementes festgestellten Daten durchführbar ist. Beispielsweise kann der Temperaturverlauf des Brühvorgangs über das Sensorelement erfasst und gesteuert werden. Denkbar ist auch, dass die Zeit über das Sensorelement ermittelt wird und anhand der Konzentration oder anhand der vollständigen Auflösung eines auflösbaren Sensorelementes der Brühvorgang unterbrochen wird. Ferner ist denkbar, dass der Brühvorgang erst gar nicht gestartet wird, wenn beispielsweise über das Sensorelement ein Sauerstoffgehalt in der Kapsel festgestellt wird, der ein vorgegebenes Maß überschreitet. Gegebenenfalls kann die Maschinensteuerung oder die Sensorvorrichtung auch bestimmte Ereignisse, die über das Sensorelement detektiert werden, erfassen und mitzählen, wie oft dieses Ereignis vorkommt. Wird beispielsweise hinsichtlich der Codierung erfasst, dass mehrmals Kapseln eines Drittherstellers, die nicht für den Betrieb mit der Maschine zugelassen sind, verwendet werden, so kann die Maschine beispielsweise den Brühvorgang abschalten oder vollständig den Betrieb einstellen, sodass eine Rücksprache mit der entsprechenden Wartungsgesellschaft vorgesehen werden muss.
Dementsprechend zeichnet sich ein Heißgetränkesystem zur Zubereitung von Heißgetränken dadurch aus, dass die erfindungsgemäße Zubereitungsvorrichtung oder eine Ausführungsform der Erfindung sowie eine Kapsel gemäß der Erfindung bzw. eine Ausführungsform der Kapsel zusammen verwendet werden.
Ausführungsbeispiele:
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Kaffeeautomaten gemäß der Erfindung,
2: eine schematische Darstellung einer allgemeinen Kapsel
3: ein schematischer Schnitt durch eine Aufnahmevorrichtung, für eine Kapsel gemäß der Erfindung,
4: ein schematischer Schnitt durch eine Aufnahmevorrichtung mit einer Kapsel in Prüfsituation gemäß der Erfindung,
5: eine schematische Darstellung eines Deckels gemäß der Erfindung,
6: eine schematische Darstellung eines Tasterkontakts in einem Deckel gemäß der Erfindung,
7: eine schematische Darstellung eines betätigten Tasterkontakts gemäß der Erfindung,
8a: eine schematische Darstellung einer elektrischen Kontaktierung eines Deckelkontakts gemäß der Erfindung (mit 2 Verbindungselektrodenpaaren),
8b: eine schematische Kontaktierung eines Deckelkontakts gemäß der Erfindung in anderer Winkelposition als 8a,
8c: eine schematische Darstellung einer elektrischen Kontaktierung eines Deckelkontakts gemäß der Erfindung (mit 3 Verbindungselektroden),
8d: eine schematische Kontaktierung eines Deckelkontakts gemäß der Erfindung in anderer Winkelposition als 8c,
9: eine Schaltungsskizze für eine stromkompensierte Drossel gemäß der Erfindung,
10: eine schematische Schaltdarstellung eines Tasterkontakts, analog zu den 6 und 7 gemäß der Erfindung,
11 und 12: schematische Darstellungen eines drucksensitiven Taster-Potentiometers gemäß der Erfindung,
13 bis 16: schematische Darstellungen der Betätigung des drucksensitiven Potentiometers gemäß den 11 und 12,
17: eine schematische Darstellung des druckabhängigen Widerstandes bei einem Druckpotentiometer gemäß den 11 bis 16,
18: eine schematische Darstellung eines Deckels mit einem Taster betätigbaren Schwingkreis,
19: ein schematischer Schnitt durch eine Kapsel mit Lichtwellenleiter sowie Sender und Empfänger in der Aufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung,
20: ein schematischer Schnitt durch eine Kapsel mit Lichtwellenleiter und Leuchtdiode sowie Aufnahmevorrichtung mit Empfänger gemäß der Erfindung,
21: schematische Darstellung eines über einen Taster betätigbaren Schaltkreises mit Leuchtdiode im Deckel gemäß der Erfindung,
22: schematische Darstellung eines Deckels mit Leuchtdiode und Taster,
23: schematische Darstellung einer Schaltung analog zur 22 mit Widerstandsabgriff zwischen den Kontaktelektroden,
24: eine schematische Darstellung eines Sensorelements im Deckel einer Kaffeekapsel gemäß der Erfindung,
25: schematische Darstellung eines Deckels mit Sensorelement,
26: schematische Darstellung eines Deckels mit Einschneide-/Öffnungsbereichen,
27: schematische Darstellung der Stempelfläche eines Schiebers, sowie
28–32: schematische Darstellungen der Leiteranordnungen und der Verbotszonen an einem Deckel für eine erste Leiterschicht in verschiedenen Winkelpositionen gem. der Erfindung,
33–34: schematische Darstellungen der Leiteranordnungen und der Verbotszonen an einem Deckel für eine zweite, parallel zur ersten Leiterschicht nach 28–32 angeordneten Leiterschicht gem. der Erfindung, und
35–36 schematische Darstellungen der beiden Leiterschichten aus den 28–34 übereinander,
37 eine Speichermatrix,
38 eine schematische Darstellung eines Deckels mit elektrolumineszentem Material (innen),
39 eine schematische Darstellung eines Deckels mit elektrolumineszentem Material (am Rand des Deckels/am Kragen).
1 zeigt einen Kaffeeautomaten 1 in schematischer Darstellung mit einer Kaffeekapsel 2, die in Brühposition in einer Aufnahmevorrichtung 3 gehalten wird. Der Kaffeeautomat 1 dient der Zubereitung eines Heißgetränks, nämlich im vorliegenden Fall insbesondere von Kaffee, Espresso, Cappuccino, Latte macchiato usw. Ähnliche Automaten können grundsätzlich auch für die Zubereitung von Kakao, Tee oder sonstigen Heißgetränken verwendet werden.
Der Kaffeeautomat 1 umfasst des Weiteren einen Wassertank 4, welcher hier ebenfalls nur schematisch dargestellt ist. Wassertanks für Getränkeautomaten können beispielsweise mit Filterkartuschen ausgestattet werden, die eine Entkalkung oder sonstige Aufreinigung des Wassers bewirken können. Vom Wassertank 4 aus wird das Wasser über eine Leitung 5 mittels einer Brühvorrichtung 6 erwärmt und gelangt schließlich über die Leitung 7 in die Kapsel 2. Die Kapsel 2 wird dazu beispielsweise im Deckelbereich durchbohrt.
Im Allgemeinen verfügt die Kapsel 2 über einen Behälter, der hermetisch abgedichtet ist und das Heißgetränkepulver bevorratet. Je nach Ausführungsform wird das Heißgetränkepulver, beispielsweise das Kaffeepulver unter einer Schutzbegasung bei der Fertigung der Kapsel in den Behälter eingefüllt. Durch diese Maßnahme kann das Aroma des bereits gemahlenen Kaffees beziehungsweise sonstiger Getränkepulver über längere Zeit erhalten bleiben, und das Pulver ist auch bei längerer Lagerung in der Regel noch frisch. Der Brühvorgang kann bei einer derartigen Vorrichtung unmittelbar in der Kapsel selbst erfolgen. Das gebrühte Getränk gelangt sodann über eine Leitung 8 in eine Kaffeetasse 9, die vom Benutzer in den Kaffeeautomaten 1 hineingestellt wird. Bei anderen Arten von Getränkeautomaten einer höheren Automatisierungsstufe werden zuweilen automatisch die Kaffeebecher aus Plastik, Verbundmaterial, Pappe oder dergleichen maschinengesteuert unter den Ausguss des Heißgetränkes platziert und nach Befüllung an den Benutzer abgegeben.
Insgesamt wird die Maschine über eine Maschinensteuerung 10 gesteuert. Die Kapsel 2 wiederum kann durch einen Kontrollvorrichtung beziehungsweise Sensorvorrichtung 11 kontrolliert beziehungsweise ausgelesen/vermessen werden. Dieser Zugriff auf die Kapsel ist durch die gestrichelte Linie 12 schematisch dargestellt. Die Kontrollvorrichtung 11 ist gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung dazu ausgebildet, eine Codierung der Kapsel zu erfassen.
Die Codierung kann einerseits dem Zweck dienen, eine Kategorisierung der Kapsel als Information bereitzustellen, zum Beispiel die Information, ob es sich um Kaffee, Tee, Kakao, koffeinfreien Kaffee, eine Capuccinomischung oder eine sonstige spezielle Getränkesorte handelt. Andererseits kann durch die Codierung aber auch ein Plagiatschutz beziehungsweise eine Herstellererkennung vorgenommen werden.
Die Verbindung 13 zur Maschinensteuerung 10 ermöglicht sodann, dass die Maschine auf die von der Kontrollvorrichtung 11 gewonnenen Informationen reagieren kann. Vorteilhafterweise werden unterschiedliche Getränkesorten in unterschiedlicher Weise zubereitet. Die Zubereitung unterscheidet sich beispielsweise hinsichtlich der Wassertemperatur des Brühwassers, hinsichtlich der Wassermenge, hinsichtlich der Dauer des Brühvorgangs und gegebenenfalls sogar dadurch, welche Art von Brühflüssigkeit verwendet wird. Denkbar ist beispielsweise, dass neben Wasser auch Milch oder der Zusatz von Milchtrockenpulver, der Zusatz von Zucker oder dergleichen gewünscht ist. Entsprechend kann die Maschinensteuerung 10 beispielsweise auf die Brühvorrichtung 6 einwirken und sie kontrollieren.
Im Falle einer Herstellererkennung beziehungsweise eines Plagiatschutzes sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie die Maschinensteuerung 10 reagieren kann: Wird ein falscher oder unbekannter Hersteller erkannt, kann die Maschinensteuerung 10 den Zubereitungs- beziehungsweise Brühvorgang zum Beispiel unmittelbar unterbrechen oder gar nicht erst mit der Zubereitung beginnen, wenn die Kontrollvorrichtung 11 dazu ausgebildet ist, diese Herstellerinformation bereits unmittelbar vor Beginn des Zubereitungsvorgangs zu überprüfen. Denkbar ist auch, dass die Maschinensteuerung veranlasst, dass der Brühvorgang in einer besonderen Weise fortgesetzt wird, beispielsweise bei einer anderen Temperatur, unter Verwendung einer speziellen Menge an Brühflüssigkeit, während einer speziellen Brühdauer usw. Denkbar ist auch, dass die Maschinensteuerung 10 eine Art Zähler umfasst, der mitzählt, wie oft ein bestimmter Hersteller, insbesondere ein Fremdhersteller verwendet wurde. Wurde zum Beispiel mehrere Male (vorher festgelegte Anzahl) nicht der empfohlene Kapselhersteller verwendet, so kann zum Beispiel die Maschine ihren Betrieb einstellen oder eine Fehlermeldung ausgeben.
Anstelle von oder zusätzlich zu einer Kontrollvorrichtung 11 kann diese Baueinheit auch als Sensorvorrichtung ausgebildet sein. Eine entsprechende Sensorvorrichtung 11 kann etwa verschiedene Messdaten der Kapsel vor, während oder nach dem Brühvorgang erfassen. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung 11 über einen Zugriff 12 auf ein Sensorelement die Temperatur während des Brühvorgangs erfassen. Diese Option bietet eine zusätzliche Kontrolle, ob tatsächlich die erforderliche Brühtemperatur innerhalb der Kapsel erreicht wird. Gerade bei der Zubereitung von Kaffee empfiehlt es sich, eine Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturintervalls zu wählen, wobei die Temperatur von der Art des Kaffeegetränks beziehungsweise des Pulvers abhängt. Je nachdem, wie hoch die Temperatur gewählt wird, kann der Kaffee stärker oder bitterer werden. Zudem sind Konzentrationsmessungen über ein solches Sensorelement denkbar.
Darüber hinaus kann durch eine entsprechende Sensorvorrichtung 11 auch gemessen werden, in welchem Zustand sich die Kapsel beziehungsweise das Kaffeepulver vor dem Brühvorgang befindet. Wenn eine Kapsel zu lange gelagert wird, besteht grundsätzlich das Risiko, dass trotz des Verschlusses der Kapsel Sauerstoff eindringt und durch Oxidation die Qualität des Getränkepulvers mindert. Dieser Oxidationsgrad kann durch Leitfähigkeitsmessungen, die über das Sensorsystem 11, 12 erfassbar sind, festgestellt werden. Nach Weitergabe der Information über die Leitung 13 an die Maschinensteuerung 10 kann dann beispielsweise ein Warnsignal an den Benutzer ausgegeben werden.
Eine Kontroll- oder Sensorvorrichtung 11 kann darüber hinaus auch auf optischen Weg oder über andere elektromagnetische Signale Informationen auslesen oder Messungen vornehmen.
2 zeigt eine typische Kapsel 20 für einen Getränkeautomaten, wie beispielsweise den Kaffeeautomaten 1 aus 1. Der Behälter 21 der Kapsel 20 umfasst ein topfartiges Gebilde 22 mit einem Kragen 23. Im oberen Bereich des Topfes 22 befindet sich eine Öffnung 24, die vom Kragen 23 umgeben ist. Die Öffnung 24 ist von einem Deckel 25 verschlossen. Dieser Deckel 25 ist beispielsweise am Kragen 23 angeschweißt. Zur Abdichtung befindet sich ein Dichtrand 26 auf der vom Deckel 25 abgewandten Seite, nämlich an der Unterseite des Kragens 23. Dieser Dichtrand 26 ist optional und muss grundsätzlich nicht bei allen Kapseln vorhanden sein. Er dient insbesondere dazu, bauliche Ungenauigkeiten aus der Kapsel-/Maschinen-Fertigung besser auszugleichen und eine bessere Abdichtung zu gewährleisten. In dem Topf 22 ist Kaffeepulver 27 (gestrichelte Linie) angedeutet, dass von der Kapsel 20 beziehungsweise dem Behälter 21 bevorratet wird. Die Kapsel 20 ist in Bezug auf die Rotationsachse D symmetrisch ausgebildet (bei den bevorratenden Pulver handelt es sich um eine beliebige Schüttung, die bei Bewegung der Kapsel durchgemischt wird und anders zum liegen kommt).
3 zeigt eine Aufnahmevorrichtung 31 als Bestandteil eines Kaffeeautomaten mit einem Aufnahmetrichter 32, welcher so ausgeformt ist, dass der Behälter 21 beziehungsweise insbesondere der Topf 22 aus 2 stabil darin aufgenommen werden können. Am Boden ist eine Zentrierspitze 33 vorgesehen, welche die aufzunehmende Kapsel im unteren Bereich durchbohren kann. Deckelseitig wird die Kapsel sodann von einem Schieber 34 gehaltert beziehungsweise in die endgültige Brühposition gebracht und dort fixiert. Der Schieber 34 umfasst im Randbereich die Dichtungen 35 sowie zentrisch gelagert einen Stößel 36, welcher im vorliegenden Fall dazu dient, einen an der Kapsel ebenfalls zentrisch angeordneten Taster zu bedienen. Außerhalb der Dichtung 35 ist ein Schneidkontakt 37 angeordnet, welcher eine dem Deckel zugewandte Schneide 37' sowie einen nach außen reichenden Kontakt 37'' besitzt. Die Schneide 37' dient dazu, den Deckel zumindest teilweise zu durchbohren und eine Kontaktelektrode im Deckel so zu berühren, dass ein elektrischer Kontakt hergestellt werden kann. Die Kontaktbrücke 37'' führt schließlich zu einer Kontaktlasche 38, mit der sie erst in Verbindung kommt, wenn der Schieber 34 in seine Endposition gelangt ist, in der er die Kapsel in Brühposition hält. Des Weiteren umfasst der Schieber 34 mehrere Messer 39, mit denen der Kapseldeckel später aufgeschnitten/geöffnet wird. Der Schneidkontakt 37 befindet sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhafterweise außerhalb der Dichtung 35: Denn dieser vom Zentrum abgewandte Bereich hinter der Dichtung 35 bildet sodann in der Brühposition einen Trockenbereich. In diesem Trockenbereich ist ein elektrischer Kontakt, gegebenenfalls auch eine optische Vorrichtung (z. B. zur Ein- oder Auskopplung von Licht) weitgehend vor dem Kontakt mit Wasser und damit verbundenen Verschmutzungen geschützt und kann ohne die korrodierende Wirkung des Wassers betrieben werden.
4 zeigt die gleiche Aufnahmevorrichtung 31, allerdings mit einer in Brühposition aufgenommenen Kapsel 40. Dementsprechend wurde auch der Schieber 34 gegen die Kapsel 40 bewegt, sodass diese jetzt, zentriert durch die Zentrierspitze 33 in der Aufnahmevorrichtung 31 beziehungsweise dem Trichter 32 gehaltert wird. Die Kapsel 40 besitzt einen Deckel 41, welcher im vorliegenden Fall zweischichtig aufgebaut ist, nämlich mit einer unteren Schicht 42 und einer oberen Schicht 43. Die untere Schicht 42 ist als Leiterschicht ausgebildet, das heißt sie besitzt einen elektrischen Leiter, der grundsätzlich flächig oder als Bahn aufgetragen bzw. ausgebildet sein kann. Im Randbereich der Kapsel 40 wiederum befindet sich der Kragen 44, auf dem der Deckel 41 angeschweißt ist. Der Schneidkontakt 37 ist gerade so ausgebildet, dass die Schneidspitze 37' die Schicht 43, also die Deckschicht, vollständig durchdringt und somit durch die Schicht 43 hindurch die Leiterschicht 42 kontaktiert. Über die Verbindung 37'' besteht eine elektrische Verbindung in den äußeren Bereich des Schiebers 34, wo die Verbindung 37'' eine Elektrode am Rand des Schiebers 34 bereitstellt. Diese Elektrode 37'' steht daher in dieser Position des Schiebers 34 mit der Kontaktlasche 38 in Verbindung und bildet eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktlasche 38 und Leiterschicht 42. Der Bereich 45 befindet sich damit außerhalb des eigentlichen Brühbereichs, da eine Dichtung im Bereich des Kragens 44 erfolgt und auch die entsprechenden Dichtelemente 35 dafür sorgen, dass der Schneidkontakt 37 (beziehungsweise 37', 37'') nicht mit der Brühflüssigkeit in Verbindung gerät.
Auf der dem Deckel 41 abgewandten Seite des Kragens 44 kann sich zudem eine Dichtung beziehungsweise ein umlaufender Dichtring befinden, der dem Kragen auch zu dieser Seite hin vollständig abdichtet. Besonders vorteilhaft ist diese Ringdichtung dann, wenn mit Materialungenauigkeiten im Bereich der Maschine beziehungsweise der Kapsel gerechnet werden muss.
5 zeigt einen Deckel 50, der aus drei Schichten 51, 52, 53 ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den Schichten 51 und 53 um Leiterschichten. Eine Leiterschicht kann vollständig aus einem elektrischen Leiter bestehen, beispielsweise als gewalzte oder auf gedampfter Aluminiumschicht. Denkbar ist aber auch, dass es sich um eine Schicht handelt, auf der beispielsweise Leiterbahnen aufgedruckt sind. Die Schicht 52 kann im vorliegenden Fall als Spacer dienen, also als isolierende Zwischenschicht zwischen den Schichten 51 und 53.
Die 6 und 7 zeigen einen Deckel 60, welcher im mittleren Bereich eine Taste 61 aufweist. Im vorliegenden Fall besteht die untere Schicht 62 aus einem Leiter, beispielsweise Aluminium. Darüber angeordnet ist eine isolierende Spacer-Schicht 63, welche zentral in der Mitte eine Art Aussparung 65 aufweist. Diese Aussparung bzw. dieser Bereich 65 stellt also ebenfalls zunächst in 6 eine Isolation darstellt. Denkbar ist auch, dass im Bereich 65 eine weiche Masse, beispielsweise ein isolierendes Gel eingefüllt. Des Weiteren existiert eine Deckschicht 64, die ebenfalls als Leiterschicht ausgebildet ist. Im Bereich 61, dem Tasterbereich, besitzen die Schichten 62 und 64 elektrisch leitende Tasterkontakte. In der Abbildung nach 6 stehen diese jedoch nicht miteinander in Verbindung, das heißt der Taster 61 ist nicht gedrückt, und es besteht keine elektrische Verbindung zwischen den Schichten 62 und 64. In 7 wiederum liegt der gleiche Tasterdeckel 60 vor, wobei durch Druck oder Zug die Schicht 64 im Tasterbereich verbogen ist und einen Kontakt 64' herstellt. Auch der Zwischenbereich 65 wurde mittlerweile verformt zu einem Zwischenbereich 65', sodass ein elektrischer Kontakt zwischen den Schichten 62 und 64 hergestellt wurde. Sofern im Bereich 65 beziehungsweise 65' Gel bevorratet ist, ist dieses verdrängbar ausgebildet. Der Druck kann durch Unter- oder Überdruck erzeugt werden, der beim Brühvorgang durch Einleiten der Brühflüssigkeit aufgebaut wird. Gegebenenfalls die Kraft auf den Bereich 65 zum Beispiel auch durch einen mechanischen Stößel ausgeübt werden. Der Taster gemäß den 6 und 7 kann also eine elektrische Verbindung herstellen.
Die 8a und 8b zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Deckels 80, der zwei Kontaktelektroden 81 und 82 umfasst. Die Kontaktelektroden 81 und 82 können beispielsweise als aufgedruckte Leiterbahn ausgebildet sein. Sie können insgesamt von einer weiteren Deckschicht verdeckt werden. Die Kontaktelektroden 81 und 82 sind kreisbogenförmig am Rand (in Bezug auf die Kapsel: im Kragenbereich) angeordnet, wobei der ”Ring” (bestehend aus den Kontaktelektroden 81, 82) jedoch in den Bereichen 83 unterbrochen ist. Die Kontaktelektroden 81 und 82 sind somit zunächst elektrisch nicht unmittelbar miteinander verbunden (abgesehen von hier nicht weiter dargestellten Schaltkreisen auf dem Deckel). Maschinenseitig kann die Kapsel 80 über Verbindungselektroden kontaktiert werden, nämlich im vorliegenden Fall durch das Verbindungselektrodenpaar 84 und das Verbindungselektrodenpaar 85. Jedes Elektrodenpaar ist in der Lage, entsprechende Messungen durchzuführen.
Die Elektrodenpaare 84 bzw. 85 können als Dorn oder Schneidkontakt ausgebildet sein. Falls bei einer Ausführungsvariante die Kontaktelektroden 81 und 82 an der Oberseite des Deckels angeordnet sind, genügt es grundsätzlich, die Verbindungselektrodenpaare 84, 85 als Kontaktlaschen auszubilden, um über Berührung überhaupt eine elektrische Verbindung herstellen zu können. Die Elektroden 82, 83, 84 und 85 sind so angeordnet, dass ständig zumindest ein Elektrodenpaar kontaktierbar ist. Besonders wichtig ist diese besondere Anordnung deshalb, weil oftmals die Kaffeekapsel rotationssymmetrisch ausgebildet und daher nicht festgelegt ist, in welcher Winkelposition um die Rotationsachse D sie eingelegt wird. Es hängt vielmehr vom Zufall ab, in welcher Position um die Drehachse D herum die Kapsel in der Aufnahmevorrichtung gehaltert wird. In 8b liegt die Situation vor, dass das Verbindungselektrodenpaar 84 den Deckel genau im Bereich 83, in dem keine der Kontaktelektroden 81, 82 vorgesehen ist, berührt. Das Elektrodenpaar 84 kann also keine elektrische Verbindung zur Kapsel herstellen. Es genügt jedoch, dass das Verbindungselektrodenpaar 85 jeweils über den Kontaktelektroden 81, 82 liegt, also eine Verbindung zu den Kontaktelektroden 81 und 82 herstellen kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Maschinensteuerung die Belegung der Verbindungselektrodenpaare 84 und 85 steuern beziehungsweise verändern. Gerade bei komplizierteren Geometrien kann zum Beispiel die Funktion bzw. die Belegung der Kontaktelektroden 84 und 85 ausgetauscht werden. Denkbar ist auch, dass innerhalb eines Paares (also innerhalb des Paares 84 oder innerhalb des Paares 85) die Verbindungen umgepolt werden. Denkbar ist auch, dass eine Elektrode eines der Verbindungselektrodenpaare, beispielsweise eine Elektrode des Paares 84 gegenüber einer Elektrode des Paares 85 umgepolt wird. Im vorliegenden Fall kann dadurch sichergestellt werden, dass stets eine elektrische Verbindung von der Maschine zur Kapsel erreicht wird, weil maschinenseitig ein Elektrodenpaar mehr vorhanden ist als kapselseitig (kapselseitig nur ein Elektrodenpaar, maschinenseitig zwei Elektrodenpaare).
Im Grunde genügt es jedoch, maschinenseitig eine einzelne Elektrode mehr vorzusehen. In einem solchem Fall müsste jedoch gegebenenfalls maschinenseitig zwischen den einzelnen Polen umgepolt werden.
8c zeigt, dass maschinenseitig eine einzelne Elektrode mehr als kapselseitig genügt, zeigen die 8c und 8d. Dargestellt ist zunächst die gleiche Kapsel 80 mit den Elektroden 81 und 82 sowie dem Trennbereich 83 zwischen Elektroden 81 und 82, sodass die Kapsel 80 exakt der Kapsel gemäß den 8a, 8b entspricht. Allerdings sind sternförmig Elektroden 86, 87 und 88 angeordnet. Wird nun die Kapsel gedreht, so kann es beispielsweise zu einer Situation gemäß 8c kommen, in der alle Verbindungselektroden 86, 87 und 88 maschinenseitig kontaktieren, nämlich die Verbindungselektrode 86 kontaktiert die kapselseitige Elektrode 81 und die maschinenseitigen Verbindungselektroden 87 und 88 kontaktieren beide die Elektrode 82. Währenddessen zeigt 8b eine Situation, in der die Elektrode 86 genau im Trennbereich 83 positioniert ist, also keine elektrische Verbindung herstellen kann. Allerdings kontaktiert die Verbindungselektrode 87 die kapselseitige Elektrode 81 und die maschinenseitige Elektrode 88 die kapselseitige Elektrode 82. Die Verbindungselektroden 86, 87 und 88 sind im vorliegenden Fall sternförmig angeordnet und bilden untereinander jeweils einen Winkel von 120° zwischen benachbarten Elektroden.
Im Fall der 8a und 8b ist jedes Elektrodenpaar so angeordnet, dass gegenüber der Achse D diese gegenüberliegend, also um 180° zueinander gedreht sind. Benachbarte Elektroden des jeweils anderen Paares 84, 85 bilden entsprechend in Bezug auf die Achse D einen Winkel von 90°. Voraussetzung ist darüber hinaus in den vorliegenden Fällen, dass die Bereiche 83 kein zu großes oder zu kleines Winkelsegment in Bezug auf die jeweiligen Kontakte 84, 85, 86, 87, 88 ausbilden. Wäre das Winkelsegment, dass den Bereich 83 bildet, zu klein gewählt, würde ein Kurzschluss über die Kontakte hinweg erzeugt werden können. Würde das Segment 83 zu groß ausgebildet, könnten beispielsweise zwei Elektroden darin platziert werden, sodass zwei Elektroden nicht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zur Verfügung stehen würden.
9 zeigt ein Schaltdiagramm einer stromkompensierten Drossel 90 in Form eines Trenntrafos, der eine galvanische Trennung vom Stromnetz ermöglicht. Maschinenseitig ist die Elektronik typischerweise aus Kostengründen nicht galvanisch getrennt, sodass die Elektronik 81 der Kaffeemaschine an den Spulen 92' und 92'' eine Spannung von etwa 230 V anliegen lässt. Diese Spulen 92' und 92'' bilden jeweils Teile eines Trenntrafos 93' und 93''. Die jeweiligen Magnetfelder der Spule 92' beziehungsweise der Spule 92'' koppeln einzeln an die Induktivitäten 94' und 94''. Die auf diese Weise gebildeten Trenntrafos 93' und 93'' verfügen zusätzlich über eine Spannungswandlung, indem die entsprechenden Spulen, nämlich die Spule 94' gegenüber der Spule 92' und die Spule 94'' gegenüber der Spule 92'' nicht gleich ausgebildet sind (hinsichtlich der Windungszahl), sodass die Spannung reduziert werden kann. Eine derartige Drossel kombiniert mit einem Trenntrafo besitzt zwei Vorteile: Zum einen kann die Netzspannung von 230 V reduziert (gedrosselt) werden, sodass selbst dann, wenn eine Person in Kontakt mit den Elektroden käme, kein merklichen oder sogar lebensbedrohlichen Stromschlag erleiden müsste. Die Spannung kann vielmehr auf eine ungefährliche Niedrigspannung reduziert werden. Zudem ermöglicht ein derartiger Trenntrafo 93' oder 93'', dass selbst dann, wenn versehentlich ein Kontakt zur Erde hergestellt würde (z. B. über Kontakt mit Wasser), kein Kurzschluss beziehungsweise Nebenstromfluss über die Erde hervorgerufen würde. Ferner sind die Personen, welche grundsätzlich die Kontakte berühren könnten, vor der Netzspannung geschützt. Die bereits aus den 8a und 8b bekannten Kontaktelektroden der Kapsel sind im vorliegenden Fall ebenfalls mit den Bezugszeichen 81 und 82 gekennzeichnet; an ihnen angeschlossen sind die Verbindungselektrodenpaare 84 und 85.
10 zeigt einen Taster analog zu einem Taster gemäß 6. Der Deckel der Kapsel 100 ist dreischichtig analog zur 6 ausgebildet, wobei die Kontaktelektrode 101 beispielsweise in der Schicht 62 ausgebildet beziehungsweise aufgedruckt ist, die Kontaktelektrode 102 in der Schicht 64 und zwischen den Schichten 62 und 64 eine Spacer-Schicht 63 liegt. Im vorliegenden Fall ist dennoch ein Trennbereich 103 vorgesehen, der also im Deckel selbst noch einmal dafür sorgt, dass die Kontaktelektroden 101 und 102, obgleich diese in unterschiedlichen Schichten angeordnet sind und selbst noch einmal von einem Spacer 63 getrennt werden, auch in Projektion auf eine Schichtebene gesehen separiert sind. Beim Kontaktieren mit Schneidelektroden muss in diesem Fall nicht darauf geachtet werden, wie tief der einzelne Schneidkontakt in das Deckelmaterial einschneidet, und es kommt nicht zu einem ungewollten Kurzschluss über den Schneidkontakt. In 10 ist ein Tastersymbol 104 zusehen. In diesem Bereich führt demnach sowohl von der Kontaktelektrode 101 als auch von der Kontaktelektrode 102 in den jeweiligen Schichten 64 beziehungsweise 62 eine Leiterbahn in Richtung Zentrum des Deckels 100. Beide Kontaktelektroden, jeweils verbunden mit den Elektroden 101 und 102 liegen in diesem Bereich übereinander und sind getrennt von einer Zwischenschicht 65.
In einer weiteren Ausführungsform können die Kontaktelektroden 101 und 102 und die Leiter 101' und 102' auf derselben Schicht gedruckt werden. In diesem Fall befindet sich auf der unter dem Spacer liegenden Schicht nur ein kurzes leitendes Verbindungsstück, welches die Leiter 101' und 102' verbindet. Dieses Verbindungsstück könnte in der Produktion auch eingelegt oder in einem eigenen Fertigungsschritt aufgeklebt werden.
Wird der Taster zum Beispiel durch Druck, wie es in 7 dargestellt ist, betätigt, so biegt sich die Schicht 64 im Bereich 64' nach unten, über den Bereich 65' hinweg und kommt in Verbindung mit der Schicht 62. Auf diese Weise treffen die übereinanderliegenden Leiterbahnabschnitte 101' und 102', in 10 nur schematisch dargestellt, aufeinander und werden elektrisch kontaktiert: Somit ist der Taster 104 (vgl. 7) betätigt, d. h. es wurde ein elektrischer Kontakt zwischen den Elektroden 101 und 102 hergestellt. Wurden die Elektroden 101 und 102, zum Beispiel durch Schneidkontakte, kontaktiert und liegt an ihnen eine Spannung an, so kann nun über den Taster 104 ein Strom fließen.
Eine Weiterbildung eines solchen Tasters ist in 11 dargestellt. Der Deckel 110 zeigt zunächst eine analoge Ausbildung ähnlich zu einem Taster, wie er in 10 in Verbindung mit 6 dargestellt ist. Der Deckel 100 ist dreischichtig aufgebaut, wobei zum Beispiel die obere Deckschicht die elektrische Kontaktelektrode 111 mit einer Verbindung in Richtung Zentrum 111' und die unterste Schicht die Kontaktelektrode 112 mit der ins Zentrum gerichteten Leiterbahn 112' umfasst. Im Zentrum liegen die Leiterbahnen 111' und 112' übereinander, können sich jedoch ohne Druck- oder Zugeinwirkung nicht berühren. Zwischen diesen beiden Schichten ist ein Spacer angebracht, der in der Mitte einen leeren Zwischenbereich (Aussparung) im Zentrum aufweist.
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 10 in Verbindung mit 6 ist auf der Unterschicht (vgl. Schicht 62 gemäß 6) eine Widerstandspaste aufgetragen. Der Aufbau gemäß 11 entspricht deshalb eher dem eines Potentiometers beziehungsweise eines ohmschen Widerstandes als dem eines reinen Tasters. Wird also auf die oberste Schicht ein Druck ausgeübt, so wird nicht unmittelbar der Leiter 112', sondern die darauf angebrachte Widerstandspaste kontaktiert. Der im Zentrum angeordnete Widerstand (dargestellt mit dem Schaltzeichen eines Potentiometers) ist mit dem Bezugszeichen 114 gekennzeichnet, welches in den 12 sowie 13 bis 16 der aus Widerstandspaste bestehenden Abdeckung 114 entspricht. Der Zwischenbereich, der in 6 dem Zwischenbereich 65 entspricht, besitzt jedoch eine Besonderheit: Der Zwischenbereich ist nämlich im Bezug auf die Schichtenebene trapezförmig ausgeschnitten (vgl. Bereich 115). Wird zunächst gleichmäßig ein Druck auf diesen Bereich 115 ausgeübt, so kann im Teilbereich 115', der breiter ausgebildet ist, eine stärkere Durchbiegung ermöglicht werden als im Bereich 115''. Im vorliegenden Fall ist gemäß 12 das Trapez als gleichschenkliges Trapez ausgebildet. Dies bedeutet, dass bei einem kontinuierlichen Druckanstieg im Bereich 115' die Widerstandsschicht 114 zuerst kontaktiert wird. Mit steigendem Druck wird sich die Kontaktfläche immer mehr in Richtung des (schmaleren) Bereichs 115'' ausweiten. In 13 besteht zwischen den Schichten 116 und 118, die von Spacer 117 getrennt sind, keine Verbindung. Erst in 14, berührt die Schicht 116 im Bereich 116' die Widerstandsschicht 114, sodass zwischen den Schichten 116 und 118 über die Widerstandschicht 114 ein Kontakt hergestellt ist. In 15 ist der Kontaktbereich 116'' bereits wesentlich größer als in 16'. Je größer die Kontaktfläche ist, desto kleiner ist der Widerstand (analog zu einer Parallelschaltung von Widerständen). Steigt der Druck noch weiter an, vergrößert sich wie in 16 gezeigt die Kontaktfläche noch mehr (Bezugszeichen 116'''). In 16 ist der ohmsche Widerstand am kleinsten. Der ohmsche Widerstand zwischen den Schichten 116 und 118 fällt somit mit steigendem Druck.
Dieses Verhältnis zwischen dem Widerstand R und dem herrschenden Druck P ist in 17 dargestellt: Der Widerstand R zwischen den Schichten 116 und 118 fällt mit steigendem Druck P (hyperbelartig) ab.
18 zeigt eine schematische Darstellung eines Deckels 180, bei dem kein elektrischer Kontakt (zum Beispiel über einen Dorn, einen Schneidkontakt beziehungsweise über eine Kontaktlasche) unmittelbar hergestellt werden muss. Im Zentrum des Deckels ist im vorliegenden Beispiel ein Schwingkreis 118 aufgedruckt, der jedoch unterbrochen ist und über den Tastkontakt 182 geschlossen werden kann. Maschinenseitig ist an beispielsweise eine Sensorvorrichtung vorgegeben, die ein Sendeelement zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung vorsieht. Durch diese elektromagnetische Strahlung kann induktiv eine Wechselspannung in der Spule erzeugt werden, und der Schwingkreis beginnt zu schwingen. Das vorliegende Beispiel gemäß 18 stellt lediglich eine schematische Darstellung dar. Es ist beispielsweise möglich, eine zusätzliche OLED (engl.: organic light-emitting diode) in den Schwingkreis einzubringen und deren Signal auszukoppeln. Die Kontaktierung über den Taster kann ebenfalls auf unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Beispielsweise ist es möglich, die Schwingkreisschaltung mit der Induktivität in einer Schicht zu drucken, wobei der Kondensator des Schwingkreises durch die vom Spacer getrennte obere und untere Leiterschicht gebildet wird. Der Kondensatorwert kann auch zusätzlich als Kategorisierungselement Verwendung finden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, mehrere einzelne Taster in einem Deckel vorzusehen.
19 zeigt eine Kapsel 190 mit einem Deckel, der als Lichtleiter 191 ausgebildet ist oder einen solchen zumindest enthält. Der Lichtleiter 191 ist durchgehend ausgebildet, von einem Rand der Kapsel 190 zum anderen. Die Kapsel 190 befindet sich in einer Aufnahmevorrichtung 192 an deren Seiten ein Sender 193 und ein Empfänger 194 vorgesehen sind. In Brühposition kann somit getestet werden, ob vom Sender 193 ausgesendetes Licht durch den Lichtwellenleiter 191 propagieren und zum Empfänger 194 gelangen kann. Grundsätzlich kann die empfangene Lichtintensität überprüft werden, um festzustellen, ob überhaupt eine Kapsel eingelegt ist oder nicht.
Der Lichtwellenleiter kann beispielsweise als Klebeschicht ausgebildet sein, sofern der Kleber auch nur ein geringes Maß an Lichtwellenleitung ermöglicht. Der Lichtleiter 191 muss in vorteilhafter Weise nur ein geringes Maß an Lichtleitfähigkeit besitzen, da es in der Regel ausreichend für die Zwecke der Codierung ist, geringe Lichtmengen zu detektieren.
Die 20 zeigt eine Kapsel 200, welche in ähnlicher Weise wie die Kapsel 190 aus 19 ebenfalls einen Lichtleiter 201 aufweist. Zudem umfasst der Deckel im unteren Bereich eine Leiterschicht 202, auf der eine Lichtquelle, nämlich eine OLED 203 aufgedruckt worden ist. Die untere Leiterschicht 202 wird über Schneidkontakte 204' und 204'' kontaktiert und beschaltet. Diese sorgen für die Spannungsversorgung der OLED 203. In der Brühposition wird also über die Schneidkontakte 204' und 204'' eine Spannung an die OLED 203 angelegt, sodass diese ein Lichtsignal aussendet. Die OLED 203 ist unmittelbar an den Lichtleiter 201 gekoppelt, das heißt das Lichtsignal kann in den Lichtleiter 201 eingekoppelt werden und durch den Lichtleiter 201 propagieren. Die Kapsel 200 ist in der Brühposition in der Aufnahmevorrichtung 205 aufgenommen, die wiederum am seitlichen Rand einen Empfänger 206 besitzt. Wird also an die Elektroden 204' und 204'' eine Spannung in der Brühposition angelegt, wird ein Signal erwartet, welches von der OLED 203 stammen soll. Dieses Signal kann durch den Empfänger 206 detektiert werden.
In den 19 und 20 ist die Ein- oder Auskopplungsvorrichtung zur Ein-/Auskopplung von Licht zwischen Kapsel und Maschine im Randbereich des Kragens, der also als Trockenbereich ausgebildet sein kann, angeordnet. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass die Optik einer solchen Vorrichtung nicht unnötig mit Wasser in Verbindung kommt und sich Ablagerungen, insbesondere Kalkablagerungen gerade an den Stellen bilden, an denen Licht ein- oder ausgekoppelt werden soll. Andernfalls könnte die Funktionstüchtigkeit durch Verschmutzung bzw. Korrosion stark beeinträchtigt werden.
21 zeigt einen Deckel 210 für eine Kapsel mit einem Schaltkreis 211 mit einer Induktivität bzw. Antenne und einer in Serie geschalteten OLED sowie einem Taster. Der Taster kann in vorteilhafter Weise im Zentrum der Kapsel angeordnet sein, da im Zentrum üblicherweise kein Durchstoßen des Kapseldeckels mit einem Messer stattfindet. Allerdings kann der aus den 3, 4 bekannte Stößel 36 im Zentrum angeordnet sein, um den Taster zu bedienen.
22 zeigt einen Deckel 220, der ebenfalls dreischichtig ausgebildet ist, wobei die mittlere Schicht einen Spacer darstellt. In der oberen Schicht befindet sich eine Leiterbahn beziehungsweise eine Kontaktelektrode 221, in der unteren einen Kontaktelektrode beziehungsweise Leiterbahn 222. Die beiden Elektroden 221 und 222 können über den Taster 223 verbunden werden. In einer der beiden Schichten ist zudem eine OLED aufgedruckt, die mit dem entsprechenden Leiter 221 oder 222, je nachdem in welcher Schicht sie angebracht ist, verbunden ist. Um einen weiteren Kontakt herzustellen ist eine Ausführungsform möglich, bei der zum Beispiel ein Schneidkontakt gleichzeitig in die Schichten einschneidet und eine Verbindung zwischen einem Teil der unteren und der oberen Schicht herstellt. Dadurch kann eine Verbindung zur OLED über den Spacer hinweg, beispielsweise in Form der Leitung 224 hergestellt werden.
23 zeigt einen Deckel 230, der ähnlich ausgebildet ist wie der Deckel 220 aus 22, bei dem jedoch ein Widerstand 233 zwischen den Kontaktelektroden 231 und 232 angeordnet ist. Dieser Widerstand kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass eine im Spacer ausgebildete Lücke mit Widerstandspaste aufgefüllt wird.
24 zeigt eine Kapsel 240, wobei der zentrale Bereich im Deckel 241 vergrößert dargestellt ist. Das Innere der Kapsel wird mit dem Bezugszeichen 242 gekennzeichnet. Der Deckel selbst ist zweischichtig aufgebaut und umfasst die Schichten 243 und 245, wobei zwischen beiden Schichten Leiterbahnen 244 angeordnet sind. Auf der Unterseite der Schicht 243, das heißt zum Inneren 242 der Kapsel hin, befindet sich ein Sensorelement 246, das mit den Leiterbahnen 244 in Kontakt kommt. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensorelement 246 um einen wasserlöslichen Widerstand handeln, sodass dann, wenn keine Brühflüssigkeit ins Innere der Kapsel gelangt ist, eine Spannung, die an den Leiterbahnen 244 (rechts und links in 24) über den Widerstand 246 abfällt und gemessen werden kann. Die entsprechenden Leiterbahnen können beispielsweise über Schneidkontakte von außen kontaktiert werden. Gelangt jedoch Brühflüssigkeit beziehungsweise heißes Wasser in das Innere der Kapsel, so wird der Widerstand 246 aufgelöst und die Leitung ist entweder unterbrochen, oder aber es fließt ein Strom anderer Stärke, was somit detektiert werden kann.
Denkbar ist auch, das Sensorelement 246 aus einem Material auszubilden, welches durch Oxidation seinen Widerstand ändert. Wird die Kapsel längere Zeit gelagert, kann in der Regel Sauerstoff eindringen. Der Sauerstoff oxidiert sodann das Sensorelement 246, was sich durch eine Widerstandsänderung bemerkbar macht. Somit kann also das Alter der Kapsel beziehungsweise die Qualität des darin befindlichen Getränkepulvers bestimmt werden. Detektiert die Maschine eine solche Änderung, kann sie beispielsweise ein Warnsignal über die Steuerung ausgegeben.
25 zeigt eine Kapsel 250 mit einem Kragen 251 und einem Lichtleiter 252 als eingebettete Schicht. Maschinenseitig ist ein Schieber 253 vorgesehen, der eine Dichtung 254 aufweist, um im Bereich des Kragens abzudichten. Der Schieber 253 führt beweglich eine gelagerte Wischeinheit 255 mit, die dazu ausgebildet ist, die Abdeckung 256 einer Sende-LED 257 abzuwischen und somit sauber zu halten, damit das auszusendende Licht ungestört übertragen werden kann. Die Wischeinheit 255 ist über eine Lagerung 258 gelagert. Im Bereich zwischen Leuchtdiode 257 und Kragen 251 entsteht sodann in Verbindung mit dem Schieber 253 und der Dichtung 257 ein Trockenbereich, sobald der Schieber 253 die Kapsel in die Brühposition gebracht hat und in der Brühposition hält. Die Optik wird somit durch Nässe nicht beeinflusst, und das Licht der Leuchtdiode 257 kann in den Lichtleiter 252 problemlos eingekoppelt werden. Zur Einkopplung sind Teile wie beispielsweise der Schieber 253 oder gegebenenfalls die Wischeinheit 255 an der entsprechenden Stelle mit einem Durchbruch ausgestattet, sodass das Licht hindurchgelangen kann.
Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist in besonders vorteilhafterweise eine Codierung der Kapsel möglich, welche zum einen eine Kategorisierung ermöglicht (Art des zubereitenden Getränks, Art des Kaffees, Kaffee oder Kakao usw.). Darüber hinaus wird ermöglicht, auch den Hersteller der Kapsel herauszufinden und einen Plagiatschutz zu ermöglichen. Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in 24 dargestellt ist, wird neben der Codierung im Sinne einer Kategorisierung oder eines Plagiatschutzes auch die Möglichkeit gegeben, über einen Sensor den Temperaturverlauf, den Alterungszustand der Kapsel, eventuelle Beschädigungen der Kapsel oder sonstige Daten, die den Brühvorgang beziehungsweise die Qualität des Kaffees beziehungsweise des Heißgetränks beeinflussen könnten, zu erfassen.
26 zeigt einen Deckel 260 in Draufsicht. Wenn die zugehörige Kapsel in der Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist, wird sie zur Eröffnung des Brühvorgangs von einzelnen Messern geöffnet. Die Messerpositionen sind in Bezug auf den Deckel 260 zeichnerisch dargestellt. Die Messer durchdringen den Deckel an den Positionen 261, 262, 263 und 264.
27 zeigt die Stempelseite des Schiebers 270, gesehen aus der Position einer Kapsel, die sich in der Aufnahmevorrichtung eines Kaffeeautomaten befindet. Die Einzelmesser 261, 262, 263 und 264 sind an einem Messerkörper 271 angebracht; die Einzelmesser 261, 262, 263, 264 und der Messerkörper 271 sind metallisch, sodass sie untereinander elektrisch leitend verbunden sind. Der Messerkörper 271 ist über eine Schraube 273 am Stempel 270 befestigt. Der Wassereintritt zur Einleitung des Brühwassers in die Kapsel erfolgt über eine Leitung 272. Die Abdichtung der Kapsel gegenüber dem Außenbereich erfolgt daher über die ringförmige Dichtung 274, sodass beim Brühvorgang im Bereich 275 (d. h. außerhalb der Dichtung 274) ein Trockenbereich und im Bereich 276 ein Nassbereich gebildet wird.
Die 28 bis 32 zeigen verschiedene Draufsichten auf einen Deckel mit zwei Leiterschichten, wobei die Anordnung der Leiterbahnen und der Verbotszonen gekennzeichnet sind.
28 zeigt einen Verlauf der Leiterbahnen auf dem Deckel 260, nämlich eine kreisbogenförmig ausgebildete Kontaktelektrode 280 und redundante Leiterbahnen 281 und 282. Die Leiterbahnen 281, 283 verlaufen in radialer Richtung nach außen, und zwar vom zentralen Bereich 283 zur Kontaktelektrode 280. Beide Leiterbahnen 281, 282 verbinden jeweils die gleichen Bereiche 283 und 280, sodass beide sich im Wesentlichen nur in Bezug auf ihre winkelmäßig gegeneinander versetzten Positionen unterscheiden, sonst jedoch exakt dieselbe Funktion im Schaltkreis übernehmen (Redundanz).
Die Kapsel ist gerade so in die Maschine eingesetzt, dass das Messer 263 die Leitung 281 durchschneidet. Die elektrische Verbindung zwischen der Kontaktelektrode 280 und dem zentralen Bereich 283, in dem beispielsweise ein Taster angeordnet sein kann, übernimmt daher die Leitung 282. Aufgrund der geometrischen Anordnung des Messerkörpers 271 (vgl. 27) schneiden die Messer 261, 262, 264 den Deckel 260 in den in 28 markierten Positionen. Die Messer 261, 262, 263, 264 sind über den Messerkörper 271 leitend untereinander verbunden; d. h. sie sind daher auch über die Leiterbahn 281 elektrisch mit der Kontaktelektrode 280, der Leiterbahn 282 und dem zentralen Bereich 283 verbunden. Damit kein Kurzschluss zur übrigen Schaltung verursacht wird, sind Verbotszonen 265, 266, 267 eingezeichnet. Gemäß 28 schneidet das Messer 261 in die Verbotszone 266, während die Messer 262 und 264 beide in die Zone 265 schneiden.
Die Verbotszonen 265, 266, 267 sind kreisbogenförmig in 28 dargestellt. Wird nämlich die Kapsel bzw. der Deckel 260 gedreht, so wandern die Messer 261, 262 und 264 in den Verbotszonen 265, 266. Wird der Deckel 260 in 28 im Uhrzeigersinn gedreht, wird das Messer 263 die Leitungen 281, 282 nicht mehr durchschneiden und genau zwischen beiden liegen, da der Abstand zwischen den Leitungen 281, 282 an die Länge des Messers 263 angepasst ist. Bei weiterer Drehung (siehe 29) des Deckels 260 im Uhrzeigersinn wird die Leitung 282 durchschnitten, wobei die Messer 261, 262, 264 immer noch in den gleichen Verbotszonen 265, 266 liegen wie in 28, nur mit der Drehung entsprechend winkelversetzt. In 29 wird vom Messer 263 keine Leitung 281 oder 282 durchtrennt; die übrigen Messer 261, 262, 264 liegen in Verbotszonen, sodass kein Kurzschluss und keine Durchtrennung einer wichtigen Leitung zu befürchten ist.
Bei weiterer Drehung wird die Leitung 282 durchtrennt (30), sodass die Situation analog zu der in 28 ist.
Wird der Deckel 260 noch einmal weiter gedreht (31), so gelangt das Messer 263 außerhalb des Bereichs der Leitungen 281, 282 und tritt in die Verbotszone 263 ein, in der sich keine Leiterbahn auf dem Deckel mehr befindet. Gleichzeitig treten die Messer 261, 262 aus den Verbotszonen 265, 266 heraus. Bei weiterer Drehung durch schneiden die Messer 261, 262 zunächst allenfalls gleichzeitig eine der Leitungen 281, 282.
32 zeigt den Deckel 260 gem. 28, jedoch ohne Verbotszonen.
Die 28 bis 32 zeigen eine Leiterschicht im Deckel 260. Die 33 und 34 zeigen die zweite Leiterschicht im Deckel 260. Beide Leiterschichten gemäß 28 und 33 liegen parallel, sind aber durch einen isolierenden Spacer voneinander getrennt.
33 zeigt eine Kontaktelektrode 330 und einen Leiterring 331, der um die Verbotszone 265 herum angeordnet ist. 34 zeigt eine Darstellung analog zu 33 ohne Verbotszonen.
35 zeigt beide Leiterschichten gem. 28 und 33 übereinander angeordnet (getrennt vom Spacer), ebenso 36, jedoch ohne Verbotszonen.
Damit keine Kontaktelektrode oder wichtige Leitungen durchtrennt und isoliert werden können und kein Kurzschluss auftritt sind folgende drei Kriterien regelmäßig zu beachten:

I. das Vorsehen redundanter Leitungen, insbesondere zu Kontakten mit der Maschine und
II. die Vermeidung von Kurzschlüssen durch entsprechende Anordnung der Leitungen, zwischen denen ein Kurzschluss auftreten könnte, damit diese nicht durch ein gemeinsames Messer durchtrennt werden können und
III. die Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen zwei Leitungen, die gleichzeitig von verschiedenen Messern durchtrennt werden, sodass kein Kurzschluss über den die Messer halternden Messerkörper erfolgen kann.

Durch diese drei Kriterien wird ermöglicht, dass die Kapsel in beliebigem Winkel in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt werden kann.
Gleiches gilt im Grunde auch für Lichtleiter, die im Zusammenhang mit einer derartigen Kapsel eingesetzt werden.
37 zeigt eine schematische Darstellung einer Speichermatrix 370, die in der Kapsel, insbesondere im Deckel unterbringbar ist. Die Matrix 370 umfasst Elektroden 371 und 372, die ein Speicherfeld 373 begrenzen. Das Speicherfeld 373 wiederum umfasst eine ferroelektrische organische Tinte, nämlich ein ferroelektrisches Polymer. Dieses Polymer ist polarisierbar, d. h. in einem elektrischen Feld werden die Dipole in dem Polymer entsprechend ausgerichtet. Wird das elektrische Feld abgeschaltet, verbleibt die Polarisierung des Polymers, hier: des entsprechenden Speicherfeldes, aufrechterhalten. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes in umgekehrter Richtung wie zuvor kann die Polarisierung jedoch wieder aufgehoben werden, sodass folglich eine Information gespeichert werden kann, z. B. die binäre Information ”0” oder ”1”. Die Tinte kann grundsätzlich als zusammenhängender Bereich aufgedruckt werden, während die Elektroden darüber oder darunter liegen und somit die einzelnen Speicherfelder zur Speicherung der Information ”0” oder ”1” bilden. Die einzelnen Speicherzellen können eine Matrix bilden. Besonders vorteilhaft ist an dieser Speicherzelle, dass sie sehr dünn ausgebildet und somit Teil einer oder mehrerer Leiterschichten, z. B. im Deckel der Kapsel, sein kann. Zudem ermöglicht sie eine besonders hohe Speicherdichte und zugleich zuverlässige Speicherung von Informationen. Die Fertigung kann industriell kostengünstig erfolgen.
In besonders vorteilhafter Weise ist bei einer Ausführungsform eine Leuchtschicht vorgesehen, die auch selbst Licht leiten kann, beispielsweise aus elektrolumineszentem Material. Die 38 und 39 zeigen jeweils ein Beispiel mit einem elektrolumineszenten Bereich, einmal als Innenbereich (vgl. 38) und einmal als Außenbereich (vgl. 39).
38 zeigt eine in der Mitte des Deckels 380 angeordnete elektrolumineszente Schicht 381, die zwischen zwei Leiterbahnen 382, 383 eingebettet ist. Die Leiterbahn 382 ist über eine Isolationsschicht 384 vom Material 381 isoliert. Im Außenbereich des Deckels ist ein Lichtleiterring 385, der (z. B. aus Kunststoff) beidseitig bedruckt bzw. vorliegend mit einer Reflexionsschicht 386 zur Reflexion von Licht versehen ist. Über das von den Leiterbahnen 382, 383 erzeugte elektrische Feld kann das elektrolumineszente Material 381 zum Leuchten gebracht werden und Licht 387 aussenden, welches durch den Ring 385 propagieren kann und gegebenenfalls an den Reflexionsschichten 386 reflektiert wird.
39 zeigt eine Variante, bei der das elektrolumineszente Material als Ring 390 im Bereich eines Kragens 391 einer Kapsel angeordnet ist. Der Ring 90 ist Teil eines Deckels der Kapsel und wird zweiseitig von Kunststofffolien 392, 393 begrenzt. In der Mitte des Deckels, oberhalb der Öffnung des Topfes befindet sich zwischen den Kunststofffolien 392, 393 eine dicke Kunststoffolie (statt des elektrolumineszenten Materials 394). Das elektrische Feld zur Anregung des elektrolumineszenten Materials 394 kann nicht nur von einem Leiter der Kapsel, sondern gegebenenfalls auch von der Zubereitungsvorrichtung erzeugt werden. Das erzeugte Licht 395 kann sodann direkt nach außen gelangen. Denkbar ist auch, dass als Dichtungsmaterial, etwa auch unterhalb des Kragens, ein elektrolumineszentes Material gewählt wird (als Dichtring).
Im Übrigen wird darauf verwiesen, dass einzelne Maßnahmen dieser Ausführungsbeispiele auch in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise ist es denkbar, elektrische Sensorelemente, elektrische Teile einer Schaltung und Lichtleiter miteinander zu kombinieren, zumal über die elektrische Schaltung beispielsweise eine Leuchtdiode angesteuert werden kann. Deren Licht kann zur Einkopplung in einem Lichtleiter genutzt werden, um zum Beispiel mehrere Funktionen ausüben. Die Detektion des Lichts allein genügt beispielsweise, um Auskunft über einen bestimmten Hersteller zu geben, während beispielsweise die Farbe des Licht zur Kategorisierung verwendet werden kann und Auskunft darüber gibt, ob die Kapsel Kaffee oder Kakao enthält. Des Weiteren wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, welches ein Sensorelement beinhaltet, mit dem der Alterungszustand der Kapsel festgestellt werden kann, indem der Widerstand gemessen wird beziehungsweise erfasst wird, der sich durch Oxidation mit Sauerstoff verändert. Dieser Widerstand kann beispielsweise in einer Schaltung integriert werden, deren Verhalten mit dem sich änderten Widerstand ebenfalls ändert. Beispielsweise kann der Widerstand im Zusammenhang mit einer Leuchtdiode geschaltet werden und so deren Helligkeit beeinflussen. Es sind also vielfältige Kombinationen im Einzelnen möglich, die in vorteilhafter Weise Kategorisierungen, Angaben über Hersteller sowie sensorische Funktionen miteinander vereinen können.
Bezugszeichenliste

1: Kaffeeautomat
2: Kapsel
3: Aufnahmevorrichtung
4: Wassertank
5: Wasserleitung
6: Brühvorrichtung
7: Wasserleitung
8: Getränkeleitung
9: Kaffeetasse
10: Maschinensteuerung
11: Kontroll-/Sensorvorrichtung
12: Verbindung
13: Steuerleitung
20: Kapsel
21: Behälter
22: Topf
23: Kragen
24: Öffnung
25: Deckel
26: Ringdichtung
27: Kaffeepulver
31: Aufnahmevorrichtung
32: Aufnahmetrichter
33: Zentrierspitze
34: Schieber
35: Dichtung
36: Stößel
37: Schneidkontakt
37': Schneidspitze
37'': Durchführungskontakt
38: Kontaktlasche
39: Messer
40: Kapsel
41: Deckel
42: Leiterschicht
43: Deckschicht
44: Kragen
45: Trockenbereich
50: Deckel
51: Leiterschicht
52: Spacer-Schicht
53: Leiterschicht
60: Deckel
61: Taster
62: Leiterschicht
63: Spacer
64: Leiterschicht
64': verbogene Schicht
65: Taster-Zwischenbereich
65': verformter Zwischenbereich
70: gedrückter Tasterbereich
80: Kapsel
81: Kontaktelektrode
82: Kontaktelektrode
83: Trennbereich
84: Verbindungselektrodenpaar
85: Verbindungselektrodenpaar
86: Verbindungselektrode
87: Verbindungselektrode
88: Verbindungselektrode
90: stromkompensierte Drossel
91: Elektronik
92': Spule (maschinenseitig)
92'': Spule (maschinenseitig)
93': Drossel-Trenntrafo
93'': Drossel-Trenntrafo
94': Spule (kapselseitig)
94'': Spule (kapselseitig)
100: Deckel
101: Kontaktelektrode
101': Tasterelektrode
102: Kontaktelektrode
102': Tasterelektrode
103: Trennbereich
104: zentraler Tasterbereich
110: Deckel
111: Kontaktelektrode
111': Tasterelektrode
112: Kontaktelektrode
112': Tasterelektrode
113: Trennbereich
114: Widerstandschicht
115: trapezförmiger Zwischenbereich
115': breiter Bereich
115'': schmaler Bereich
116: Leiterschicht
116': schmaler Kontaktbereich
116'': verbreiteter Kontaktbereich
116''': maximaler Kontaktbereich
117: Spacer
118: Leiterschicht
180: Deckel
181: Schwingkreis
182: Taster
190: Kapsel
191: Lichtleiter
192: Aufnahmevorrichtung
193: Sender
194: Empfänger
200: Kapsel
201: Lichtleiter
202: Leiterschicht
203: aufgedruckte OLED
204': Schneidkontakt
204'': Schneidkontakt
205: Aufnahmevorrichtung
206: Empfänger
210: Deckel
211: Schaltkreis mit OLED
220: Deckel
221: Kontaktelektrode
222: Kontaktelektrode
223: Taster
224: elektrische Verbindung
230: Deckel
231: Kontaktelektrode
232: Kontaktelektrode
233: Widerstand
240: Kapsel
241: zentraler Deckelbereich
242: Innenbereich
243: Deckschicht
244: Leiterbahnen
245: untere Schicht
246: Sensorelement
250: Kapsel
251: Kragen
252: Lichtleiter
253: Schieber
254: Dichtung
255: Wischeinheit
256: Fenster
257: Leuchtdiode
258: Lagerung
260: Deckel
261: Messer
262: Messer
263: Messer
264: Messer
265: Leitungsverbotszonen
266: Leitungsverbotszonen
267: Leitungsverbotszonen
270: Stempelseite des Schiebers
271: Messerkörper
272: Wassereintritt
273: Schraube
274: Dichtungsring
275: Trockenbereich
276: Nassbereich
280: Kontaktelektrode
281: redundante Leiterbahn
282: redundante Leiterbahn
283: zentraler Bereich
330: Kontaktelektrode
331: Leiterring
370: Speichermatrix
371: Elektrode
372: Elektrode
373: Ferroelektrisches Polymer
380: Deckel
381: elektrolumineszentes Material
382: Leiterbahn
383: Leiterbahn
384: Isolator
385: Lichtleiter
386: Reflexionsschicht
387: emittiertes Licht
390: elektrolumineszentes Material
391: Kragen
392: Kunststofffolie
393: Kunststofffolie
394: Kunststofffolie
395: emittiertes Licht
D: Rotationsachse
P: Druck
R: Widerstand

Claims

Kapsel zur Bevorratung von Heißgetränkepulver, wie zum Beispiel Kaffeepulver, Kakaopulver oder dergleichen für die Zubereitung von Heißgetränken, wie zum Beispiel Kaffee, Espresso, Kakao oder dergleichen, in einer Kaffeemaschine, einem Kaffeeautomat, einem Getränkeautomat oder dergleichen, wobei die Kapsel einen Behälter zur Aufnahme des Heißgetränkepulvers und zum Einleiten einer Brühflüssigkeit, insbesondere von heißem Wasser, zum Heißgetränkepulver umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement zum Erfassen von Messgrößen vorhanden ist, wobei wenigstens eines der Sensorelemente wenigstens teilweise zu einem Bereich hin, in den die Brühflüssigkeit beim Einleiten gelangt, ohne Abdeckung angebracht ist, sodass es beim Einleiten der Brühflüssigkeit unmittelbar mit der Brühflüssigkeit in Kontakt kommen kann.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Sensorelemente als Schicht und/oder als elektrische Leiterbahn und/oder als Draht ausgebildet ist.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement dazu ausgebildet ist, die Temperatur zu messen, insbesondere als von der Temperatur abhängiger Widerstand ausgebildet ist.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement dazu ausgebildet ist, den Druck zu messen, insbesondere als druckabhängiger Widerstand und/oder Kontakt, oder als druckabhängiger Lichtleiter ausgebildet ist.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement als Sensor für die Brühflüssigkeit, insbesondere als durch die Brühflüssigkeit überbrückbarer elektrischer oder optischer Kontakt, ausgebildet ist.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement als Sensor zum Messen des Sauerstoffgehalts vorhanden ist, wobei insbesondere das Sensorelement im Inneren der Kapsel angeordnet ist sowie ferner als elektrischer Leiter ausgebildet ist, der in Verbindung mit Sauerstoff oxidiert und dadurch seine elektrische Leitfähigkeit ändert, oder als optisches Element, das durch Oxidation seine optischen Eigenschaften ändert.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter einen Topf mit einer Öffnung aufweist, wobei die Öffnung von einem Deckel abgedeckt ist und wobei der Deckel wenigstens eines der Sensorelemente umfasst.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel wenigstens zwei Schichten umfasst.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Sensorelemente dazu ausgebildet ist, Messgrößen außerhalb des Behälters zu erfassen, wobei insbesondere das wenigstens eine Sensorelement nach außen hin ohne Abdeckung angebracht ist, um vorzugsweise einen Wassereinlauf außerhalb des Behälters zu detektieren.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement in Bezug auf die Brühflüssigkeit auflösbar ausgebildet ist.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement eine Induktivität und/oder eine Kapazität und/oder einen ohmschen Widerstand aufweist.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement als Lichtleiter ausgebildet ist, der eine Kontaktfläche zwischen zwei optischen Medien bietet, von denen eines der optischen Medien der Lichtleiter ist und das andere optische Medium der Bereich ist, dessen Messgrößen erfasst werden sollen.
Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement zusätzlich dazu ausgebildet ist, die Kapsel zu codieren.
Zubereitungsvorrichtung zur Zubereitung von Heißgetränken, wie zum Beispiel Kaffee, Espresso, Kakao oder dergleichen, insbesondere Kaffeemaschine, Kaffeeautomat, Getränkeautomat oder dergleichen mit einer Aufnahmevorrichtung zur austauschbaren Aufnahme einer Kapsel zur Bevorratung von Heißgetränkepulver, wobei die aufzunehmende Kapsel einen Behälter zur Aufnahme des Heißgetränkepulvers umfasst, wobei die Zubereitungsvorrichtung eine Brühvorrichtung zur Zubereitung von Brühflüssigkeit, insbesondere von heißem Wasser, für das Aufbrühen des Heißgetränks, umfasst dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorvorrichtung zum Messen von Daten vorgesehen ist, wobei die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet ist, das Messen anhand des Sensorelements durchzuführen.
Zubereitungsvorrichtung nach einem der vorgeschlagenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung mit dem Sensorelement verbindbar ist.
Zubereitungsvorrichtung nach einem der vorgeschlagenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung zur Erkennung der Codierung anhand des Sensorelementes der Kapsel ausgebildet ist.
Zubereitungsvorrichtung nach einem der vorgeschlagenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maschinensteuerung zur Steuerung der Brühvorrichtung vorgesehen ist, wobei die Maschinensteuerung dazu ausgebildet ist, anhand der über die Sensorvorrichtung erfassten Daten Steuersignale an die Brühvorrichtung auszugeben.
Heißgetränkesystem zur Zubereitung von Heißgetränken, umfassend eine Zubereitungsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche sowie eine darin aufgenommene Kapsel nach einem der vorgenannten Ansprüche.