WO2014202105A1 - Kapsel mit einem kapselkörper und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Kapsel mit einem kapselkörper und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2014202105A1
WO2014202105A1 PCT/EP2013/062462 EP2013062462W WO2014202105A1 WO 2014202105 A1 WO2014202105 A1 WO 2014202105A1 EP 2013062462 W EP2013062462 W EP 2013062462W WO 2014202105 A1 WO2014202105 A1 WO 2014202105A1
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capsule
membrane
opening
capsule body
openings
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PCT/EP2013/062462
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Raphael Gugerli
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Delica Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D85/00—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials
    • B65D85/70—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials for materials not otherwise provided for
    • B65D85/804—Disposable containers or packages with contents which are mixed, infused or dissolved in situ, i.e. without having been previously removed from the package
    • B65D85/8043—Packages adapted to allow liquid to pass through the contents

Definitions

  • the invention relates to a capsule according to the preamble of claim 1.
  • Such capsules are today used in various forms for the preparation of a beverage, in particular of coffee or tea in a beverage preparation machine.
  • the capsules fulfill a dual function, on the one hand, by the substance contained therein from the outside
  • the capsule is received in a brewing chamber, which for the brewing process
  • Beverage preparation machines takes place with the closure of the brewing chamber, a penetration of the soil, which hot water can penetrate into the interior of the capsule after pressing the pump.
  • the lid, which closes the capsule body is either perforated or he breaks through the structure of the
  • Material elasticity of the soil close to the perforating means applies, so that the penetrating amount of water per unit time is lower than, for example, with capsules made of aluminum. It has therefore been shown that it is particularly advantageous to install additional openings in the bottom already during the production of the capsule, which measures the flow rate in the bottom Increase beverage preparation machine. These openings are advantageously produced without material removal slots, which are closed in the pressureless state and take over a kind of valve function under pressure.
  • Oxygen and aroma-tight design of the capsule apart from the openings in the ground is easily implemented. It is therefore an object of the invention to provide a capsule of the type mentioned, which manages without additional outer shell and in which the flow rate in the
  • Beverage preparation machine is controllable through any openings in the bottom of the capsule. This object is achieved according to the invention with a capsule, which has the features in claim 1.
  • the capsule body is itself already provided in a known per se with a barrier layer. Multi-layered construction
  • Plastic films with such a barrier layer are already known. Also cover with barrier properties are known. In order to prevent moisture or atmospheric oxygen from penetrating the capsule bottom through the production-side openings or aroma material can escape, is on
  • the membrane can be connected to the ground along a connection zone following the circumference of the floor. In this way, all are already installed in the ground
  • connection zone is chosen so that a sufficiently firm connection with the ground is ensured. It may be particularly useful if the
  • This disconnected area can serve
  • Bumps such as e.g. To compensate for wrinkles or indents in the membrane.
  • the openings are arranged at least partially in the central region of the capsule bottom, where the membrane is not connected to the ground. In this way, the liquid penetrating through the openings in the unconnected
  • the capsule may be rotationally symmetrical, wherein the connection zone may be annular.
  • connection zone has an outer diameter between 14 and 17 mm and a
  • Masses on the one hand ensures a secure connection between the membrane and capsule bottom and on the other hand remains one sufficiently large central area at which the membrane is not connected to the ground.
  • carrier properties is well-known to those skilled in the food packaging industry, the essential criteria being oxygen permeability and oxygen permeability
  • Plastic material having excellent barrier properties is known, for example, as polyethylene vinyl alcohol (EVOH). This material is used in laminated films as a barrier layer and has permeability values in the range of 0.01 to 1.
  • the oxygen permeability of plastic films is measured according to DIN 53 380. The value for the oxygen permeability results from cm 3 / m 2 xdx bar. For the present application permeability rates apply, as they already deep-drawn
  • Plastic capsules are used for portion coffee.
  • the membrane is connected over its entire surface to the bottom of the capsule.
  • the openings can bring about a better flow rate even in such a case. This is particularly the case when the penetration means pierces the bottom of the capsule in the region of the slots.
  • the opening is advantageously closed in the unpressurized state
  • Slit may be straight or curved, or it may also be crossed slots.
  • Embodiments of slit valves that are under Open pressure the skilled person already known from various fields of technology.
  • a particularly optimal effect is achieved when several openings, preferably at least three openings are placed in the bottom. This is related to that in the
  • the relative position of the capsule to the penetration means is not always predictable. With at least three openings, however, the risk of an unfavorable relative position is considerably reduced.
  • the floor adjacent to the outer periphery of a stiffening zone which is formed by a plurality of indentations.
  • the bottom for the passage of the liquid through the chamber in a beverage preparation machine with a penetrating agent is penetratable without the capsule body bends.
  • a sufficient resistance to the capsule bottom is in capsule bodies made of plastic material of special
  • this material of the penetration sets a greater resistance to, for example, aluminum.
  • the membrane may consist of an aluminum-based film. It can also be a slide of one
  • Aluminum alloy or a laminate with at least one aluminum layer act. From the same film material and the lid can be made to close the capsule body. Aluminum is known to have excellent properties in terms of barrier to diffusion. For this reason, such films are often used for aroma-tight packaging in the food industry.
  • the capsule body is particularly suitably designed as a deep-drawn part.
  • the deep drawing process can multilayer
  • Plastic films are processed, which are exactly on the
  • Form capsule body for example, as an injection molded part.
  • the invention also relates to a method for producing a capsule body for a capsule, which has the features in claim 13. It has proved to be particularly advantageous
  • the openings are placed in the bottom of the capsule in a separate operation after the production of the capsule body. In this way, the openings can be positioned exactly, which is particularly important for the desired effect.
  • the membrane is used, whose surface configuration corresponds approximately to that of the bottom of the capsule.
  • the connection takes place along a connection zone following the circumference of the floor or over the whole area.
  • An optimization of the manufacturing process can be further achieved in that the capsule body in a
  • the soil preferably is formed as a flat surface.
  • the openings are easier to install than when it is curved.
  • the membrane can also be on a flat surface
  • the opening is formed without material removal by an incision such that a self-closing slit in the rest state.
  • the soil is preferably pierced with a sharp blade.
  • the openings could also be punched or burned out, for example by means of laser beams.
  • connection of the membrane to the bottom is advantageously carried out by heat sealing, wherein the membrane with a
  • correspondingly sealable layer e.g. can be equipped with a sealing wax.
  • connection methods such as e.g. gluing or welding or a purely mechanical pressing.
  • the invention also relates to a system comprising a capsule filled with a substance as above
  • a beverage preparation machine which has a capsule holder for receiving the capsule, and a device for passing a liquid through the capsule for extracting or dissolving the substance for producing a beverage, wherein the beverage preparation machine has at least one device for penetrating the bottom of the capsule.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a capsule
  • FIG. 2 shows a plan view of the capsule according to FIG. 1,
  • Figure 3 is a plan view of the empty capsule body
  • FIG. 4 shows a cross section through the capsule body according to FIG.
  • FIG. 5 shows a cross section through the capsule body according to FIG.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the production of a capsule body
  • Figure 8 is a plan view of an alternative
  • Figure 9 is a plan view of another
  • a capsule 1 known per se consists of a substantially rotationally symmetrical capsule body 2 with a side wall 3 and a bottom 4.
  • the capsule body 2 has the overall shape of a stepped truncated cone, the last truncated cone portion 17 being the steepest
  • the bottom 4 is substantially flat, but may be off
  • Stiffening zone 13 which is formed by individual indentations 14. These indentations interrupt the
  • openings 8 are arranged in the form of slots in the bottom, which openings completely penetrate the bottom, but are closed in the state of rest due to the material elasticity.
  • Embodiment four slots are arranged in an angular pitch of 90 °.
  • Clarity an empty capsule body 2 in the state before filling with a substance and before closing the
  • Capsule opening with the lid 5 As can be seen from Figure 3, the capsule bottom is covered on the inside with a membrane 9. With a broken circle while the connection zone 10 is indicated, on which the membrane is firmly connected to the ground. This connection zone follows the circumference of the floor and is formed here annular.
  • FIG. 4 shows still further details of the stiffening zone 13 or of the individual indentations 14.
  • Each indentation is provided with an inner wall section 15, which runs in cross section approximately parallel to the longitudinal central axis of the capsule.
  • the inner wall sections 15 lie on a common
  • Peripheral circle which corresponds approximately to the outer diameter of the membrane 9.
  • Each indentation 14 also has two side wall portions 16, the distance of which widens slightly against the bottom 4 here. This way, against one
  • Figure 6 shows a simplified representation of the situation after the penetration of the capsule base 4 by a
  • the membrane 9 is fixed to an annular connection zone 10 connected to the capsule bottom 4.
  • This membrane consists of an aroma-tight film with barrier properties such as aluminum.
  • the capsule body 2 made of plastic material has such an aroma-tight barrier layer, which is not specified in the drawings.
  • the connection zone 10 has an outer diameter dl, which at the same time about the
  • Outer diameter of the membrane 9 corresponds. However, the membrane 9 may also partially overlap the side wall 3 of the capsule.
  • the inner diameter d2 of the connection zone 10 encloses a central region 11, at which the membrane 9 is not firmly connected to the capsule bottom 4.
  • Penetrant 12 penetrates the capsule bottom 4 and the membrane 9 within or optionally outside of the central region 11.
  • opening 8 which may be a closed slit at rest
  • hot brewing water flows into the area between the capsule bottom 4 and membrane. 9 and thence through the opening in the membrane 9, which was created by the penetration means 12.
  • brewing water also penetrates through the opening in the bottom 4, which was likewise created by the penetration means 12.
  • the chamber 6 formed by the capsule evidently remains hermetically sealed against the outside atmosphere.
  • FIG. 7 shows in individual sequences the production of a capsule body for a capsule according to the invention.
  • a capsule body 2 is produced in a deep-drawing die 20.
  • the production technology and the materials are known to the person skilled in the art. For example, a multi-layered film based on polypropylene and polyethylene
  • the finished capsule body 2 is provided according to b using a plunge tool 21 with the openings at the bottom.
  • a membrane 9 is provided and placed on the inside of the capsule body on the ground.
  • the capsule body 2 is closed with a lid 5 with the aid of a closing tool 24.
  • steps e and f can take place at a great distance from step d.
  • the prepared capsule body 2 can be stacked, for example, after operation d and stored until they are fed to the filling station.
  • the openings 8 consist of a total of eight circular holes which penetrate the bottom 4.
  • the capsule according to FIG. 9 differs from that according to FIG. 2 in that the four slots 8 serving as openings are arranged relatively far outside almost in the region of the indentations 14. In such an arrangement, the openings are in the region of the connection zone, that is in the Area in which the membrane 9 is firmly connected to the bottom 4 of the capsule. This is independent of whether the membrane is only connected to an annular connection zone or over the entire surface to the ground.
  • Figure 10 shows an embodiment in which the membrane 9 is connected over the entire surface with the bottom 4.
  • the slot-shaped openings 8 also extend far outward here, as shown in FIG.
  • the penetration means 12 and 12 'penetrate the bottom 4 in the outer peripheral region of the bottom 4.
  • penetration means 12 pierces the soil in a region in which no opening is arranged. At this point, there is no increase in the flow rate.
  • the penetration means 12 ' pierces the bottom 4 in a region in which an opening 8 is arranged.
  • the slot 8 causes an increased flow rate, which is caused on the one hand by the enlarged opening cross-section and on the other hand by a reduction in the resilience of the bottom wall.

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Abstract

Eine Kapsel für die Zubereitung eines Getränks besteht aus einem Kapselkörper (2) mit einer Seitenwand (3) und mit einem Boden (4), sowie mit einem den Kapselkörper abdeckenden Deckel zur Bildung einer geschlossenen Kammer, welche mit einer Substanz gefüllt ist. Der Kapselkörper aus Kunststoffmaterial ist mit wenigstens einer aromadichten Sperrschicht versehen. Am Boden (4) sind Öffnungen (8) vorgesehen, durch welche in einer Getränkszubereitungsmaschine zusätzlich zu den Öffnungen, welche durch ein Penetrationsmittel (12) geschaffen werden, Flüssigkeit strömen kann. Auf der Innenseite des Bodens (4) ist eine ebenfalls aromadichte Membran (9) zur Abdichtung der geschlossenen Kammer (6) gegenüber der Öffnung (8) angeordnet. Diese Membran ist entweder entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden Verbindungszone (10) oder ganzflächig mit dem Boden verbunden.

Description

Kapsel mit einem Kapselkörper und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Kapsel gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Kapseln werden heute in unterschiedlichen Formen für die Zubereitung eines Getränks, insbesondere von Kaffee oder Tee in einer Getränkezubereitungsmaschine verwendet.
Die Kapseln erfüllen dabei eine Doppelfunktion, indem sie einerseits die darin enthaltene Substanz vor äusseren
Einwirkungen schützen und deren Aroma bewahren und andererseits durch das Zusammenwirken mit der Getränkezubereitungsmaschine auch eine mechanische Funktion für die Durchleitung von heissem Wasser unter hohem Druck erfüllen. Die Kapsel wird dabei in einer Brühkammer aufgenommen, welche für den Brühvorgang
druckdicht verschlossen wird. Bei vielen
Getränkezubereitungsmaschinen erfolgt mit dem Schliessen der Brühkammer eine Penetration des Bodens, womit nach dem Betätigen der Pumpe heisses Wasser ins Innere der Kapsel eindringen kann. Der Deckel, welcher den Kapselkörper verschliesst , wird entweder ebenfalls perforiert oder er reisst durch den Aufbau des
Innendrucks an mehreren Stellen auf, so dass das heisse Getränk aus der Brühkammer abfHessen kann. Eine derartige Kapsel ist beispielsweise in der WO 2012/080501 beschrieben.
Ein Problem bei Kapseln aus Kunststoffmaterial besteht darin, dass sich beim Perforieren des Bodens in Folge der
Materialelastizität der Boden eng an das Perforationsmittel anlegt, so dass die eindringende Wassermenge pro Zeiteinheit geringer ist, als beispielsweise bei Kapseln aus Aluminium. Es hat sich daher gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, schon bei der Herstellung der Kapsel zusätzliche Öffnungen im Boden anzubringen, welche die Durchflussrate in der Getränkezubereitungsmaschine erhöhen. Bei diesen Öffnungen handelt es sich vorteilhaft um ohne Materialabtrag hergestellte Schlitze, welche im drucklosen Zustand geschlossen sind und unter Druckeinwirkung eine Art Ventilfunktion übernehmen.
Ein Nachteil dieser Ausgestaltung besteht jedoch darin, dass jede einzelne Kapsel noch separat in einem aromadichten Beutel verpackt werden muss. Es wäre jedoch wünschenswert, auf dieses zusätzliche Verpackungsmittel zu verzichten, weil eine
Sauerstoff- und aromadichte Ausgestaltung der Kapsel abgesehen von den Öffnungen im Boden problemlos realisierbar ist. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kapsel der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ohne zusätzliche Aussenhülle auskommt und bei welcher die Durchflussrate in der
Getränkezubereitungsmaschine durch beliebige Öffnungen im Boden der Kapsel steuerbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Kapsel gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 1 aufweist .
Der Kapselkörper ist bereits selbst auf an sich bekannte Weise mit einer Barriereschicht versehen. Mehrlagig aufgebaute
Kunststofffolien mit einer derartigen Sperrschicht sind bereits bekannt. Auch Deckel mit Barriereeigenschaften sind bekannt. Um zu verhindern, dass über die fabrikationsseitig angebrachten Öffnungen im Kapselboden Feuchtigkeit oder Luftsauerstoff eindringen oder Aromastoff austreten kann, ist auf der
Innenseite des Bodens eine Membran mit Barriereeigenschaften zur Abdichtung der geschlossenen Kammer gegenüber der Öffnung angeordnet. Die Membran kann dabei entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden Verbindungszone mit dem Boden verbunden sein. Auf diese Weise sind alle im Boden bereits angebrachten
Öffnungen hermetisch verschlossen, so dass erst durch die Penetrationsmittel in der Getränkezubereitungsmaschine gleichzeitig der Boden und die Membran durchstossen wird.
Die Dimensionierung der Verbindungszone wird so gewählt, dass eine ausreichend feste Verbindung mit dem Boden gewährleistet ist. Dabei kann es besonders zweckmässig sein, wenn die
Verbindungszone einen zentralen Bereich des Kapselbodens
einschliesst , an dem die Membran nicht mit dem Boden verbunden ist. Dieser nicht verbundene Bereich kann dazu dienen,
Unebenheiten wie z.B. Falten oder Eindrücke in der Membran zu kompensieren .
Andererseits kann es jedoch auch besonders zweckmässig sein, wenn die Öffnungen wenigstens teilweise im zentralen Bereich des Kapselbodens angeordnet sind, an dem die Membran nicht mit dem Boden verbunden ist. Auf diese Weise kann sich die durch die Öffnungen eindringende Flüssigkeit im nicht verbundenen
Membranbereich sofort in alle Richtungen ausbreiten, so dass eine ausreichende Strömung aufrecht erhalten bleibt.
Die Kapsel kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei die Verbindungszone kreisringförmig verlaufen kann.
Selbstverständlich kann das gleiche Prinzip aber beispielsweise auch bei einer im Querschnitt poligonal ausgebildeten Kapsel mit einem poligonalen Kapselboden realisiert werden.
Bei einer kreisringförmigen Verbindungszone hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindungszone einen Aussendurchmesser zwischen 14 und 17 mm und einen
Innendurchmesser zwischen 8 und 11 mm aufweist. Mit diesen
Massen ist einerseits eine sichere Verbindung zwischen Membran und Kapselboden gewährleistet und andererseits verbleibt eine ausreichend grosse zentrale Fläche, an welcher die Membran nicht mit dem Boden verbunden ist.
Der Begriff „Barriereeigenschaften" ist dem Fachmann im Bereich der Verpackung von Lebensmitteln allgemein bekannt. Wesentliche Kriterien sind dabei die Sauerstoffdurchlässigkeit und die
Wasserdampfdurchlässigkeit jeweils bei einer bestimmten
Temperatur von beispielsweise 23° C oder 25° C. Als
Kunststoffmaterial mit hervorragenden Barriereeigenschaften ist beispielsweise Polyethylenvynilalkohol (EVOH) bekannt. Dieses Material wird in kaschierten Folien als Sperrschicht eingesetzt und weist Permeabilitätswerte im Bereich von 0,01 bis 1 auf. Die Sauerstoffdurchlässigkeit von Kunststofffolien wird nach DIN 53 380 gemessen. Der Wert für die Sauerstoffdurchlässigkeit ergibt sich aus cm3/m2 x d x bar. Für die vorliegende Anmeldung gelten Permeabilitätsraten, wie sie bereits bei tiefgezogenen
Kunststoffkapseln für Portionenkaffee eingesetzt werden.
In bestimmten Fällen kann es auch zweckmässig sein, wenn die Membran auf ihrer gesamten Fläche mit dem Boden der Kapsel verbunden ist. Je nach Ausgestaltung der Penetrationsmittel an der Maschine können auch in einem derartigen Fall die Öffnungen eine bessere Durchflussrate bewirken. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Penetrationsmittel den Boden der Kapsel im Bereich der Schlitze durchstossen .
Wie bereits eingangs erwähnt, handelt es sich bei der Öffnung vorteilhaft um einen im drucklosen Zustand geschlossenen
Schlitz, der unter hydraulischer, pneumatischer oder
mechanischer Druckeinwirkung aufweitbar ist. Der einzelne
Schlitz kann dabei gerade oder gekrümmt verlaufen, oder es kann sich auch um gekreuzte Schlitze handeln. Vorteilhafte
Ausgestaltungen von Schlitzventilen, die sich unter Druckeinwirkung öffnen, sind dem Fachmann bereits aus verschiedenen Gebieten der Technik bekannt.
Selbstverständlich können anstelle von Schlitzen auch andere Arten von Öffnungen eingesetzt werden, insbesondere runde oder poligonale Löcher.
Eine besonders optimale Wirkung wird erzielt, wenn im Boden mehrere Öffnungen, vorzugsweise wenigstens drei Öffnungen angebracht werden. Dies hängt damit zusammen, dass in der
Getränkezubereitungsmaschine die Relativlage der Kapsel zu den Penetrationsmitteln nicht immer vorhersehbar ist. Bei wenigstens drei Öffnungen wird das Risiko einer ungünstigen Relativlage jedoch erheblich reduziert.
Besonders vorteilhaft grenzt der Boden am Aussenumfang an eine Versteifungszone an, welche durch mehrere Einbuchtungen gebildet wird. Damit ist der Boden für die Durchleitung der Flüssigkeit durch die Kammer in einer Getränkezubereitungsmaschine mit einem Penetrationsmittel penetrierbar, ohne dass sich der Kapselkörper verbiegt. Eine ausreichende Widerstandskraft am Kapselboden ist bei Kapselkörpern aus Kunststoffmaterial von besonderer
Bedeutung, da dieses Material der Penetration einen grösseren Widerstand entgegen setzt, als beispielsweise Aluminium.
Die genannten Einbuchtungen können Innenwandabschnitte
aufweisen, welche auf einem gemeinsamen Kreisumfang liegen, wobei der Durchmesser des Kreisumfangs etwa dem Durchmesser der Membran entspricht. Die Membran wird auf diese Weise durch die Innenwandabschnitte auch noch zentriert, was sich beim
Herstellungsverfahren positiv auswirkt. Die Membran kann aus einer auf Aluminium basierenden Folie bestehen. Dabei kann es sich auch um eine Folie aus einer
Aluminiumlegierung oder aus einem Laminat mit wenigstens einer Aluminiumschicht handeln. Aus dem gleichen Folienmaterial kann auch der Deckel zum Verschliessen des Kapselkörpers hergestellt sein. Aluminium hat bekanntlich hervorragende Eigenschaften was die Sperrwirkung gegenüber Diffusion betrifft. Aus diesem Grund werden derartige Folien häufig für aromadichte Verpackungen auch im Lebensmittelbereich eingesetzt.
Der Kapselkörper ist besonders zweckmässig als Tiefziehteil ausgebildet. Im Tiefziehverfahren können mehrschichtige
Kunststofffolien verarbeitet werden, welche exakt auf das
Verpackungsgut und auf die Verwendung der Kapsel ausgerichtet sind. Selbstverständlich wäre es jedoch auch denkbar, den
Kapselkörper beispielsweise als Spritzgussteil auszubilden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Kapselkörpers für eine Kapsel, welches die Merkmale im Anspruch 13 aufweist. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn die Öffnungen im Boden der Kapsel in einem separaten Arbeitsgang nach der Herstellung des Kapselkörpers angebracht werden. Auf diese Weise lassen sich die Öffnungen exakt positionieren, was für die angestrebte Wirkung besonders wichtig ist. Anschliessend wird die Membran eingesetzt, deren Flächenkonfiguration etwa derjenigen des Bodens der Kapsel entspricht. Die Verbindung erfolgt dabei wie bereits erwähnt, entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden Verbindungszone oder ganzflächig.
Eine Optimierung des Herstellungsprozesses kann weiter dadurch erreicht werden, dass der Kapselkörper in einem
Tiefziehverfahren hergestellt wird, wobei der Boden vorzugsweise als ebene Fläche ausgebildet wird. In einer ebenen Fläche lassen sich die Öffnungen leichter anbringen, als wenn diese gewölbt ist. Schliesslich kann auch die Membran auf einer ebenen
Bodenfläche besser appliziert werden.
Die Öffnung wird ohne Materialabtrag durch einen Einschnitt derart gebildet, dass ein im Ruhezustand selbst schliessender Schlitz entsteht. Dabei wird der Boden vorzugsweise mit einer scharfen Klinge durchstossen . Selbstverständlich könnten die Öffnungen aber auch ausgestanzt oder beispielsweise mittels Laserstrahlen ausgebrannt werden.
Die Verbindung der Membran mit dem Boden erfolgt vorteilhaft durch Heissversiegelung, wobei die Membran mit einer
entsprechend versiegelbaren Schicht z.B. mit einem Siegellack ausgerüstet werden kann. Selbstverständlich sind aber auch andere Verbindungsverfahren denkbar wie z.B. verkleben oder verschweissen oder ein rein mechanisches verpressen.
Schliesslich betrifft die Erfindung auch ein System umfassend eine mit einer Substanz gefüllte Kapsel wie vorstehend
beschrieben und eine Getränkezubereitungsmaschine, welche zur Aufnahme der Kapsel einen Kapselhalter aufweist, sowie eine Einrichtung zur Durchleitung einer Flüssigkeit durch die Kapsel zur Extrahierung oder Lösung der Substanz zur Herstellung eines Getränks, wobei die Getränkezubereitungsmaschine wenigstens eine Vorrichtung zum Penetrieren des Bodens der Kapsel aufweist.
Durch den Einsatz der erfindungsgemässen Kapseln in einer an sich bekannten Getränkezubereitungsmaschine kann deren
Leistungsfähigkeit erheblich gesteigert werden. Die zusätzlichen Öffnungen im Kapselboden reduzieren die Belastung der Pumpe an der Getränkezubereitungsmaschine und verlängern damit deren Lebensdauer. Trotzdem ist die Kapsel absolut aromadicht und benötigen keine zusätzliche Aussenumhüllung .
Weitere Vorteile im System können dadurch erreicht werden, dass die Anordnung der Öffnung oder der Öffnungen im Boden der Kapsel derart an die Vorrichtung zum Penetrieren des Bodens angepasst ist, dass wenigstens ein Penetriermittel auf wenigstens eine Öffnung trifft. Je nach Konfiguration der Öffnungen kann auf diese Weise eine hervorragende Durchflussrate erzielt werden.
Weitere Vorteile und Einzelmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 Eine perspektivische Darstellung einer Kapsel,
Figur 2 Eine Draufsicht auf die Kapsel gemäss Figur 1,
Figur 3 Eine Draufsicht auf den leeren Kapselkörper
gemäss Figur 1 in Richtung Kapselöffnung,
Figur 4 Einen Querschnitt durch den Kapselkörper gemäss
Figur 3 in der Schnittebene
Figur 5 Einen Querschnitt durch den Kapselkörper gemäss
Figur 3 in der Schnittebene
Figur 6 Ein vergrösserter Querschnitt durch einen
Kapselboden mit eingesetzter Memb
Figur 7 Eine schematische Darstellung der Herstellung eines Kapselkörpers, Figur 8 Eine Draufsicht auf ein alternatives
Ausführungsbeispiel einer Kapsel,
Figur 9 Eine Draufsicht auf ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer Kapsel,
Figur 10 Ein vergrösserter Querschnitt durch einen
Kapselboden mit durchgehend verbundener Membran.
Gemäss Figur 1 besteht eine an sich bekannte Kapsel 1 aus einem im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten Kapselkörper 2 mit einer Seitenwand 3 und mit einem Boden 4. Der Kapselkörper 2 hat insgesamt die Form eines abgestuften Kegelstumpfs, wobei der letzte Kegelstumpfabschnitt 17 den steilsten
Kegelstumpfwinkel zur Längsmittelachse aufweist. Der Boden 4 verläuft im Wesentlichen plan, kann jedoch aus
fabrikationstechnischen Gründen in zentralem Bereich eine leicht konkave Wölbung 25 aufweisen. Rund um die Seitenwand 3 sind in regelmässiger Winkelteilung Versteifungsrippen 18 angeordnet. Ein umlaufender Flansch 19 dient einerseits der Abdichtung in der Getränkezubereitungsmaschine und andererseits der
Befestigung eines Deckels 5.
Am Aussenumfang des Bodens 4 schliesst sich eine
Versteifungszone 13 an, die durch einzelne Einbuchtungen 14 gebildet wird. Diese Einbuchtungen unterbrechen den
Kegelstumpfabschnitt 17 in regelmässiger Winkelteilung.
Wie insbesondere auch aus Figur 2 ersichtlich ist, sind im Boden 4 Öffnungen 8 in der Form von Schlitzen angeordnet, welche den Boden ganz durchdringen, jedoch im Ruhezustand aufgrund der Materialelastizität geschlossen sind. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Schlitze in einer Winkelteilung von je 90° angeordnet.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen aus Gründen der besseren
Übersichtlichkeit einen leeren Kapselkörper 2 im Zustand vor der Füllung mit einer Substanz und vor dem Verschliessen der
Kapselöffnung mit dem Deckel 5. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist der Kapselboden auf der Innenseite mit einer Membran 9 abgedeckt. Mit einer unterbrochenen Kreislinie ist dabei die Verbindungszone 10 angedeutet, an welcher die Membran fest mit dem Boden verbunden ist. Diese Verbindungszone folgt dem Umfang des Bodens und ist hier kreisringförmig ausgebildet.
Die Figur 4 zeigt noch weitere Details der Versteifungszone 13 bzw. der einzelnen Einbuchtungen 14. Jede Einbuchtung ist mit einem Innenwandabschnitt 15 versehen, welcher im Querschnitt annähernd parallel zur Längsmittelachse der Kapsel verläuft. Die Innenwandabschnitte 15 liegen auf einem gemeinsamen
Umfangskreis, der etwa dem Aussendurchmesser der Membran 9 entspricht. Jede Einbuchtung 14 verfügt ausserdem über zwei Seitenwandabschnitte 16, deren Abstand sich gegen den Boden 4 hier leicht erweitert. Auf diese Weise wird gegen eine
Krafteinwirkung von aussen auf den Kapselboden eine besonders gute Stabilität erzielt.
In Figur 5 ist in der linken Bildhälfte der Querschnitt durch den Kegelstumpfabschnitt 17 dargestellt. Dies sind jeweils die Abschnitte zwischen zwei einzelnen Einbuchtungen 14.
Figur 6 zeigt in einer vereinfachten Darstellung die Situation nach der Penetration des Kapselbodens 4 durch ein
Penetrationsmittel 12 in einer Getränkezubereitungsmaschine. Die Membran 9 ist an einer kreisringförmigen Verbindungszone 10 fest mit dem Kapselboden 4 verbunden. Diese Membran besteht aus einer aromadichten Folie mit Barriereeigenschaften beispielsweise aus Aluminium. Auch der Kapselkörper 2 aus Kunststoffmaterial verfügt über eine derartige aromadichte Sperrschicht, die in den Zeichnungen nicht näher bezeichnet ist. Die Verbindungszone 10 hat einen Aussendurchmesser dl, der gleichzeitig etwa dem
Aussendurchmesser der Membran 9 entspricht. Die Membran 9 kann allerdings teilweise auch noch die Seitenwand 3 der Kapsel überlappen. Der Innendurchmesser d2 der Verbindungszone 10 schliesst einen zentralen Bereich 11 ein, an dem die Membran 9 nicht fest mit dem Kapselboden 4 verbunden ist. Das
Penetrationsmittel 12 durchstösst den Kapselboden 4 und die Membran 9 innerhalb oder gegebenenfalls auch ausserhalb des zentralen Bereichs 11. Durch die Öffnung 8, bei der es sich um einen im Ruhezustand geschlossenen Schlitz handeln kann, strömt heisses Brühwasser in den Bereich zwischen Kapselboden 4 und Membran 9 und von da durch die Öffnung in der Membran 9, welche vom Penetrationsmittel 12 geschaffen wurde. Gleichzeitig dringt aber auch Brühwasser durch die Öffnung im Boden 4, welche ebenfalls durch das Penetrationsmittel 12 geschaffen wurde. Vor dem Einsatz in der Getränkezubereitungsmaschine bleibt die durch die Kapsel gebildete Kammer 6 ersichtlicherweise hermetisch gegen die Aussenatmosphäre abgeschlossen.
Die Figur 7 zeigt in einzelnen Sequenzen die Herstellung eines Kapselkörpers für eine erfindungsgemässe Kapsel. Zunächst wird gemäss a ein Kapselkörper 2 in einem Tiefziehwerkzeug 20 hergestellt. Die Herstellungstechnik und die Werkstoffe sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann eine Folie mit mehreren Schichten auf der Basis von Polypropylen und Polyethylen
verwendet werden. Der fertig ausgebildete Kapselkörper 2 wird gemäss b mit Hilfe eines Einstechwerkzeugs 21 mit den Öffnungen am Boden versehen.
Anschliessend wird gemäss c eine Membran 9 bereitgestellt und auf der Innenseite des Kapselkörpers am Boden platziert.
Gemäss d erfolgt dann mit einem Heisssiegelwerkzeug 22 die feste Verbindung der Membran 9 mit dem Boden des Kapselkörpers 2 auf die vorstehend beschriebene Art und Weise. Der zunächst völlig plane Boden des Kapselkörpers kann durch den Siegelungsprozess eine leicht konkave Wölbung gegen die Innenseite erhalten.
Gemäss e erfolgt an einer Füllstation 23 die Füllung des
Kapselkörpers 2 mit einer Substanz 7, also beispielsweise mit Kaffeepulver .
Zuletzt erfolgt gemäss f das Verschliessen des Kapselkörpers 2 mit einem Deckel 5 mit Hilfe eines Verschlusswerkzeugs 24.
Insbesondere die Arbeitsschritte e und f können zeitlich in grossem Abstand zum Arbeitsschritt d erfolgen. Die vorbereiteten Kapselkörper 2 können nach dem Arbeitsschritt d beispielsweise gestapelt und so gelagert werden, bis sie der Füllstation zugeführt werden.
Beim alternativen Ausführungsbeispiel gemäss Figur 8 bestehen die Öffnungen 8 aus insgesamt acht kreisförmigen Löchern, welche den Boden 4 durchdringen.
Die Kapsel gemäss Figur 9 unterscheidet sich von derjenigen gemäss Figur 2 dadurch, dass die vier als Öffnungen dienende Schlitze 8 relativ weit aussen fast im Bereich der Einbuchtungen 14 angeordnet sind. Bei einer derartigen Anordnung liegen die Öffnungen im Bereich der Verbindungszone, das heisst in dem Bereich, in dem die Membran 9 fest mit dem Boden 4 der Kapsel verbunden ist. Dies unabhängig davon, ob die Membran nur an einer ringförmigen Verbindungszone oder ganzflächig mit dem Boden verbunden ist.
Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Membran 9 ganzflächig mit dem Boden 4 verbunden ist. Die schlitzförmigen Öffnungen 8 verlaufen hier ebenfalls weit aussen, wie in Figur 9 gezeigt. Auch die Penetrationsmittel 12 und 12' durchdringen den Boden 4 im äusseren Umfangsbereich des Bodens 4. Das
dargestellte Penetrationsmittel 12 durchstösst den Boden in einem Bereich, in welchem keine Öffnung angeordnet ist. An dieser Stelle findet keine Erhöhung der Durchflussrate statt. Demgegenüber durchstösst das Penetrationsmittel 12' den Boden 4 in einem Bereich, in welchem auch eine Öffnung 8 angeordnet ist. Hier bewirkt der Schlitz 8 eine erhöhte Durchflussrate, was einerseits durch den vergrösserten Öffnungsquerschnitt und andererseits durch eine Verringerung des Rückstellvermögens der Bodenwand verursacht wird.

Claims

1 Ansprüche
1. Kapsel (1) mit einem Kapselkörper (2) aus einem
Kunststoffmaterial , mit einer Seitenwand (3) und mit einem einstückig mit dieser ausgebildeten Boden (4), sowie mit einem den Kapselkörper abdeckenden Deckel (5) zur Bildung einer geschlossenen Kammer (6), welche eine Substanz (7) für die Zubereitung eines Getränks enthält, wobei der
Kapselkörper (2) im Boden (4) wenigstens eine Öffnung (8) zum Durchleiten einer Flüssigkeit durch die Kapsel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapselkörper (2) und der Deckel (5) bezüglich Permeabilität von Sauerstoff und
Aromastoffen Barriereeigenschaften aufweisen und dass auf der Innenseite des Bodens (4) eine Membran zur Abdichtung der geschlossenen Kammer gegenüber der Öffnung (8) angeordnet ist, wobei die Membran fest mit dem Boden (4) verbunden ist und ebenfalls Barriereeigenschaften aufweist.
2. Kapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Membran entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden
Verbindungszone (10) mit dem Boden (4) verbunden ist, welche einen zentralen Bereich (11) des Kapselbodens (4)
einschliesst , an dem die Membran (9) nicht mit dem Boden verbunden ist.
3. Kapsel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Öffnung (8) wenigstens teilweise im zentralen Bereich (11) des Kapselbodens (4) angeordnet ist, an dem die Membran (9) nicht mit dem Boden verbunden ist.
4. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kapsel (1) rotationssymmetrisch 2 ausgebildet ist und dass die Verbindungszone (10)
kreisringförmig verläuft.
5. Kapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Membran auf ihrer gesamten Fläche mit dem Boden (4) verbunden ist .
6. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Membran (9) mittels einer
Heissversiegelung mit dem Boden verbunden ist.
7. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) ein im drucklosen
Zustand geschlossener Schlitz ist, der unter hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Druckeinwirkung aufweitbar ist .
8. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass im Boden (4) mehrere Öffnungen (8), vorzugsweise wenigstens drei Öffnungen angeordnet sind.
9. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Boden (4) für die Durchleitung der Flüssigkeit durch die Kammer in einer
Getränkezubereitungsmaschine mit Penetrationsmitteln
penetrierbar ist und dass der Boden am Aussenumfang an eine Versteifungszone (13) angrenzt, welche durch mehrere
Einbuchtungen (14) gebildet wird.
10. Kapsel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Einbuchtungen (14) Innenwandabschnitte (15) aufweisen, welche auf einem gemeinsamen Kreisumfang liegen, wobei der 3
Durchmesser des Kreisumfangs etwa dem Durchmesser der Membran (9) entspricht.
11. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Membran (9) aus einer auf Aluminium basierenden Folie besteht.
12. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kapselkörper (2) ein Tiefziehteil ist .
13. Verfahren zum Herstellen eines Kapselkörpers (2) für eine Kapsel (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Kapselkörpers (2) aus
Kunststoffmaterial mit wenigstens einer Barriereschicht, mit einer Seitenwand (3) und mit einem einstückig mit dieser ausgebildeten Boden (4);
Anbringen wenigstens einer Öffnung (8) im Boden; Bereitstellen einer Membran (9) mit
Barriereeigenschaften, deren Flächenkonfiguration etwa derjenigen des Bodens (4) entspricht;
Einführen der Membran (9) in den Kapselkörper (2) und Verbinden mit der Innenseite des Bodens (4) entweder entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden
Verbindungszone (10), oder über die gesamte Fläche der Membran .
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapselkörper in einem Tiefziehverfahren hergestellt wird, 4 wobei der Boden vorzugsweise als ebene Fläche ausgebildet wird .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) ohne Materialabtrag durch einen
Einschnitt derart gebildet wird, dass ein im Ruhezustand selbst schliessender Schlitz entsteht.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbindung der Membran (9) mit dem Boden (4) durch Heissversiegelung erfolgt.
17. System umfassend eine mit einer Substanz gefüllte Kapsel (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12 und eine
Getränkezubereitungsmaschine, welche zur Aufnahme der Kapsel einen Kapselhalter aufweist, sowie eine Einrichtung zur
Durchleitung einer Flüssigkeit durch die Kapsel zur
Extrahierung oder Lösung der Substanz zur Herstellung eines Getränks, wobei die Getränkszubereitungsmaschine wenigstens eine Vorrichtung zum Penetrieren des Bodens (4) der Kapsel aufweist .
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anordnung der Öffnung oder der Öffnungen (8) im Boden (4) der Kapsel derart an die Vorrichtung zum Penetrieren des Bodens angepasst ist, dass wenigstens ein Penetriermittel auf wenigstens eine Öffnung trifft.
19. Kapselkörper für eine Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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