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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Getränkezubereitung
aus eine zu extrahierende Substanz enthaltenden Kapseln in einem Extraktionssystem
der Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere
auf die Auswahl und die Übernahme
einer Kapsel in einer solchen Vorrichtung.
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Es
ist bekannt, Getränke,
wie Kaffee, aus Kapseln herzustellen, die gemahlenen und gerösteten Kaffee
in einer vorbestimmten Dosis enthalten. Die Kapseln haben den Vorteil,
dass sie die Arbeitsgänge
der Getränkezubereitung
erleichtern, eine saubere Zubereitung ohne sichtbaren Kaffeesatzabfall
gewährleisten
und die Dosierung und die Qualität des
zubereiteten Produkts einwandfrei und auf reproduzierbare Weise
steuern.
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Das
Prinzip der Extraktion einer Kapsel besteht allgemein darin, dass
(i) die Kapsel in einer druckfesten Kammer eingeschlossen wird,
(ii) eine der Seiten der Kapsel im Allgemeinen mit Hilfe einer oder
mehrerer Spitzen oder Klingen perforiert wird, die in einem Teil
gelegen sind, der einen gewöhnlich "Dusche" genannten Wasserzulauf
umfasst, (iii) eine Menge an heißem Wasser in die Kapseln so
eingeführt
wird, dass im Inneren des Elements ein Druckmilieu von mehreren
bar erzeugt wird, um den flüssigen
Kaffeeextrakt zu erzeugen, und dann (iv) der flüssige Kaffeeextrakt über die
entgegengesetzte Seite der Kapsel freigegeben wird, die sich im
Kontakt mit vorspringenden Teilen unter der Wirkung des in der Kapsel
erzeugten Innendrucks öffnet.
Der Vorteil dieses Prinzips der Extraktion aus Kapseln beruht darin,
dass die Extraktionsbedingungen (insbesondere Temperaturen, Drücke, Zeiten)
dadurch, dass die Kapseln sowohl hinsichtlich ihres Inhalts als
auch ihrer Verpackung genau kalibriert sind, gesteuert werden können.
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In
den meisten handelsüblichen
Extraktionsvorrichtungen findet das Laden der Kapseln in den Extraktionskapselhalter,
der im Allgemeinen dem Basisteil entspricht, aus dem dann der flüssige Extrakt abfließt, manuell
und einzeln statt. Der Kapselhalter kann in verschiedenen Formen
vorliegen: im Allgemeinen in Form eines Löffels mit Bajonettverschluss, wie
bei den herkömmlichen
Espressomaschinen, oder in Form von beweglichen Backen, die sich
unter der Einwirkung eines Kniehebelmechanismus schließen. Es
gibt auch Kapselladesysteme mit einem beweglichen Einschub, die
die Kapsel in einer vereinfachten geradlinigen horizontalen oder
anderen Bewegung in das Extraktionssystem einbringen können. Ein
solches System ist in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 00 110 102.1 der Einreichenden beschrieben.
Diese Systeme nehmen jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Kapseln
auf, die von dem Benutzer selbst in das System eingeführt werden.
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Es
besteht jedoch ein Bedarf daran, eine Versorgung mit Kapseln aus
einem Kapselvorrat zu gewährleisten,
die keine direkte Manipulierung mit der Kapsel erfordert, sondern
die Anordnung der Kapseln in dem Extraktionssystem in einer weitgehender
automatisierten Weise begünstigt.
Es besteht auch ein Bedarf daran, Vorräte von Kapseln von gleicher
oder verschiedener Natur zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig
eine einfache Ladung zu bieten. Manche Systeme wurden bereits in
Patentveröffentlichungen
beschrieben. Beispielsweise bezieht sich die Schweizer Patentanmeldung
Nr. 471 570 auf automatische Kaffeemaschinen, die einen Heiz- und Wasserdosiermechanismus
und einen Mechanismus zum Speichern von Ladekartuschen umfassen,
die das Kaffeepulver enthalten und mit einer Scheibe zusammenwirken,
die die Kartuschen aufnimmt und befördert, um sie vor eine Heißwasserabgabeöffnung zu
bringen und nach Infusion austreten zu lassen. Alle diese Mechanismen
werden durch Motoren in synchronisierter Anordnung betätigt. Die
Kartuschen werden einzeln aus Vorratsbehältern auf einer durchbrochenen
Scheibe bis zu einem Druckwasseraustritt befördert. Eine solche Vorrichtung
ist sehr einfach und ist nicht für
die Versorgung eines modernen Extraktionssystems ausgebildet, dessen
Kammer sich vollständig über der
Kapsel schließt,
um die Extraktion unter genau gesteuerten und reproduzierbaren Druck-,
Zeit- und Temperaturbedingungen durchzuführen. Außerdem erfordert der Ausstoß der Kartusche
aus der Scheibe die Entnahme der Kartusche aus der Scheibe durch
Anheben der Kartusche, was Probleme hinsichtlich Verklemmung und
Wiederaufnahme verursachen kann.
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Die
europäische
Patentanmeldung Nr. 1 046 366 bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Zufuhr von Portionspackungen mit gemahlenem Kaffee in eine Extraktionseinheit,
die ein Magazin, das die Verwendung einer Vielzahl von Kaffeeportionspackungen gestattet,
und Mittel zur Abgabe der einzelnen Portionspackungen in der Versorgungsvorrichtung
besitzt. Das System zur Abgabe der Kapseln ist relativ komplex und
setzt mehrere Paare von Auslösern
ein, die durch Paare von Betätigungselementen
betätigbar
sind, die ihrerseits durch einen Elektromagnet gesteuert werden.
Jede Reihe oder jedes Rohr von Kaffeeportionspackungen besitzt seine
eigenen Abgabeelemente, die das System relativ kompliziert, wenig
wirtschaftlich und kostspielig machen. Andererseits erfordert das
System eine hohe Genauigkeit und eine einwandfreie Synchronisation
der Bewegung der Abgabeelemente, die gleichzeitig wirken müssen, um
jedes Verklemmen der Kaffeeportionspackungen in dem System zu vermeiden.
Mit zunehmendem Gebrauch und Verschleiß der Bauteile kann ein solches
System unzuverlässig
und für
mehr oder weniger ernste Störungen
anfällig
werden. Ein anderer Nachteil kommt daher, dass die die Portionspackung
aufnehmende Extraktionskammer sich auf die Seite verschwenken muss,
um sich in der Richtung des Extraktionshalters einzureihen, und
sich dann nach oben bewegen muss, um in einer geradlinigen Bewegung
zu dem Halter zu gelangen. Die wiederholte Kombination von komplexen
Bewegungen in mehreren Achsen kann die Genauigkeit des Extraktionssystems
beeinträchtigen,
die Extraktionsbedingungen im Laufe der Zeit verändern, den vorzeitigen Verschleiß der mechanischen
Teile begünstigen
und auf diese Weise die Zuverlässigkeit
und die Lebensdauer der Vorrichtung beeinträchtigen. Ein anderer Nachteil
kommt daher, dass die Extraktion von unten nach oben stattfindet,
wobei die extrahierte Flüssigkeit über dem
Extraktionshalter austritt, so dass man ein Zufuhrrohr zu der Stelle,
an der die Füllung
der Tasse stattfindet, vorsehen muss. Eine solche Ausbildung verursacht
Probleme hinsichtlich des Abfließens der Flüssigkeit.
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Die
Patentanmeldung
EP
1 089 240 A2 bezieht sich auf eine automatische Getränkemaschine mit
einem Übertragungsmechanismus
zur Bewegung einer Kartusche von einem Speicherabschnitt zu einem
Abschnitt der Getränkeextraktion.
Eine solche Vorrichtung ist jedoch komplex, da sie eine gesteuerte
Bewegung in mehreren Translationsachsen X, Y, Z einsetzt. Außerdem wird
die Kartusche nicht freigegeben, sondern bei der Extraktion an ihrem
Platz gehalten.
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Die
Patentanmeldung
EP
1 002 490 A1 bezieht sich auf eine Maschine zur Abgabe
von Getränken
durch Infusion von Kartuschen, die von einem Stapel von Kartuschen
aus durch eine Ausstoßeinrichtung
bewegt werden, die in Form eines Läufers arbeitet.
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Eine
solche Vorrichtung ist für
eine Anordnung auf einer ebenen Auflagefläche ausgebildet. Die erzeugten
Reibungskräfte
können
auch der Genauigkeit der Anordnung schaden.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung von
Getränken
zu schaffen, mit der die Nachteile der bekannten Vorrichtungen des Stands
der Technik beseitigt werden.
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Ziel
der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Herstellung von
Getränken
zu schaffen, in die eine Kapselwahlfunktion integriert ist, die
einem Kapselextraktionssystem zugeordnet ist, um die Extraktion
unter optimalen Bedingungen zu gestatten.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, die Aufnahme der Kapsel nach
ihrer Wahl zu verbessern, insbesondere ihre Übertragung und ihre Extraktion und
gegebenenfalls ihren Ausstoß auf
sichere, schnelle und automatisierte Weise durchzuführen.
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Ein
weiteres Ziel besteht darin, eine zuverlässigere Verwendung ohne Probleme
hinsichtlich des Fließens
und des Auslaufs der extrahierten Flüssigkeit zu erreichen.
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Diese
Ziele werden mit einer Vorrichtung zur Getränkeherstellung aus eine zu
extrahierende Substanz enthaltenden Kapseln in einem Extraktionssystem
für die
Getränkezubereitung
erreicht, die ein Speichersystem, das in mehreren Reihen angeordnete
Kapseln umfasst, und einen Greifer zum einzelnen Ergreifen einer
Kapsel in einer Reihe und zum Freigeben der Kapsel in einem Extraktionssystem umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer zwischen dem Speichersystem
und dem Extraktionssystem beweglich ist und so angeordnet ist, dass
er mindestens zwei Stellungen einnehmen kann, und zwar eine erste Aufnahmestellung,
in der die Kapsel durch den Greifer festgehalten wird und durch
den Greifer übertragen
werden kann, und eine zweite Freigabestellung, in der der Greifer
in Richtung Öffnung
betätigbar
ist, um die Kapsel aus dem Greifer freizugeben.
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Der
Greifer wird vorzugsweise in Richtung Öffnung betätigt, um die Kapsel in dem
Extraktionssystem freizugeben, das ausgebildet ist, um sich auf der
Kapsel zu schließen.
Nach Freigabe wird die Kapsel von dem Extraktionssystem ohne signifikante mechanische
Wechselwirkung mit dem Greifer übernommen.
Aus dieser Unabhängigkeit
ergibt sich ein autonomes Extraktionssystem, das also Extraktionsbedingungen
kontrolliert und reproduzierbar gewährleisten kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
gibt der Greifer die Kapsel in dem Extraktionssystem koordiniert
als Reaktion auf die Schließung
des Extraktionssystems um die Kapsel herum frei. Auf diese Weise
wird die Zeit des Ladens der Kapsel und des Verschließens des
Extraktionssystems signifikant reduziert.
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Ferner
sind in vorteilhafter Weise Mittel zum Öffnen des Greifers vorgesehen,
die den Greifer ein erstes Mal in Richtung Öffnung beaufschlagen, um die
Kapsel in dem Extraktionssystem freizugeben, und dann ein zweites
Mal in Richtung Öffnung
beaufschlagen, um die Kapsel in einer Ausstoßzone freizugeben, nachdem
der Greifer die verbrauchte Kapsel in dem Extraktionssystem wieder
aufgenommen hat. Auf diese Weise wird ein und dasselbe Mittel in
vorteilhafter Weise verwendet, um gleichzeitig das Laden und den
Ausstoß der
Kapsel aus dem System durchzuführen.
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Bei
einer bevorzugten Anordnung umfasst der Greifer ein Paar von Backen,
die zwischen einer ausreichend geschlossenen Stellung, um die Kapsel festzuhalten,
und einer offenen, die Kapsel freigebenden Stellung beweglich sind,
das Paar von Backen ist vorzugsweise in Richtung Öffnung durch Spreizen
mit Hilfe einer Nadel elastisch betätigbar, die die Backen durch
Relativbewegung der Nadel bezüglich
einer Spreizzone der Backen aktiviert. Die Backen bieten vorzugsweise
Auflagefläche,
auf denen die Kapsel mindestens zum Teil aufliegen kann, um ihre
beschädigungsfreie Übertragung
zu gestatten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Backenpaar
drehbeweglich so montiert, dass es sich zwischen dem Speichersystem
und dem Extraktionssystem bewegen kann.
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Um
eine einwandfreie Koordination zwischen dem Greifer und dem Extraktionssystem
herzustellen, ist das Backenpaar bezüglich der Nadel beweglich,
um die Kapsel durch einen Schub freizugeben, der mindestens durch
ein Schuborgan erzeugt wird, das sich bei der Schließung des
Extraktionsmittels um die Kapsel herum gemeinsam mit einem beweglichen
Teil des Extraktionssystems bewegt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die verbrauchte Kapsel nach Extraktion durch denselben Greifer
entfernt, der für
das Einsetzen der Kapsel in das Extraktionssystem verwendet wird.
Zu diesem Zweck sind die Backen in einer Ausstoßzone nach Durchführung der
Extraktion der Kapsel und Bewegung des Greifers in eine Zwischenzone
zwischen der Extraktionszone und der Ladezone in Richtung Öffnung betätigbar.
Die Öffnung
der Backen durch Spreizung in der Ausstoßzone zum Freigeben der verbrauchten
Kapsel wird vorzugsweise durch eine Steuerkurveneinrichtung vorgenommen,
die die Nadel bewegt. Eine solche Steuerkurveneinrichtung ist in
Abhängigkeit
von der Bewegung des Greifers und von seiner Stellung zyklisch betätigbar,
was die Steuerung der Öffnung
und der Schließung
der Backen vereinfacht.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Auswählen und Laden einer Kapsel
zur Zubereitung eines Getränks
in einem Extraktionssystem aus einer mehrere Kapselreihen umfassenden
Speicherzone, das die Wahl und das Ergreifen einer Kapsel aus einer
der Kapselreihen, die Übertragung
dieser Kapsel in ein Extraktionssystem und die Extraktion dieser Kapsel
in dem Extraktionssystem umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kapsel ergriffen und dann in dem Extraktionssystem freigegeben wird,
das sich um die Kapsel herum schließen kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Kapsel in dem Extraktionssystem durch einen Greifer in
einer Ausrückbewegung
freigegeben, die keine mechanische Wechselwirkung zwischen dem Extraktionssystem
und dem Greifer erzeugt. Die Kapsel wird vorzugsweise durch den
Greifer freigegeben, indem die Kapsel durch eine vertikale Annäherungsbewegung
und eine seitliche Ausrückbewegung
des Greifers auf einem Aufnahmeteil des Extraktionssystems abgelegt
wird. Auf diese Weise erhält
man eine genaue Positionierung der Kapsel in dem Extraktionssystem,
was eine Schließung
um die Kapsel herum durch ein autonomes Extraktionssystem gestattet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wir die verbrauchte Kapsel wieder aufgenommen und dann in eine Ausstoßzone übertragen,
um wieder freigegeben zu werden. Außerdem ist die Kapsel in dem
Extraktionssystem mit der Schließung des Systems koordiniert,
und umgekehrt ist die Wiederaufnahme der verbrauchten Kapsel in
dem Extraktionssystem mit der Wiederöffnung des Extraktionssystems
koordiniert.
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Diese
Merkmale und ihre Vorteile sowie andere mögliche werden mit Hilfe der
folgenden Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung besser verstanden.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Extraktionsvorrichtung
mit einem automatischen Kapselladesystem in einer verkleideten Ausbildung,
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2 eine
perspektivische Gesamtansicht einer ersten Seite derselben Vorrichtung,
wobei die mechanischen Elemente der Vorrichtung ohne äußere Verkleidung
und ohne den Steuerteil der Vorrichtung dargestellt sind,
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3 eine ähnliche
Ansicht wie 2, jedoch von einer zweiten
Seite der Vorrichtung,
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4 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung,
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5 einen
Schnitt nach A-A von 4,
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6 eine
schematische Ansicht der Anordnung zwischen dem Greifsystem und
dem Speichersystem der Vorrichtung,
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7 eine
perspektivische Ansicht des Greif- und Steuersystems,
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8 eine
Einzelheit von 7 ohne Gehäuse,
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9 eine
Seitenansicht von 7,
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10 eine
perspektivische Teilansicht der Vorrichtung in einer geschlossenen
Extraktionsstellung,
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11 eine
schematische Schnittansicht nach der Linie B-B von 10 in
einer offenen Stellung des Extraktionssystems,
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12 eine
schematische Schnittansicht nach der Linie B-B von 10 in
einer geschlossenen Stellung des Extraktionssystems,
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13 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung in einer Kapselausstoßstellung,
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14 eine
perspektivische Ansicht eines Details des Greifsystems,
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15 eine 14 ähnliche
Ansicht, jedoch in einem anderen Perspektivewinkel.
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Die
in 1 gezeigte erfindungsgemäße Extraktionsvorrichtung ist
eine Maschine zur Abgabe von Kaffee und/oder anderen Getränken für die Zubereitung
von Getränken
durch Extraktion einer in vordosierten Kapseln enthaltenen Nahrungsmittelsubstanz.
Die Vorrichtung umfasst einen Schrank 10 von gleichzeitig ästhetischer
und funktioneller Form, der die wesentlichen Elemente des Extraktions-, Wahl-
und Steuersystems der Vorrichtung einschließt. Im hinteren Teil des Schranks
befindet sich ein Speichersystem 2, das mit einer Vielzahl
von Rohren 20, 21, 22 und 23 versehen
ist, die Reihen von zu extrahierenden Kapseln enthalten. Im vorderen
Teil des Schranks ist eine Bedienungszone 11 vorgesehen,
die einen stabilen Träger 12 umfasst, der
dazu bestimmt ist, einen oder mehrere Behälter zur Aufnahme des Getränks aufzunehmen.
Auf der vorderen Seite des Schranks ist eine Steuertafel 13 vorgesehen,
die mit Tasten versehen ist, die die Auswahl eines Getränks gestatten
und den verschiedenen Wahlmöglichkeiten
von Kapseln entsprechen, die in der Speichervorrichtung verfügbar sind.
Manche Tasten können
auch gewissen möglichen
Mischungen entsprechen, die mit Hilfe von mehr als einer ausgewählten Kapsel
erhalten werden. Die Vorrichtung wird über eine Stromversorgung 15 mit Strom
und über
eine Wasserleitung 16 mit Wasser versorgt.
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Wie
die 2 bis 5 zeigen, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Hauptsockel 30, auf dem ein Speichersystem 2 in
Form eines Karussells montiert ist, das mehrere Nachladerohre 20–23 umfasst,
die sich vertikal erstrecken und zusammen in einem geschlossenen
Kreisumlauf angeordnet sind. Jedes Rohr bildet einen vertikal ausgerichteten
Innenraum, der für
die Aufnahme einer Reihe von Kapseln ausgelegt ist, die in dem Nachladerohr
lose übereinander
gestapelt sind. Die Nachladerohre können miteinander fest verbunden
sein, so dass sie eine relativ starre Einheit bilden, wenn das Karussell
in Drehung versetzt wird. Zu diesem Zweck ist jedes Rohr in Längsrichtung
zu beiden Seiten mit den benachbarten Rohren durch Verbindungsstege 24 verbunden.
Wie 5 zeigt, sind die Nachladerohre miteinander an
ihrer unteren Basis durch ein zentrales Verbindungsmittel 25 verbunden,
das sich gemäß einer
Stange 26 mit axialer Achse, die mit dem Sockel 30 in
Drehverbindung ist, nach unten erstreckt. Antriebsmittel 27 sind
vorgesehen, um die zentrale Achse 26 in Drehung zu versetzen.
Diese Mittel können,
wie in 5 dargestellt ist, Zahnräder 270, 271 und
einen Elektromotor 272 umfassen, der mit dem Sockel 30 verbunden
ist. Gemäß einer
möglichen
Abwandlung können die
Antriebsmittel eine Kurvenscheibe vom Typ "Malteserkreuz" umfassen, das die Funktion hat, eine
genaue Drehung der Nachladerohre um eine Viertelumdrehung zu gewährleisten.
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Um
eine Stabilität
der Einheit sowie eine Zurückhaltung
der Kapsel in den Rohren in Speicherstellung zu gewährleisten,
ist ein Rohrtragmittel 28 vorgesehen, auf dem das zentrale
Verbindungsmittel 25 aufliegt. Das Rohrtragmittel 28 ist
eine feststehende Tragplatte, die mit dem Hauptsockel 30 durch nicht
dargestellte Verstrebungsmittel fest verbunden ist. Die Tragplatte 28 wird
von der zentralen Achse des Karussells 26 gleitend durchquert,
so dass dem Karussell, d.h. der von den Nachladerohren 20–23 und
ihren Verbindungsmitteln 25, 26 gebildeten Einheit,
gestattet wird, um eine vertikale zentrale Achse O bezüglich der
Tragplatte 28 drehbeweglich zu sein, die ihrerseits bezüglich des
Sockels 30 feststehend ist. Die Nachladerohre 20–23 können auf
diese Weise auf einer kreisförmigen
Bahn I um die Achse O in einem Umlauf bewegt werden, wie in 6 schematisch
dargestellt ist. Die Rohre sind auf diese Weise zwischen einer Konfiguration,
in der die Kapseln von der Tragplatte 28 getragen werden,
und einer Vorwahlkonfiguration beweglich, die einem in der Tragplatte 28 vorgesehenen
Durchgang 29 entspricht, wobei der Durchgang 29 sich
in einen Schnittbereich bezüglich
eines bestimmten Bogens des Umlaufwegs I einschreibt. Der Durchgang 29 liefert
auf diese Weise eine untere Öffnung
in der Tragplatte 28 für
ein Nachladerohr der Reihe, im vorliegenden Fall das Rohr 22 in
dem Beispiel von 6.
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Die 5 bis 8 zeigen
den Greifer 4, der zum Ergreifen einer vorgewählten Kapsel
in dem Speichersystem 2 dient. Unter einer vorgewählten Kapsel
versteht man eine Kapsel 90, die in dem Rohr gegenüber dem
Durchgang 29 an unterster Stelle angeordnet ist. Der Greifer 4 umfasst
eine Verschlussplatte 40, die mit einer Öffnung 41 versehen
ist, die für
den freien Durchgang einer gegenüber
dieser gelegenen Kapsel ausreichend ist. Unter dieser Platte 40 befindet
sich ein angelenktes Element, das mindestens zwei Stellungen einnehmen
kann, und zwar eine Rückhaltestellung,
die es gestattet, die Kapsel zurückzuhalten,
und eine Freigabestellung, die die Freigabe der Kapsel gestattet.
Ein solches Element ist vorzugsweise ein Backenpaar 42,
das sich in fester Verbindung mit der Verschlussplatte um eine zentrale
Drehachse O' bewegt,
die zur Achse O des Karussells parallel und gegen diese versetzt
ist. Zu diesem Zweck sind die Backen 42 und die Platte 40 auf einer
zentralen Stange 46 montiert. Die Verschlussplatte und
die Backen werden mit Hilfe einer Antriebseinheit in Drehung versetzt,
die einen Motor 43 umfasst, der über einen Riemen 44 ein
zentrales Zahnrad 45 antreibt, das seinerseits mit der
Stange 46 fest verbunden ist, wie 3 zeigt.
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Der
Greifer 4, der in 6 absichtlich
vereinfacht dargestellt ist, ist also auf einer zweiten Kreisbahn
I' beweglich, die
die erste Kreisbahn I des Speichersystems 2 schneidet.
Genauer gesagt, die wesentlichen Greifelemente, die die Öffnung 41 und
die Backen 42 sind, sind zusammen auf der Bahn I' beweglich, so dass
sie sich zum Zeitpunkt des Ergreifens gegenüber dem Durchgang 29 der
Rohrtragplatte 28 befinden. Zu diesem Zweck ist die Verschlussplatte 40 so
angeordnet, dass sie den Durchgang 29 überdeckt, so dass auf diese
Weise dazu dient, den Stapel der Kapseln des Rohrs in dem Durchgang 29 in
seiner Stellung zu halten, und zwar bis zu dem Zeitpunkt, zu dem
seine diskrete Öffnung 41 mit
dem vorgewählten
Rohr, d.h. im Schnittbereich der Umlaufwege I-I', in Flucht ist.
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Nun
wird das Greifsystem 4 ausführlicher beschrieben. Wie 8 zeigt,
werden die Backen 42 dieses Systems durch die Einwirkung
einer Feder 47 in geschlossener Stellung gehalten. Die
Feder wirkt durch Kompressionswirkung auf die entgegengesetzten
Teile 420, 421 der Greifglieder 422, 423 der Backen
so ein, dass diese einander genähert
werden und auf diese Weise eine Auflagerandzone 48 für die Kapsel 90 bieten.
Unter den Backen 42 sind Mittel 5 zur Steuerung
der Backen in Richtung Öffnung
und Schließung
angeordnet. Die Steuermittel sind in einem mit dem Sockel 30 fest
verbundenen Gehäuse 54 verschiebbar
untergebracht (in den 5 und 7 sichtbar).
Die Stange 46 ist ihrerseits in der Basis des Gehäuses einerseits
drehbar montiert und ist nach oben verlängert, um an dem Antrieb der
Extraktionsvorrichtung auf die im Nachstehenden beschriebene Weise
teilzunehmen. Die Backen 42 werden an der Unterseite der
Verschlussplatte 40 mit Hilfe einer in dem Gehäuse untergebrachten
Kompressionsfeder 49 in Anlage gehalten. Unter der Wirkung
der Komprimierung der Feder und bei Fehlen einer entgegengesetzten
Schubkraft auf die Backen bleiben die Backen 42 im Wesentlichen
mit der Verschlussplatte 40 in Kontakt. Wie es im Nachstehenden
noch erläutert
wird, ist nämlich
eine auf die Backen 42 einwirkende Schubkraft vorgesehen,
um unter besonderen Bedingungen die Öffnung der Backen zu bewirken.
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Die
Steuermittel 5 zur Steuerung des Kapselgreifsystems umfassen
ein rohrförmiges
oder zylindrisches Element 50, das längs einer zylindrischen Basis 49 der
Backen mit Hilfe einer Führung
vom Typ Rippe/Nut 51 in Translationsbewegung geführt ist. Der
Zylinder 50 ist also von oben nach unten und umgekehrt
in Translationsbewegung längs
der unteren Basis 49 der Backen beweglich, ist aber in
Drehung bezüglich
dieser Basis blockiert. Das obere Ende des Zylinders endet mit einer
Nadel 52, die zwischen den Backen 42 ausgerichtet
ist, wie 9 zeigt.
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Die
Nadel 52 wirkt auf eine Spreizzone 424 der Backen
an deren Basis ein. Am entgegengesetzten Ende des Zylinders wirkt
der Zylinder mit dem Gehäuse
mit Hilfe eines Kurvenscheibenmechanismus 55 zusammen,
der dem Zylinder gestattet, sich bei jeder Umdrehung des Greifers 4 um
die Stange 46 mit der Achse O' zyklisch von unten nach oben und umgekehrt
zu bewegen. Der Mechanismus 55 umfasst eine Kurvenfläche 56,
die sich in den rohrförmigen
Querschnitt des Zylinders einschreibt und mit einem feststehenden
radialen Finger 57 in dem Gehäuse 54 zusammenwirkt,
der mit diesem fest verbunden ist. Die Kurvenfläche 56 besitzt einen
ausgesparten Teil 580, wie 8 zeigt,
in dem der Finger 57 keine Auflagekraft ausübt, und
einen dem ausgesparten Teil 580 entgegengesetzten vorstehenden Teil 581,
in dem der Finger eine Auflagekraft ausübt. Wenn der Zylinder so gerichtet
ist, dass der ausgesparte Teil 580 mit dem Finger 57 in
Entsprechung ist, bleibt der Zylinder in der unteren Stellung und
seine Nadel 52 übt
auf die Backen keine Spreizkraft aus, so dass diese geschlossen
bleiben. Diese Stellung entspricht der Stellung des Ergreifens einer
Kapsel von 7 und 8 sowie
der Übertragungsstellung.
Wenn dagegen der Zylinder so gerichtet ist, dass der vorstehende
Teil mit dem Finger 57 in Kontakt ist, wird der Zylinder
durch die Wirkung der Anlage des Fingers an dem vorstehenden Teil
nach oben gedrückt,
so dass die Nadel auf die Backen eine Spreizkraft ausübt. Die
Stellung entspricht der Stellung des Ausstoßes einer Kapsel nach ihrer
Extraktion, wie im Nachstehenden ausführlich beschrieben wird.
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Wie 3 bis 5 zeigen,
ist die Vorrichtung mit einem Extraktionssystem 7 versehen,
das bezüglich
der Drehstange 46 mit der Achse O' des Greifers am entgegengesetzten Ende
des Speichersystems 2 gelegen ist. Das Extraktionssystem
ist mit einer Extraktionseinheit versehen, die aus einem Extraktionskopf oder
beweglichen Block 70 besteht. Der Block 70 ist
von einem offenen Hohlraum 79, allgemein "Dusche" genannt, gebildet,
der Spitzen aufweist, die das Durchbohren der Kapsel gestatten,
sowie einen Heißwasserzulauf
(nicht dargestellt). Das Extraktionssystem 7 besitzt ferner
einen feststehenden Extraktionssockel 71, der ein Organ 72 zur
Freigabe des Extrakts umfasst. Dieses Organ 72 ist, wie an
sich bekannt ist, direkt auf dem Sockel 30 montiert. Es
besitzt eine Druckverteilungsplatte 74, die erforderlich
ist, um die Kapsel zu öffnen,
und eine Leitung 75 zum Abfließen des flüssigen Extrakts. Der Block 70 ist
einerseits längs
der Stange 46 und andererseits längs einer zusätzlichen
Stange 86 translationsbeweglich montiert. Ein zentraler
Motor 76, der auf einem mit den Stangen 46, 86 verbundenen
Gestell 78 montiert ist, treibt den Block 70 in
Richtung Öffnung/Schließung bezüglich des
feststehenden Extraktionsorgans 72 über eine Zahnradgruppe 77 an,
die dazu bestimmt ist, die Antriebskräfte des Motors auf die beiden
Seiten der Stangen 46, 86 zu verteilen.
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Schließlich umfasst
die Extraktionsvorrichtung 7 mit dem unteren Teil des beweglichen
Gestells 78 verbundene Schuborgane 790, 791,
die die Aufgabe haben, die Öffnung
der Backen 42 zu bewirken, wenn diese mit einer Kapsel
vor die Extraktionsvorrichtung bewegt werden, um ihre Kapsel freizugeben. Zu
diesem Zweck haben die Schuborgane 790, 791 die
Form von Stangen, deren jede dazu bestimmt ist, bei der Abwärtsbewegung
der oberen Extraktionsuntereinheit 70 zur Schließung auf
der Kapsel einen Druck auf eine der Backen auszuüben. Es ist zu bemerken, dass
die Verschlussplatte 40 mit Öffnungen 401, 402,
die in 2 sichtbar sind, versehen ist, die den Durchgang
der Schuborgane 790, 791 durch diese gestatten.
Die Schuborgane 790, 791 wirken auf die Backen
ein, um ihre Öffnung
mit der Schließung der
Extraktionsvorrichtung, die durch die Abwärts bewegung des beweglichen
Extraktionsblocks 70 erhalten wird, zu koordinieren. An
dem Auflageende jedes Schuborgans 790, 791 ist
vorteilhafterweise eine Rolle angeordnet, die in der Richtung der Öffnungs/Schließ-Bewegung
der Backen gerichtet ist, so dass die Bewegung der Backen nicht
behindert wird.
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Zum
besseren Verständnis
der Aufgabe jedes der Elemente und der Art ihres Zusammenwirkens
wird nun die Arbeitsweise der Erfindung beschriebenn.
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1. Wahl eines Getränks und
Auswahl einer entsprechenden Kapsel:
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Der
Verbraucher wählt
ein Getränk,
indem er auf einen der auf der Steuertafel 13 des Hauptschranks
der Vorrichtung vorgesehenen Knöpfe drückt (1).
Das der Wahl entsprechende Signal wird zu einem zentralen Steuersystem
(nicht dargestellt) der Vorrichtung geleitet, das dieses Signal
verarbeitet und die Bewegung des Speichersystems 2 steuert.
Die Ortung des der Wahl entsprechenden Rohrs kann auf verschiedene
Weisen vorgenommen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
findet die Ortung durch einen auf jedem Rohr vorgesehenen elektronischen
Code statt, der von der Lesevorrichtung der Vorrichtung lesbar ist.
Der Code kann ein Strichcode, ein Funkcode ("RFID")
oder jedes andere gleichwertige Codierungsmittel sein, das Identifizierungsinformationen über die
Natur der in dem Rohr enthaltenen Kapseln enthalten kann. Ein anderes
Ortungsmittel kann aus einem System zur Farberkennung mit Hilfe
eines oder mehrerer Farbfühler bestehen,
die in der Durchgangszone angeordnet sind. Die Rohre können transparent
sein und farbige Kapseln enthalten, die von den Fühlern bei
Durchgang des Rohrs erkannt werden. Ein anderes einfacheres Mittel
zur Ortung kann in einer Initialisierung der Rohre und dann einer
Vorbewegungszählung
mit Hilfe eines Zählers
bestehen. Das Ortungsmittel kann auch Mikroschalter oder Elektromagneten
umfassen, die die Steuerung des Stillstands des Motors gestatten.
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Das
Karussell wird durch Einwirkung des durch die Steuervorrichtung
gesteuerten Motors 272 bis zu dem Zeitpunkt bewegt, zu
dem das lokalisierte und ausgewählte
Rohr an der Schnittstelle von I-I' ankommt. Die Steuervorrichtung stoppt
den Motor und das ausgewählte
Rohr ist in Vorwahlstellung. Wenn die Wahl einer Kapsel entspricht,
die einem bereits in Vorwahlstellung befindlichen Rohr entspricht,
erkennt die Steuervorrichtung dieses und der Motor 272 wird
nicht aktiviert.
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2. Ergreifen
einer Kapsel und Übertragung
zum Extraktionssystem
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Im
folgenden Schritt wird das Greifsystem 4 unter der Steuerung
durch die Steuervorrichtung aus einer Ausstoßstellung, die später ausführlich beschrieben
wird, in eine Stellung des Ergreifens der im vorgewählten Rohr
befindlichen Kapsel bewegt. Zu diesem Zweck bewirkt die Steuervorrichtung
die Einschaltung des Motors 43, der nun die Verschlussplatte 40 und
die Backen 42 zusammen bis in die Greifstellung mitnimmt.
Die Greifstellung entspricht der Stellung, in der die örtliche Öffnung 41 der
Verschlussplatte 40 vertikal mit der unteren Öffnung des vorgewählten Rohrs
zusammenfällt.
Wenn diese Stellung erreicht ist, stoppt die Steuervorrichtung den Motor 43.
Die unterste Kapsel 90 im Rohr fällt durch Schwerkraft durch
die Öffnung
und wird durch Auflage auf den Auflagerändern 48 des darunter
befindlichen Backenpaars 42 zurückgehalten. Die Backe ist in
diesem Fall in geschlossener Stellung. Zu diesem Zweck ist der Zylinder 50 in
der unteren Stellung wie in 8 , wobei
der ausgesparte Teil 580 der Kurvenfläche auf der Seite des feststehenden
Fingers 57 im Gehäuse
ausgerichtet ist. Es ist zu bemerken, dass der Raum zwischen den
Backen und der Verschlussplatte 40 gerade für die Dicke
einer Kapsel ausreichend ist. Auf diese Weise werden die anderen
im Rohr befindlichen Kapseln in einem Stapel über der ergriffenen Kapsel
gehalten. Die Verschlussplatte 40 dient als Trennelement
nach Drehung zwischen der ergriffenen Kapsel und dem Rest des in
dem Rohr enthaltenen Stapels. Man kann die Hinzufügung eines
zusätzlichen
Trennelements vorsehen, um die Abwärtsbewegung der ausgewählten Kapsel
durch die Verschlussplatte zu gestatten, ohne dass sie das ganze
Gewicht des Stapels aushalten muss. Dies erleichtert die Abwärtsbewegung,
indem die Gefahr einer Blockierung reduziert wird.
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Der
folgende Schritt besteht darin, dass die in der Backe ergriffene
Kapsel zum Extraktionssystem übertragen
wird. Zu diesem Zweck wird das Greifsystem 4 durch den
Motor 43 unter der Steuerung durch die Steuervorrichtung
wieder in Drehung versetzt.
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3. Freigabe einer Kapsel
in der Extraktionsvorrichtung:
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Die 10 bis 12 zeigen
den Schritt der Freigabe einer Kapsel in dem Extraktionssystem.
Die Kapsel wird durch die Backen 42 über den unteren feststehenden
Extraktionsblock 71 gebracht. Dann wird der Motor 43 gestoppt.
Der Stillstand des Motors kann durch Mikroschalter oder jedes andere
dem Fachmann bekannte gleichwertige Mittel bewirkt werden. Die Steuervorrichtung
steuert dann die Abwärtsbewegung
des oberen beweglichen Extraktionsblocks 70 durch Einschalten
des Motors 76. Die Drehung der Achse des Motors betätigt die
Zahnräder 77,
die nun den Block 70 längs
der Stange 46, 86 bewegen, von denen mindestens
ein Teil ihrer Länge mit
Gewinde versehen ist, um mit Schraubengängen der Bohrungen der seitlichen
Zahnräder
zusammenzuwirken. Die Abwärtsbewegung
des beweglichen Blocks 70 bringt die Schubstangen 790, 791 dazu, durch
die Löcher 401, 402 der
Verschlussplatte hindurchzutreten, bis sie die Öffnung der Backen 42 bewirken.
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Wenn
die Backen auf diese Weise durch die Druckorgane 790, 791 beaufschlagt
werden, senken sie sich bezüglich
der Tragplatte 40 und kommen mit der Nadel 52 der
Steuermittel 5 in Kontakt. Die Backen werden nach unten
zurückgedrückt, indem
sie die im Gehäuse
befindliche Feder 59 nach unten drücken. Der Kontakt der Backen
mit der Nadel hat zur Wirkung, dass ihre Öffnung und damit die Freigabe der
Kapsel in der Extraktionsvorrichtung bewirkt wird, wie es die 11 und 12 schematisch
zeigen. Die Freigabe findet statt, während die Backen 42 sich vertikal
den Auflageflächen 710 des
unteren feststehenden Extraktionsblocks 71 nähern. Die
Backen 42 führen
also gleichzeitig eine Abwärtsbewegung
A und eine Öffnungsbewegung
B aus, die ihr Ausrücken
bezüglich
des Extraktionsblocks gestatten, wie 12 zeigt.
Die Schließung
des Extraktionssystems durch den Block 70 findet also gleichzeitig
mit der Bewegung der Backen statt.
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Es
ist zu bemerken, dass der bewegliche Block 70 so bemessen
ist, dass er durch die Öffnung 41 der
Verschlussplatte ohne Behinderung hindurchtreten kann.
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Es
ist ferner zu bemerken, dass die Backen 42 in der Richtung
A zurückgedrückt werden,
bis ihre Auflagefläche 48 unter
der Auflageebene P der Kapsel liegt, die der Aufnahmefläche 710 des
unteren Blocks entspricht. Die Backen sind nun in Bereitschaftsstellung
bis zum Ende der Extraktion.
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Die
Kapsel ist nun zwischen dem beweglichen oberen Block 70 und
dem feststehenden unteren Block 71 eingeschlossen. Die
Kapsel besitzt vorzugsweise Seitenränder, die an der Schnittfläche zwischen
den beiden Extraktionsblöcken
eingeklemmt werden. Die Kapsel ist also vollständig im Extraktionssystem ergriffen,
ohne dass eine signifikante mechanische Wechselwirkung zwischen
der Kapsel und dem Greifer in diesem Stadium besteht. Das Extraktionssystem
kann durch Dichtungsmittel, wie Wulstringe oder andere (nicht dargestellt)
vollständig abgedichtet
werden.
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Nun
wird das Extraktionsverfahren durch die Steuervorrichtung gesteuert.
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4. Extraktion der Kapsel:
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Die
Extraktion einer Kapsel ist ein an sich bekanntes verfahren. Das
Prinzip braucht nicht ausführlich
beschrieben zu werden. Eine ausführliche
Beschreibung des Extraktionsprinzips findet sich beispielsweise
in den Patenten
US 5,826,492 ;
US 5,649,472 und
US 5,762,987 . Der Inhalt
dieser Patente hinsichtlich der Extraktionsweise gilt als hier durch
Bezug aufgenommen.
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5. Wiederergreifen der
Kapsel in dem Extraktionssystem, Übertragung und Ausstoß:
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Nach
Beendigung des Extraktionsvorgangs wird die Kapsel durch Öffnung des
beweglichen Extraktionsblocks 70 von den Backen 42 wieder
aufgenommen. Die Steuervorrichtung steuert den Betrieb des Motors
in der umgekehrten Drehrichtung der Zahnräder 77, was zur Wirkung
hat, dass der bewegliche Block 70 nach oben bewegt wird.
Umgekehrt zur Schließung
nimmt die Bewegung des Blocks 70 die Schubstangen 790, 791 nach
oben mit, was den auf die Backen ausgeübten Druck beseitigt. Die Backen
kehren unter der Einwirkung der elastischen Entspannung der Druckfeder 59 auf
die Backen an ihrem Platz unter der Verschlussplatte zurück. Die Aufwärtsbewegung
der Backen in der zu A entgegengesetzten Richtung, kombiniert mit
ihrer Annäherung in
der zu B entgegengesetzten Richtung, wie in 12, bewirkt
die Aufnahme der Ränder
der Kapsel, ihr Ergreifen und ihr Abheben vom unteren Extraktionsblock 71.
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Der
folgende Schritt besteht darin, dass die verbrauchte Kapsel zu einer
Ausstoßzone übertragen
wird. Der Ausstoß der
Kapsel ist in den 13 bis 15 dargestellt.
Zu diesem Zweck steuert die Steuervorrichtung die Einschaltung des
Motors 43, der die Drehung des Greifsystems 4 aus
der Extraktionszone 7 zur Ausstoßzone 8 des Systems
bewirkt. Wenn sich die Öffnung 41 der
Verschlussplatte senkrecht über
dieser Zone befindet, die bei dem dargestellten Beispiel von einer
im Hauptrahmen vorgesehenen Öffnung 80 gebildet
wird, stoppt der Motor 43. Bei dem Vorgang der Übertragung
in diese Zone, bringt die Drehung um die Achse O' den Zylinder 50 dazu, sich
zu heben, da der feststehende Finger 57 gegen den vorstehenden
Kurvenflächenabschnitt 581 drückt, wie 14 zeigt.
Indem die Nadel 52 des Zylinders sich nach oben bewegt,
bewirkt sie die Spreizung der Backen, was zur Folge hat, dass die Kapsel 20 herausfällt. In
der Vorrichtung kann unter der Ausstoßzone vorteilhafterweise ein
Aufnahmebehälter
angeordnet sein. Die Kapsel wird auf diese Weise nach Extraktion
entfernt, ohne dass es erforderlich ist, sie manuell oder durch
ein in das Extraktionssystem integriertes Ausstoßsystem aus dem Extraktionssystem
zu entfernen. In dieser Konfiguration ist das Greifsystem für einen
neuen Wahlzyklus einsatzbereit.
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Die
oben in Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschriebene Erfindung
kann zahlreiche Abwandlungen und Änderungen umfassen, die im
Bereich des Fachmanns liegen können, ohne
dadurch den Rahmen der folgenden Ansprüche zu verlassen.