DE602004009718T2

DE602004009718T2 - Gerät für die Zubereitung von Getränken

Info

Publication number: DE602004009718T2
Application number: DE602004009718T
Authority: DE
Inventors: Andrew Halliday; Colin Ballard; Satwinder Panesar; David Smith
Original assignee: Kraft Foods R&D Inc Deutschland
Current assignee: Kraft Foods R&D Inc Deutschland
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2024-01-24
Also published as: ES2295778T5; GB2409965B; MXPA05007864A; ES2295778T3; DK1440640T3; ATE376793T1; GB2397509B; HK1083301A1; LT2005079A; GB0505992D0; RU2331348C2; KR20050105986A; DE602004009718T3; PL377942A1; CA2773078A1; NO20053933L; SI1629752T1; GB2409965A; EP1629752B1; GB2397509A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ein System und Verfahren zur Zubereitung von Getränken, und insbesondere auf die Verwendung von gekapselten Kartuschen, die aus im Wesentlichen luft- und wasserundurchlässigen Materialen gebildet sind und ein oder mehrere Zutaten für die Zubereitung der Getränke enthalten.
In der Vergangenheit wurde vorgeschlagen, Getränkezubereitungszutaten in individuellen luftundurchlässigen Verpackungen für die Verwendung in Getränkemaschinen zu kapseln. Zum Beispiel sind Kartuschen oder Kapseln, die verdichteten gemahlenen Kaffee enthalten, für die Verwendung in bestimmten Kaffeezubereitungsmaschinen bekannt, die allgemein als "Espresso"-Maschinen bezeichnet werden. Bei der Herstellung von Kaffee unter Verwendung dieser Zubereitungsmaschinen wird die Kaffeekartusche in einer Brühkammer platziert und heißes Wasser mit relativ hohen Drücken durch die Kartusche geleitet, um somit die aromatischen Kaffeebestandsteile aus dem gemahlenen Kaffee zu extrahieren und das Kaffeegetränk herzustellen. Typischerweise arbeiten solche Maschinen bei einem Druck von mehr als 6·10⁵ Pa. Die Zubereitungsmaschinen des obenbeschriebenen Typs waren bisher relativ teuer, da die Komponenten der Maschine, wie z. B. die Wasserpumpen und Dichtungen, fähig sein müssen, den hohen Drücken standzuhalten.
WO 02/28241 beschreibt ein Brühpaket für die Verwendung bei der Zubereitung von heißen oder kalten Getränken, wobei das Paket ein maschineninterpretierbares Merkmal enthält, das interpretiert werden kann, um die Getränkeherstellungsvorrichtung anzuweisen, eine spezifische Brühoperation zu verwenden, die für das bestimmte Brühpaket geeignet ist.
In WO 01/58786 ist eine Kartusche für die Zubereitung von Getränken beschrieben, die bei einem Druck im Allgemeinen im Bereich von 0,7 bis 2,0·10⁵ Pa arbeitet. Die Kartusche ist jedoch für die Verwendung in einer Getränkezubereitungsmaschine für den kommerziellen oder industriellen Markt entwickelt und ist relativ teuer. Es bleibt daher ein Bedarf an einer Kartusche für die Zubereitung von Getränken bestehen, wobei die Kartuschen und die Getränkezubereitungsmaschine insbesondere für den Haushaltsmarkt hinsichtlich Kosten, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit geeignet sind. Ferner besteht Bedarf an einer Getränkezubereitungsmaschine für solche Kartuschen, die einfach zu bedienen und zuverlässig in Betrieb ist.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Niederdruck-Getränkezubereitungssystem für die automatische Zubereitung einer Auswahl von Getränketypen aus einer Auswahl von Getränkekartuschen, wobei das System umfasst:
eine Getränkezubereitungsmaschine;
und mehrere Getränkekartuschen, wobei jede Getränkekartusche ein oder mehrere Getränkezutaten enthält, die einem spezifischen Getränketyp zugeordnet sind, wobei das Getränkezubereitungssystem umfasst:

a. Mittel zum Aufnehmen einer der mehreren Getränkekartuschen in der Getränkezubereitungsmaschine und Mittel zum Zuführen eines wässrigen Mediums im Gebrauch zur Getränkekartusche mit einem Druck von weniger als 2 bar, um aus der einen oder den mehreren Getränkezutaten, die darin enthalten sind, ein Getränk herzustellen;
b. eine Lesevorrichtung in der Getränkezubereitungsmaschine zum automatischen Interpretieren eines Codes, der auf die Getränkekartusche geschrieben ist;
c. ein Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines spezifischen Brühzyklus auf der Grundlage des Codes;
d. Mittel zum automatischen Einstellen einer Temperatur des wässrigen Mediums auf der Grundlage des Codes vor der Zuführung des wässrigen Mediums zur Getränkekartusche;
e. Ejektormittel in wenigstens einigen der mehreren Getränkekartu schen zum optionalen Erzeugen einer Aufschäumung des Getränks, in Abhängigkeit vom Getränketyp; und
f. eine Benutzerschnittstelle zum Initiieren eines Operationszyklus; wobei das Getränkezubereitungssystem eine Auswahl von Getränketypen herstellen kann, die wenigstens, jedoch nicht hierauf beschränkt, Filterkaffee, Cappuccino, Tee, Schokolade und aufgeschäumte Milch enthält, und wobei die Operation der Benutzerschnittstelle unabhängig vom ausgegebenen Getränketyp ist.

Die Getränkezubereitungsmaschine der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft einfach zu bedienen. Genauer wird von einem Verbraucher das gleiche Bedienungsverfahren unabhängig vom auszugebenden Getränketyp verwendet.
Es ist klar, dass mit dem Ausdruck "Kartusche", wie er hier verwendet wird, irgendeine Verpackung, ein Behälter, eine Portionspackung oder ein Gefäß gemeint ist, die ein oder mehrere Getränkezutaten in der beschriebenen Weise enthalten. Die Kartusche kann starr, halbstarr oder flexibel sein.
Die Kartusche für die Verwendung im vorliegenden System kann ein oder mehrere Getränkezutaten enthalten, die für die Herstellung eines Getränkeprodukts geeignet sind. Das Getränkeprodukt kann z. B. Kaffee, Tee, Schokolade oder ein milchhaltiges Milchbasisgetränk sein. Die Getränkezutaten können pulverisiert, gemahlen, blättrig oder flüssig sein. Die Getränkezutaten können unlöslich oder löslich sein. Beispiel umfassen gerösteten und gemahlenen Kaffee, Blättertee, pulversierte Kakaofeststoffe und Suppe, flüssige Milchbasisgetränke und konzentrierte Fruchtsäfte.
Die Auswahl an Getränketypen umfasst vorzugsweise Kaffee, Schokolade, Milch, Suppe und Fruchtsäfte.
Die Getränkezubereitungsmaschine umfasst ferner Mittel zum Reinigen (Spülen) der Getränkekartusche nach der Abgabe des Getränks.
Das System kann ferner mit einer oder mehreren Kartuschen verwendet werden, die ein oder mehrere Nicht-Getränke-Zutaten umfassen, um Nicht- Getränke-Produkte zuzubereiten, wie z. B. Soßen und Nachspeisen.
Die Lesevorrichtung kann eine optische Code-Lesevorrichtung sein.
Das System kann ein Haushalts-Niederdruck-Getränkezubereitungssystem sein.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Zubereitung wenigstens einer Auswahl von Getränken, das die Schritte umfasst:

a. Einsetzen wenigstens einer Getränkekartusche, die ein oder mehrere Getränkezutaten enthält, in eine Niederdruck-Getränkezubereitungsmaschine;
b. Betätigen einer Benutzerschnittstelle der Getränkezubereitungsmaschine, um einen Operationszyklus zu initiieren;
c. Betreiben einer Lesevorrichtung, um einen auf die Getränkekartusche geschriebenen Code zu erfassen;
d. Erzeugen eines spezifischen Brühzyklus auf der Grundlage des Codes;
e. Leiten eines wässrigen Mediums durch die Getränkekartusche, um ein Getränk zu erzeugen, wobei die Temperatur, die Vorbewässerung, das Volumen, die Strömungsrate und die Luftreinigung des wässrigen Mediums auf der Grundlage des Codes festgelegt werden;
f. Erzeugen einer Aufschäumung des Getränks für wenigstens einige aus der Auswahl von Getränken durch Vorsehen eines Ejektormittels in der oder in wenigstens einer Getränkekartusche; wobei das Verfahren eine Auswahl von Getränketypen unter Verwendung einer oder mehrerer Getränkekartuschen herstellen kann, die wenigstens, jedoch nicht hierauf beschränkt, Filterkaffee, Cappuccino, Tee, Schokolade und aufgeschäumte Milch enthält, und wobei die Betätigung der Benutzerschnittstelle unabhängig vom ausgegebenen Getränketyp ist.

In der folgenden Beschreibung werden die Ausdrücke "oben" und "unten" und Äquivalente verwendet, um die relative Positionierung von Merkmalen der Erfindung zu beschreiben. Die Ausdrücke "oben" und "unten" und Äquivalente sollten so aufgefasst werden, dass sie sich auf die Kartusche (oder andere Komponenten) in ihrer normalen Orientierung für das Einsetzen in eine Getränkezubereitungsmaschine und die anschließende Getränkeabgabe beziehen, wie z. B. in 4 gezeigt ist. Insbesondere beziehen sich "oben" bzw. "unten" relative Positionen näher an oder weiter entfernt von einer oberen Oberfläche 11 der Kartusche. Außerdem werden die Ausdrücke "innen" und "außen" und Äquivalente verwendet, um eine relative Positionierung von Merkmalen der Erfindung zu beschreiben. Die Ausdrücke "innen" und "außen" sowie Äquivalente sollten so verstanden werden, dass sie sich auf relative Positionen in der Kartusche (oder anderen Komponenten) beziehen, die jeweils näher an oder weiter entfernt von einem Zentrum oder ein Hauptachse X der Kartusche 1 (oder der anderen Komponente) sind.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnung beschrieben, in welchen:
1 eine Querschnittszeichnung eines Außenelements der ersten und zweiten Ausführungsformen der Kartusche für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittszeichnung eines Details des Außenelements der 1 ist, die eine nach innen gerichtete zylindrische Verlängerung zeigt;
3 eine Querschnittszeichnung eines Details des Außenelements der 1 ist, die einen Schlitz zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht des Außenelements der 1 von oben ist;
5 eine perspektivische Ansicht des Außenelements der 1 von oben in einer umgekehrte Orientierung ist;
6 eine Draufsicht des Außenelements der 1 von oben ist;
7 eine Querschnittszeichnung eines Innenelements der ersten Ausführungsform der Kartusche ist;
8 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 7 von oben ist;
9 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 7 von oben in einer umgekehrten Orientierung ist;
10 eine Draufsicht des Innenelements der 7 von oben ist;
11 eine Querschnittszeichnung der ersten Ausführungsform der Kartusche in einem zusammengefügten Zustand ist;
12 eine Querschnittszeichnung eines Innenelements der zweiten Ausführungsform der Kartusche ist;
13 eine Querschnittszeichnung eines Details des Innenelements der 12 ist, die eine Öffnung zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 12 von oben ist;
15 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 12 von oben in einer umgekehrten Orientierung ist;
16 eine weitere Querschnittszeichnung des Innenelements der 12 ist;
17 eine Querschnittszeichnung eines weiteren Details des Innenelements der 12 ist, die einen Lufteinlass zeigt;
18 eine Querschnittszeichnung der zweiten Ausführungsform der Kartusche in einem zusammengefügten Zustand ist;
19 eine Querschnittszeichnung eines Außenelements der dritten und vierten Ausführungsformen der Kartusche für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist;
20 eine Querschnittszeichnung eines Details des Außenelements der 19 ist, die eine nach innen gerichtete zylindrische Verlängerung zeigt;
21 eine Draufsicht des Außenelements der 19 von oben ist;
22 eine perspektivische Ansicht des Außenelements der 19 von oben ist;
23 eine perspektivische Ansicht des Außenelements der 19 von oben in einer umgekehrten Orientierung ist;
24 eine Querschnittszeichnung eines Außenelements der dritten Ausführungsform der Kartusche ist;
25 eine Draufsicht des Innenelements der 24 von oben ist;
26 eine Querschnittszeichnung eines Details des Innenelements der 24 ist, die einen einwärts umgeschlagenen oberen Rand zeigt;
27 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 24 von oben ist;
28 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 24 von oben in einer umgekehrten Orientierung ist;
29 eine Querschnittszeichnung der dritten Ausführungsform der Kartusche in einem zusammengefügten Zustand ist;
30 eine Querschnittszeichnung eines Innenelements der vierten Ausführungsform der Kartusche ist;
31 eine Draufsicht des Innenelements der 30 von oben ist;
32 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 30 von oben ist;
33 eine perspektivische Ansicht des Innenelements der 30 von oben in einer umgekehrten Orientierung ist;
34 eine Querschnittszeichnung der vierten Ausführungsform der Kartusche in einem zusammengefügten Zustand ist;
35 eine perspektivische Vorderansicht einer Getränkezubereitungsmaschine für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist;
36 eine perspektivische Vorderansicht der Maschine der 35 mit einem Kartuschenkopf in einer offenen Stellung ist;
37 eine perspektivische Rückseitenansicht der Maschine der 35 ist, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
38 eine weitere perspektivische Rückseitenansicht der Maschine der 35 ist, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
39 eine perspektivische Ansicht des Kartuschenkopfes der Maschine der 35 ist, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
40 eine weitere perspektivische Ansicht des Kartuschenkopfes der Maschine der 35 ist, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind;
41 eine Querschnittsansicht des Kartuschenkopfes in einer geschlossen Stellung ist;
42 eine Querschnittsansicht des Kartuschenkopfes in einer offenen Stellung ist;
43 eine schematische Anordnung der Maschine der 35 ist;
44a und 44b schematische Anordnungen erster und zweiter Codeerkennungsmittel für die Maschine der 35 sind;
45 eine Draufsicht eines Getränks der vorliegenden Erfindung ist, das einen Strichcode umfasst;
46a ein Graph der Konzentration über der Betriebszykluszeit ist;
46b ein Graph der Schäumfähigkeit über der Betriebszykluszeit ist; und
46c ein Graph der Temperatur über der Betriebszykluszeit ist.
Wie in 11 gezeigt ist, umfasst die Kartusche 1 für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen ein Außenelement 2, ein Innenelement 3 und ein Laminat 5. Das Außenelement 2, das Innenelement 3 und das Laminat 5 sind so zusammengefügt, dass sie die Kartusche 1 bilden, die einen Innenraum 120 zum Aufnehmen ein oder mehrerer Getränkezutaten, einen Einlass 121, einen Auslass 122 und einen Getränkeströmungspfad, der der Einlass 121 mit dem Auslass 122 verbindet und durch den Innenraum 120 führt, aufweist. Der Einlass 121 und der Auslass 122 sind anfangs durch das Laminat 5 abgedichtet und werden bei Gebrauch mittels Durchstoßen oder Durchschneiden des Laminats 5 geöffnet. Der Getränkeströmungspfad ist durch eine räumliche Beziehung zwischen dem Außenelement 2, dem Innenelement 3 und dem Laminat 5 wie im Folgenden beschrieben definiert. Andere Komponenten können optional in der Kartusche 1 enthalten sein, wie z. B. ein Filter 4, wie später beschrieben wird.
Eine erste Version der Kartusche 1, die zur Erläuterung des Hintergrunds beschrieben wird, ist in den 1 bis 11 gezeigt. Die erste Version der Kartusche 1 ist für die Verwendung bei der Abgabe gefilterter Produkte, wie z. B. geröstetem und gemahlenem Kaffee oder Blättertee, besonders gestaltet. Diese Version der Kartusche 1 und die anderen Versionen, die im Folgenden beschrieben werden, können jedoch mit anderen Produkten verwendet werden, wie z. B. Schokolade, Kaffee, Tee, Süßstoffen, Stärkungsmitteln, Aromastoffen, alkoholischen Getränken, aromatisierter Milch, Fruchtsäften, Fruchtnektaren, Saucen und Nachspeisen.
Wie aus 5 deutlich wird, ist die Gesamtform der Kartusche 1 im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig, wobei der Durchmesser der Kartu sche 1 deutlich größer als ihre Höhe ist. Eine Hauptachse X läuft durch das Zentrum des Außenelements, wie in 1 gezeigt ist. Typischerweise ist der Gesamtdurchmesser des Außenelements 2 gleich 74,5 mm ±6 mm, wobei die Gesamthöhe gleich 16 mm ±3 mm ist. Typischerweise ist das Volumen der zusammengefügten Kartusche 1 gleich 30,2 ml ±20%.
Das Außenelement 2 umfasst im Wesentlichen eine tassenförmige Hülle 10 mit einer gekrümmten ringförmigen Wand 13, eine geschlossene Oberseite 11 und einen offenen Boden 12. Der Durchmesser des Außenelements 2 ist kleiner als die Oberseite 11 im Vergleich zum Durchmesser am Boden 12, was zu einer Aufweitung der ringförmigen Wand 13 ausgehend von der geschlossenen Oberseite 11 zum offenen Boden 12 führt. Die ringförmige Wand 13 und der geschlossene Boden 11 definieren gemeinsam ein Behältnis mit einem Innenraum 34.
Eine hohle, nach innen gerichtete zylindrische Verlängerung 18 ist in der geschlossenen Oberseite 11 zentriert auf der Hauptachse X vorgesehen. Wie in 2 deutlicher gezeigt ist, umfasst die zylindrische Verlängerung 18 ein gestuftes Profil, das erste, zweite und dritte Abschnitte 19, 20 und 21 aufweist. Der erste Abschnitt 19 ist genau kreisförmig zylindrisch. Der zweite Abschnitt 20 ist kegelstumpfförmig und nach innen verjüngt. Der dritte Abschnitt 21 ist ein weiterer genau kreisförmiger Zylinder und durch eine untere Fläche 31 abgeschlossen. Der Durchmesser des ersten, zweiten und dritten Abschnitts 19, 20 und 21 nimmt inkremental zu, so dass der Durchmesser der zylindrischen Verlängerung 18 ausgehend von der Oberseite 11 zur geschlossenen unteren Fläche 13 der zylindrischen Verlängerung 18 abnimmt. Eine im Wesentlichen horizontale Schulter 32 ist auf der zylindrischen Verlängerung 18 am Übergang zwischen den zweiten und dritten Abschnitten 20 und 21 ausgebildet.
Eine nach außen verlaufende Schulter 33 ist im Außenelement 2 in Richtung zum Boden 12 ausgebildet. Die nach außen verlaufende Schulter 33 bildet eine sekundäre Wand 15 koaxial mit der ringförmigen Wand 13, um somit eine ringförmige Bahn zu definieren, die eine Sammelkammer 16 zwischen der sekundären Wand 15 und der ringförmigen Wand 13 bildet. Die Sammelkammer 16 führt um den Umfang des Außenelements 2. Eine Reihe von Schlitzen 17 ist in der ringförmigen Wand 13 bündig mit der Sammelkammer 16 vorgesehen, um eine Gas- und Flüssigkeitsverbindung zwischen der Sammelkammer 16 und dem Innenraum 34 des Außenelements 2 bereitzustellen. Wie in 3 gezeigt ist, umfassen die Schlitze 17 vertikale Schlitze in der ringförmigen Wand 13. Es sind zwischen zwanzig und vierzig Schlitze vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform sind 37 Schlitze 17 im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet um den Umfang der Sammelkammer 16 vorgesehen. Die Schlitze 17 sind vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,8 mm lang. Typischerweise beträgt die Länge eines jeden Schlitzes 1,6 mm, was zehn Prozent der Gesamthöhe des Außenelements 12 darstellt. Die Breite jedes Schlitzes beträgt zwischen 0,25 und 0,35 mm. Typischerweise beträgt die Breite jedes Schlitzes 0,3 mm. Die Breite der Schlitze 17 ist ausreichend schmal, um die Getränkezutaten daran zu hindern, in die Sammelkammer 16 entweder während der Aufbewahrung oder im Gebrauch hindurch zu gelangen.
Eine Einlasskammer 26 ist im Außenelement 2 am Umfang des Außenelements 2 ausgebildet. Eine zylindrische Wand 27 ist, wie in 5 am deutlichsten gezeigt ist, vorgesehen, die die Einlasskammer 26 innerhalb des Innenraums 34 des Außenelements 2 definiert und die Einlasskammer 26 von diesem abtrennt. Die zylindrische Wand 27 weist eine geschlossene obere Fläche 28 auf, die auf einer Ebene senkrecht zur Hauptachse X ausgebildet ist, und ein offenes unteres Ende 29 koplanar mit dem Boden 12 des Außenelements 2. Das Einlasselement 26 steht mit der Sammelkammer 16 über zwei Schlitze 30 in Verbindung, wie in 1 gezeigt ist. Alternativ können zwischen einem und vier Schlitze verwendet werden, um eine Verbindung zwischen der Sammelkammer 16 und der Einlasskammer 26 herzustellen.
Ein unteres Ende der nach außen verlaufenden Schulter 33 ist mit einem nach außen verlaufenden Flansch 35 versehen, der sich senkrecht zur Hauptachse X erstreckt. Der Flansch 35 weist typischerweise eine Breite zwischen 2 und 4 mm auf. Ein Abschnitt des Flansches 35 ist vergrößert, um einen Griff 24 zu bilden, mit dem das Außenelement 2 gehalten werden kann. Der Griff 24 ist mit einem nach oben gewendeten Rand 25 versehen, um einen Griffabschnitt zu bilden.
Das Außenelement 2 ist als einzelnes integrales Teil aus einem hochdichten Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyester oder einem Laminat aus zwei oder mehr dieser Materialien gebildet. Ein geeignetes Polypropylen ist die Auswahl an Polymeren, die von DSM UK Limited (Redditch, Vereinigtes Königreich) erhältlich ist. Das Außenelement kann undurchsichtig, transparent oder durchscheinend sein. Der Herstellungsprozess kann Spritzgießen sein.
Das Innenelement 3, wie in den 7 bis 10 gezeigt, umfasst einen ringförmigen Rahmen 41 und einen nach unten verlaufenden zylindrischen Trichter 40. Eine Hauptachse X läuft durch das Zentrum des Innenelements 3, wie in 7 gezeigt ist.
Wie in 8 am besten gezeigt ist, umfasst der ringförmige Rahmen 41 einen Außenrand 51 und eine Innennabe 52, die mit zehn gleichmäßig beabstandeten Radialspeichen 53 verbunden sind. Die Innennabe 52 ist integral mit dem zylindrischen Trichter 40 ausgebildet und erstreckt sich ausgehend von diesem. Filtrationsöffnungen 55 sind im ringförmigen Rahmen 41 zwischen den Radialspeichern 53 vorgesehen. Ein Filter 4 ist auf dem ringförmigen Rahmen 41 so angeordnet, dass er die Filtrationsöffnungen 55 abdeckt. Der Filter ist vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Nassfestigkeit gefertigt, z. B. einem ungewebten Fasermaterial aus Polyester. Andere Materialien, die verwendet werden können, umfassen ein wasserunlösliches zelluloseartiges Material, wie z. B. ein Zellulosematerial, das verwobene Papierfasern umfasst. Die verwobenen Papierfasern können mit Fasern aus Polypropylen, Polyvinylchlorid und/oder Polyethylen gemischt sein. Das Einbauen dieser Kunststoffmaterialien in das Zellulosematerial macht das Zellulosematerial wärmeversiegelbar. Der Filter 4 kann auch mit einem Material behandelt oder beschichtet sein, das mittels Wärme und/oder Druck aktiviert wird, so dass es auf diese Weise am ringförmigen Rahmen 41 versiegelt werden kann.
Wie in dem Querschnittsprofil der 7 gezeigt ist, ist die Innennabe 52 an einer tieferen Position angeordnet als der Außenrand 51, was dazu führt, dass der ringförmige Rahmen 41 ein geneigtes unteres Profil aufweist.
Die obere Oberfläche jeder Speiche 53 ist mit einem aufrechtstehenden Steg 54 verbunden, der einen Leerraum oberhalb des ringförmigen Rahmens 41 in mehrere Durchlässe 57 unterteilt. Jeder Durchlass 57 ist auf jeder Seite durch einen Steg 54 und auf einer unteren Fläche durch den Filter 4 begrenzt. Die Durchlässe 57 erstrecken sich vom Außenrand 51 nach unten in Richtung zum zylindrischen Trichter 40 und öffnen sich in diesen an den Öffnungen 56, die durch die inneren Ausläufer der Stege 54 definiert werden.
Der zylindrische Trichter 40 umfasst ein Außenrohr 42, das ein inneres Ausflussrohr 43 umgibt. Das Außenrohr 42 bildet das Äußere des zylindrischen Trichters 40. Das Ausflussrohr 43 ist mit dem Außenrohr 42 an einem oberen Ende des Ausflussrohres 43 mittels eines ringförmigen Flansches 47 verbunden. Das Ausflussrohr 43 umfasst einen Einlass 45 am oberen Ende, der mit den Öffnungen 56 der Durchlässe 57 in Verbindung steht, sowie einen Auslass 44 an einem unteren Ende, durch den das zubereitete Getränk in eine Tasse oder ein anderes Gefäß abgegeben wird. Das Ausflussrohr 43 umfasst einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 48 an einem oberen Ende und einen zylindrischen Abschnitt 58 an einem unteren Ende. Der zylindrische Abschnitt 58 kann eine leichte Abschrägung aufweisen, so dass er sich in Richtung zum Auslass 44 verjüngt. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 48 trägt dazu bei, das Getränk aus den Durchlässen 57 nach unten in Richtung zum Auslass 44 zu kanalisieren, ohne eine Turbulenz im Getränk hervorzurufen. Eine obere Oberfläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 48 ist mit vier Trägerstegen 49 versehen, die gleichmäßig beabstandet um den Umfang des zylindrischen Trichters 40 angeordnet sind. Die Trägerstege definieren dazwischen Kanäle 50. Die oberen Kanten der Trägerstege 49 sind zueinander bündig und senkrecht zur Hauptachse X.
Das Innenelement 3 kann als ein einzelnes integrales Teil aus Polypropylen oder einem ähnlichen Material gebildet sein, wie oben beschrieben worden ist, wobei in der gleichen Weise wie beim Außenelement 2 Spritzgießen verwendet werden kann.
Alternativ können das Innenelement 3 und/oder das Außenelement 2 aus einen biologisch abbaubaren Polymer gefertigt sein. Beispiele geeigneter Materialien umfassen abbaubares Polyethylen (z. B. SPITEK, geliefert von Symphony Environmental, Borehamwood, Vereinigtes Königreich), biologisch abbaubares Polyesteramid (z. B. BAK1095, geliefert von Symphony Environmental) Polymilchsäuren (PLA, geliefert von Cargil, Minnesota, USA), stärkebasierte Polymere, Zellulosederivate und Polypeptide.
Das Laminat 5 ist aus zwei Schichten gebildet, einer ersten Schicht aus Aluminium und einer zweiten Schicht aus gegossenem Polypropylen. Die Aluminiumschicht ist zwischen 0,02 und 0,07 mm dick. Die gegossene Polypropylenschicht ist zwischen 0,025 und 0,065 mm dick. In einer Ausführungsform ist die Aluminiumschicht 0,06 mm dick, während die Polypropylenschicht 0,025 mm dick ist. Dieses Laminat ist besonders vorteilhaft, da es eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Kräuselung während des Zusammenfügens aufweist. Als Ergebnis kann das Laminat 5 auf die richtige Größe und Form vorgeschnitten werden und anschließend zur Fügestation auf der Fertigungsstraße transportiert werden, ohne einer Verformung zu unterliegen. Folglich ist das Laminat 5 besonders gut für das Schweißen geeignet. Andere Laminatmaterialien können verwendet werden, einschließlich PET/Aluminium/PP-, PE/EVOH/PP-, PET/Metallisiert/PP- und Aluminium/PP-Laminaten. Anstelle eines Rolllaminataufmasses kann ein Formschnittaufmass verwendet werden.
Die Kartusche 1 kann durch einen starren oder halbstarren Deckel anstelle eines flexiblen Laminats verschlossen sein.
Das Zusammenfügen der Kartusche 1 umfasst die folgenden Schritte:

a) Das Innenelement 3 wird in das Außenelement 2 eingesetzt;
b) der Filter 4 wird in Form geschnitten und auf dem Innenelement 3 platziert, so dass er über den zylindrischen Trichter 40 aufgenommen wird und auf dem ringförmigen Rahmen 41 zu liegen kommt;
c) das Innenelement 3, das Außenelement 2 und der Filter 4 werden mittels Ultraschallschweißen verbunden;
d) die Kartusche 1 wird mit einer oder mehreren Getränkezutaten gefüllt;
e) das Laminat 5 wird am Außenelement 2 befestigt.

Diese Schritte werden im Folgenden genauer beschrieben.
Das Außenelement 2 ist so ausgerichtet, dass der offene Boden 12 nach oben gerichtet ist. Das Innenelement 3 wird anschließend in das Außenelement 2 eingesetzt, wobei der Außenrand 51 lose in einer axialen Verlängerung 14 an der Oberseite 11 der Kartusche 1 aufgenommen wird. Die zylindrische Verlängerung 18 des Außenelements 2 wird gleichzeitig im oberen Abschnitt des zylindrischen Trichters 40 des Innenelements 3 aufgenommen. Der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Verlängerung 18 wird innerhalb des zylindrischen Trichters 40 aufgesetzt, wobei die geschlossene untere Fläche 31 der zylindrischen Verlängerung 18 auf den Trägerstegen 49 des Innenelements 30 ruht. Der Filter 40 anschließend über dem Innenelement 3 platziert, so dass das Filtermaterial den ringförmigen Rand 51 berührt. Ein Ultraschallschweißprozess wird anschließend verwendet, um den Filter 4 mit den Innenelement 3 zu verbinden, wobei gleichzeitig im gleichen Prozessschritt das Innenelement 3 mit dem Außenelement 2 verbunden wird. Das Innenelement 3 und der Filter 4 werden um den Außenrand 51 verschweißt. Das Innenelement 3 und das Außenelement 2 werden mittels Schweißlinien um den Außenrand 51 und ferner um die oberen Kanten der Stege 54 verbunden.
Wie in 11 am deutlichsten gezeigt ist, definieren das Außenelement 2 und das Innenelement 3, wenn sie zusammengefügt sind, einen Hohlraum 130 im Inneren 120 unterhalb des ringförmigen Flansches 41 und außerhalb des zylindrischen Trichters 40, der eine Filtrationskammer bildet. Die Filtrationskammer 130 und die Durchlässe 57 oberhalb des ringförmigen Rahmens 41 sind durch das Filterpapier 4 getrennt.
Die Filtrationskammer 130 enthält die eine oder die mehreren Getränkezutaten 200. Die eine oder die mehreren Getränkezutaten werden in die Filtrationskammer 130 gepackt. Für ein gefiltertes Getränk ist die Zutat typischerweise gerösteter und gemahlener Kaffee oder blättriger Tee. Die Dichte der Packung der Getränkezutaten in der Filtrationskammer kann nach Bedarf variiert werden. Typischerweise enthält die Filtrationskammer für ein Filterkaffeeprodukt zwischen 5,0 und 10,2 Gramm an geröstetem und gemahlenem Kaffee in einem Filtrationsbett der Dicke von typischerweise 5 bis 14 mm. Optional kann der Innenraum 120 ein oder mehrere Körper, wie z. B. Kugeln, enthalten, die innerhalb des Innenraums 120 frei beweglich sind, um das Mischen durch Einbringen von Turbulenzen und das Aufbrechen von Ablagerungen der Getränkezutaten während der Abgabe des Getränks zu unterstützen.
Das Laminat 5 wird anschließend am Außenelement 2 befestigt, indem eine Schweißnaht 126 um den Umfang des Laminats 5 ausgebildet wird, um das Laminat 5 mit der unteren Oberfläche des nach außen ragenden Flansches 35 zu verbinden. Die Schweißnaht 126 verläuft so, dass sie das Laminat 5 gegen die Unterkante der zylindrischen Wand 27 der Einlasskammer 26 abdichtet. Ferner wird eine Schweißnaht 125 zwischen dem Laminat 5 und der Unterkante des Außenrohres 42 des zylindrischen Trichters 40 ausgebildet. Das Laminat 5 bildet die untere Wand der Filtrationskammer 130 und dichtet ferner die Einlasskammer 26 und den zylindrischen Trichter 40 ab. Es existiert jedoch ein kleiner Spalt 123 vor der Abgabe zwischen dem Laminat 5 und der Unterkante des Ausflussrohres 43. Eine Vielfalt von Schweißverfahren kann verwendet werden, wie z. B. Wärme- und Ultraschallschweißen, in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Laminats 5.
Das Innenelement 3 erstreckt sich vorteilhaft zwischen dem Außenelement 2 und dem Laminat 5. Das Innenelement 3 ist aus einem Material mit relativ großer Steifigkeit gebildet, wie z. B. Polypropylen. Somit bildet das Innenelement 3 ein Lastaufnahmeelement, das das Laminat 5 und das Außenelement 2 voneinander beabstandet hält, wenn die Kartusche 1 zusammengedrückt wird. Die Kartusche 1 wird vorzugsweise im Gebrauch einer Druckbelastung zwischen 130 und 280 N unterworfen. Die Druckkraft verhindert, dass die Kartusche unter interner Druckbildung versagt, und dient ferner zum Zusammenquetschen des Innenelements 3 und des Außenelements 2. Dies stellt sicher, dass die Innenabmessungen der Durchlässe und Öffnungen in der Kartusche 1 fixiert sind und sich während der Unterdrucksetzung der Kartusche 1 nicht ändern können.
Um die Kartusche 1 zu verwenden, wird sie zuerst in eine Getränkezubereitungsmaschine (die weiter unten beschrieben wird) eingesetzt, wobei der Einlass 121 und der Auslass 122 mittels Durchstoßelementen der Getränkezubereitungsmaschine geöffnet werden, die das Laminat 5 durchstoßen und zurückklappen. Ein wässriges Medium, typischerweise Wasser, tritt unter Druck durch den Einlass 121 in die Kartusche 1 und in die Einlasskammer 26 mit einem Druck zwischen 0,1–2,0 bar ein, obwohl höhere Drücke mit den Kartuschen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Von hier wird das Wasser durch die Schlitze 30 und um die Sammelkammer 16 und in die Filtrationskammer 130 der Kartusche 1 durch die mehreren Schlitze 17 geleitet. Das Wasser wird radial nach innen durch die Filtrationskammer 130 gedrückt und mischt sich mit darin enthaltenen Getränkezutaten 200. Das Wasser wird gleichzeitig durch die Getränkezutaten nach oben gedrückt. Das durch das Durchleiten des Wassers durch die Getränkezutaten gebildete Getränk läuft durch den Filter 4 und die Filtrationsöffnungen 55 in die oberhalb des ringförmigen Rahmens 41 liegenden Durchlässe 57. Die Abdichtung des Filters auf den Speichen 53 und die Verschweißung des Randes 51 mit dem Außenelement 2 stellen sicher, dass keine Abkürzungen vorhanden sind und das gesamte Getränk durch den Filter 4 laufen muss.
Das Getränk fließt anschließend nach unten längs der Radialdurchlässe 57, die zwischen den Stegen 54 ausgebildet sind, und durch die Öffnungen 56 in den zylindrischen Trichter 40. Das Getränk läuft längs der Kanäle 50 zwischen den Trägerstegen 47 und abwärts längs des Ausflussrohres 43 zum Auslass 44, wo das Getränk in ein Gefäß, wie z. B. eine Tasse, abgegeben wird.
Die Getränkezubereitungsmaschine umfasst vorzugsweise eine Luftspüleinrichtung, mit der komprimierte Luft durch die Kartusche 1 am Ende des Betriebszyklus gedrückt wird, um das restliche Getränk in das Gefäß auszuspülen.
Eine zweite Version der Kartusche 1 ist in den 12 bis 18 gezeigt. Die zweite Version der Kartusche 1 ist für die Verwendung bei der Abgabe von Espresso-Typ-Produkten, wie z. B. geröstetem und gemahlenem Kaffee, besonders gestaltet, wo es wünschenswert ist, ein Getränk mit einer Aufschäumung kleiner Blasen, bekannt als Creme herzustellen. Viele der Merkmale der zweiten Version der Kartusche 1 sind dieselben wie in der ersten Version, wobei ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Merkmale zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der ersten und zweiten Version diskutiert. Gemeinsame Merkmale, die in der gleichen Weise funktionieren, werden nicht genauer beschrieben.
Das Außenelement 2 weist den gleichen Aufbau auf wie in der ersten Version der Kartusche 1 und wie in den 1 bis 4 gezeigt ist.
Der ringförmige Rahmen 41 des Innenelements 3 ist derselbe wie in der ersten Version. Ferner ist ein Filter 4 auf den ringförmigen Rahmen 41 vorgesehen, um die Filtrationsöffnungen 55 abzudecken. Das Außenrohr 42 des zylindrischen Trichters 40 ist ebenfalls unverändert. Es gibt jedoch eine Anzahl von Unterschieden im Aufbau des Innenelements 2 der zweiten Version im Vergleich zur ersten Version. Wie in 16 gezeigt ist, ist das Ausflussrohr 43 mit einer Trennwand 65 versehen, die sich ausgehend vom Auslass 44 über einen Teil des Ausflussrohres 43 nach oben erstreckt. Die Trennwand 65 trägt dazu bei, zu verhindern, dass das Getränk versprüht und/oder verspritzt wird, wenn es aus dem Ausflussrohr 43 austritt. Das Profil des Ausflussrohres 43 ist ebenfalls verschieden und umfasst ein gestuftes Profil mit einem ausgeprägten Knick 66 nahe einem oberen Ende des Rohres 43.
Ein Rand 47 ist vom ringförmigen Flansch 47 aufrechtstehend vorgesehen, der das Außenrohr 42 mit dem Ausflussrohr 43 verbindet. Der Rand 47 umschließt den Einlass 45 zum Ausflussrohr 43 und definiert einen ringförmigen Kanal 69 zwischen den Rand 67 und dem oberen Abschnitt des Außenrohres 42. Der Rand 67 ist mit einer nach innen gerichteten Schulter 68 versehen. An einem Punkt am Umfang des Randes 67 ist eine Öffnung 70 in Form eines Schlitzes vorgesehen, der sich von einer Oberkante des Randes 67 bis zu einem Punkt unwesentlich unterhalb des Niveaus der Schulter 68 erstreckt, wie in den 12 und 13 am deutlichsten gezeigt ist. Der Schlitz weist eine Breite von 0,64 mm auf.
Ein Lufteinlass 71 ist im ringförmigen Flansch 47 in Umfangsrichtung ausgerichtet auf die Öffnung 70 vorgesehen, wie in den 16 und 17 gezeigt ist. Der Lufteinlass 71 umfasst eine Öffnung, die durch den Flansch 47 führt, um somit eine Verbindung zwischen einem Punkt oberhalb des Flansches 47 und dem Hohlraum unterhalb des Flansches 47 zwischen dem Außenrohr 42 und dem Ausflussrohr 43 herzustellen. Wie gezeigt ist, umfasst der Lufteinlass 71 vorzugsweise einen oberen pegelstumpfförmigen Abschnitt 73 und einen unteren zylindrischen Abschnitt 72. Der Lufteinlass 71 ist typischerweise mittels eines Gießwerkzeuges, wie z. B. eines Stifts, geformt. Das verjüngte Profil des Lufteinlasses 71 erlaubt dem Gießwerkzeug, leichter aus der gegossenen Komponente entfernt zu werden. Die Wand des Außenrohres 42 in der Nähe des Lufteinlasses 71 ist so geformt, dass sie ein Rampe 75 bildet, die vom Lufteinlass 71 zum Einlass 45 des Ausflussrohres 43 führt. Wie in 17 gezeigt ist, ist eine abgeschrägte Schulter 74 zwischen dem Lufteinlass 71 und der Rampe 75 ausgebildet, um sicherzustellen, dass der aus dem Schlitz 70 austretende Getränkestrahl nicht unmittelbar auf die obere Oberfläche des Flansches 47 in unmittelbarer Umgebung des Lufteinlasses 71 trifft.
Die Zusammenfügungsprozedur für die zweite Version der Kartusche 1 ist ähnlich der Zusammenfügung der ersten Version. Es gibt jedoch gewissen Unterschiede. Wie in 18 gezeigt ist, wird der dritte Abschnitt 21 der zylindrischen Verlängerung 18 innerhalb des Trägerrandes 67 statt gegen die Trägerstege gesetzt. Die Schulter 32 der zylindrischen Verlängerung 18 zwischen dem zweiten Abschnitt 20 und dem dritten Abschnitt 21 ruht auf der Oberkante des Trägerrandes 67 des Innenelements 3. Eine Grenzflächenzone 124 wird somit zwischen dem Innenelement 3 und dem Außenelement 2 gebildet, die eine Flächendichtung zwischen der zylindrischen Verlängerung 18 und dem Trägerrand 67 umfasst, welche sich um nahezu den gesamten Umfang der Kartusche 1 erstreckt. Die Dichtung zwischen der zylindrischen Verlängerung 18 und dem Trägerrand 67 ist jedoch nicht flüssigkeitsdicht, da der Schlitz 70 im Trägerrand 67 sich durch den Trägerrand 67 und nach unten bis zu einem Punkt unwesentlich unterhalb der Schulter 68 erstreckt. Folglich verformt die Grenzflächenpassung zwischen der zylindrischen Verlängerung 18 und dem Trägerrand 67 den Schlitz 70 zu einer Öffnung 128, wie am deutlichsten in 18 gezeigt ist, die eine Gas- und Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ringförmigen Kanal 69 und dem Ausflussrohr 43 bereitstellt. Die Öffnung ist typischerweise 0,64 mm breit und 0,69 mm lang.
Die Operation der zweiten Version der Kartusche 1 zum Abgeben eines Getränks ist ähnlich der Operation der ersten Version, jedoch mit gewissen Unterschieden. Das Getränk in den Radialdurchlässen 57 fließt nach unten längs der Durchlässe 57, die zwischen den Stegen 54 gebildet sind, und durch die Öffnungen 56 in den ringförmigen Kanal 69 des zylindrischen Trichters 40. Aus dem ringförmigen Kanal 69 wird das Getränk unter Druck durch die Öffnung 128 mittels des Gegendrucks der Getränkesammlung in der Filtrationskammer 130 und den Durchlässen 57 gedrückt. Das Getränk wird somit durch die Öffnung 128 als Strahl in eine Expansionskammer gedrückt, die vom oberen Ende des Ausflussrohres 43 gebildet wird. Wie in 18 gezeigt ist, läuft der Getränkestrahl direkt über den Lufteinlass 71. Wenn das Getränk in das Ausflussrohr 43 eintritt, fällt der Druck des Getränkestrahls ab. Als Ergebnis wird Luft in den Getränkestrahl in Form einer Vielfalt kleiner Luftblasen mitgerissen, wenn die Luft durch den Lufteinlass 71 gesaugt wird. Der aus der Öffnung 128 austretende Getränkestrahl wird anschließend durch den Trichter nach unten zum Auslass 44 geleitet, wo das Getränk in ein Gefäß, wie z. B. eine Tasse, abgegeben wird, wo die Luftblasen die gewünschte Creme bilden. Somit bilden die Öffnung 128 und der Lufteinlass 71 zusammen einen Ejektor, der das Mitreißen von Luft in das Getränk bewirkt. Der Fluss des Getränkes in den Ejektor sollte so gleichmäßig wie möglich gehalten werden, um Druckverluste zu reduzieren. Die Wände des Ejektors sollten vorteilhaft konkav ausgeführt sein, um Verluste aufgrund einer "Wandeffekt"-Reibung zu reduzieren. Die Abmessungstoleranz der Öffnung 128 ist gering. Die Öffnungsabmessung ist vorzugsweise auf ±0,02 mm² genau festgelegt. Haare, Fasern oder andere Oberflächenunregelmäßigkeiten können innerhalb oder am Austritt des Ejektors vorgesehen sein, um die effektive Querschnittsfläche zu vergrößern, was den Grad des Luftmitreißens erhöht, wie festgestellt wurde.
Eine dritte Version der Kartusche 1 ist in den 19 bis 29 gezeigt. Die dritte Version der Kartusche 1 ist für die Verwendung bei der Abgabe von löslichen Produkten besonders gestaltet, die in pulvriger, flüssiger, sirupartiger, gelartiger oder ähnlicher Form vorliegen können. Das lösliche Produkt wird mittels eines wässrigen Mediums, wie z. B. Wasser gelöst oder bildet eine Suspension darin, wenn das wässrige Medium im Gebrauch durch die Kartusche 1 geleitet wird. Beispiele von Getränken umfassen Schokolade, Kaffee, Milch, Tee, Suppe oder andere rehydrierbare oder wasserlösliche Produkte. Viele der Merkmale der dritten Version der Kartusche 1 sind die gleichen wie in den vorangehenden Versionen, wobei ähnliche Bezugszeichen verwendet wurden, um ähnliche Merkmale zu bezeichnen. In der Folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der dritten und den vorangehenden Versionen diskutiert. Gemeinsame Merkmale, die in der gleichen Weise funktionieren, werden nicht genauer diskutiert.
Im Vergleich zum Außenelement 2 der vorangehenden Versionen weist die hohle, nach innen gerichtete zylindrische Verlängerung 18 des Außenelements 2 der dritten Version einen größeren Gesamtdurchmesser auf, wie in 20 gezeigt ist. Genauer beträgt der Durchmesser des ersten Abschnitts 19 typischerweise zwischen 16 und 18 mm, im Vergleich zu 13,2 mm für das Außenelement 2 der vorangehenden Versionen. Außerdem ist der erste Abschnitt 19 mit einer konvexen Außenoberfläche 19a versehen, oder ausgebaucht, wie in 20 am deutlichsten gezeigt ist, wobei die Funktion hiervon später beschrieben wird. Der Durchmesser der dritten Abschnitte 21 der Kartuschen 1 sind jedoch dieselben, was dazu führt, dass die Fläche der Schulter 32 in dieser dritten Version der Kartusche 1 größer ist. Das Volumen der Kartusche 1, wie sie zusammengefügt ist, beträgt typischerweise 32,5 ml ±20%.
Die Anzahl und die Positionierung der Schlitze im unteren ende der ringförmigen Wand 13 ist ebenfalls verschieden. Zwischen drei und fünf Schlitze sind vorgesehen. In der Ausführungsform, wie in 23 gezeigt ist, sind vier Schlitze 36 gleichmäßig beabstandet um den Umfang der Sammelkammer 16 vorgesehen. Die Schlitze 36 sind etwas bereiter als in den vorangehenden Versionen der Kartusche 1 und zwischen 0,35 und 0,45 mm breit, vorzugsweise 0,4 mm.
Andererseits sind die Außenelemente der Kartuschen 1 gleich.
Der Aufbau des zylindrischen Trichters 40 des Innenelements 3 ist derselbe wie in der ersten Version der Kartusche 1 mit einem Außenrohr 42, einem Ausflussrohr 45, einem ringförmigen Flansch 47 und Trägerstegen 49, die vorgesehen sind. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Ausflussrohr 45 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 92 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 93 ausgebildet ist.
Im Gegensatz zu den vorangehenden Versionen, und wie in den 24 und 28 gezeigt ist, ist der ringförmige Rahmen 41 durch einen Schürzenabschnitt 80 ersetzt, der den zylindrischen Trichter 40 umgibt und damit mittels acht Radialstreben 87 verbunden ist, die den zylindrischen Trichter 40 an oder nahe dem ringförmigen Flansch 47 verbinden. Die zylindrische Verlängerung 81 des Schürzenabschnitts 80 erstreckt sich von den Streben 87 nach oben, um eine Kammer 90 mit einer offenen oberen Fläche zu definieren. Ein oberer Rand 91 der zylindrischen Verlängerung 81 weist ein nach innen gewendetes Profil auf, wie in 26 gezeigt ist. Eine ringförmige Wand 82 des Schürzenabschnitts 80 erstreckt sich von den Streben 87 nach unten, um einen ringförmigen Kanal 86 zwischen dem Schürzenabschnitt 80 und dem Außenrohr 42 zu definieren.
Die ringförmige Wand 82 umfasst ein unteres Ende am Außenflansch 83, das senkrecht zu Hauptachse X liegt. Ein Rand 84 hängt von einer unteren Oberfläche des Flansches 83 nach unten und enthält fünf Öffnungen 85, die in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet um den Rand 84 angeordnet sind. Somit ist der Rand 84 mit einem zackenförmigen unteren Profil versehen.
Die Öffnungen 89 sind zwischen den Streben 87 vorgesehen und erlauben eine Verbindung zwischen der Kammer 90 und dem ringförmigen Kanal 86.
Die Zusammenfügungsprozedur der dritten Version der Kartusche 1 ist ähnlich der Zusammenfügung der ersten Version, jedoch mit gewissen Unterschieden. Das Außenelement 2 und das Innenelement 3 werden wie in 29 gezeigt zusammengeschoben und mittels einer Einrastanordnung gehalten, statt zusammengeschweißt zu werden. Beim Fügen der zwei Elemente wird die nach innen gerichtete zylindrische Verlängerung 18 innerhalb der oberen zylindrischen Verlängerung 81 des Schürzenabschnitts 80 aufgenommen. Das Innenelement 3 wird im Außenelement 2 mittels Reibungseingriff der konvexen Außenoberfläche 19a des ersten Abschnitts 19 der zylindrischen Verlängerung 18 mit nach innen gewendeten Rand 91 der oberen zylindrischen Verlängerung 81 gehalten. Mit dem im Außenelement 2 angeordneten Innenelement 3 wird eine Mischkammer 134 definiert, die außerhalb des Schürzenabschnitts 80 angeordnet ist. Die Mischkammer 134 enthält die Getränkezutaten 200 vor der Abgabe. Es ist zu beachten, dass die vier Einlässe 36 und die fünf Öffnungen 85 in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Der radiale Ort der zwei Teile relativ zueinander muss nicht während des Zusammenfügens bestimmt oder fixiert werden, da die Verwendung von vier Einlässen 36 und fünf Öffnungen 85 sicherstellt, dass eine Fehlausrichtung zwischen den Einlässen und den Öffnungen auftritt, unabhängig von der relativen Rotationsposition der Komponenten.
Die eine oder die mehreren Getränkezutaten werden in die Mischkammer 134 der Kartusche gepackt. Die Dichte der Packung der Getränkezutaten in der Mischkammer 134 kann nach Bedarf variiert werden.
Das Laminat 5 wird anschließend am Außenelement 2 und am Innenelement 3 in der gleichen Weise befestigt, wie oben in den vorangehenden Versionen beschrieben worden ist.
Im Gebrauch tritt Wasser in die Mischkammer 134 durch die vier Schlitze 36 in der gleichen Weise ein, wie bei den vorherigen Versionen der Kartusche. Das Wasser wird radial nach innen durch die Mischkammer gedrückt und vermischt sich mit den darin enthaltenen Getränkezutaten. Das Produkt wird im Wasser gelöst oder gemischt und bildet das Getränk in der Mischkammer 134, und wird anschließend durch die Öffnungen 85 in den ringförmigen Kanal 86 durch den Gegendruck des Getränks und des Wassers in der Mischkammer 134 getrieben. Der Umfangsrichtungsversatz der vier Einlassschlitze 36 und der fünf Öffnungen 85 stellt sicher, dass die Wasserstrahlen nicht fähig sind, direkt von den Einlassschlitzen 36 radial zu den Öffnungen 85 zu gelangen, ohne zuerst innerhalb der Mischkammer 134 zu zirkulieren. Auf diese Weise wird der Grad und die Konsistenz der Lösung oder Mi schung des Produkts deutlich erhöht. Das Getränk wird nach oben in den ringförmigen Kanal 86 durch die Öffnungen 89 zwischen den Streben 87 und in die Kammer 90 gedrückt. Das Getränk läuft aus der Kammer 90 die Einlässe 45 zwischen den Trägerstreben 49 in das Ausflussrohr 43 und in Richtung zum Auslass 44, wo das Getränk in ein Gefäß, wie z. B. eine Tasse, abgegeben wird. Die Kartusche findet insbesondere Anwendung mit Getränkezutaten in Form zäher Flüssigkeiten oder Gele. In einer Anwendung ist eine Flüssigschokoladezutat in der Kartusche 1 enthalten, mit einer Viskosität zwischen 1.700 und 3.900 mPa bei Umgebungstemperatur und zwischen 5.000 und 10.000 mPa bei 0°C und Brechungsfeststoffen von 67 Brix ±3. In einer weiteren Anwendung ist Flüssigkaffee in der Kartusche 1 enthalten, mit einer Viskosität zwischen 70 und 2.000 mPa bei Umgebungstemperatur und zwischen 80 und 5.000 mPa bei 0°C, wobei der Kaffee einen Gesamtfeststoffgehalt zwischen 40 und 70% aufweist. Die Flüssigkaffeezutat kann zwischen 0,1 und 2,0 Gew.-% Natriumbikarbonat enthalten, und vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,0 Gew.-%. Das Natriumbikarbonat bewirkt eine Beibehaltung des pH-Pegels des Kaffee auf oder unterhalb von 4,8, was eine Haltbarkeit von kaffeegefüllten Kartuschen von bis 12 Monaten ermöglicht.
Eine vierte Version der Kartusche 1 ist in den 30 bis 34 gezeigt. Die vierte Version der Kartusche 1 ist für die Verwendung bei der Abgabe flüssiger Produkte besonders gestaltet, wie z. B. konzentrierter flüssiger Milch. Viele der Merkmale der vierten Version der Kartusche 1 sind dieselben wie in den vorangehenden Versionen, wobei ähnliche Bezugszeichen verwendet wurden, um ähnliche Merkmale zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden die Unterschiede zwischen der vierten und den vorangehenden Versionen diskutiert. Gemeinsame Merkmale, die in der selben Weise funktionieren, werden nicht genauer diskutiert.
Das Außenelement 2 ist dasselbe wie in der dritten Version der Kartusche 1, und wie in den 19 bis 23 gezeigt ist.
Der zylindrische Trichter 40 des Innenelements 3 ist ähnlich demjenigen, der in der zweiten Version der Kartusche 1 gezeigt ist, jedoch mit gewissen Unterschieden. Wie in 30 gezeigt ist, ist das Ausflussrohr 43 mit einem oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 106 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 107 ausgebildet. Drei axiale Rippen 105 sind auf der Innenoberfläche des Ausflussrohres 43 vorgesehen, um das abgegebene Getränk nach unten in Richtung des Auslasses 44 zu lenken und zu verhindern, dass das abgegebene Getränk innerhalb des Ausflussrohres verwirbelt. Folglich dienen die Rippen 105 als Leitflächen. Wie in der zweiten Version der Kartusche 1 ist ein Lufteinlass 71 durch den ringförmigen Flansch 47 vorgesehen. Die Rampe 75 unterhalb des Lufteinlasses 71 ist jedoch langgestreckter als in der zweiten Version.
Ein Schürzenabschnitt 80 ist ähnlich denjenigen, der in der vierten Version der Kartusche 1 wie oben beschrieben gezeigt ist, vorgesehen. Zwischen 5 und 12 Öffnungen 85 sind im Rand 84 vorgesehen. Typischerweise sind 10 Öffnungen vorgesehen, statt die in der dritten Version der Kartusche 1 vorgesehenen 5 Öffnungen.
Eine ringförmige Schale 100 ist vorgesehen, die sich vom Flansch 83 des Schürzenabschnitts 80 ausgehend und integral mit diesem erstreckt. Die ringförmige Wanne 100 umfasst einen aufgeweiteten Körper 101 mit einer offenen oberen Mündung 104, die nach oben gerichtet ist. Vier Speiseöffnungen 103, die in den 30 und 31 gezeigt sind, sind im Körper 101 an oder nahe dem unteren Ende der Schale 100 angeordnet, wo sie an den Schürzenabschnitt 80 grenzt. Die Speiseöffnungen sind vorzugsweise um den Umfang der Schale 100 gleichmäßig beabstandet angeordnet.
Das Laminat 5 entspricht dem oben in den vorangehenden Ausführungsformen beschriebenen Typ.
Die Zusammenfügungsprozedur für die vierte Version der Kartusche 1 ist dieselbe wie diejenige für die dritte Version.
Die Operation der vierten Version der Kartusche ist ähnlich derjenigen der dritten Version. Das Wasser tritt in die Kartusche 1 und in die Mischkammer 134 in der gleichen Weise ein wie zuvor. Das Wasser vermischt sich mit dem flüssigen Produkt und löst dieses, welches dann unterhalb der Schale 100 und durch die Öffnungen 85 in Richtung zum Auslass 44 gedrückt wird, wie oben beschrieben worden ist. Der Anteil des flüssigen Produkts, der anfangs innerhalb der ringförmigen Schale 100 enthalten ist, wie in 34 gezeigt ist, unterliegt nicht einer sofortigen Lösung durch das in die Mischkammer 134 eintretende Wasser. Stattdessen neigt das gelöste flüssige Produkt im unteren Teil der Mischkammer 134 dazu, durch die Öffnungen 85 auszutreten, statt nach oben in die ringförmige Schale 100 durch die obere Mündung 104 gedrückt zu werden. Folglich bleibt das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 relativ konzentriert während der Anfangsphasen des Betriebszyklus im Vergleich zu dem Produkt im unteren Teil der Mischkammer 134. Das flüssige Produkt in der ringförmigen Schale 100 tropft durch die Speiseöffnungen 103 unter der Schwerkraft in den Produktstrom, der aus der Mischkammer 134 durch die Öffnungen 85 und unterhalb der Schale 100 austritt. Die ringförmige Schale 100 bewirkt ein Ausgleichen der Konzentration des gelösten flüssigen Produkts, das in den zylindrischen Trichter 40 eintritt, durch Zurückhalten eines Anteils des konzentrierten flüssigen Produkts und Abgeben desselben in den austretenden Flüssigkeitsstrahlflussweg gleichmäßig über den Betriebszyklus, wie in 46a gezeigt ist, wo die Konzentration der Milch gemessen als Prozentsatz der gesamten vorhandenen Feststoffe während eines Betriebszyklus von etwa 15 Sekunden gezeigt ist. Die Linie a zeigt das Konzentrationsprofil mit der Schale 100, während die Linie b eine Kartusche ohne Schale 100 zeigt. Wie zu sehen ist, ist das Konzentrationsprofil mit der Schale 100 während des Betriebszyklus gleichmäßiger, wobei kein plötzlicher scharfer Abfall der Konzentration vorhanden ist, wie er ohne Schale 100 auftritt. Die anfängliche Konzentration der Milch beträgt typischerweise 30–35% SS und am Ende des Zyklus 10% SS. Dies führt zu einem Lösungsverhältnis von etwa 3 zu 1, obwohl Lösungsverhältnisse zwischen 1 zu 1 und 6 zu 1 mit der vorliegenden Erfindung möglich sind. Für andere flüssige Getränkezutaten können die Konzentrationen variieren. Für flüssige Schokolade beträgt z. B. die Anfangskonzentration etwa 67% SS und am Ende des Zyklus 12–15% SS. Dies führt zu einem Lösungsverhältnis (Verhältnis des wässrigen Mediums zur Getränkezutat im abgegebenen Getränk) von etwa 5 zu 1, obwohl Lösungsverhältnisse zwischen 2 zu 1 und 10 zu 1 mit der vorliegenden Erfindung möglich sind. Für flüssigen Kaffee beträgt die Anfangskonzentration zwischen 40–67% und die Konzentration am Ende der Abgabe 1–2% SS. Dies führt zu einem Lösungsverhältnis zwischen 20 zu 1 und 70 zu 1, obwohl Lösungsverhältnisse zwischen 10 zu 1 und 100 zu 1 mit der vorliegenden Erfindung möglich sind.
Aus dem ringförmigen Kanal 86 wird das Getränk unter Druck mittels des Gegendrucks der Getränkeansammlung in der Filtrationskammer 134 und der Kammer 90 durch die Öffnung 128 gedrückt. Das Getränk wird somit durch die Öffnung 128 als Strahl in eine Expansionskammer gedrückt, die vom oberen Ende des Ausflussrohres 43 gebildet wird. Wie in 34 gezeigt ist, führt der Getränkestrahl direkt über den Lufteinlass 71. Wenn das Getränk in das Ausflussrohr 43 eintritt, fällt der Druck des Getränkestrahls ab. Als Ergebnis wird Luft in Form einer Vielzahl kleiner Luftblasen in den Getränkestrahl mitgerissen, wenn die Luft durch den Lufteinlass 71 gesaugt wird. Der aus der Öffnung 128 austretende Getränkestrahl wird nach unten zum Auslass 44 geleitet, wo das Getränk in ein Gefäß, wie z. B. eine Tasse, abgegeben wird, wo die Luftblasen das gewünschte aufgeschäumte Erscheinungsbild bilden.
Das Innenelement 3, das Außenelement 2, das Laminat 5 und der Filter 4 können vorteilhaft alle leicht sterilisiert werden, da die Komponenten trennbar sind und jeweils keine gewundenen Durchlasswege oder engen Spalten aufweisen. Stattdessen werden nur nach der Zusammenfügung der Komponenten nach der Sterilisation die notwendigen Durchlasswege gebildet. Dies ist besonders wichtig, wenn die Getränkezutat ein Milchbasisprodukt ist, wie z. B. flüssiges Milchkonzentrat.
Die vierte Ausführungsform der Getränkekartusche ist besonders vorteilhaft für das Abgeben eines konzentrierten Milchbasis-Flüssigprodukts, wie z. B. flüssiger Milch. Vorher wurden pulverisierte Milchprodukte in Form von Portionspackungen für die Zugabe zu einem vorbereiteten Getränk vorgesehen. Für ein cappuccino-artiges Getränk ist es jedoch notwendig, die Milch aufzuschäumen. Dies wurde früher erreicht, indem Dampf durch ein flüssiges Milchprodukt geleitet wurde. Dies erfordert jedoch das Vorsehen einer Dampfquelle, was die Kosten und die Komplexität der zum Abgeben des Getränks verwendeten Maschine erhöht. Die Verwendung von Dampf erhöht ferner die Verletzungsgefahr während des Betriebs der Kartusche. Die vorliegende Erfindung schafft dementsprechend eine Getränkekartusche mit einem konzentrierten Milchbasis-Flüssigprodukt darin. Es wurde festgestellt, dass durch Konzentrieren des Milchprodukts eine größere Menge an Schaum für ein bestimmtes Volumen an Milch im Vergleich zu frischer Milch oder ultrahocherhitzter Milch erzeugt werden kann. Dies reduziert die für die Milchkartusche erforderliche Größe. Frische halbentrahmte Milch enthält etwa 1,6% Fett und 10% Gesamtfeststoffe. Die konzentrierten flüssigen Milchzutaten der vorliegenden Erfindung enthalten zwischen 0,1 und 12% Fett und 25 bis 40% Gesamtfeststoffe. In einem typischen Beispiel enthält die Zutat 4% Fett und 30% Gesamtfeststoffe. Die konzentrierten Milchzutaten sind für die Aufschäumung unter Verwendung einer Niederdruckzubereitungsmaschine geeignet, wie im Folgenden beschrieben wird. Genauer wird das Aufschäumen der Milch bei Drücken unter 2 bar erreicht, vorzugsweise etwa 1,5 bar, indem die Kartusche der obenbeschriebenen vierten Ausführungsform verwendet wird.
Das Aufschäumen der konzentrierten Milch ist besonders vorteilhaft für Getränke, wie z. B. Cappuccino und Milchshakes. Das Leiten der Milch durch die Öffnung 128 und über den Luftstrahl 71 und die optionale Verwendung der Schale 100 ermöglichen vorzugsweise Aufschäumungsniveaus von mehr als 40%, vorzugsweise mehr als 70% für Milch. Für flüssige Schokolade sind Aufschäumungsniveaus größer als 70% möglich. Für flüssigen Kaffee sind Aufschäumungsniveaus von mehr als 70% möglich. Das Aufschäumbarkeitsniveau wird als Verhältnis des Volumens des erzeugten Schaums zum Volumen der abgegeben flüssigen Getränkezutat gemessen. Wenn z. B. 138,3 ml des Getränks abgegeben werden, von dem 58,3 ml Schaum ist, wird die Schäumbarkeit mit [58,3/(138,3 – 58,3)]·100 = 72,9% gemessen. Die Schäumbarkeit der Milch (und anderer flüssiger Zutaten) wird durch das Vorsehen der Schale 100 verbessert, wie in 46b zu sehen ist. Die Schäumbarkeit der abgegebenen Milch mit vorhandener Schale 100 (Linie a) ist größer als diejenige der abgegebenen Milch ohne vorhandene Schale (Linie b). Dies liegt daran, dass die Schäumbarkeit der Milch mit der Konzentration der Milch positiv korreliert ist, und wie in 46a gezeigt die Schale 100 eine höhere Konzentration der Milch über einen größeren Teil des Betriebszyklus aufrechterhält. Es ist ebenfalls bekannt, dass die Schäumbarkeit von Milch mit der Temperatur des wässrigen Mediums positiv korreliert ist, wie in 46c gezeigt ist. Somit ist die Schale 100 vorteilhaft, da ein größerer Teil der Milch bis kurz vor dem Ende des Betriebszyklus in der Kartusche verbleibt, wenn das wässrige Medium am heißesten ist. Dies verbessert wiederum die Schäumbarkeit.
Die Kartusche der vierten Ausführungsform ist ferner beim Abgeben flüssiger Kaffeeprodukte vorteilhaft.

Es wurde festgestellt, dass die Ausführungsformen der Getränkekartusche der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eine verbesserte Konsistenz des gebrühten Getränks bewirken, im Vergleich zu Kartuschen des Standes der Technik. Es wird auf die folgende Tabelle 1 Bezug genommen, die die Ergebnisse von Brühausbeuten für zwanzig Proben jeweils von Kartuschen A und B zeigt, die gerösteten und gemahlenen Kaffee enthalten. Die Kartusche A ist eine Getränkekartusche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kartusche B ist eine Getränkekartusche des Standes der Technik, wie im Dokument WO 01/58786 des Anmelders beschrieben ist. Der Brechungsindex des gebrühten Getränks wird in Brix-Einheiten gemessen und in einen Prozentsatz von löslichen Feststoffen (% SS) unter Verwendung von Standardtabellen und Formeln umgesetzt. In den folgenden Beispielen gilt: % SS = 0,7774·(Brix – Wert) + 0,0569. % Ausbeute = (% SS·Brühvolumen (g))/(100·Kaffeegewicht (g)) Tabelle 1 Kartusche A

Probe	Brühvolumen (g)	Kaffeegewicht (g)	Brix	% SS (*)	% Ausbeute
1	105.6	6.5	1.58	1.29	20.88
2	104.24	6.5	1.64	1.33	21.36
3	100.95	6.5	1.67	1.36	21.05
4	102.23	6.5	1.71	1.39	21.80
5	100.49	6.5	1.73	1.40	21.67
6	107.54	6.5	1.59	1.29	21.39
7	102.70	6.5	1.67	1.36	21.41
8	97.77	6.5	1.86	1.50	22.61
9	97.82	6.5	1.7	1.38	20.75
10	97.83	6.5	1.67	1.36	20.40
11	97.6	6.5	1.78	1.44	21.63
12	106.64	6.5	1.61	1.31	21.47
13	99.26	6.5	1.54	1.25	19.15
14	97.29	6.5	1.59	1.29	19.35
15	101.54	6.5	1.51	1.23	19.23
16	104.23	6.5	1.61	1.31	20.98
17	97.5	6.5	1.73	1.40	21.03
18	100.83	6.5	1.68	1.36	21.14
19	101.67	6.5	1.67	1.36	21.20
20	101.32	6.5	1.68	1.36	21.24
				Durchschnitt	20.99

Kartusche B

Probe	Brühvolumen (g)	Kaffeegewicht (g)	Brix	% SS (*)	% Ausbeute
1	100.65	6.5	1.87	1.511	23.39
2	95.85	6.5	1.86	1.503	22.16
3	98.4	6.5	1.8	1.456	22.04
4	92.43	6.5	2.3	1.845	26.23
5	100.26	6.5	1.72	1.394	21.50
6	98.05	6.5	2.05	1.651	24.90
7	99.49	6.5	1.96	1.581	24.19
8	95.62	6.5	2.3	1.845	27.14
9	94.28	6.5	2.17	1.744	25.29
10	96.13	6.5	1.72	1.394	20.62
11	96.86	6.5	1.81	1.464	21.82
12	94.03	6.5	2.2	1.767	25.56
13	96.28	6.5	1.78	1.441	21.34
14	95.85	6.5	1.95	1.573	23.19
15	95.36	6.5	1.88	1.518	22.28
16	92.73	6.5	1.89	1.526	21.77
17	88	6.5	1.59	1.293	17.50
18	93.5	6.5	2.08	1.674	24.08
19	100.88	6.5	1.75	1.417	22.00
20	84.77	6.5	2.37	1.899	24.77
				Durchschnitt	23.09

Durchführen einer t-Test-Statistikanalyse mit den obigen Daten ergibt die folgenden Ergebnisse: Tabelle 2 t-Test: 2-Probe unter der Annahme gleicher Varianzen

% Ausbeute	(Kartusche A)	% Ausbeute (Kartusche B)
Durchschnitt	20,99	23,09
Varianz	0,77	5,04
Beobachtungen	20	20
Pool-Varianz	2,90
Hypotetisierte Durchschnittsdifferenz	0
df	38
t Stat	–3,90
P(T < = t) einendig	0,000188
t Kritisch einendig	1,686
P(T < = t) zweiendig	0,000376
t Kritisch zweiendig	2,0244
Standardabweichung	0,876	2,245

Die Analyse zeigt, dass die Konsistenz von % Ausbeute, die der Brühstärke gleicht, für die Kartuschen der vorliegenden Erfindung signifikant besser ist (mit einem Vertrauensniveau von 95%) als bei den Kartuschen des Standes der Technik mit einer Standardabweichung von 0,88% im Vergleich zu 2,24%. Dies bedeutet, dass die mit den Kartuschen der vorliegenden Erfindung gebrühten Getränke eine besser wiederholbare und gleichmäßigere Stärke aufweisen. Dies wird von Verbrauchern bevorzugt, die wünschen, dass ihre Getränke immer gleich schmecken, und die keine willkürlichen Änderungen der Brühstärke wünschen.
Die Materialien der obenbeschriebenen Kartuschen können mit einer Barrierebeschichtung versehen sein, um ihre Widerstandsfähigkeit gegen Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit und/oder anderen Schadstoffeintritt zu verbessern. Die Barrierebeschichtung kann ferner die Widerstandsfähigkeit gegen einen Austritt der Getränkezutaten von innerhalb der Kartuschen verbessern, und/oder den Grad der Auslaugung der extrahierbaren Stoffe aus den Kartuschenmaterialien reduzieren, die die Getränkezutaten beeinträchtigen können. Die Barrierebeschichtung kann aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe PET, Polyamid, EVOH, PVDC oder einem metallisierten Material ausgewählt ist. Die Barrierebeschichtung kann mittels mehrerer Einrichtungen aufgebracht werden, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, Dampfabscheidung, Vakuumabscheidung, Plasmabeschichtung, Koextrusion, In-Form-Markierung und Zwei/Multi-Phasen-Gießen.
Eine Getränkezubereitungsmaschine 201 für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit den obenbeschriebenen Getränkekartuschen ist in den 35 bis 45 gezeigt. Die Getränkezubereitungsmaschine 201 umfasst im Wesentlichen ein Gehäuse 210, das einen Wassertank 220, eine Wasserheizvorrichtung 225, eine Wasserpumpe 230, einen Luftkompressor 235, einen Steuerprozessor, eine Benutzerschnittstelle 240 und einen Kartuschenkopf 250 enthält. Der Kartuschenkopf 250 umfasst seinerseits im Wesentlichen einen Kartuschenhalter 251 zum Halten der Getränkekartusche 1 bei Gebrauch, ein Kartuschenerkennungsmittel 252 und Einlass- und Auslass-Durchstoßelemente 253, 254, um im Gebrauch den Einlass 121 und den Auslass 122 in der Getränkekartusche 1 auszubilden.
Das Gehäuse 210 enthält die anderen Komponenten der Maschine 201, und hält diese in Position. Das Gehäuse 201 ist vorzugsweise insgesamt oder teilweise aus einem robusten Kunststoffmaterial, wie z. B. ABS, gefertigt. Alternativ kann das Gehäuse 210 insgesamt oder teilweise aus einem metallischen Material gefertigt sein, wie z. B. rostfreiem Stahl oder Aluminium. Das Gehäuse 210 umfasst vorzugsweise eine zweischalige Gestalt mit einer vorderen Hälfte 211 und einer hinteren Hälfte 212, die während des Zusammenfügens einen Zugang zum Einsetzen der Komponenten der Maschine 201 erlauben und anschließend zusammengefügt werden können, um einen Innenraum 213 des Gehäuses 210 zu definieren. Die hintere Hälfte 212 bietet eine Aussparung 214 zum Anbringen des Wassertanks 220. Das Gehäuse 210 ist mit Mitteln, wie z. B. Rastungen, Widerlagern, Ansetzen und Gewindeabschnitten, versehen, um die Komponenten der Maschine 201 in Position zu halten, ohne dass ein separates Gestell notwendig ist. Dies reduziert die Gesamtkosten und das Gewicht der Maschine 201. Eine Basis 215 des Gehäuses 210 ist vorzugsweise mit Füssen versehen, auf denen die Maschine in stabiler Weise steht. Alternativ kann die Basis 215 selbst eine Form aufweisen, die eine stabile Unterstützung bildet.
Die vordere Hälfte 211 des Gehäuses 210 umfasst eine Abgabestation 270, wo die Abgabe des Getränks stattfindet. Die Abgabestation 270 umfasst einen Gefäßsockel 271 mit einem hohlen Innenraum, der eine Tropfwanne 272 bildet. Eine obere Oberfläche 273 des Gefäßsockels ist mit einem Rost 274 versehen, auf dem das Gefäß positioniert wird. Die Tropfwanne 272 ist vom Gehäuse 210 abnehmbar, um das angesammelte Wasser leicht ausleeren zu können. Eine Vertiefung 275 ist in der vorderen Hälfte des Gehäuses 210 oberhalb des Gefäßsockels 271 ausgebildet, um die Ausmaße des Gefäßes aufzunehmen.
Der Kartuschenkopf 250 ist in Richtung zur Oberseite des Gehäuses 210 oberhalb des Gefäßsockels angeordnet, wie in den 35 und 36 gezeigt ist. Die Höhe des Rosts 274 relativ zum Kartuschenkopf 250 kann vorzugsweise angepasst werden, um Gefäße unterschiedlicher Abmessungen aufzunehmen. Das Gefäß befindet sich vorzugsweise möglichst nahe am Kartuschenkopf 250, wobei immer noch möglich ist, das Gefäß in die Abgabestation 270 einzusetzen und aus dieser zu entnehmen, um somit die Höhe zu minimieren, die das abgegebene Getränk vor Berührung des Gefäßes fallen muss. Dies bewirkt eine Minimierung des Versprühens und Verspritzens des Getränks und minimiert einen Verlust der mitgerissenen Luftblasen, wenn diese vorhanden sind. Es können vorzugsweise Gefäße zwischen 70 mm und 110 mm Höhe zwischen dem Rost 274 und dem Kartuschenkopf 250 eingesetzt werden.
Die Maschinenbenutzerschnittstelle 240 ist an der Vorderseite des Gehäuses 210 angeordnet und umfasst einen Start/Stopp-Knopf 241 und mehrere Zustandsanzeiger 243–246.
Die Zustandsanzeiger 243–246 enthalten vorzugsweise eine lichtemittierende Diode (LED) 243 zum Anzeigen der Bereitschaft der Maschine 201, eine LED 244 zum Anzeigen, wenn ein Fehler in Betrieb der Maschine 201 aufgetreten ist, und eine oder mehrere LEDs 245–256, um anzuzeigen, ob die Maschine 201 in manuellen oder automatischen Modi arbeitet. Die LEDs 243–246 können so gesteuert werden, dass sie mit einer konstanten Intensität leuchten, intermittierend blinken oder beides, in Abhängigkeit vom Zustand der Maschine 201. Die LEDs 243–246 können eine Vielfalt von Farben aufweisen, einschließlich Grün, Rot und Gelb.
Der Start/Stopp-Knopf 241 steuert den Beginn des Betriebszyklus und ist ein manuell betätigter Druckknopf, Schalter oder dergleichen.
Es kann eine Volumenanpassungsteuerung vorgesehen sein, um einem Benutzer der Maschine 201 zu erlauben, das Volumen des abgegebenen Getränks manuell anzupassen, ohne die anderen Betriebseigenschaften zu ändern. Die Volumenanpassungssteuerung erlaubt vorzugsweise eine Anpassung des Volumens von ±20%. Die Volumenanpassungssteuerung kann ein Drehknopf, ein Linearschieber, eine digitale Ablesevorrichtung mit Inkrement- und Dekrement-Knöpfen oder dergleichen sein. Typischerweise wird das Volumen von einem Benutzer gesteuert, der den Start/Stopp-Knopf 241 betätigt.
Ein (nicht gezeigter) manueller Hauptschalter kann an der Maschine 201 vorgesehen sein. Alternativ kann die Stromversorgung einfach durch Einsetzen oder Entfernen des Stromversorgungssteckers in bzw. aus der Steckdose gesteuert werden.
Der Wassertank 220 ist an der Rückseite des Gehäuses 210 angeordnet und mit der hinteren Hälfte 212 des Gehäuses 210 verbunden. Der Wassertank 220 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 221, der genau kreisförmig oder kegelstumpfförmig sein kann, je nach gewünschtem Erscheinungsbild. Der Tank umfasst einen Einlass zum Füllen des Tanks mit Wasser, der im Gebrauch durch einen manuell entfernbaren Deckel 222 verschlossen ist. Ein Auslass ist in Richtung zu einem unteren Ende des Tanks vorgesehen und steht mit der Wasserpumpe 230 in Verbindung. Der Wassertank 220 kann aus einem transparenten oder durchscheinenden Material gefertigt sein, um einem Verbraucher zu ermöglichen, die im Tank verbleibende Wassermenge zu sehen. Alternativ kann der Wassertank 210 aus einem undurchsichtigen Material gefertigt sein, jedoch ein darin vorge sehenes Sichtfenster aufweisen. Zusätzlich oder anstelle des Obenerwähnten kann der Wassertank 220 mit einem Niedrigpegelsensor versehen sein, der einen Betrieb der Wasserpumpe 230 verhindert und optional einen Warnanzeiger auslöst, wie z. B. eine LED, wenn der Wasserpegel im Tank einen vorgegebenen Pegel unterschreitet. Der Wassertank 220 weist vorzugsweise ein Fassungsvermögen von etwa 1,5 Litern auf.
Die Wasserpumpe 230 ist operativ zwischen dem Wassertank 220 und der Wasserheizvorrichtung 225 angeschlossen, wie in 43 schematisch gezeigt ist, und wird vom Steuerprozessor gesteuert. Die Pumpe bietet eine maximale Durchflussmenge von 900 ml/min an Wasser bei einem maximalen Druck von 2,5 bar. Im normalen Gebrauch wird der Druck vorzugsweise auf 2 bar begrenzt. Die Durchflussmenge an Wasser durch die Maschine 201 kann vom Steuerprozessor so gesteuert werden, dass sie einen Prozentsatz der maximalen Durchflussmenge der Pumpe entspricht, indem die Stromzufuhr zur Pumpe getaktet wird. Die Pumpe kann vorzugsweise mit 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% oder 100% der maximalen Nenndurchflussmenge betrieben werden. Die Genauigkeit des gepumpten Wasservolumens beträgt vorzugsweise ±5%, was zu einer Genauigkeit von ±5% im endgültigen Volumen an abgegebenem Getränk führt. Eine geeignete Pumpe ist die Evolution-EP8-Pumpe, hergestellt von Ulka S.r.l. (Pavia, Italien). Ein volumetrischer Durchflusssensor (nicht gezeigt) ist vorzugsweise in der Durchflussleitung entweder der Wasserpumpe 230 vorgelagert oder nachgelagert vorgesehen. Der volumetrische Durchflusssensor ist vorzugsweise ein Rotationssensor.
Die Wasserheizvorrichtung 225 ist im Inneren des Gehäuses 210 angeordnet. Die Heizvorrichtung 225 weist eine Nennleistung von 1550 W auf und ist fähig, das von der Wasserpumpe 230 empfangene Wasser von einer Ausgangstemperatur von etwa 20°C in weniger als einer Minute auf eine Betriebstemperatur von etwa 85°C zu erhitzen. Die Verweilzeit zwischen dem Ende des einen Betriebszyklus und der Heizvorrichtung 225, die fähig ist, einen anschließenden Betriebszyklus zu beginnen, beträgt vorzugsweise weniger als 10 Sekunden. Die Heizvorrichtung hält die ausgewählte Temperatur innerhalb von ±2°C während des Betriebszyklus aufrecht. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann das Wasser für den Betriebszyklus mit 83°C oder 93°C zum Kartuschenkopf 250 geliefert werden. Die Heizvorrichtung 225 ist fähig, die Liefertemperatur schnell auf entweder 83°C oder 93°C anzupassen, ausgehend von einer Nennwassertemperatur von 85°C. Die Heizvorrichtung 225 umfasst einen Übertemperaturabschalter, der die Heizvorrichtung abschaltet, wenn die Temperatur 98°C überschreitet. Das von der Heizvorrichtung 225 ausgegebene Wasser wird dem Kartuschenkopf 250 und der Kartusche 1 mittels eines Dreiwegeventils zugeführt. Wenn der Druck der Wasserströmung akzeptabel ist, wird das Wasser zur Kartusche 1 geleitet. Wenn der Druck unterhalb oder oberhalb vorgegebener Grenzen liegt, dann wird das Wasser mittels des Dreiwegeventils in das Tropfschalenrückgewinnungsgefäß 270 umgeleitet.
Der Luftkompressor 235 ist operativ mit dem Kartuschenkopf 250 über ein Einwegeventil verbunden und wird vom Steuerprozessor gesteuert. Der Luftkompressor 235 bietet eine maximale Durchflussmenge an Luft von 500 ml/min bei 1,0 bar. Im Gebrauch wird ein Arbeitsvolumen von 35 ml unter einen Druck von 2,0 bar gesetzt. Der Luftkompressor 235 kann vorzugsweise zwei Strömungsraten erzeugen: eine schnelle (oder maximale) Strömungsrate und eine langsame Strömungsrate.
Der Steuerprozessor der Getränkezubereitungsmaschine 201 umfasst ein Verarbeitungsmodul und einen Speicher. Der Steuerprozessor ist operativ mit der Wasserheizvorrichtung 225, der Pumpe 230, dem Luftkompressor 235 und der Benutzerschnittstelle 240 verbunden und steuert diese.
Der Speicher des Steuerprozessors enthält eine oder mehrere Variablen für einen oder mehrere Betriebsparameter für die Getränkezubereitungsmaschine 201. In der dargestellten Ausführungsform sind die Betriebsparameter die Temperatur des Wassers, das durch die Getränkekartusche 1 während der Betriebsphase geleitet wird, die Geschwindigkeit der Beschickung der Getränkekartusche 1, das Vorhandensein oder Fehlen eines Tränkungsschrittes, das gesamte abgegebene Volumen des Getränks, die Strömungsrate des Wassers während der Abgabephase, und die Strömungsrate und die Periode der Reinigungsphase.

Die Variablen für die Betriebsparameter sind im Speicher gespeichert. Die Kartusche 1 umfasst einen Code, der auf oder in der Kartusche 1 vorgesehen ist und die Betriebsparameter darstellt, die für eine optimale Abgabe des Getränks in dieser Kartusche 1 erforderlich sind. Der Code liegt im Binärformat vor und umfasst mehrere Datenbits, entsprechend den Variablen, die im Steuerprozessorspeicher gespeichert sind. Tabelle 3 zeigt, wie 13 Bits an Daten verwendet werden können, um die notwendigen Variablen für die obenbeschriebenen Betriebsparameter zu repräsentieren. Tabelle 3

Bit	Parameter	Beschreibung
0 & 1	Wassertemperatur	00 = kalt 01 = warm 10 = 83°C 11 = 93°C
2 & 3	Kartuschenbeschickung	00 = schnelle Beschickung mit Tränkung 01 = schnelle Beschickung ohne Tränkung 10 = langsame Beschickung mit Tränkung 11 = langsame Beschickung ohne Tränkung
4, 5, 6 & 7	Getränkevolumen	0000 = 50 ml 0001 = 60 ml 0010 = 70 ml 0011 = 80 ml 0100 = 90 ml 0101 = 100 ml 0110 = 110 ml 0111 = 130 ml 1000 = 150 ml 1001 = 170 ml 1010 = 190 ml 1011 = 210 ml 1100 = 230 ml 1101 = 250 ml 1110 = 275 ml 1111 = 300 ml
8, 9 & 10	Strömungsrate	000 = 30% 001 = 40% 010 = 50% 011 = 60% 100 = 70% 101 = 80% 110 = 90% 111 = 100%
11 & 12	Spülen	00 = langsame Strömun/kurze Periode 01 = langsame Strömung/lange Periode 10 = schnelle Strömung/kurze Periode 11 = schnelle Strömung lange Periode

Der Code auf oder in der Kartusche 1 umfasst normalerweise ein oder mehrere zusätzliche Datenbits für die Fehlerprüfung. In einem Beispiel ist ein 16-Bit-Code vorgesehen. Unter Verwendung der in Tabelle 3 aufgelisteten Variablen würde z. B. eine Kartusche 1, die dem Code "1000100011110" trägt, die folgenden Betriebsparameter aufweisen:

10 Wassertemperatur 83°C

00 schnelle Beschickung mit Tränkung

1000 abgegebenes Getränkevolumen 150 ml

111 Durchflussmenge gleich 100%

10 schnelle Luftdurchflussspülung/kurze Periode.
Anders als bei früheren Getränkezubereitungsmaschinen speichert somit der Speicher des Steuerprozessors keine Betriebsbefehle für die Getränkekartuschen auf der Grundlage des Kartuschentyps, wie z. B. Befehle für eine Kaffeekartusche, Befehle für eine Schokoladenkartusche, Befehle für eine Teekartusche und dergleichen. Stattdessen speichert der Speicher des Steuerprozessors Variablen für die Anpassung der individuellen Betriebsparameter des Betriebszyklus. Dies hat mehrere Vorteile. Erstens, es kann ein größeres Maß an Kontrolle über den Abgabezyklus ausgeübt werden. Zum Beispiel können leicht unterschiedliche Betriebsparameter für unterschiedliche Qualitäten oder Mischungen von Kaffee verwendet werden, statt dieselben Parameter für alle Kaffeetypen zu verwenden. Frühere Codierungslösungen, die auf der Speicherung von Befehlen anhand des Kartuschentyps statt anhand individueller Parameter beruhen, sind für solche feinen Unterschiede in den Betriebszyklen für ähnliche Getränketypen ungeeignet, da sie schnell den verfügbarer Speicherraum im Codierungsmedium und im Steuerprozessor verbrauchen. Zweitens, das Codierungsverfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt die Verwendung neuartiger Getränkekartuschetypen in bereits bestehenden Getränkezubereitungsmaschinen, selbst wenn die Betriebsparameter für den Betriebszyklus für die neue Getränkekartusche 1 erst nach dem Verkauf der Getränkezubereitungsmaschine 201 festgelegt werden. Dies liegt daran, dass der Steuerprozessor der Getränkezubereitungsmaschine 201 nicht wissen muss, dass das Getränk einem neuartigen Typ entspricht. Stattdessen werden die Betriebsparameter des Betriebszyklus ohne direkten Bezug auf den Getränketyp festgelegt. Das Codierungsverfahren der vorliegenden Erfindung bietet somit eine hervorragende Rückwärtskompatibilität der Getränkezubereitungsmaschinen für neue Getränketypen. Im Gegensatz hierzu ist bei früheren Maschinen der Hersteller darauf beschränkt, einen neuen Getränketyp unter Verwendung eines der bereits existierenden Abgabezyklen, wie durch die im Markt befindlichen Maschinen bestimmt, herauszugeben.
Der Kartuschenkopf 250 ist in den 39 bis 42 gezeigt. Der Kartuschenhalter 251 des Kartuschenkopfes 250 umfasst einen feststehenden unteren Teil 255, einen drehbaren oberen Teil 256 und einen schwenkbaren Kartuschenhalter 257, der zwischen dem feststehenden unteren Teil 255 und dem drehbaren oberen Teil 256 angeordnet ist. Der obere Teil 256, der untere Teil 255 und der Kartuschenhalter 257 werden um eine gemeinsame Scharnierachse 258 gedreht. Die 39 bis 42 zeigen den Kartuschenhalter 251, wobei der Klarheit halber einige Komponenten der Maschine 201 weggelassen sind.
Der drehbare untere Teil 256 und der schwenkbare Kartuschenhalter 257 werden relativ zum feststehenden unteren Teil 255 mittels eines Klemmmechanismus 280 gedreht. Der Klemmmechanismus 280 umfasst einen Klemmhebel mit ersten und zweiten Elementen oder Teilen 281 und 282. Der erste Teil 281 des Klemmhebels umfasst einen U-förmigen Arm, der am oberen Teil 256 an zwei ersten Gelenkpunkten 283 auf einer jeder Seite des Getränkehalters 251 angelenkt ist.
Der zweite Teil des Klemmhebels umfasst zwei Sprungarme 282, einen auf jeder Seite des Kartuschenhalters 251, die jeweils am oberen Teil 256 an einem zweiten Gelenkpunkt 285 angelenkt sind, der auf der Scharnierachse 258 angeordnet ist, die den oberen Teil 256 mit dem feststehenden unteren Teil 255 verbinden. Jeder Sprungarm 282 ist ein Pendelelement, das einen Zylinder 282a, einen Schaft 282b und eine elastische Hülse 282c umfasst. Der Zylinder 282a weist eine Innenbohrung auf und ist an einem Ende an der Scharnierachse 258 drehbar montiert. Ein erstes Ende des Schafts 282b ist gleitend in der Bohrung des Zylinders 282a aufgenommen. Das gegenüber liegende Ende des Schafts 282b ist drehbar am U-förmigen Arm 281 am dritten Gelenkpunkt 286 montiert. Die dritten Gelenkpunkte 286 sind unverbunden mit und frei beweglich relativ zu dem oberen Teil 256 und dem unteren Teil 255. Die elastische Hülse 282c ist außen auf dem Schaft 282b montiert und erstreckt sich im Gebrauch zwischen den Auflagerflächen auf dem Zylinder 282a und dem Schaft 282b. Die elastische Hülse 282c nimmt eine Verkürzung des Sprungarms 282 auf, spannt jedoch den Sprungsarm 282 in eine ausgestreckte Konfiguration vor. Eine Bewegung der dritten Gelenkpunkte 286 in Richtung zur Scharnierachse 258 und von dieser weg ist somit durch eine relative Bewegung der Schäfte 282b in den Zylindern 282a möglich. Die elastischen Hülsen 282c sind vorzugsweise aus Silikon gefertigt.
Der U-förmige Arm 281 erstreckt sich um die Vorderseite des Kartuschenhalters 251 und umfasst zwei nach unten hängende Hakenelemente 287, eines auf jeder Seite des Kartuschenhalters 251, die jeweils eine Nockenfläche 288 aufweisen, die der Scharnierachse 258 zugewandt ist. Der feststehende untere Teil 255 des Kartuschenhalters 251 ist mit zwei Ansätzen 259 oder Rasten versehen, die jeweils auf den Seiten des unteren Teils 255 an oder nahe einer Vorderkante 260 desselben angeordnet und im Wesentlichen auf die Hakenelemente 287 ausgerichtet sind.
Wie in 39 gezeigt, kann der U-förmige Arm 281 aus einem Stück Kunststoffguss gefertigt sein, das einen ergonomischen Handgriff und Hakenelemente 287 integral am Arm aufweist.
Der Kartuschenhalter 257 ist drehbar zwischen den oberen und unteren Teilen 255, 256 des Kartuschenhalters 251 montiert. Der Halter 257 ist mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Vertiefung 290 versehen, die im Gebrauch die Getränkekartusche 1 aufnimmt. Die Vertiefung 290 enthält eine Unregelmäßigkeit 291 zum Aufnehmen des Griffabschnitts 24 der Getränkekartusche 1, der ferner dazu dient, eine Rotation der Getränkekartusche 1 im Kartuschenhalter 251 zu verhindern. Der Kartuschenhalter 257 ist relativ zum feststehenden unteren Teil 255 versetzt, so dass in der offenen Position, wie in 41 gezeigt, der Kartuschenhalter 257 aus dem Kontakt mit dem feststehenden unteren Teil 255 lösend vorbelastet ist, so dass der Kartu schenhalter 257 aus dem Kontakt mit dem Auslass- und Einlass-Durchstoßelementen 254, 253 bewegt wird. Der Kartuschenhalter 257 ist mit einer Öffnung 292 zum Aufnehmen der Einlass- und Auslass-Durchstoßelemente 253, 254 und eines Kopfes 300 des Kartuschenerkennungsmittels 252 versehen, wenn der Kartuschenhalter 257 in die geschlossene Position bewegt wird.
Der obere Teil 255 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 310, der ein kreisförmiges Sichtfenster 312 aufnimmt, durch das ein Verbraucher die Getränkekartusche 1 während eines Betriebszyklus sehen kann und auch visuell bestätigen kann, ob sich eine Kartusche 1 in der Maschine 201 befindet. Das Sichtfenster 312 ist tassenförmig mit einem nach unten gerichteten Rand 311, der mit dem Flansch 35 der Getränkekartusche 1 gegen den unteren Teil 256 in Eingriff gelangt, wenn der Kartuschenhalter 251 geschlossen wird. Gleichzeitig berührt das Fenster 312 die geschlossene Oberseite 11 der Kartusche 1. Eine (nicht gezeigte) Wellenfeder ist zwischen dem Sichtfenster 312 und dem kreisförmigen Körper 310 angeordnet, um zu ermöglichen, dass das Sichtfenster 312 relativ zum kreisförmigen Körper 310 um ein kleines Maß axial bewegt wird. Der durch den Rand 311 auf dem Flansch 35 und durch das Fenster 312 auf die geschlossene Oberseite 11 ausgeübte Druck stellt eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Kartusche 1 und dem Kartuschenhalter 251 sicher.
Der untere Teil 255 umfasst die Einlass- und Auslass-Durchstoßelemente 253, 254 und den Kopf 300 des Kartuschenerkennungsmittels 252. Das Einlassdurchstoßelemente 253 umfasst ein hohles nadelartiges Rohr 260 mit einem angespitzten Ende 261 zum Durchstoßen des Laminats 5 der Getränkekartusche 1 im Gebrauch. Das Einlassdurchstoßelement 253 steht in Fluidverbindung mit einer Wasserleitung 262, die in 42 gezeigt ist, die durch den unteren Teil 255 führt und mit einer Auslassleitung 263 der Wasserheizvorrichtung 225 verbunden ist. Das Auslassdurchstoßelement 254 ist vom Typ her dem Auslassdurchstoßelement ähnlich, das in den europäischen Patenten EP 0 389 141 und EP 0 334 572 des Anmelders beschrieben ist, und umfasst einen offenen Zylinder 264 mit einem kreisförmigen oder D-förmigen Querschnitt, der Abmessungen aufweist, die größer sind als das Ausflussrohr 43. Ein gebogener Abschnitt 265 des oberen Endes des Auslassdurchstoßelements 254 ist gezahnt, um das Laminat der Getränkekartusche 1 zu durchstoßen und schließlich aufzuschneiden. Der Rest des oberen Endes ist in Längsrichtung des Zylinders wenigstens bis zur Basis der Zähne 266 des gezahnten Abschnitts zurückgeschnitten, um das ausgeschnittene Laminat 5 von der Auslassöffnung wegzufalten oder zu ziehen, bevor das Getränk hierdurch abgegeben wird. Das Auslassdurchstoßelement 254 durchstößt das Laminat 5 außerhalb des Ausflussrohres 43 und ruht dann, wenn der Kartuschenhalter 257 sich in der geschlossenen Stellung befindet, in dem Ringraum zwischen dem Ausflussrohr 43 und der Außenwand 42 des Abgabetrichters 40. Das Auslassdurchstoßelement 254 faltet das ausgeschnittene Laminat 105 in den Ringraum zurück. Somit werden sowohl das Auslassdurchstoßelement 254 als auch das ausgeschnittene Laminat 105 aus dem Weg des abgegebenen Getränks herausgehalten.
Das Auslassdurchstoßelement 254 ist von einer Leiste 254a umgeben, die relativ zu ihrer Umgebung um 0,5 mm erhaben ist.
Das Auslassdurchstoßelement 254 ist vorteilhaft vom unteren Teil 255 abnehmbar, um eine gründliche Reinigung desselben z. B. in einer Geschirrspülmaschine zu ermöglichen. Das abnehmbare Auslassdurchstoßelement 254 ist in einer Vertiefung 267 im unteren Teil 255 aufgenommen, wo es sitzt. Das Einlassdurchstoßelement 253 und/oder das Auslassdurchstoßelement 254 sind aus Metall gefertigt, wie z. B. rostfreiem Stahl, oder aus einem Kunststoffmaterial. Die Verwendung von Kunststoffschneidelementen wird durch die Verwendung eines Laminats 5, das mittels eines nichtmetallischen Materials durchstoßen und geschnitten werden kann, vorteilhaft ermöglicht. Folglich können die Durchstoßelemente 253, 254 weniger scharf ausgeführt werden, was die Verletzungsgefahr für den Verbraucher verringert. Außerdem neigen Kunststoffdurchstoßelemente nicht zum Rosten. Das Einlassdurchstoßelement 253 und das Auslassdurchstoßelement 254 sind vorzugsweise als eine einzelne integrale Einheit ausgebildet, die vom unteren Teil 255 abnehmbar ist.
Im Gebrauch ist der obere Teil 256 des Kartuschenhalters 251 von einer offenen Position, in der er vertikal oder in Richtung der Vertikalen, wie in 36 gezeigt ist, zu einer geschlossenen Position beweglich, in der er im Wesentlich horizontal und in Eingriff mit dem feststehenden unteren Teil 255 und dem Kartuschenhalter 257 ausgerichtet ist. Der obere Teil 256 wird von der offenen in die geschlossene Stellung durch Betätigung des Klemmhebels bewegt. Um den oberen Teil 256 zu schließen, ergreift ein Benutzer den Klemmhebel mittels des U-förmigen Arms 281 und zieht nach unten. Folglich rotiert der obere Teil 256, was zuerst den Rand 311 des Sichtfensters 312 mit dem Flansch 35 der Getränkekartusche 1 im Kartuschenhalter 257 in Kontakt bringt, und anschließend das Fenster 312 selbst mit der geschlossenen Oberseite 11 der Kartusche 1 in Kontakt bringt. Eine fortgesetzte Rotation des oberen Teils 256 dreht den oberen Teil 256 und den Kartuschenhalter 257 nach unten in Kontakt mit dem unteren Teil 255. Eine weitere Rotation des U-förmigen Arms 281 veranlasst den U-förmigen Arm 281, relativ zum oberen Teil 256 und zum unteren Teil 255 zu rotieren, was dazu führt, dass die Hakenelemente 287 des oberen Teils 256 mit den Ansätzen 259 des unteren Teils 255 in Eingriff gelangen, wobei die Nockenflache 288 über die Ansätze 259 gelangt. Während dieser letzten Phase der Rotation wird die Kartusche 1 zwischen dem Kartuschenhalter 257 und dem Sichtfenster 312 zusammengedrückt. Als Ergebnis wird das Sichtfenster 312 relativ zum kreisförmigen Körper 310 des oberen Teils 256 axial gegen die Vorspannung der Wellenfeder bewegt. Diese Bewegung erlaubt eine Berücksichtigung von Toleranzen der Getränkekartusche 1 und der Getränkezubereitungsmaschine und stellt sicher, dass die Größe der Kompressionskraft, die auf die Kartusche ausgeübt wird, innerhalb eines akzeptablen Bereiches gehalten wird. Die Klemmkraft des Mechanismus, wie durch die Wirkung der Wellenfeder gemäßigt, stellt einen Klemmdruck auf die Kartusche zwischen 130 und 280 N sicher. Die Kraft beträgt vorzugsweise etwa 200 N. Eine Kraft kleiner als etwa 130 N bietet keine angemessene Abdichtung, während eine Kraft größer als etwa 280 N zu einem plastischen Versagen der Komponente der Kartusche 1 führt. Während des Verschließens des Kartuschenkopfes wird das Laminat 5 der Kartusche 1 gespannt, wenn es mit der Leiste 254a in Kontakt gebracht wird, die das Auslassdurchstoßelement 254 umgibt, was das Laminat 5 veranlasst, sich aus der Ebene zu biegen, wenn das distale Ende des Außenrohres 42 des zylindrischen Trichters um 0,5 mm relativ zum Flansch 35 nach oben bewegt wird. Diese Bewegung stellt ferner sicher, dass der Großteil der auf die Kartusche ausgeübten Kompressionskraft über den Zentralbereich der Kartusche 1 durch das lastaufnehmende Innenelement 3 wirkt. In der geschlossenen Stellung ist die Kartusche 1 somit um den Flansch 35 mittels des Randes 311 des Sichtfensters 312 geklemmt und zwischen der geschlossenen Oberseite 11 der Kartusche und dem Außenrohr 42 des Innenelements 3 mittels Kontakt mit dem Sichtfenster 312 und der Leiste 254a festgeklemmt. Diese Klemmkräfte tragen dazu bei, ein Versagen der Kartusche 1 während der Unterdrucksetzung zu verhindern, und stellen ferner sicher, dass das Innenelement 3 und das Außenelement 2 relativ zueinander vollständig abgedichtet sind, und somit, dass alle internen Durchlasswege und Öffnungen auch während der internen Unterdrucksetzung ihre Abmessungen beibehalten.
Eine imaginäre Bezugslinie kann zwischen den ersten und zweiten Gelenkpunkten 283, 285 des Kartuschenhalters 251 gezogen werden. Wie in 41 gezeigt ist, sind in der oberen Position die dritten Gelenkpunkte 286 auf der Seite der Bezugslinie nahe dem feststehenden unteren Teil 255 angeordnet. Wenn der obere Teil 256 die geschlossene Stellung erreicht, laufen die dritten Gelenkpunkte 286 des Klemmhebels durch die Bezuglinie, die die ersten und zweiten Gelenkpunkte 283, 285 verbindet, zur gegenüberliegenden Seite der Linie am weitesten vom feststehenden unteren Teil 255 entfernt. Folglich schnappt der U-förmige Arm 281 von eine ersten stabilen Stellung in eine zweite stabile Stellung um. Der Umschnappvorgang wird aufgefangen durch Verkürzen der Sprungarme 282 und nachfolgende Kompression der elastischen Hülsen 282c. Sobald die dritten Gelenkpunkte 286 die imaginäre Bezugslinie passiert haben, bewirkt die Rückstellung der elastischen Hülsen 282c eine Fortsetzung der Bewegung der dritten Gelenkpunkte 286 von der imaginären Bezugslinie weg. Der Klemmhebel weist somit eine bistabile Funktion auf, in der der Hebel in den offenen oder geschlossenen Stellungen stabil ist, jedoch an einem Punkt, wenn die dritten Gelenkpunkte 286 auf der Bezugslinie liegen, die die ersten und zweiten Gelenkpunkte 283, 285 verbinden, instabil ist. Der Umschnappvorgang des Klemmhebels bietet somit einen aktiven Verschlussmechanismus, der zu einem eindeutigen Verschlussvorgang führt, bei dem die Endphasen der Klemmhebelrotation, der Umschlagvorgang des U-förmigen Arms 281 und der zweiten Arme 284 die Hakenelemente 287 fest in Eingriff mit den Ansätzen 259 drücken. Außerdem bieten die elastischen Hülsen 282c einen Widerstand gegen die erneute Öffnung des oberen Teils 256, da eine minimale Kraft erforderlich ist, um die Hülsen 282c ausreichend zu komprimieren, um die dritten Gelenkpunkte 286 zurück auf eine Linie mit der Bezugslinie zu bringen, die die ersten und zweiten Gelenkpunkte 283, 285 verbindet. Der Eingriff der Hakenelemente 287 und der Ansätze 259 verhindert vorteilhaft eine Trennung der oberen und unteren Teile, außer durch Rotation des Klemmhebels. Dies ist nützlich beim Verhindern des Öffnens des Kartuschenkopfes 250 während des Betriebs, wenn der Kartuschenkopf 250 dem internen Druck ausgesetzt ist.
Der Zweck des Kartuschenerkennungsmittels 252 ist, der Maschine 201 zu erlauben, den Typ der Getränkekartusche 1 zu erkennen, die eingesetzt worden ist, und ein oder mehrere Betriebsparameter entsprechend anzupassen. In einer typischen Ausführungsform umfasst das Kartuschenerkennungsmittel 252 einen optischen Strichcodeleser, der einen aufgedruckten Strichcode 320 liest, der auf dem Laminat 5 der Getränkekartusche 1 vorgesehen ist, wie in 45 gezeigt ist. Der Strichcode 320 ist aus mehreren Strichen einer abgesetzten Farbe gebildet. Die Striche sind vorzugsweise schwarz auf einem weißen Hintergrund um den Kontrast zu maximieren. Der Strichcode 320 muss keinem veröffentlichtem Standard entsprechen, jedoch kann ein Standardformat für Strichcodes, wie z. B. EAN-13, UPC-A oder Verschachtelt-2-aus-5 verwendet werden. der optische Strichcodeleser umfasst ein oder mehrere LEDs 321 zum Beleuchten des Strichcodes 320, eine Fokussierungslinse 322 zum Erlangen eines Abbilds des Strichcodes, eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) 323 zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das das erlangte Abbild repräsentiert, und eine Unterstützungsschaltung für die LEDs und die CCD. Der Raum im unteren Teil zur Aufnahme des Strichcodelesers ist beschränkt. Ein Spiegel oder mehrere Spiegel 324 können verwendet werden, um das Licht von dem LEDs 321 zu einer Fokussierungslinse zu reflektieren, die nicht im unteren Teil 255 angeordnet ist. Schematische Anordnungen sind in den 44a und 44b gezeigt. Der untere Teil 255 umfasst eine Öffnung 326, die die gleiche Größe wie der Strichcode 320 auf der Getränkekartusche 1 aufweist. Im Gebrauch werden die erzeugten elektrischen Signale von Signalverarbeitungssoftware decodiert, wobei die Ergebnisse zum Steuerprozessor weitergeleitet werden. Die Software kann erkennen, ob das Lesen des Strichcodes Fehler enthält.
Der Strichcode 320 kann mehrmals erneut abgetastet werden, bevor dem Verbraucher eine Fehlermeldung präsentiert wird. Wenn die Maschine 201 unfähig ist, den Strichcode zu lesen, kann der Verbraucher die Getränkekartusche 1 verwenden, um ein Getränk unter Verwendung eines manuellen Betriebsmodus abzugeben.
Der Kartuschenkopf 250 enthält ferner einen Kartuschensensor, der erfasst, ob eine Kartusche im Kartuschenhalter 251 vorhanden ist.
Der Kartuschenkopf 250 enthält ferner einen Verriegelungssensor, der erfasst, ob der Kartuschenhalter 251 richtig geschlossen ist. Der Verriegelungssensor umfasst vorzugsweise einen Mikroschalter, der ausgelöst wird, wenn der Kartuschenhalter 251 geschlossen und verriegelt ist. Der Kartuschensensor und der Verriegelungssensor sind vorzugsweise in Reihe verbunden, so dass das Ausgangssignal beider Sensoren zufriedenstellend sein muss, d. h. es ist eine Kartusche vorhanden und der Mechanismus ist verriegelt, bevor der Betriebszyklus gestartet werden kann.
Der Betrieb der Maschine 201 umfasst das Einsetzen einer Getränkekartusche 1 in den Kartuschenkopf 250, das Ausführen eines Betriebszyklus, in welchem das Getränk abgegeben wird, und das Entnehmen der Kartusche 1 aus der Maschine.
Das Betriebsverhalten der Maschine 201 wird durch Software bestimmt, die im Steuerprozessor eingebettet ist. Der Betrieb der Maschine kann ausgedrückt durch "Zustände" beschrieben werden, wobei die Maschine 201 sich normalerweise in einem bestimmten Zustand befindet, bis ein Ereignis eintritt, um den Zustand zu ändern, wobei dieser Schritt als Zustandsübergang bezeichnet wird.

Tabelle 4 zeigt eine Zustandsübergangstabelle, die die Zustände und die Zustandsübergänge für eine Ausführungsform der Getränkezubereitungsmaschine 201 darstellt. Tabelle 4

Zustand	Zustandsbeschreibung	Temperatur	Verriegelungssensor	Kartuschensensorvariable (OK, NOK, CLR)	Wasser-Pegelanzeiger	Wasserströmungsrate	Start/Stop
1	Wassererhitzung	> oder = 85 gehe zu 2	Geschlossen: [Kartuschensensor = readpod()] Offen: [Kartuschensensor = CLR]	entfällt	niedrig, gehe zu 10	entfällt	keine Aktion
2	Wasser bereit, wenn Zeitablauf 10 min, dann gehe zu 9	< 85 gehe zu 2	Geschlossen: [Kartuschensensor = readpod()] Offen: [Kartuschensensor = CLR]	Kartuschensensor = OK gehe zu 4 Kartuschensensor = NOK gehe zu 3	niedrig, gehe zu 10	entfällt	keine Aktion
3	bereit zum Brühen, auto	entfällt [Temperatur im Hintergrund geregelt]	Offen: [Kartuschensensor = CLR] gehe zu 2	entfällt	niedrig, gehe zu 10	entfällt	gehe zu 5
4	Brühen in Arbeit, auto	entfällt [Temperatur im Hintergrund geregelt]	Offen: [Kartuschensensor = CLR] gehe zu 10	entfällt	niedrig, gehe zu 10	keine Strömung, gehe zu 10	Wasser aus, gehe zu 6
5	Brühen eingestellt	entfällt [Temperatur im Hintergrund geregelt]	Offen: [Kartuschensensor = CLR] gehe zu 10	entfällt	niedrig, gehe zu 10	entfällt	gehe zu 5
6	bereit zum manuellen Brühen	entfällt [Temperatur im Hintergrund geregelt]	Offen: [Kartuschensensor = CLR] gehe zu 2	entfällt	niedrig, gehe zu 10	entfällt	[Wasser ein] gehe zu 8
7	Brühen in Arbeit, manuell	entfällt [Temperatur im Hintergrund geregelt]	Offen: [Kartuschensensor = CLR] gehe zu 10	entfällt	niedrig, gehe zu 10	entfällt	Freigabe von d, gehe zu 7
8	Spülen [Wasser aus; Luft ein; Zeitablauf n Sekunden, dann gehe zu 9]	entfällt [Temperatur im Hintergrund geregelt]	Offen: [Kartuschen-sensor = CLR] gehe zu 10	entfällt	keine Aktion	entfällt	keine Aktion
9	Brühen fertig [Luftspülen] [Kartuschensensor = CLR] wenn Zeitablauf 10 s, dann gehe zu 2	entfällt [Temperatur im Hintergrund geregelt]	Offen: gehe zu 2	entfällt	niedrig, gehe zu 10	entfällt	gehe zu 9
10	Bereitschaft	entfällt [Heizvorrichtung aus]	Offen: [Kartuschensensor = CLR] gehe zu 1 Geschlossen: [Kartuschensensor = readpod()]	entfällt	niedrig, gehe zu 10	entfällt	gehe zu 1
11	Fehler Strom aus/ein erforderlich zum Löschen	entfällt	entfällt	entfällt	entfällt	entfällt	entfällt
12	wenig Wasser				niedrig, gehe zu 10

Das folgende Beispiel zeigt einen Betriebszyklus, um beispielhaft die Verwendung der Zustandsübergänge durch den Steuerprozessor zu zeigen.
Es sei angenommen, dass die Maschine 201 anfangs ausgeschaltet ist und keine Kartusche 1 in den Kartuschenkopf 250 eingesetzt ist. Wenn die Maschine 201 eingeschaltet wird, befindet sich der Steuerprozessor im Zustand 1. Die Wasserheizvorrichtung 225 wird eingeschaltet. Sobald die Temperatur 85°C erreicht, geht der Steuerprozessor in den Zustand 2 über. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt während des Zustands 1 oder 2 der Kartuschenhalter 251 geschlossen wird, wird der Verriegelungssensor ausgelöst, um ein Signal zum Steuerprozessor zu senden, das anzeigt, dass der Kartuschenhalter 251 richtig geschlossen ist. Der Steuerprozessor fragt anschließend den Kartuschensensor ab, indem er einen "readpod"-Befehl sendet. Der Kartuschensensor gibt ein Signal an den Steuerprozessor zurück, das anzeigt, ob sich eine Kartusche am Ort im Kartuschenhalter 251 befindet. Wenn keine Kartusche vorhanden ist, geht der Steuerprozessor in den Zustand 3 über, wo er in einem Bereitschaftszustand verharrt, bis der Kassettenhalter 251 erneut geöffnet wird, wobei zu diesem Zeitpunkt der Steuerprozessor in den Zustand 2 zurückfällt. Wenn eine Kartusche im Zustand 2 vorhanden ist, dann geht der Steuerprozessor in den Zustand 4 über und der Betrieb wird automatisch begonnen. Während der Zustände 4 bis 9 wird die Wassertemperatur im Hintergrund so gesteuert, dass sie innerhalb des benötigten Toleranzbereiches der gewünschten Temperatur gehalten wird, wie durch die Betriebsparameter festgelegt, die durch den Strichcode auf der Getränkekartusche 1 festgelegt sind. Sobald die Abgabephase der Abgabe abgeschlossen ist, beginnt eine Luftspülung im Zustand 8.
Sobald die Luftspülung abgeschlossen ist, ist der Betriebszufluss abgeschlossen und die Maschine geht in den Bereitschaftsmodus im Zustand 10 über. Wenn während des Betriebs ein Fehler auftritt, dann geht der Prozessor in den Zustand 11 über. Wenn ein niedriger Wasserpegel erfasst wird, dann geht der Prozessor in den Zustand 12 über.
Um die Kartusche 1 einzusetzen, wird der Kartuschenhalter 251 wie oben beschrieben geöffnet, um den Kartuschenhalter 257 freizulegen. Die Kartusche 1 wird anschließend auf dem Kartuschenhalter 257 platziert, der innerhalb der Aussparung 290 aufgenommen ist, so dass der Griff 24 der Kartusche in der Unregelmäßigkeit 291 angeordnet ist. Der optische oder magnetische Strichcode 320 der Kartusche 1 ist direkt über der Öffnung 326 im Kartuschenhalter 257 angeordnet. Der Kartuschenhalter 251 wird anschließend durch Betätigung des Klemmhebels wie oben beschrieben geschlossen. Während des Verschließens durchstoßen die Einlass- und Auslass-Durchstoßelemente 253, 254 das Laminat 5 der Kartusche 1, um den Kartuscheneinlass 121 und den Auslass 122 zu bilden. Wie oben beschrieben worden ist, wird das vom Auslassdurchstoßelement 254 ausgeschnittene Laminat 5 in den Ringraum zurückgeklappt, der das Ausflussrohr 43 umgibt. Wenn der Kartuschenhalter 251 geschlossen wird, ergreift er die Kartusche 1 um den Rand 35 zwischen dem Kartuschenhalter 257 und dem oberen Teil 256 sowie zwischen dem Fenster 311 und der Oberseite 11 der Kartusche 1, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung mit ausreichender Integrität zu bilden, um den während des Betriebszyklus entwickelten Drücken standzuhalten.
Um den Betriebszyklus zu beginnen, betätigt der Verbraucher den Start/Stopp-Knopf 241.
Der Betriebszyklus umfasst die Schritte der Kartuschenerkennung und des Abgabezyklus.
Die Kartuschenerkennung wird mittels des optischen Kartuschenerkennungsmittels 252 durchgeführt, wie oben beschrieben worden ist, unter der Annahme, dass die Ausgänge vom Kartuschensensor und vom Verriegelungssensor zufrieden stellend sind. Sobald der Strichcode 320 decodiert worden ist, werden die Betriebsparameter der Maschine 201 vom Steuerprozessor angepasst. Der Abgabezyklus wird anschließend automatisch begonnen.
Der Abgabezyklus weist vier Hauptphasen auf, von denen nicht alle für alle Getränketypen verwendet werden:

(i) Vortränkung
(ii) Pause
(iii) Brühen/Mischen
(iv) Reinigen (Spülen)

In der Vortränkungsphase wird die Kartusche 1 mittels der Wasserpumpe 230 mit Wasser aus dem Wasserspeichertank 220 beschickt. Die Beschickung mit Wasser veranlasst die Durchnässung der Getränkezutaten 200 in der Filtrationskammer 130. Die Beschickung kann mit einer "schnellen" Krümmungsrate von 600 ml/min oder einer "langsamen" Strömungsrate von 325 ml/min stattfinden. Die langsame Beschickungsrate ist besonders nützlich für Kartuschen, die zähflüssige Getränkezutaten enthalten, bei denen die Zutaten eine gewisse Auflösung benötigen, bevor sie mit einer höheren Volumenströmungsrate gepumpt werden können. Das in die Kartusche 1 eingespritzte Wasservolumen wird so gewählt, dass sichergestellt ist, dass das Wasser oder das Getränkt während dieser Phase nicht aus dem Kartuschenauslass 122 tropft.
Die Pausenphase erlaubt den Getränkezutaten 200, dass während der Vortränkungsphase eingespritzte Wasser für eine vorgegebene Zeitperiode aufzusaugen. Sowohl die Vortränkungs- als auch die Aufsaugphase sind dafür bekannt, dass sie die Ausbeute der extrahierbaren Stoffe aus den Getränkezutaten 200 erhöhen und das endgültige Aroma des Getränks verbessern. Die Vortränkung und das Aufsaugen werden insbesondere dann verwendet, wenn die Getränkezutaten gerösteter und gemahlener Kaffee sind.
In der Brüh/Mischphase wird Wasser durch die Kartusche 1 geleitet, um das Getränk aus den Getränkezutaten 200 zu erzeugen. Die Temperatur des Wassers wird vom Steuerprozessor bestimmt, der Befehle zur Wasserheizvorrichtung 225 sendet, um das vom Wassertank 220 zum Kartuschenkopf 250 geleitete Wasser zu erhitzen. Das Wasser tritt in den unteren Teil 255 des Kartuschenhalters 251 durch die Leitung 262 über das Einlassventil und das Einlassdurchstoßelement 253 in die Einlasskammer 126 der Getränkekartusche 1 ein. Das Brühen und/oder Mischen und das anschließende Abgeben des Getränks aus der Getränkekartusche 1 wird wie oben mit Bezug auf die Versionen der Getränkekartusche 1 beschrieben ausgeführt.
Die Luftspülung umfasst das Blasen von Pressluft durch die Getränkezubereitungsmaschine und die Getränkekartusche 1, um sicherzustellen, dass das gesamte Getränk abgegeben wird, und dass der Strömungspfad geleert wird und für die Abgabe eines weiteren Getränks bereit ist. Die Luftspülung beginnt nicht unmittelbar bei Beendigung der Brüh/Misch-Phase, um einem Großteil des Fluids zu erlauben, den Strömungspfad zu verlassen. Dies verhindert eine unannehmbare Spitze des Innendrucks bei Beginn der Luftspülung.
Im Normalbetrieb stoppt ein Benutzer manuell die Maschine 201 durch Betätigen des Start/Stopp-Knopfes 241.
Sobald der Betriebszyklus abgeschlossen ist, entnimmt der Verbraucher die Kartusche 1 durch Öffnen des Kartuschenhalters 251 und manuelles Entnehmen und Entsorgen der Kartusche. Alternativ kann die Maschine 201 mit einem automatischen Auswurfmechanismus zum automatischen Auswerfen der Kartusche beim Öffnen des Kartuschenhalters 251 versehen sein.
Die Abgabezeiten für Getränke unter Verwendung der Maschine 201 und der Kartuschen 1 liegen typischerweise zwischen 10 und 120 Sekunden, vorzugsweise 30 bis 40 Sekunden, für gerösteten und gemahlenen Kaffee, zwischen 5 und 120 Sekunden, vorzugsweise 10 bis 20 Sekunden, für Schokolade und zwischen 5 und 120 Sekunden, vorzugsweise 10 bis 20 Sekunden, für Milch.
Die Maschine 201 kann ferner vorteilhaft einen Speicher in operativer Verbindung mit dem Steuerprozessor umfassen der die Informationen über den von einem Benutzer abgegebenen Getränketyp speichert. Der Betriebszyklus der Maschine 201 kann dann für die nächste Kartusche 1 angepasst werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwei oder mehr Getränkekartuschen 1 nacheinander verwendet werden, um ein Getränk herzustellen. Zum Beispiel kann eine Kaffeekartusche verwendet werden, gefolgt von einer Milchkartusche, um ein Cappuccino-Getränk herzustellen. Alternativ kann eine Schokoladenkartusche verwendet werden, gefolgt von einer Milchkartusche, um ein cremiges Heiße-Schokolade-Getränk herzustellen. Durch Verwendung eines Speichers, der Informationen über das zuerst abgegebene Getränk speichert, kann die Art der Abgabe der zweiten Kartusche, z. B. einer Milchkartusche, geändert werden, um ein optimales Getränk zu erhalten. Im obigen Beispiel kann die für die heiße Schokolade abgegebene Milch typischerweise weniger aufgelöst sein als die dem Kaffee zugegebene Milch. Außerdem kann die für die Schokolade abgegebene Milch mit einer langsameren Strömungsrate abgegeben werden, um den Grad der Aufschäumung des Getränks zu verringern. Viele Kombinationen von Kartuschen sind möglich, wobei die Betriebsparameter für Fachleute offensichtlich sind. Außerdem kann der Speicher verwendet werden, um der Maschine 201 zu erlauben, den Typ des Getränks, den ein Benutzer als Nächstes abzugeben wünscht, "vorherzusagen". Wenn z. B. ein Benutzer hauptsächlich einen Getränketyp trinkt, kann die Maschine die Wasserheizvorrichtung anweisen, auf einer für diesen Getränketyp optimalen Temperatur zu bleiben.

Claims

Niederdruck-Getränkezubereitungssystem zum automatischen Zubereiten einer Auswahl von Getränketypen aus einer Auswahl von Getränkekartuschen, wobei das System umfasst: eine Getränkezubereitungsmaschine (201); und mehrere Getränkekartuschen (1), wobei jede Getränkekartusche ein oder mehrere Getränkezutaten (200) enthält, die einem spezifischen Getränketyp zugeordnet sind, wobei das Getränkezubereitungssystem umfasst: a. Mittel zum Aufnehmen einer der mehreren Getränkekartuschen in der Getränkezubereitungsmaschine und Mittel zum Zuführen eines wässrigen Mediums im Gebrauch zur Getränkekartusche mit einem Druck von weniger als 2 bar, um aus der einen oder den mehreren Getränkezutaten, die darin enthalten sind, ein Getränk herzustellen; b. eine Lesevorrichtung (252) in der Getränkezubereitungsmaschine zum automatischen Interpretieren eines Codes (320), der auf die Getränkekartusche geschrieben ist; c. ein Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines spezifischen Brühzyklus auf der Grundlage des Codes; d. Mittel zum automatischen Einstellen einer Temperatur des wässrigen Mediums auf der Grundlage des Codes vor der Zuführung des wässrigen Mediums zur Getränkekartusche; e. Ejektormittel in wenigstens einigen der mehreren Getränkekartuschen zum optionalen Erzeugen einer Aufschäumung des Getränks, in Abhängigkeit vom Getränketyp; und f. eine Benutzerschnittstelle (240) zum Initiieren eines Operationszyklus; wobei das Getränkezubereitungssystem eine Auswahl von Getränketypen herstellen kann, die wenigstens, jedoch nicht hierauf beschränkt, Filterkaffee, Cappuccino, Tee, Schokolade und aufgeschäumte Milch enthält, und wobei die Operation der Benutzerschnittstelle unabhängig vom ausgegebenen Getränketyp ist.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Auswahl von Getränketypen Kaffee, Tee, Schokolade, Milch, Suppe und Fruchtsäfte enthält.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Getränkezubereitungsmaschine (201) ferner Mittel zum Reinigen der Getränkekartusche nach der Ausgabe des Getränks umfasst.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, das ferner Mittel zum Kontrollieren der Strömungsrate des wässrigen Mediums in die Kartusche umfasst.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, das ferner Mittel zum Kontrollieren des Volumens des wässrigen Mediums, das an die Kartusche geliefert wird, umfasst.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere der Getränkezutaten eine Flüssigkeit sind.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere der Getränkezutaten auf Milch basieren.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System ferner mit einer oder mehreren Kartuschen verwendet werden kann, die ein oder mehrere Nicht-Getränke-Zutaten umfassen, um Nicht-Getränke-Produkte zuzubereiten, wie z. B. Soßen und Nachspeisen.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lesevorrichtung eine optische Strichcode-Lesevorrichtung ist.
Niederdruck-Getränkezubereitungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, das ein Haushalts-Niederdruck-Getränkezubereitungssystem ist.
Verfahren zur Zubereitung wenigstens eines aus einer Auswahl von Getränken, die Schritte umfassend: a. Einsetzen wenigstens einer Getränkekartusche (1), die ein oder mehrere Getränkezutaten enthält, in eine Niederdruck-Getränkezubereitungsmaschine (201); b. Betätigen einer Benutzerschnittstelle der Getränkezubereitungsmaschine, um einen Operationszyklus zu initiieren; c. Betreiben einer Lesevorrichtung, um einen auf die Getränkekartusche geschriebenen Code (320) zu erfassen; d. Erzeugen eines spezifischen Brühzyklus auf der Grundlage des Codes; e. Leiten eines wässrigen Mediums durch die Getränkekartusche, um ein Getränk zu erzeugen, wobei die Temperatur, die Vorbewässerung, das Volumen, die Strömungsrate und die Luftreinigung des wässrigen Mediums auf der Grundlage des Codes festgelegt werden; f. Erzeugen einer Aufschäumung des Getränks für wenigstens einige aus der Auswahl von Getränken durch Vorsehen eines Ejektormittels in der oder in wenigstens einer Getränkekartusche; wobei das Verfahren eine Auswahl von Getränketypen unter Verwendung einer oder mehrerer Getränkekartuschen herstellen kann, die wenigstens, jedoch nicht hierauf beschränkt, Filterkaffee, Cappuccino, Tee, Schokolade und aufgeschäumte Milch enthält, und wobei die Betätigung der Benutzerschnittstelle unabhängig vom ausgegebenen Getränketyp ist.