
Filterkapsel zur Produktion von Filterkaffee aus drei Bauelementen aus PP: Deckel, Becher und Filterelement. (Bild: Cosmed)
Filterkaffee mit einem Hochdruckvollautomaten zuzubereiten ist technisch nur sehr schwer umsetzbar, denn durch das Hochdruckverfahren ist die Bildung der Crema auf der Kaffeeoberfläche unvermeidbar. Im asiatischen Raum schwört der Kaffeeliebhaber auf den klassischen Filterkaffee. Aber nicht allein für dieses Absatzgebiet wollte ein deutscher Hersteller von Kaffeevollautomaten eine technische Lösung als Add-On für eine bestehende Serie von Hochdruckvollautomaten bieten. Vielmehr sollte die Vielfalt mit der Bean-to-Cup-Brühung aus einem Automaten neben vielfaltigen Kaffeespezialitäten zusätzlich durch Filterkaffee erweitert werden. Gefilterter Kaffee, der nicht durch langsame Extraktion durch einen Filter, wie er bei konventionellen Filterkaffeeautomaten gebrüht wird, sondern dessen Herstellung innerhalb weniger Sekunden durch einen Hochdruckvollautomaten erfolgen kann.
Diese Hürden galt es zu nehmen
„Unsere Vorgabe war es, 100 Bezüge von dem „Fresh Filtered Coffee“ zu gewährleisten, ohne dass sich sichtbar eine Crema auf der Oberfläche bildet“, erklärt Dieter Sabrotzky, Geschäftsführer Cosmed, Löhne. Die kunststofftechnische Umsetzung des Projektes war komplex. Die vom Auftraggeber angedachte Kapsel sollte in erster Linie erst einmal eine sichtbare Crema verhindern. Gleichzeitig hatte sie die Aufgabe zu erfüllen, grobere Sedimente des jeweils frisch gemahlenen Kaffees aufzufangen. Darüber hinaus musste bei einem verstopften oder zugesetzten Filter dieser definiert öffnen. Eine weitere konstruktive Herausforderung war diese Technologie in den vorgegebenen Bauraum des Vollautomaten funktional zu integrieren. „Konkret bedeutete das für die Praxis, dass sich bei einem Druck von ungefähr einem Bar die Kapsel deformieren sollte, sodass der Kaffeefluss durch ein Überströmen des in der Kapsel liegenden Filters erfolgt, um den Vollautomaten vor Überhitzung zu schützen“, führt Sabrotzky aus. Eine technische Notwendigkeit deshalb, weil mit dem zunehmenden Bezug von Portionen sich gleichzeitig der Filter definiert zusetzt. Es hatte also eine mechanische Absicherung als Redundanz zur Pop-up-Meldung in dem Display der Maschine zu erfolgen. Für die technische Lösung des in die Baugruppe integrierten Filterelements wurde das sogenannte Melt-blown-Verfahren als zielführend erachtet. Dieses Verfahren war bereits in Vorarbeit vom Hersteller ausgewählt worden. Mit dieser Technologie wird ein statisch unregelmäßiger Filter in gleich drei Dimensionen erzeugt, der zum einen feinste Poren aufweist, gleichzeitig aber auch ausreichend Hohlräume beinhaltet. Die perfekte technische Symbiose. Den Poren kommt die Auf gabe zu, die Crema aufzulösen, während die Hohlräume die Kaffeesedimente zurückhalten und in der Kapsel zu binden. So kann die Porosität im Filter variiert werden. Um eine mögliche Bezugsanzahl von mindestens 100 sicherzustellen, muss das runde Filterelement im Innenbereich deutlich feinporiger sein als am äußeren Rand. Sämtliche Kunststoffelemente sind aus nur einem Material gefertigt. Bei der Materialauswahl wurde der Fokus auf einen ökologisch herstellbaren Kunststoff gelegt, da es sich um ein Produkt mit niedrigem Lebenszyklus handelt. Eine gute Verschweißbarkeit der Baugruppe durch das Ultraschweißverfahren war ebenfalls gefordert. Die Wahl fiel auf Polypropylen (PP), aus dem alle Gehäuseteile, sprich der Becher, der Deckel sowie die Siebe gefertigt werden. Für den Filter wird ein PP verarbeitet, das speziell auf die Melt-blown-Technik ausgelegt ist. Das Thema Nachhaltigkeit wird beim Kunststoffverarbeiter großgeschrieben: „Wenn es die zulassungstechnischen Anforderungen erlauben, versuchen wir das Thema Nachhaltigkeit bei jeder unserer Entwicklungen zu berücksichtigen. Diese Kapsel muss nicht aufwendig getrennt werden, sondern kann mit geringem Aufwand wieder dem Wertstoffkreislauf zugeführt werden.“ Kritisch war bei diesem Werkstoff die notwendige Temperaturbeständigkeit bis circa 100 °C. Diese Temperatur wird bei jedem Bezug kurzzeitig erreicht. Die Kapsel wird dabei von kochend heißem Wasserdampf umströmt. Die Temperaturbeständigkeit kann bei korrekter Auslegung auch genutzt werden, um die gewünschte Deformation der Kapsel zu erreichen. Hierfür wird eine abgestimmte Wandstärke benötigt, die diesen Vorgang im Hochtemperaturbereich ermöglicht. In zahlreichen Versuchen wurde diese Wandstärke x, die zu einer Deformation y führt, empirisch ermittelt. Für die Anforderungen des Herstellers musste der notwendige Bypass entsprechend ausgelegt sein. Um das Verfahren praxisgerecht und seriennah abbilden zu können, wurden entsprechende Prototypenwerkzeuge für die Kapselbaugruppe, jeweils bestehend aus dem Werkzeug für den Becher sowie dem Deckel, angefertigt. Die Auslegung des Prototypenwerkzeuges erfolgte jeweils mit einer Kavität. Das entsprechende Filterelement wurde mit einem Spezialisten für das Melt-blown-Verfahren entwickelt und umgesetzt. Im Hause Cosmed waren eine Vielzahl von Versuchsschleifen notwendig, bis die Ergebnisse die Anforderungen abbildeten. Anschließend wurden die Werkzeuge für das Becherunterteil sowie dem Deckeloberteil gebaut. Beide Werkzeuge wiesen jeweils zwei Kavitäten auf.
Produktion teil- oder vollautomatisiert
„Grundsätzlich haben wir den Anspruch, dass wir für den Kunden eine vollautomatisierte Fertigung auslegen“, erläutert der Geschäftsführer die Fertigungsphilosophie im Unternehmen. Weil sich das Produkt noch in der Markteinführung befindet und die Investition im Vorfeld erst einmal niedrig gehalten werden sollte, wurde vor diesem Hintergrund mit einer teilautomatisierten Fertigung begonnen. Das waren die Vorgaben seitens des Abnehmers, um mit steigenden Stückzahlen das Anlagenkonzept schrittweise anpassen zu können. Die Montageanlage wurde vollautomatisiert geplant und anschließend erfolgte eine Umkonstruktion einzelner Stationen auf teilmanuelle Vorgänge. Nach der Ramp-up-Phase und erfolgreicher Markteinführung der komplexen Hochdruckvollautomaten ist im Vorfeld ein jährlicher Bedarf von mehreren Millionen Filterkapseln geplant. „Leider hat die Corona-Pandemie auch unserem Kunden einen Strich durch diese Rechnung gemacht, denn gerade in der Zielgruppe der Hotel- und Gastronomiebetriebe war durch die Schließungen einfach kein Bedarf vorhanden“, erklärt Sabrotzky die aktuelle Situation. Er ist aber zuversichtlich, dass in naher Zukunft mit der seriellen und vollautomatisierten Fertigung gestartet werden kann.
Das sind die 10 größten 3D-Drucker der Welt

Platz 10: Massivit 3D
Die GDP-Technologie wurde von ‚Massivit 3D‘ aus Israel patentiert. Dank einer Kombination aus Deposition und Stereolithographie lassen sich mit dieser Technik sehr große Objekte innerhalb kurzer Zeit drucken. Das Verfahren funktioniert folgendermaßen: der Drucker extrudiert ein gelartiges Filament. Dieses wird direkt anschließend mit UV-Licht ausgehärtet. (Bild: Massivit 3D)
Platz 9: Voxeljet
Aus Deutschland kommt der größte industrielle 3D-Drucker für Sandformen. Mit der Maschine von Voxeljet lassen sich komplexe Bauteile oder Prototypen vollautomatisiert und ohne Werkzeuge industriell fertigen. Die 3D-Drucker werden in Deutschland produziert. (Bild: Voxeljet)
Platz 8: Aectual
In Amsterdam ist das Startup Aectual ansässig. Das Unternehmen möchte in der Bauindustrie durchstarten mit automatisiert gefertigten Böden, Fassaden oder auch Treppen. Der Rohstoff stammt aus 100 Prozent recyceltem Kunststoff, sodass das Startup sich auch Nachhaltigkeit auf die Fahnen schreiben kann. (Bild: Aectual)
Platz 7: Winsun
Winsun aus China bezeichnen sich selbst als 3D-Druck-Architekten. Das Unternehmen aus Shanghai gibt an, Häuser innerhalb von nur 24 Stunden per 3D-Druck herstellen zu können. Der Druckerarm hängt dazu auf zwei verfahrbaren Portalen. ‚Gedruckt‘ wird mit Bauschutt und Industrieabfall, der mit Beton vermischt wird. (Bild: Winsun)
Platz 6: Imprimere
Das Schweizer Unternehmen Imprimere möchte laut eigenen Worten die Bauindustrie digitalisieren. Dazu bietet die Firma einen 3D-Drucker, der wie ein Roboterarm an einem Portal hängt. So besitzt der Drucker lange Verfahrwege und kann ein ganzes Haus erstellen. Einzige Bedingung: Man benötigt einen festen Untergrund – am besten ein Fundament – als Aufstellort. –(Bild: Imprimere)
Platz 5: Stratasys
Mit dem Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator lassen sich große Werkzeuge und Produktionsteile herstellen. Die Anlage ist auf Präzision, Wiederholbarkeit und Geschwindigkeit ausgelegt und soll so die kundenspezifische OEM-Produktion und den On-Demand-Aftermarket revolutionieren. Das teilt der US-amerikanische Hersteller Stratasys mit. –(Bild: Stratasys)
Platz 4: Millebot
Aus den USA kommt das Startup Millebot. Das Unternehmen produziert mit dem Mille LE den ersten Großformat-Drucker in einem Container. Es handelt sich um eine Hybrid-Maschine, die eine Kombination aus ‚Fused Deposition Fabrication‘ mit CNC bietet. So lassen sich neben Plastik auch Werkstücke aus Materialien wie Glas oder Ton drucken und fräsen. (Bild: Millebot)
Platz 3: Tractus 3D
Das niederländische Unternehmen Tractus 3D produziert mit dem T3500 einen der weltweit größten Delta-3D-Drucker. Der Drucker wiegt nur 175 Kilogramm und kostet 44.500 Euro. Gegründet wurde die Firma von Daniël van Mourik, der sich schon als Kind gerne Neues ausgedacht hat. (Bild: Tractus 3D)
Platz 2: Cazza Construction
Das Unternehmen Cazza Construction Technologies stammt aus Dubai. Die 3D-Drucker des Unternehmens sehen aus wie Roboter und sind in der Lage, bis zu 5 Meter hohe Gebäude ‚auszudrucken‘. Da sich die Roboter auf einer mobilen Plattform befinden, können sie auf der Baustelle selbstständig umherfahren und dort arbeiten, wo sie gebraucht werden. (Bild: Cazza)
Platz 1: Apis Cor
Das russische Startup Apis Cor bezeichnet sich selbst als erstes Unternehmen, das in der Lage ist, ein komplettes Haus auf der Baustelle per 3D-Druck zu erstellen. Die Baukosten sollen so im Vergleich zu traditionellen Bauverfahren um bis zu 40 Prozent sinken. Firmengründer Nikita Chen-yun-tai (siehe Foto) möchte mit seinem 3D-Drucker auch beteiligt sein, wenn die ersten Häuser auf dem Mars entstehen. (Bild: Apis Cor)Sie möchten gerne weiterlesen?
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