DE102009050537A1

DE102009050537A1 - Portionskapsel und Verfahren zur Herstellung einer Portionskapsel

Info

Publication number: DE102009050537A1
Application number: DE102009050537A
Authority: DE
Inventors: Marc KRÜGER
Original assignee: Krueger GmbH and Co KG
Current assignee: K Fee System GmbH
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-04-28
Also published as: AU2010310107A1; JP2013508043A; BR112012011322A2; US20110097450A1; CN102741135A; AR078758A1; CA2718492A1; KR20120072383A; EP2490964A1; WO2011047867A1

Abstract

Es wird eine Portionskapsel zur Herstellung eines Getränks, aufweisend ein im Wesentlichen kegelstumpfförmiges oder zylindrisches Basiselement, welches einen Hohlraum aufweist, und eine den Hohlraum verschließende Membran vorgeschlagen, wobei innerhalb des Hohlraums ein Filterelement angeordnet ist, welches den Hohlraum in einen ersten Bereich zur Aufnahme eines Getränkerohmaterials und in einen zweiten Bereich zur Aufnahme eines Getränkeextrakts unterteilt, wobei das Filterelement mittels wenigstens einer Ultraschall-Schweißverbindung am Basiselement befestigt ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Portionskapsel zur Herstellung eines Getränks aufweisend ein im Wesentlichen kegelstumpfförmiges oder zylindrisches Basiselement, welches einen Hohlraum aufweist, und eine den Hohlraum verschließende Membran, wobei innerhalb des Hohlraums ein Filterelement angeordnet ist, welches den Hohlraum in einen ersten Bereich zur Aufnahme eines Getränkerohmaterials und in einen zweiten Bereich zur Aufnahme eines Getränkeextrakts unterteilt.
Solche Portionskapseln sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift FR 2 556 323 A1 eine ein kegelstumpfförmiges oder zylindrisches Basiselement aufweisende Portionskapsel bekannt, welche zur Herstellung eines Getränkes verwendet wird, wobei der erste Bereich des Hohlraums innerhalb der Portionskapsel mit dem Getränkerohmaterial, insbesondere einem Kaffeepulver befüllt wird. Die Portionskapsel wird zur Herstellung eines Kaffegetränks in einer Brühkammer angeordnet, in welcher die Membran perforiert und eine Extraktionsflüssigkeit, insbesondere heißes Wasser in den ersten Bereich eingebracht wird. Das Getränkerohmaterial wird von der Extraktionsflüssigkeit durchströmt, so dass ein Getränkeextrakt, insbesondere ein Kaffeegetränk gebildet wird, welches durch das Filterelement hindurch in den zweiten Bereich des Hohlraums gelangt. Durch die Siebfunktion des Filterelements wird das Getränkerohmaterial daran gehindert, in den zweiten Bereich zu gelangen. In der Brühkammer wird ferner ein Bodenbereich der Portionskapsel perforiert, so dass das Getränkeextrakt die Portionskapsel verlassen und gegebenenfalls in ein Getränkegefäß, wie beispielsweise eine Kaffeetasse gelangen kann.
Nachteilig an dieser Portionskapsel ist, dass das Filterelement nicht mit dem Basiselement fest verbunden ist und somit eine Relativbewegung zwischen dem Filterelement und dem Basiselement ermöglicht wird. Insbesondere während des Transports und der Lagerung der Portionskapseln kann daher ein Verrutschen des Filterelements nicht ausgeschlossen werden. Darüberhinaus arbeiten heutige Kaffeeextraktionsmaschinen mit vergleichsweise hohen Drücken, wodurch während des Einspritzens der Extraktionsflüssigkeit in den ersten Bereich ein Aufspülen oder Aufschwimmen des Filterelements in der Portionskapsel droht. Derartige Verlagerungen des Filterelements könnten dazu führen, dass Getränkerohmaterial um das Filterelements herum vom ersten Bereich in den zweiten Bereich gelangt. Während der Getränkeherstellung wird dieses Getränkerohmaterial anschließend in das Getränkegefäß geleitet, wodurch die Getränkequalität beeinträchtigt wird. Dadurch entsteht beispielsweise im Falle, dass Kaffeepulver als Getränkerohmaterial Verwendung findet, ein unerwünschter bitterer Geschmack des Kaffeegetränks und es finden sich Reste des Kaffeerohmaterials in dem Getränkegefäß.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Filterelement derart zu befestigen, dass eine Relativbewegung zwischen dem Basiselement und der Portionskapsel wirksam unterbunden wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass Getränkerohmaterial vom ersten Bereich in den zweiten Bereich gelangt und das herzustellende Getränk geschmacklich und optisch beeinträchtigt.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Portionskapsel zur Herstellung eines Getränks, aufweisend ein im Wesentlichen kegelstumpfförmiges oder zylindrisches Basiselement, welches einen Hohlraum aufweist, und eine den Hohlraum verschließende Membran, wobei innerhalb des Hohlraums ein Filterelement angeordnet ist, welches den Hohlraum in einen ersten Bereich zur Aufnahme eines Getränkerohmaterials und in einen zweiten Bereich zur Aufnahme eines Getränkeextrakts unterteilt, wobei das Filterelement mittels wenigstens einer Ultraschall-Schweißverbindung am Basiselement befestigt ist.
Die erfindungsgemäße Portionskapsel hat gegenüber der Portionskapsel gemäß des Standes der Technik den Vorteil, dass das Filterelement fest mit dem Basiselement verbunden ist. Die Portionskapsel ist daher einerseits deutlich unempfindlicher gegenüber Erschütterungen und äußeren Krafteinwirkungen, beispielsweise während der Lagerung oder des Transports und andererseits wird eine Extraktion unter erheblich höheren Drücken erlaubt. Die Gefahr von Verunreinigungen des aus der Portionskapsel hergestellten Getränkes durch Getränkerohmaterial wird reduziert und somit eine Verbesserung der Qualität des hergestellten Getränks erzielt. Darüberhinaus ist die Ultraschall-Schweißverbindung vergleichsweise kostengünstig und einfach herzustellen. Insbesondere wird eine nachträgliche Befestigung des Filterelements an Standardbasiselementen ermöglicht. Das Getränkerohmaterial umfasst insbesondere Kaffeepulver (vorzugsweise Röstkaffee), Schokoladenpulver, Milchpulver oder dergleichen. Alternativ ist denkbar, dass das Getränkerohmaterial ein Getränkeextrakt, wie beispielsweise Instant-Kaffee umfasst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Filterelement mittels der Ultraschall-Schweißverbindung mit einer Portionskapselwandung und/oder einem Portionskapselboden verbunden ist. In vorteilhafter Weise wird das Filterelement somit im Basiselement fixiert, ohne dass eine genaue Anpassung des Basiselements an das Filterelement erforderlich ist. Die Anforderungen an die Herstellungstoleranzen sind somit vergleichsweise gering.
Gemäß eines weiteren Gegenstands oder einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Filterelement einen Randbereich aufweist, wobei im Randbereich Durchlassöffnungen ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise wird somit eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbesserte Durchlässigkeit des Filterelements für die Extraktionsflüssigkeit erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Durchlassöffnungen jeweils schlitzförmig ausgebildet sind. Eine schlitzförmige Ausbildung der Durchlassöffnungen hat den Vorteil, dass die Cremabildung bei der Extraktion einer aus Röstkaffee bestehenden Getränkesubstanz begünstigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Filterelement kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei das Filterelement einen zur Membran im Wesentlichen parallelen Bodenbereich aufweist und wobei der Randbereich einen den Bodenbereich umlaufenden Wandbereich umfasst, wobei im Bodenbereich Filteröffnungen ausgebildet sind. Vorzugsweise wird somit eine maximale Durchlässigkeit des Filterelements für die Extraktionsflüssigkeit bzw. das Getränkeextrakt ermöglicht, wobei gleichzeitig die Filtrationswirkung des Filterelements nicht beeinträchtigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die schlitzförmig ausgebildeten Durchlassöffnungen sich im Wesentlichen senkrecht zur Umfangsrichtung des Randbereichs und/oder sich zumindest teilweise vom Bodenbereich in Richtung des Portionskapselbodens erstrecken, so dass vorteilhafterweise eine möglichst große Anzahl von schlitzförmig ausgebildeten Durchlassöffnungen im Randbereich auszubilden sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Summe der Querschnitte der Filteröffnungen wenigstens 30 Prozent, bevorzugt wenigstens 50 Prozent, besonders bevorzugt wenigstens 75 Prozent und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 Prozent der Gesamtfläche des Bodenbereichs umfasst. In vorteilhafterweise wird somit der Strömungswiderstand des Filterelements für die Extraktionsflüssigkeit bzw. für das Getränkeextrakt minimiert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Portionskapsel, wobei in einem ersten Schritt das Basiselement bereitgestellt wird, dass in einem zweiten Schritt das Filterelement im Basiselement angeordnet wird und dass in einem dritten Schritt das Filterelement mit dem Basiselement verbunden wird, wobei im dritten Schritt ein Ultraschall-Schweißverfahren verwendet wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in einem vierten Schritt ein Getränkerohmaterial in den ersten Bereich gefüllt wird und dass in einem fünften Schritt die Membran auf dem Basiselement angeordnet wird. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hat den Vorteil, dass einerseits eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen dem Basiselement und dem Filterelement erzeugt wird und andererseits besonders Herstellungskosten erzielt werden, da Ultraschall-Schweißverfahren vergleichsweise kostengünstig und einfach realisierbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren sind lediglich beispielhaft beschrieben und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1a, 1b und 1c zeigen schematische seitliche Schnittbildansichten einer Portionskapsel gemäß einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2a und 2b zeigen eine schematische seitliche Schnittbildansicht und eine Aufsicht einer Portionskapsel gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Portionskapsel gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1a, 1b und 1c sind schematische seitliche Schnittbildansichten einer Portionskapsel 1 gemäß einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Portionskapsel 1 ein im Wesentlichen kegelstumpfförmiges Basiselement 2 aufweist, welches topfähnlich ausgeformt ist und einen Hohlraum 3 umschließt. Der Hohlraum 3 wird von einer Membran 4 verschlossen. Das Basiselement 2 umfasst insbesondere ein weiches oder starres Kunststoffmaterial. Die Membran 4 umfasst vorzugsweise eine dünne Kunststoff- oder Aluminiumfolie. Das Basiselement 2 weist im Bereich der Membran 4 einen umlaufenden Befestigungsflansch 20, wobei die Membran 4 mit dem Befestigungsflansch 20 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt ist. Innerhalb des Basiselements 2 ist ein Filterelement 5 angeordnet, welches aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise Polypropylen hergestellt ist. Das Filterelement 5 unterteilt den Hohlraum 3 in einen ersten Bereich 6 und in einen zweiten Bereich 7. Der erste Bereich 6 ist zur Aufnahme eines Getränkerohmaterials vorgesehen, welche in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht illustriert ist. Beispielsweise wird der erste Bereich 6 mit einem Kaffeepulver gefüllt, bevor der Hohlraum 3 durch die Membran 4 verschlossen wird. Das Kaffeepulver wird beim Einfüllen in den ersten Bereich 6 vorzugsweise stark verdichtet. Der zweite Bereich 7 dient zur Aufnahme und insbesondere zum Sammeln eines nicht abgebildeten Getränkeextrakts während des Extraktionsvorgangs der Portionskapsel 1. Die Portionskapsel 1 ist dazu vorgesehen, in die Brühkammer einer nicht gezeigten Kaffeemaschine eingesetzt zu werden, in welcher dem ersten Bereich 6 eine Extraktionsflüssigkeit (beispielsweise heißes Wasser) vorzugsweise unter hohem Druck zugeführt wird. Diese Extraktionsflüssigkeit wechselwirkt mit dem Getränkerohmaterial, so dass sich ein Getränkeextrakt bildet. Das Filterelement 5 weist eine Mehrzahl von nicht abgebildeten Filteröffnungen 11 in einem Bodenbereich 5' auf und fungiert somit als Sieb für das Getränkeextrakt. Das Getränkeextrakt gelangt somit durch die Filteröffnungen 5' in den zweiten Bereich 7. Der zweite Bereich 7 wird von einem Portionskapselboden 2' des Basiselements 2 begrenzt, welcher in der Brühkammer beispielsweise von einem Aufstechdorn der Kaffeemaschine durchstochen wird, um eine Ausgangsöffnung für das Getränkeextrakt herzustellen. Alternativ ist denkbar, dass sich im Portionskapselboden 2' unter dem Druck der Extraktionsflüssigkeit automatisch eine Ausgangsöffnung bildet und/oder dass im Portionskapselboden 2' bereits eine Ausgangsöffnung oder ein Ausgangsventil implementiert ist. Der Querschnitt der Filteröffnungen 11 ist derart ausgewählt, dass keine Partikel des Getränkerohmaterials von dem ersten zum zweiten Bereich 6, 7 gelangen. Damit das Filterelement 5 keine Verlagerung relativ zum Basiselement 2 durchführt, weist die Portionskapsel 1 jeweils eine Ultraschall-Schweißverbindung 8 zum Basiselement 2 auf. in der in 1a illustrierten ersten Ausführungsform ist das Filterelement 5 über die Ultraschall-Schweißverbindung 8 am Portionskapselboden 2' befestigt. In der in 1b illustrierten zweiten Ausführungsform ist das Filterelement 5 über die Ultraschall-Schweißverbindung 8a einer Portionskapselwandung 2'' befestigt. In der in 1c illustrierten dritten Ausführungsform ist das Filterelement 5 über die Ultraschall-Schweißverbindung 8 am Portionskapselboden 2' befestigt, wobei das Filterelement 5 zusätzlich in Nuten des Portionskapselbodens 2' verpresst und/oder verrastet ist. Das Filterelement 5 ist vorzugsweise nach dem Vorbild einer kraftschlüssigen Druckknopfmechanik mit dem Portionskapselboden 2' verbunden. Eine Verlagerung des Filterelements 5 relativ zum Basiselement 2 beispielsweise während der Lagerung und während des Transports oder während des Einspritzens der Extraktionsflüssigkeit in den ersten Bereich 6 unter hohem Druck wird somit bei allen drei Ausführungsformen unterbunden. Dadurch wird die Gefahr ausgeräumt, dass Partikel des Getränkerohmaterials an dem Filterelement 5 vorbei in den zweiten Bereich 7 gelangen.
In den 2a und 2b sind eine schematische seitliche Schnittbildansicht und eine Aufsicht einer Portionskapsel 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die vierte Ausführungsform im Wesentlichen der in 1a illustrierten ersten Ausführungsform gleicht, wobei das Filterelement 5 einen Randbereich 9 aufweist, in welchem schlitzförmige Durchlassöffnungen 10 ausgebildet sind, welche sich im Wesentlichen senkrecht zur Umfangsrichtung des Randbereichs 9 erstrecken. Darüberhinaus sind die auf dem Bodenbereich 5' verteilten Filteröffnungen 11 dargestellt.
In 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Portionskapsel 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die fünfte Ausführungsform im Wesentlichen der in 2a illustrierten vierten Ausführungsform gleicht. Die schlitzförmigen Durchlassöffnungen 10 erstrecken sich dabei teilweise von dem Bodenbereich 5' in Richtung des Portionskapselbodens 2'.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2556323 A1 [0002]

Claims

Portionskapsel (1) zur Herstellung eines Getränks aufweisend ein im Wesentlichen kegelstumpfförmiges oder zylindrisches Basiselement (2), welches einen Hohlraum (3) aufweist, und eine den Hohlraum (3) verschließende Membran (4), wobei innerhalb des Hohlraums (3) ein Filterelement (5) angeordnet ist, welches den Hohlraum (3) in einen ersten Bereich (6) zur Aufnahme eines Getränkerohmaterials und in einen zweiten Bereich (7) zur Aufnahme eines Getränkeextrakts unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) mittels wenigstens einer Ultraschall-Schweißverbindung (8) am Basiselement (2) befestigt ist.
Portionskapsel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) mittels der Ultraschall-Schweißverbindung (8) mit einer Portionskapselwandung (2'') und/oder einem Portionskapselboden (2') verbunden ist.
Portionskapsel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) einen Randbereich (9) aufweist, wobei im Randbereich (9) Durchlassöffnungen (10) ausgebildet sind.
Portionskapsel (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (10) jeweils schlitzförmig ausgebildet sind.
Portionskapsel (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei das Filterelement (5) einen zur Membran (4) im Wesentlichen parallelen Bodenbereich (5') aufweist und wobei der Randbereich (9) einen den Bodenbereich (5') umlaufenden Wandbereich umfasst, wobei im Bodenbereich (5') Filteröffnungen (11) ausgebildet sind.
Portionskapsel (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schlitzförmig ausgebildeten Durchlassöffnungen (10) sich im Wesentlichen senkrecht zur Umfangsrichtung des Randbereichs (9) und/oder sich zumindest teilweise vom Bodenbereich (5') in Richtung des Portionskapselbodens (2') erstrecken.
Portionskapsel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnitte der Filteröffnungen (11) wenigstens 30 Prozent, bevorzugt wenigstens 50 Prozent, besonders bevorzugt wenigstens 75 Prozent und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 Prozent der Gesamtfläche des Bodenbereichs (5') umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Portionskapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Basiselement (2) bereitgestellt wird, dass in einem zweiten Schritt das Filterelement (5) im Basiselement (2) angeordnet wird und dass in einem dritten Schritt das Filterelement (5) mit dem Basiselement (2) verbunden wird, wobei im dritten Schritt ein Ultraschall-Schweißverfahren verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Schritt ein Getränkerohmaterial in den ersten Bereich (6) gefüllt wird und dass in einem fünften Schritt die Membran (4) auf dem Basiselement (2) angeordnet wird.