VERFAHREN ZUM MISCHEN EINES PULVERS MIT EINER FLÜSSIGKEIT SOWIE KAPSEL UND MISCHVORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mischung eines Pulvers mit einer Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser. Ausserdem betrifft sie eine das Pulver enthaltende Kapsel sowie eine Mischvorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind. Ein bevorzugter Anwendungsbereich der

Erfindung ist die Herstellung von Getränken.

Stand der Technik

Aus WO 2012/174 331 AI sind ein gattungsgemässes Verfahren und eine gattungsgemässe Mischvorrichtung bekannt. Die

Kapsel wird einer Vibration ausgesetzt, deren Frequenz zwischen 10Hz und 200kHz liegt. Als konkrete Beispiele werden Frequenzen von 22kHz sowie 20Hz und 100Hz angegeben. Hohe Frequenzen haben sich jedoch als energetisch ungünstig erwiesen. Viel Energie wird vom Behälter der Kapsel

absorbiert, wo dies zu einer Erwärmung und Aufweichung des Materials führen kann. Auch im Mischgut selbst ist die

Dämpfung hoch, sodass eine das ganze Material erfassende ■Durchmischung nicht in kurzer Zeit zu erreichen ist. Aber auch bei den angegebenen tiefen Frequenzen von 20Hz und 100Hz wird das Pulver nur unvollständig in der Flüssigkeit aufgelöst .

WO 2013/127 696 AI zeigt ein Verfahren, bei dem nach der Flüssigkeit Druckgas in die Kapsel eingeleitet wird und eine

BESTÄTIGUNGSKOPIE dazu geeignete Mischvorrichtung. Offenbar wird die Kapsel jedoch keiner Vibration unterworfen.

Aus CN 2013 987311 U ist ein weiteres gattungsgemässes

Verfahren bekannt, bei dem die Frequenz der Vibration im Ultraschallbereich liegt. Wie oben erwähnt haben sich jedoch hohe Frequenzen als nicht günstig erwiesen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein

gattungsgemässes Verfahren anzugeben, bei dem mit geringem Energieverbrauch eine gründliche Durchmischung des Pulvers und der Flüssigkeit erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, gelöst .

Beim erfindungsgemässen Verfahren tritt in kurzer Zeit eine vollständige Durchmis ^' chung und Homogenisierung ein. Der Energieverbrauch ist gering. Störende Wirkungen wie etwa eine Beschädigung der Kapsel sind nicht zu befürchten. Es hat sich gezeigt, dass die Qualität der Durchmischung, insbesondere der Anteil des Pulvers, der in der Flüssigkeit gelöst wird, empfindlich von der Frequenz der Vibration abhängt und dass die Qualität der Durchmischung und

Auflösung für die normalerweise verarbeiteten Pulver im erfindungsgemäss ausgewählten Bereich besonders hoch ist, sodass höchstens sehr geringe Rückstände nicht gelösten Pulvers in der Kapsel zurückbleiben.

Erfindungsgemäss wird auch eine Kapsel angegeben, die sich besonders gut für das erfindungsgemässe Verfahren eignet. Ausserdem wird eine Mischvorrichtung beschrieben, mit welcher sich das besagte Verfahren günstig und mit sicherer Wirkung durchführen lässt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher

erläutert. Es zeigen

Fig. 1 perspektivisch eine Halterung und einen

Schwingungsgenerator einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung, wobei Teile eines Gehäuses angedeutet sind,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Halterung und den Schwingungsgenerator von Fig. 1,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine

erfindungsgemässe Kapsel und Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch die Kapsel von

Fig. 3 und einen Teil eines geschlossenen Deckels der Halterung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Der in Figuren 1 und 2 dargestellte Teil einer

erfindungsgemässen Mischvorrichtung umfasst, in einem

Gehäuse 1, eine Halterung 2, welche eine Aufnahme 3 für eine Kapsel bildet, die sich von einer runden Öffnung an der Oberseite der Halterung 2 ausgehend nach unten konisch verengt. Am Grund der Aufnahme 3 ist eine im oberen Teil sich trichterförmig verengende Abflussöffnung 4 angeordnet, welche mit einer entsprechenden, sich nach unten erweiternden Öffnung in einer darunterliegenden Wand des Gehäuses 1 fluchtet.

Die Halterung 2 trägt einen Deckel 5 mit einer Klappe 6, welche um eine waagrechte Achse 7 aus einer offenen in eine geschlossene waagrechte Lage kippbar ist. An der Unterseite der Klappe 6 ist eine runde Dichtung 8 aus einem nicht zu weichen elastischen Material angebracht mit einem mittigen Stempel 9, der bei geschlossenem Deckel 5 in die Aufnahme 3 vorsteht und eine gegen deren Grund weisende Druckfläche 10 bildet. Durch die Klappe 6 verlaufen mehrere, z.B. zwei oder wie dargestellt vier Flüssigkeitsleitungen 11, die, von einem Tank (nicht dargestellt) im Gehäuse 1 ausgehend, in den Stempel 9 umgebende Hohlnadeln 12 auslaufen. Ausserdem verläuft durch die Klappe 6 eine Luftleitung 13, die eine im Gehäuse 1 angeordnete Luftpumpe (nicht dargestellt) mit einer zentral durch den Stempel 9 geführten und aus der Druckfläche 10 ragenden Hohlnadel 14 verbindet.

Die Halterung 2 ist federnd im Gehäuse 1 aufgehängt. Dazu ist sie an vier von Spiralfedern umgebenen Stiften 15 abgestützt, die jeweils vertikal verschiebbar in am Gehäuse 1 angebrachten Hülsen geführt sind. Zwischen die Halterung 2 und eine Wand des Gehäuses 1 ist ein Polsterelement 16 aus elastischem Material geklemmt, das mit der Wand verklebt ist . Ein Schwingungsgenerator 17 umfasst einen am Gehäuse 1 befestigten Elektromotor 18 mit einer Abtriebsachse 19, welche über ein als Unwuchtscheibe 20 ausgebildetes

Kupplungsglied mit der Halterung 2 verbunden ist. Zum

Eingriff mit der Halterung 2 weist die Unwuchtscheibe 20 einen zur Abtriebsachse 19 parallelen, ihr gegenüber

versetzten Exzenterstift 21 auf, welcher drehbar an der Aussenseite der Halterung 2 gelagert ist. Der Elektromotor 18 weist vorzugsweise eine Drehzahl von zwischen 2'OOOU/min und 3'OOOU/min auf. Als sehr günstiger Wert hat sich

2'500U/min erwiesen. Die Versetzung des Exzenterstiftes 21 gegenüber der Abtriebsachse 19 kann etwa zwischen 0,5mm und 2mm liegen und beträgt vorzugsweise 1,5mm. Bei mit

Normdrehzahl laufendem Elektromotor 18 wird so der Halterung 2 eine Vibration aufgeprägt, deren Frequenz zwischen 33Hz und 50Hz liegt. Besonders bewährt haben sich Frequenzen im Bereich von 40Hz bis 45Hz, z.B. - entsprechend einer

Drehzahl von 2 '500 U/min - 41.7Hz, bei denen der Anteil des Pulvers, der vollständig aufgelöst wurde, am höchsten lag, insbesondere auch bei schwer löslichen stark proteinhaltigen Pulvern. Die Amplitude der Vibration entspricht etwa der Versetzung des Exzenterstiftes 21 und beträgt demgemäss zwischen 0,5mm und" 2mm und ist vorzugsweise grösser als 1mm. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Amplitude von ca. 1 , 5mm erzielt .

Die Halterung 2 folgt der Kreisbewegung des Exzenterstiftes 21, d.h. sie schwingt sowohl in der Horizontalen, quer zur Richtung der Abtriebsachse 19, als auch vertikal. Alternativ kann die vertikale Schwingung unterdrückt sein, indem der Exzenterstift in einen vertikalen Schlitz an der Halterung 2 eingreift und diese so aufgehängt ist, dass sie nur eine horizontale Bewegung ausführen kann. Es kann jedoch auch ein Schwingungsgenerator eingesetzt werden, welcher von

vornherein nur eine horizontale Bewegung erzeugt, z.B. mit einem Elektromotor, der als Linearmotor ausgebildet ist.

Oder es kann ein Elektromotor mit vertikaler Abtriebsachse eingesetzt. Der Kapsel wird dann wiederum eine ebene

Vibrationsbewegung aufgeprägt werden, die je nach Lagerung und Verbindung mit der Abtriebsachse linear oder auch elliptisch sein kann. Die in Figur 3 dargestellte Kapsel 22 weist einen Behälter 23 auf, der eine um eine vertikale Achse ungefähr

rotationssymmetrische Aussenwand umfasst, die sich nach unten leicht konisch verengt und einen Auslass 24 mit mehreren parallelen Mikrokanälen am unteren Ende derselben. Oberhalb des Auslasses 24 liegt eine runde Abflussöffnung mit einem dichten Verschluss, der von einer Verschlussfolie 25 gebildet wird. An einer Oberseite ist der Behälter 23 durch einen leicht nach oben ausgebogenen, aus einer

Deckfolie 26 bestehenden Deckel verschlossen. Der Behälter 23 besteht aus einem steifen Material, vorzugsweise

Kunststoff, die Verschlussfolie 25 und die Deckfolie 26 vorzugsweise aus Kunststoff-, insbesondere Polyethylenfolie oder Aluminiumfolie. Der Behälter 23 umgibt ein Volumen 27, das ganz oder teilweise mit einem Pulver (nicht dargestellt) gefüllt ist.

Ebenfalls im Volumen 27 angeordnet ist eine

Öffnungsvorrichtung 28, welche mehrere Spiesse 29 mit gegen die Verschlussfolie 25 gerichteten, aber um 4 bis 8mm, z.B. 6mm von ihr beabstandeten Spitzen aufweist. Sie sind jeweils an einer Unterseite eines Ringes 30 angeordnet, welcher über mehrere gleichmässig über seinen Umfang verteilte gerade oder gebogene gleiche Speichen 31 auf dem Behälter 23 abgestützt oder mit ihm verbunden ist. Die äusseren Enden der Speichen 31 können etwa mit einem Aussenring verbunden sein, der auf einem auf etwa mittlerer Höhe umlaufenden Sims des Behälters 23 aufliegt. Mehrere Mischstäbe 32 der

Öffnungsvorrichtung 28 ragen bis in die Nähe der Deckfolie 26 nach oben. Vorzugsweise sind sie wie dargestellt an

Oberseiten von Speichen 31 oder auch einer Oberseite des Innenrings 30 angeordnet. Der Innenring 30, die Speichen 31 und gegebenenfalls der Aussenring bilden einen am Behälter 23 abgestützten Träger, an dem sowohl die Spiesse 29 als auch die Mischstäbe 32 angebracht sind. In jedem Fall sind die Mischstäbe 32 so mit den Spiessen 29 wirkverbunden, dass bei einer

Abwärtsbewegung der Mischstäbe 32 die Spiesse 2.9 mitgenommen werden. Die Öffnungsvorrichtung 28 stellt so insgesamt eine Wirkverbindung zwischen dem Deckel und dem Verschluss her, durch welche, wenn die Deckfolie 26 durch von oben auf sie einwirkenden Druck nach unten durchgebogen wird, die Spiesse 29 gegen die Verschlussfolie 25 gedrückt werden und sie durchstossen, also die Verschlussfolie 25 perforiert und die Kapsel 22 an der Unterseite geöffnet wird.

Die Öffnungsvorrichtung 28 kann einstückig ausgebildet und, z.B. im Spritzgussverfahren, aus Kunststoff hergestellt sein .

Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens können Pulver mit sehr verschiedenen Eigenschaften verarbeitet werden, wobei die Herstellung von Getränken im Vordergrund steht. Beim Pulvermaterial kann es sich dabei um Proteine,

Stärkemittel, lösliche Nahrungsfasern, Fruchtpulver,

Mineralsalze, Aromen u.a. handeln. Dabei können die Pulver sehr unterschiedliche Korngrössen aufweisen, es kann sich um sehr feines Pulver, aber auch um gröberes Pulver bis hin zu grob kristallinem Pulver handeln. Auch die Konsistenzen können sehr verschieden sein, von trocken bis flockig cremig. Die Mischung kann dann ein Frucht- oder

Gemüsegetränk, Sojamilch oder ein Vitamin, Diät- oder

Kraftaufbaugetränk sein.

Ein typischer Ablauf des Verfahrens bei der Herstellung eines Getränks wird im folgenden beschrieben. In die Aufnahme 3 wird eine mit Pulver gefüllte Kapsel 22 eingelegt. Ihre Aussenwand liegt zu einem wesentlichen Teil an der Wand der Aufnahme 3 an. Dann wird der Deckel 5 geschlossen, indem die Klappe 6 in eine waagrechte

Schliesslage gekippt wird (Fig. 4), in der sie mit dem

Gehäuse 1 einschnappt. Bei dieser Bewegung stösst die

Druckfläche 10 des Stempels 9 gegen die Deckfolie 26 der Kapsel 22 und drückt sie gegen die oberen Enden der

Mischstäbe 32, die bei weiterer Abwärtsbewegung der Klappe 6 die Spiesse 29 gegen die Verschlussfolie 25 drücken, sodass sie dieselbe durchstossen . Zugleich durchstechen die

Hohlnadeln 12 und 14 die Deckfolie 26.

Dann wird der Elektromotor 18 eingeschaltet, welcher rasch seine Normdrehzahl von z.B. 2'500U/min erreicht, wodurch die Halterung 2 in eine Schwingung versetzt wird, deren Freguenz bei 41,7Hz liegt und die sich auf den Behälter 23 überträgt. Darauf folgt ein erster Mischvorgang, bei dem durch die Hohlnadeln 12 mit einem Druck von zwischen 2bar und 5bar 75ml Wasser eingespritzt wird, was ca. 10 bis 18 Sekunden dauert. Durch die Vibration und den Überdruck im Volumen 27 werden die von den Spiessen 29 gestochenen Löcher in der Verschlussfolie 25 erweitert und dieselbe nach unten

ausgebeult, sodass die Löcher mindestens teilweise frei liegen und schon während der Wasserzufuhr eine Mischung aus Pulver und Wasser durch den Auslass 24 abfliessen kann.

Anschliessend wird durch die Hohlnadel 14 mit einem

Überdruck von ca. 0,5bar zwischen 200ml und 300ml Luft eingeleitet, was etwa 6 bis 9 Sekunden in Anspruch nimmt. Durch diese an den Mischvorgang anschliessende Einleitung von Luft wird der noch nicht abgeflossene Teil der Mischung ausgetrieben. Der Mischvorgang wird dann wiederholt und anschliessend nochmals Luft unter Überdruck eingeleitet. Schliesslich wird der Elektromotor 18 abgestellt. Der Deckel 5 kann dann geöffnet und die Kapsel 22 aus der Aufnahme 3 entfernt werden. Die Mischung erfolgt auf diese Weise sehr gründlich und in verhältnismässig kurzer Zeit. Es bleiben kaum

Rückstände im von der Kapsel 22 umschlossenen Volumen 27 zurück. Es hat sich gezeigt, dass die Öffnungsvorrichtung 28, vor allem die Mischstäbe 32, auch die Vermischung begünstigt und die erforderlichen Mischzeiten spürbar verkürzt .

Je nach den Umständen wie Eigenschaften des Pulvers und Grösse der Kapsel kann auch ein einziger Mischvorgang genügen oder es können wie beschrieben zwei oder auch mehr Mischvorgänge nötig sein. Nach jedem Mischvorgang kann Luft unter Überdruck eingeleitet oder auch nur eine kurze _. Pause eingehalten werden. Vor allem nach dem letzten Mischvorgang empfiehlt sich die Einleitung von Druckluft, da so die

Kapsel meistens so gut wie vollständig geleert werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Halterung

3 . Aufnahme

4 Abflussöffnung

5 Deckel

6 Klappe

7 Achse

8 Dichtung

9 Stempel

10 Druckfläche

11 Flüssigkeitsleitung 12 Hohlnadel

13 Luftleitung

14 Hohlnadel

15 Stifte

16 Polsterelement

17 Schwingungsgenerator

18 Elektromotor

19 Abtriebsachse

20 Unwuchtscheibe

21 Exzenterstift

22 Kapsel

23 Behälter

24 Auslass

25 Verschlussfolie

26 Deckfolie

27 Volumen

28 ÖffnungsVorrichtung

29 Spiesse

30 Innenring

31 Speichen

32 Mischstäbe