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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine geschlossene Portionspackung
mit einem Behältnis, das eine zur Herstellung eines Getränkes,
insbesondere von Kaffee, dienende Substanz enthält und
einen Boden, eine Seitenwand sowie einen Deckel aufweist, wobei
der Boden zur Einführung eines Extraktionsfluides in das
Behältnis dient und der Deckel dazu bestimmt ist, durch
mechanische Einrichtungen und/oder den Druck des Extraktionsfluides
geöffnet zu werden, und wobei das Behältnis im
Bereich des Bodens mit einer Einrichtung versehen ist, die die Zurückhaltung
von Substanz im Behältnis bei Öffnung des Bodens
zur Einführung des Extraktionsfluides sicherstellt.
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Eine
derartige geschlossene Portionspackung ist aus der
EP 1 190 959 A1 bekannt.
Die bekannte Portionspackung, die beispielsweise eine lösliche
Kaffeesubstanz enthält, wird beispielsweise in eine Espressomaschine
eingeführt. Der Boden der Packung wird dann über
einen speziellen Öffnungsmechanismus geöffnet,
indem beispielsweise Löcher in den Bo den eingeprägt
werden, und es wird ein Extraktionsfluid, beispielsweise Wasser/Wasserdampf, unter
hohem Druck durch die Löcher in das Behältnis eingeführt.
Die sich im Behältnis befindende Kaffeesubstanz löst
sich im Extraktionsfluid, und der Deckel der Packung wird durch
den Druck des Extraktionsfluides aufgerissen. Der austretende Kaffee
wird dann von einem Trinkgefäß aufgefangen.
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Die
bekannte Portionspackung ist auf der Innenseite ihres Bodens mit
einer Einrichtung versehen, die die Zurückhaltung von Kaffeesubstanz
im Behältnis bei Öffnen des Bodens zur Einführung
des Extrakionsfluides sicherstellt. Mit anderen Worten, diese Einrichtung
verhindert, dass im Behältnis befindliche Kaffeesubstanz
durch die im Boden ausgebildeten Löcher austreten und in
die Kaffeemaschine bzw. Espressomaschine gelangen und diese verunreinigen
kann. Bei der bekannten Portionspackung ist die erwähnte
Einrichtung eine Gewebefolie, die vom Öffnungsmechanismus
für den Boden der Packung (Dornen etc.) durchstoßen
werden kann und nach dem Zurückziehen des Öffnungsmechanismus ihre
ursprüngliche Form wieder annimmt, so dass ein Austreten
der Kaffeesubstanz aus den Bodenlöchern verhindert wird.
Es besteht jedoch in der Praxis teilweise die Gefahr, dass unter
dem hohen Druck, mit dem das Extraktionsfluid in das Behältnis
eingeleitet wird, die Gewebefolie partiell zerstört wird
und damit nicht mehr in der Lage ist, ein Austreten der Substanz zu
verhindern. Ferner besteht die Gefahr, dass die Gewebefolie nach
dem Herstellen der Löcher im Boden und Zurückziehen
des Öffnungsmechanismus doch nicht vollständig
ihre ursprüngliche Form wieder annimmt, so dass Freiräume
verbleiben, durch die Substanz aus dem Boden austreten kann. Eine
Verunreinigung der entsprechenden Getränkemaschinen kann
daher auch bei dieser Lösung nicht vollständig
ausgeschlossen werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geschlossene
Portionspackung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die
in Bezug auf das Zurückhalten von Substanz im Behältnis bei Öffnen
des Bodens zur Einführung des Extraktionsfluides besonders
gut funktioniert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer geschlossenen
Portionspackung der angegebenen Art dadurch gelöst, dass
die Einrichtung mindestens eine mit mindestens einem Klappenventil
versehene Membran aufweist, wobei sich das Klappenventil bei einem
vorgegebenen Druck des Extraktionsfluides öffnet und bei
Unterschreiten dieses Drucks mindestens nahezu vollständig
wieder schließt.
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Im
Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik, bei dem
von den elastischen Eigenschaften einer Gewebefolie Gebrauch gemacht wird,
die sich nach dem Durchstoßen wieder schließt, kommt
bei der erfindungsgemäßen Lösung mindestens
eine mit mindestens einem Klappenventil versehene Membran zur Anwendung,
d. h. ein echter Ventilmechanismus, der sich in Abhängigkeit
vom Druck des Extraktionsfluides öffnet und mindestens
nahezu vollständig wieder schließt. Durch die
Rückfedereigenschaften der Klappe wird bei Druckabfall
ein rasches und vollständiges bzw. mindestens nahezu vollständiges
Schließen des Ventils und damit der Membranöffnung
erreicht, wodurch keine Substanz bzw. mit Extraktionsfluid gemischte
Substanz die Membran durch dringen und aus dem Boden der Portionspackung
austreten kann. Beim Gebrauch der erfindungsgemäßen
Portionspackung öffnet sich das mindestens eine Klappenventil,
wenn das Extraktionsfluid unter Druck in die Packung einströmt,
und schließt wieder, wenn der entsprechende Öffnungsdruck
unterschritten wird bzw. kein Druck mehr ansteht.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das Klappenventil durch Einschnitte
in die Membran und Ausbildung eines klappenförmigen Membranabschnittes gebildet.
Vorzugsweise weist die Membran eine Vielzahl von Klappenventilen
auf. Die entsprechenden Schnitte bzw. Einschnitte können
die verschiedensten Anordnungen aufweisen, so dass eine unterschiedliche
Zahl von Klappen mit unterschiedlichen Formen ausgebildet werden
kann. Im einfachsten Fall ist eine einzige Ventilklappe in einer
Membran vorgesehen. In der Regel sind mehrere Ventilklappen über
die Membranfläche ausgebildet, wobei die Ventilklappen
vorzugsweise in einem regelmäßigen Muster angeordnet
sind. Das mindestens eine Klappenventil kann jedoch auch so in der
Membran angeordnet sein, dass sich eine gezielte Strömungsrichtung des
Extraktionsfluides in das Innere des Behältnisses ergibt.
Beispielsweise können auf diese Weise Wirbelströmungen
anstelle von laminaren Strömungen erzeugt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist der klappenförmige
Membranabschnitt, der die Ventilklappe bildet, an seiner in Umfangsrichtung und/oder
Radialrichtung verlaufenden Seite mit dem übrigen Teil
der Membran verbunden. Bei dieser Ausführungsform ragt
daher der klappenförmige Membranabschnitt entweder zungenförmig
nach innen (zum Mittelpunkt der Membran) oder ist seitlich befestigt,
so dass sich die Klappe in Umfangsrichtung erstreckt. Wie erwähnt,
sind die Größe und Anzahl der Klappen variabel
und können an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
Wichtig ist, dass gute Rückfedereigenschaften erzielt werden,
die von der Größe und Anzahl der Klappen, der
Härte des Materials der Membran und der Dicke des Materials der
Membran abhängig sind.
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Um
die Klappfunktion des klappenförmigen Membranabschnittes
zu unterstützen, kann dieser im Verbindungsbereich mit
dem übrigen Teil der Membran eine Schwächungslinie
bzw. Schwächungspunkte oder Einschnitte aufweisen.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene Membran ist vorzugsweise
im Inneren des Behältnisses und benachbart zum Boden desselben
angeordnet. Sie ist am Behältnis befestigt, beispielsweise über eine
geeignete Versiegelung. Gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Membran
so am Behältnis befestigt, dass sie im geschlossenen Zustand
des Bodens an diesem anliegt und beim Öffnen des Bodens
durch den vom Extraktionsfluid ausgeübten Druck und/oder
den Öffnungsmechanismus in eine vom Boden abgehobene Stellung
gelangt. Es bildet sich daher bei dieser Ausführungsform
im Gebrauchszustand der Packung beim Öffnen des Bodens
eine Kammer zwischen Membran und Boden, die eine weitere Sicherheit
gegen ein Austreten der Substanz aus dem Boden der Packung in die
entsprechende Maschine bietet. Sollte trotz des raschen Schließens
des in der Membran vorgesehenen Klappenventils Substanz durch die Membran
dringen, wird diese von der gebildeten zusätzlichen Kammer
aufgefangen und gelangt nicht unmittelbar durch die Löcher
im Boden in die Maschine.
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Für
die vorstehend beschriebene Funktionsweise ist insbesondere eine
Ausführungsform geeignet, bei der die Membran im Bereich
ihres Außenrandes am Behältnis befestigt, insbesondere
mit diesem versiegelt ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sind mehrere Membranen übereinander angeordnet. Hierdurch
wird ein besonders guter Abdichtungseffekt erzielt. Bei einer speziellen
Ausgestaltung sind hierbei die Klappenventile der übereinander
angeordneten Membranen versetzt zueinander angeordnet, so dass hierbei
das Extraktionsfluid schräg durch die Membranen strömen
muss, aber auch die Substanz nur schräg durch die Klappenöffnungen
dringen kann, wodurch der Abdichtungseffekt weiter verbessert wird.
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Was
das Material für die Membran und damit für das
mindestens eine Klappenventil anbetrifft, so findet insbesondere
ein Hartmaterial, insbesondere Metall, speziell Aluminium, im Hartzustand
bzw. Zwischenhartzustand, Verwendung. Diese Materialien garantieren
ein besonders gutes und rasches Rückfederverhalten der
klappenförmigen Membranabschnitte. Aluminiumlegierungen
sind besonders bevorzugte Materialien. Besteht die Membran aus einem
Metall, so findet eine Membrandicke von insbesondere 15 μm
bis 150 μm, vorzugsweise von 30 μm bis 80 μm,
Verwendung.
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Die
Membran kann ein- oder beidseitig siegelfähig lackiert
oder kaschiert sein.
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Ein
anderes geeignetes Material für die Membran ist Kunststoff.
Insbesondere kommen PC, PET, PA oder PVC bzw. Kombinationen hiervon
zur Anwendung, wobei die Dicke der Membran hierbei vorzugsweise
zwischen 30 und 300 μm liegt.
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Entsprechende
Materialverbunde sind ebenfalls geeignet.
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Bei
den vorstehend erwähnten linienförmigen oder punktförmigen
Schwächungsbereichen zur Unterstützung der Klappenfunktion
kann es sich auch um Einschnitte in die Membran handeln. Ferner können
derartige Schwächungsbereiche beispielsweise auch im Randbereich
der Membran angeordnet sein, beispielsweise in der Form von sich
in Umfangsrichtung erstreckenden und mit Abstand angeordneten Einschnitten,
um das Abheben der Membran vom Boden bei Druckbeaufschlagung zu
unterstützen.
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Was
die Formen des Behältnisses und der Membran betrifft, so
ist die Erfindung hierbei nicht auf spezielle Formen beschränkt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt durch das Behältnis der Portionspackung
ohne Füllung;
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2 eine
entsprechende Darstellung wie 1, wobei
der Boden des Behältnisses durchstochen worden ist;
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3 eine
Draufsicht auf das Behältnis der 1 mit entferntem
Deckel;
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4 eine
Ansicht entsprechend 1 einer weiteren Ausführungsform
eines Behältnisses mit zwei Membranen;
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5–13 Draufsichten
auf weitere Ausführungsformen von Behältnissen
mit verschiedenen Membranen bei Entfernung des Deckels.
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1 zeigt
das Behältnis 1 einer geschlossenen Portionspackung,
das eine zur Herstellung eines Getränkes, insbesondere
von Kaffee, dienende Substanz enthält, wobei die Substanz
nicht dargestellt ist. Das Behältnis 1 ist kapselförmig
bzw. napfförmig ausgebildet und besitzt einen Boden 2,
eine Seitenwand 14 und einen sich über die Seitenwand 14 hinaus
erstreckenden Deckel 3. Insgesamt besitzt das Behältnis 1 etwa
sie Form eines Kegelstumpfes, wobei der Boden 2 einen äußeren
konischen Bereich 4 und einen mittleren ebenen Bereich 5 aufweist.
Der Deckel 3 ist in geeigneter Weise mit der Seitenwand verbunden,
beispielsweise durch Versiegeln. Das Behältnis besteht
aus Aluminium.
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Im
Inneren des Behältnisses 1 befindet sich eine
Membran 6 aus einer geeigneten Aluminiumlegierung, die
an der Innenseite des Bodens 2 des Behältnisses 1 anliegt.
Diese Membran 6 ist kreisförmig ausgebildet und
in ihrem Außenrandbe reich am Boden 2 bzw. der
Seitenwand 14 des Behältnisses befestigt, beispielsweise
ebenfalls über eine geeignete Versiegelung. Diese Versieglung
ist vorzugsweise um den gesamten Umfang der Membran ausgebildet.
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Im
Gebrauch der Portionspackung, d. h. nach Einführung derselben
in eine Kaffeemaschine (Espressomaschine), durchstößt
ein geeigneter, bei 8 gezeigter Mechanismus der Maschine
den konischen Bereich 4 des Bodens 2 des Behältnisses
und bildet dort Löcher zur Einführung eines unter
Druck stehenden Extraktionsfluides (Wasser/Wasserdampf), um die
im Inneren der Portionspackung befindliche Substanz zu lösen,
den Deckel 3 des Behältnisses ggf. durch Unterstützung
von mechanischen Einrichtungen zu öffnen bzw. aufzureißen
und die gelöste Substanz (Kaffee) in ein Trinkgefäß abzugeben.
Wie 2 zeigt, wird durch das Einführen des
Mechanismus 8 und den erhöhten Druck des Extraktionsfluides
die Membran 6 vom Boden 2 des Behältnisses 1 abgehoben
und in die in 2 dargestellte Stellung gebracht.
Auf diese Weise wird unterhalb der die Substanz aufnehmenden Kammer
eine zweite Kammer gebildet.
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Die
Membran 6 hat die Aufgabe, als Ventilmechanismus zu wirken
und zu verhindern, dass die in der Portionspackung enthaltene Substanz
bzw. ein Gemisch aus der Substanz und dem Extraktionsfluid entgegen
der Einführrichtung des Extraktionsfluides aus den im Boden 2 des
Behältnisses 1 durch den Mechanismus 8 gebildeten
Löchern austreten und somit die entsprechende Maschine
verunreinigen kann. Hierzu weist die Membran 6, die, wie
erwähnt, aus einer Folie einer harten Aluminiumlegierung
gebildet ist, mindestens ein Klappenventil auf, das bei einem bestimmten
Druck des Extraktionsfluides öffnet und somit eine Einführung
des Extraktionsfluides in das Behältnis ermöglicht
und bei Unterschreiten dieses Drucks rasch wieder schließt,
damit keine Substanz durch die noch geöffnete Klappe aus
dem Behältnis austreten kann. Bei der in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform besitzt die Membran 6 fünf
Klappen 7, die durch Einschnitte in die Membran gebildet
sind, wie bei 11 in 3 gezeigt. 3 ist
eine Draufsicht auf das Behältnis von 1 mit
entferntem Deckel. Man erkennt, dass hierbei die Klappen 7 etwa
trapezförmig ausgebildet sind. In 3 sind mit
dicken Linien die Einschnitte 11 dargestellt, während
mit dünnen Linien die Verbindungslinie der Klappe 7 mit
dem restlichen Teil der Membran dargestellt ist. Ferner sind bei 12 weitere
Einschnitte bzw. Schwächungslinien gezeigt, die die Klappbewegung
der Klappen 7 um die Verbindungslinien fördern.
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Da
die Membran und Klappen aus einem harten Material mit Rückfedereigenschaften
bestehen, ist ein rasches und nahezu vollständiges Schließen
der Klappen sichergestellt.
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Die 5–13 zeigen
weitere Ausführungsformen von Membranen 6, die
mit verschiedenartig ausgebildeten Klappen 7 versehen sind.
Die in 5 gezeigte Membran entspricht der in 3 gezeigten
Membran. Die Membran besitzt 5 Klappen 7, die
etwa trapezförmig ausgebildet sind und entlang einer etwa
radial verlaufenden Linie 10 (Verbindungslinie) mit dem übrigen
Teil der Membran verbunden sind. Bei der Ausführungsform
der 6 sind 9 Klappen 7 vorgesehen, die etwa
dreieckförmig ausgebildet sind. Die Klappen sind über
Verbindungslinien 10, die in Umfangsrichtung verlaufen,
mit dem restlichen Teil der Membran verbunden, wobei diese Verbindungslinien
als Scharnier wirken. Die entsprechenden Einschnitte in der Membran
sind bei 11 dargestellt, so dass sich, wie erwähnt,
dreieckförmige bzw. zungenförmige Klappen ergeben.
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Bei
der in 7 dargestellten Ausführungsform treffen
sich jeweils fünf Einschnitte 11 an einem gemeinsamen
Punkt, so dass ein sternförmiges Gebilde entsteht. Auf
diese Weise werden fünf kleine dreieckförmige
Klappen 7 gebildet, die um entsprechende Verbindungslinien
aufklappen, welche die Anfangspunkte von zwei benachbarten Einschnitten 11 miteinander
verbinden. Insgesamt weist die Ausführungsform der 7 neun
solcher sternförmiger Gebilde auf, so dass insgesamt 45
Klappen vorhanden sind.
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Bei
der Ausführungsform der 8 bilden
jeweils zwei Einschnitte 11, die ein V bilden, eine dreieckförmige
Klappe. Insgesamt sind zehn Klappen vorgesehen, die in Umfangsrichtung
im äußeren Randbereich angeordnet sind.
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Bei
der Ausführungsform der 9 sind zusätzlich
zur Ausführungsform der 8 weitere
Klappen im inneren Bereich der Membran angeordnet.
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10 zeigt
eine Membran mit einer Vielzahl von dreieckförmigen Klappen,
die von V-förmigen Einschnitten 11 gebildet sind.
Hierbei weisen jeweils paarweise die Spitzen der Klappen gegeneinander
oder voneinander weg.
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11 zeigt
eine Ausführungsform, bei der dreieckförmige Klappen
im Außenbereich der Membran angeordnet sind und mit ihren
Spitzen radial nach innen weisen. Ferner befinden sich im Innenbereich fünf
Klappen, die mit ihren Spitzen radial nach außen weisen.
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12 entspricht
im Wesentlichen der Ausführungsform der 9,
wobei hier zusätzlich im Außenbereich der Membran
sich in Umfangsrichtung erstreckende und mit Abstand voneinander
angeordnete Einschnitte 13 angeordnet sind, welche das
Abheben der Membran vom Boden im Gebrauch der Packung fördern. 13 zeigt
eine Ausführungsform mit Randeinschnitten 13,
bei der die Klappen denen der 7 entsprechen.
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Es
können auch mehrere mit mindestens einer Klappe versehene
Membranen 6 übereinander angeordnet sein. 4 zeigt
eine derartige Ausführungsform, bei der zwei Membranen 6 und 9 übereinander
angeordnet sind und im Normalzustand an der Innenseite des Bodens 2 des
Behältnisses 1 anliegen. Bei dieser Ausführungsform
können die Klappen der beiden Membranen 6, 9 gegeneinander
versetzt sein, so dass auf diese Weise das Austreten von Substanz
noch besser verhindert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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