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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kapsel für eine Portionskaffeemaschine.
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Die
EP 2 287 090 B1 offenbart eine Kapsel für eine Portionskaffeemaschine mit einem becherförmigen Grundkörper, in dem ein von einer Kapselwand umgebener Kapselinnenraum mit einer Kapselöffnung zur Aufnahme eines Aufgussmittels in dem Kapselinnenraum ausgebildet ist, wobei die Kapselwand einen von Schneidelelementen der Portionskaffeemaschine zum Einlassen von Heißwasser aus der Portionskaffeemaschine in den Kapselinnenraum durchstechbaren Kapselboden und einen Kapselmantel umfasst, der sich zwischen dem Kapselboden und der Kapselöffnung erstreckt.
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Aufgabe der Erfindung ist, die bekannte Kapsel zu verbessern.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung, sind in der eingangs genannten Kapsel in einer Schnittebene durch den Kapselboden und des Kapselmantels gesehen der Kapselboden und der Kapselmantel bogenförmig miteinander verbunden sind, wobei die Kapselwand in ihrer Wandstärke im bogenförmigen Bereich vom Kapselmantel aus kommend zum Kapselboden hin zumindest bereichsweise zunehmend ausgebildet ist.
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Der angegebenen Kapsel liegt die Überlegung zugrunde, dass beim Durchstechen des Kapselbodens mit den Schneidelementen der Portionskaffeemaschine nicht immer gewährleistet ist, dass der Kapselboden dem Druck der Scheidelemente standhält und sich durchstechen lässt. Stattdessen gibt die Kapsel nach und der Kapselboden wird eingedrückt, so dass kein Loch durch Kapselboden gestochen wird, durch die dann das Heißwasser in den Kapselinnenraum geleitet werden könnte.
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Hier greift die angegebene Erfindung mit dem Vorschlag an, die Verbindung zwischen dem Kapselmantel und dem Kapselboden in einer Schnittebene durch den Kapselboden und dem Kapselmantel gesehen bogenförmig auszubilden, weil auf diese Weise keine Kanten vorhanden sind, die beim Druck durch die Schneidelemente als Sollbruchstelle nachgeben könnten. Um die Stabilität zu erhöhen wird weiter vorgeschlagen, die Wandstärke zum Kapselboden hin zumindest bereisweise zunehmend auszuführen. Diese Zunahme der Wandstärke sollte zweckmäßigerweise an einem Übergangsbereich zwischen Kapselmantel und Kapselboden beginnen uns sich in den Kapselboden hinein erstrecken.
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Besonders gute Stabilitätsergebnisse wurden erreicht, wenn die Zunahme der Wandstärke im bogenförmigen Bereich zwischen 10% und 30%, vorzugsweise 25% beträgt. Das heißt, die Wandstärke sollte im bogenförmigen Bereich auf maximal 10% bis 30%, vorzugsweise 25% der Wandstärke im Bereich des Kapselmantels zunehmen. Die Zunahme der Wandstärke sollte dabei möglichst Kantenfrei sein, was heißt, dass die Oberfläche im bogenförmigen Bereich aufgrund der Wandstärkenzunahme keine Kanten aufweisen und damit glatt sein sollte.
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Die Stabilität ist optimal, wenn die Bogenform der Verbindung zwischen dem Bechermantel und dem Becherboden die Form eines Kreises aufweist.
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Der Kreis kann einen Kreisradius aufweisen, der zwischen 20% und 30% einer Ausdehnung des becherförmigen Grundkörpers zwischen dem Becherboden und der Becheröffnung beträgt. Dabei kann der Kreisradius 5 bis 15 mal so groß sein, wie die Wandstärke, während alternativ oder zusätzlich der becherförmige Grundkörper rotationssymmetrisch im eine Achse senkrecht zum Becherboden ausgebildet sein und der Kreisradius zwischen 15% und 35% eines Becherradius des rotationssymmetrischen becherförmigen Grundkörpers betragen kann.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführung der angegebenen Kapsel kann der becherförmige Grundkörper ein Urformteil, insbesondere ein Spritzgussteil sein. Hierbei kann das Urformteil aus einem Kunststoff gefertigt sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der angegebenen Kapsel beträgt die Wandstärke vor der Zunahme im bogenförmigen Bereich zwischen 5 mm und 7 mm.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Portionskaffemaschine, und
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2a eine schematische Darstellung einer Brühgruppe für die Portionskaffeemaschine der 1 in einem ersten Betriebszustand,
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2b eine schematische Darstellung der Brühgruppe der 2a in einem zweiten Betriebszustand,
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3 eine Darstellung einer Kapsel für die Portionskaffeemaschine der 1 von einer Seite,
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4 eine Schnittdarstellung eines becherförmigen Körpers für die Kapsel der 3,
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5 eine Schnittdarstellung eines alternativen becherförmigen Körpers für die Kapsel der 3,
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6a eine Ausführung einer Verbindung eines Kapselbodens und eines Kapselmantels für die becherförmigen Grundkörper der 4 und 5, und
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6b eine alternative Ausführung der Verbindung des Kapselbodens und des Kapselmantels für die becherförmigen Grundkörper der 4 und 5.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben. Die Figuren sind rein schematisch und geben vor allem nicht die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse wieder.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die perspektivische Darstellung einer Portionskaffemaschine 2 zum Aufbrühen eines Aufgussgetränkes zeigt.
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Die Portionskaffeemaschine 2 umfasst ein Gehäuse 4 in dessen in 1 nicht sichtbaren Innenraum eine in 2a und 2b skizzierte Brühgruppe 6 aufgenommen ist. In der Brühgruppe 6 wird das Aufgussgetränk aufgebrüht. Hierzu zieht die Portionskaffemaschine 2 aus einem Wassertank 8 Wasser. Das zum Aufgussgetränk aufgebrühte Wasser wird dann über einen Auslass 10 nach außen abgegeben.
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Zum Aufbrühen des Wassers zum Aufgussgetränk wird eine Kapsel 12 über eine Zuführöffnung 14 im Gehäuse 4 in die Brühgruppe 6 eingelegt. In dieser Kapsel 12 befindet sich ein in 2a und 2b zu sehendes Aufgussmittel 13 oder Zubereitungspulver wie Kaffeemehl, Milchpulver, Tee, Kakao oder dergleichen. Danach wird die Brühgruppe 6 über einen Hebel 16 in einer noch zu beschreibenden Weise verschlossen. Auf Betätigen einer Auslösetaste 18 hin wird dann in einer noch näher zu beschreibenden Weise das Wasser aus dem Wassertank erhitzt und das erhitzte Wasser durch das Zubereitungspulver in der Kapsel 12 gedrückt. Das so aufgebrühte Aufgussgetränk wird dann über den Auslass 10 ausgegeben.
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Der Aufbrühvorgang soll nachstehend anhand der 2a und 2b, die eine schematische Darstellung der Brühgruppe 6 für die Portionskaffeemaschine 2 der 1 in zwei verschiedenen Betriebszuständen zeigen, näher erläutert werden.
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Die Brühgruppe 6 umfasst einen Kapselkäfig 20 und eine Kapselklemme 22, zwischen denen die Kapsel 12 während des Brühvorgangs aufgenommen wird. Um die Kapsel 12 zwischen dem Kapselkäfig 20 und der Kapselklemme 22 definiert einzuklemmen, besitzt diese einen Sicherungsring 23.
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Der Kapselkäfig 20 umfasst einen einseitig geöffneten Kapselaufnahmeraum 24, der von einer Kapselraumwand 26 umgeben ist. Durch den Kapselkäfig 20 führt auf einer der Öffnung des Kapselaufnahmeraumes 24 gegenüberliegenden Seite eine Wasserleitung 28, durch die Wasser aus dem Wassertank 8 in den Kapselaufnahmeraum 24 geleitet werden kann. Um die Wasserleitung 28 herum sind in den Kapselaufnahmeraum 24 hinein gerichtet Schneidelemente in Form von Klingen 30 angeordnet.
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Die Kapselklemme 22 umfasst eine Pyramidenplatte 32, auf der eine Vielzahl kleiner und nicht referenzierter Pyramiden sowie eine Vielzahl nicht referenzierter Durchgangsöffnungen zwischen den Pyramiden ausgebildet sind. Die Pyramidenplatte 32 ist auf einem Tricher 34 getragen, der wiederrum in den Aufnahmeraum 36 eines Trägers 38 hinein gerichtet ist. Der Aufnahmeraum 36 des Trägers 38 ist auf der dem Trichter 34 gegenüberliegenden Seite über eine Auslassöffnung 40 zum Auslass 10 hin geöffnet.
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Bevor auf den Betrieb der Portionskaffeemaschine 2 mit der zuvor erläuterten Brühgruppe 6 näher eingegangen werden soll, wird zunächst anhand 3 der Aufbau der Kapsel 12 näher erläutert.
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Die Kapsel 12 besitzt einen becherförmigen Grundkörper 42, in dem ein von einer Kapselwand 44 umgebener und in 4 zu sehender Kapselinnenraum 46 mit einer ebenfalls in 4 zu sehenden Kapselöffnung 48 zur Aufnahme des Aufgussmittels 13 ausgebildet ist. Die Kapselwand 44 umfasst einen von den Klingen 30 der Brühgruppe 6 zum Einlassen des Wassers aus dem Wassertank 8 in den Kapselinnenraum 46 durchstechbaren Kapselboden 50 und einen Kapselmantel 52, der sich zwischen dem Kapselboden 50 und der Kapselöffnung 48 erstreckt.
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Die Kapsel 12 umfasst an der Kapselöffnung 48 ferner einen vom Kapselmantel 52 abkragenden Kapselflansch 54, auf dem eine Membran 56 befestigt ist. An diesem Kapselflansch befindet sich auch der Sicherungsring 23, der in der vorliegenden Ausführung einstückig mit diesem ausgebildet ist. Die Membran 56 ist auf dem Kapselflansch 54 derart befestigt, dass der Kapselinnenraum 46 wasserdicht verschlossen ist.
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Bevor der Aufbau der Kapsel 12 weiter erläutert wird, soll zuvor der Betrieb der Brühgruppe 6 und damit der Portionskaffeemaschine 2 näher erläutert werden.
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Zum Betrieb der Portionskaffeemaschine 2 wird die Kapsel 12 zunächst, wie in 2a gezeigt, über die Zuführöffnung 14 in der Portionskaffeemaschine 2 an die Pyramidenplatte 32 angelegt. Danach wird der Kapselkäfig 20 mittels des Hebels 16 gegen den Flansch 54 der Kapsel 12 und die Pyramidenplatte 32 gedrückt. Auf diese Weise wird der Kapselaufnahmeraumes 24 derart wasserdicht verschlossen, dass über die Wasserleitung 28 zugeführtes Wasser den Kapselaufnahmeraum 24 nur über die Durchgangsöffnungen durch die Pyramidenplatte verlassen kann. Gleichzeitig wird mit dem Drücken des Kapselkäfig 20 gegen Flansch 54 und Pyramidenplatte 32 der Kapselboden 50 von den Klingen 30 durchstochen, wodurch der Kapselinnenraum 46 zur Wasserleitung 28 hin geöffnet wird. Dieser Zustand ist in 2b gezeigt.
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Im in 2b gezeigten Zustand wird nun über die Wasserleitung 28 aus dem Wassertank 8 aufgeheiztes Wasser in den Kapselinnenraum 46 gedrückt. Das aufgeheizte Wasser wird dort mit dem Aufgussmittel 13 aufgebrüht und über die Durchgangsöffnungen durch die Pyramidenplatte 32 in den Trichter 34 gedrückt. Das aufgebrühte Wasser und somit schlussendlich das aufgebrühte Heißgetränk verlässt die Portionskaffeemaschine 2 schließlich über die Auslassöffnung 40 und damit den Auslass 10.
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Die in 3 zu sehende Kapsel 12 ist in besonderer Weise ausgebildet. Das soll zusätzlich zur 3 auch anhand der 4 erläutert werden, die den becherförmigen Gründkörper der Kapsel 12 in einer Schnittdarstellung zeigt.
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In einer Schnittebene durch den Kapselboden 50 und den Kapselmantel 52 gesehen sind der Kapselboden 50 und der Kapselmantel 52 bogenförmig miteinander verbunden. Dabei ist die Kapselwand 44 in ihrer Wandstärke im bogenförmigen Bereich 58 vom Kapselmantel 52 aus kommend zum Kapselboden 50 hin zumindest bereichsweise zunehmend ausgebildet. Das heißt, dass zumindest in einem Teil des bogenförmigen Bereiches 58 eine Wandstärke 60 der Kapselwand 44 kleiner ist, als eine Wandstärke 62, die näher am Kapselboden 50 liegt.
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Der bogenförmige Aufbau des becherförmigen Grundkörpers 42 mit der sich erhöhenden Wandstärke zum Kapselboden 50 hin hat entscheidende Stabilitätsvorteile.
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Der becherförmige Grundkörper
42 wird im Bereich des Kapselbodens
50 beim Durchstechen mit den Klingen
30 in erster Linie auf Biegung beansprucht. Die aus der Biegebeanspruchung resultierenden Biegespannungen sind am Kapselboden
50, dort wo die Klingen
30 angreifen, am größten und nehmen zum Kapselmantel
52 hin ab. Im Ernstfall gibt der becherförmige Grundkörper
42 im Bereich des Kapselbodens
50 nach und bricht dort ein. Becherförmige Grundkörper herkömmlicher Kapseln, wie sie beispielsweise aus der
EP 2 287 090 B1 bekannt sind, begünstigen diesen Zusammenbruch dadurch, dass der Kapselboden und der Kapselmantel über einen abgeschrägten Bereich miteinander verbunden sind, der sowohl am Kapselboden als auch am Kapselmantel über eine um den becherförmigen Grundkörper umlaufende Kante führt. Diese Kante wirkt knickbegünstigend.
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Durch die Bogenform 58 der Verbindung zwischen Kapselmantel 52 und Kapselboden 50 werden diese knickbegünstigenden Kanten nicht nur vermieden, die sich vergrößernde Wandstärke 60, 62 zum Kapselboden 52 hin bewirkt, dass der becherförmige Grundkörper 42 im für die Biegebeanspruchung relevanten Bereich um die Biegequelle – also die Klingen 30 – größere Biegespannungen aufnehmen kann, als im Bereich um den Kapselmantel 52.
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Liegt die Zunahme der Wandstärke 62 im bogenförmigen Bereich 58 vom Kapselmantel 52 aus zum Kapselboden 50 hin zwischen 10% und 30% ist eine ausreichende Stabilität beim Durchstechen der Klingen 30 durch den Kapselboden 50 gegeben. Optimale Stabilitätsergebnisse werden mit einer Zunahme der Wandstärke 62 im bogenförmigen Bereich 58 vom Kapselmantel 42 aus zum Kapselboden 50 hin mit mit ungefähr 25% erreicht. Konkret lässt sich das anhand eines becherförmigen Grundkörpers 42 zeigen, dessen Wandstärke 60 im Bereich des Kapselmantels 52 0,5 mm und dessen maximale Wandstärke 62 im bogenförmigen Bereich 58 0,67 mm beträgt.
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Die Wandstärke 62 im bogenförmigen Bereich 58 braucht hierbei ausgehend vom Kapselmantel 52 zum Kapselboden 50 hin nicht stetig zuzunehmen. Wie an späterer Stelle gezeigt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wandstärke 62 im bogenförmigen Bereich 58 bis zu einer maximalen Wandstärke hin stetig zunimmt und dann in einem Einstichbereich 64 wieder abnimmt. Auf die genaue Ausgestaltung dieser Wandstärkenabnahme im Einstichbereich 64 wird an späterer Stelle näher eingegangen. Jedoch sollte zumindest die Wandstärke 62 in dem Bereich des bogenförmigen Bereichs 58 frei von Kanten, in dem die Wandstärke 62 zunimmt. Das heißt, die Oberfläche des becherförmigen Grundkörpers 42 sollte sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite der Kapselwand 44 in dem Bereich glatt sein, in dem die Wandstärke 62 zunimmt.
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Der bogenförmige Bereich 58 kann im Schnitt durch den Kapselmantel 52 und den Kapselboden 50 gesehen grundsätzlich beliebig ausgeführt sein, solange die stabilisierende Bogenform gewahrt bleibt. In einer besonders stabilen Ausführung der Kapsel 12 ist die Bogenform als Kreisform mit einem konstanten Kreisradius 66 ausgebildet.
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Ferner weist der becherförmige Grundkörper 42 der Kapsel 12 zwischen dem Kapselboden 40 und der Kapselöffnung 48 eine Ausdehnung 68 auf. Ein Verhältnis zwischen Kreisradius 66 und der Ausdehnung 68 liegt für eine ausreichende Stabilität der Kapsel zwischen 20% und 30%. Optimale Stabilitätsergebnisse werden erreicht, wenn das Verhältnis zwischen dem Kreisradius 66 und der Ausdehnung 68 ungefähr 25% beträgt. Dies lässt sich ganz konkret mit einem becherförmigen Grundkörper 42 zeigen, der als Wandstärke 62 einen maximalen Kreisradius 66 von 6,7 mm im bogenförmigen Bereich 58 mit der zunehmenden Wandstärke aufweist. Die Ausdehnung 68 zwischen dem Kapselboden 40 und der Kapselöffnung 48 ist mit 29 mm dimensioniert. Zur Erinnerung, die maximale Wandstärke 62 im bogenförmigen Bereich 58 des becherförmigen Grundkörpers 42 ist mit 0,67 mm dimensioniert.
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In der vorliegenden Ausführung ist der becherförmige Grundkörper 42 rotationssymmetrisch im eine Achse 70 senkrecht zum Kapselboden 50 ausgebildet. Dabei liegt für eine hohe Stabilität der Kapsel 12 ein Verhältnis des Kreisradius 66 zu einem mittleren Becherradius 72 des rotationssymmetrischen becherförmigen Grundkörpers 42 zwischen 15% und 35%. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der mittlere Becherradius 72 ungefähr 12,5 mm.
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Der becherförmige Grundkörper 42 gemäß der vorliegenden Ausführung ist als Spritzgussteil aus einem Kunststoff ausgeführt. Die Herstellung kann nach gängigen Spritzgussverfahren erfolgen. Der Angusspunkt 74 des als Spritzgussteils ausgeführten becherförmigen Grundkörpers 42 ist an einer nach außen gerichteten Seite der Kapselwand 44 in einer in den Kapselinnenraum 46 hinein gerichteten Einbuchtung 76 auf der Rotationsachse 70 angeordnet. Auf diese Weise kollidiert der Angusspunkt 74 nicht mit der Brühgruppe 6 während des Betriebes.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine Schnittdarstellung eines alternativen becherförmigen Körpers 42 für die Kapsel 12 der 3 zeigt.
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In diesem becherförmigen Grundkörper 42 sind zusätzlich an der in den Kapselinnenraum 46 gerichteten Seite der Kapselwand 44 Verstärkungsrippen 78 ausgebildet, die die Stabilität des becherförmigen Grundkörpers 42 weiter erhöhen. Von diesen Verstärkungsrippen 78 sind in 5 der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen.
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Es wird auf 6a Bezug genommen, die eine Ausführung des bogenförmigen Bereichs 58 zwischen einem Kapselboden 50 und einem Kapselmantel 52 des becherförmigen Grundkörpers 42 der 4 und 5 zeigt.
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In 6a ist zu sehen, dass der Einstichbereich 64 zur Einsticherleichterung der Klingen 30 als Dünnschichtzone ausgeführt sein kann. Das heißt, dass im Einstichbereich 64 die Wandstärke der Kapselwand 44 schlagartig eine deutlich geringere und im Wesentlichen konstante Ausdehnung annimmt, als im restlichen Bereich der Kapselwand 44.
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In 6b ist demgegenüber eine alternative Ausführung des bogenförmigen Bereichs 58 zwischen eines Kapselboden 50 und Kapselmantel 52 des becherförmigen Grundkörpers 42 zu 6a gezeigt.
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Hier nimmt die Wandstärke 62 im bogenförmigen Bereich 58 gemäß dem grundlegenden Gedanken der vorliegenden Ausführung in einem Stabilisierungsbereich 62‘ zunächst zu. Die Bezugszeichen 62 und 62‘ entsprechend für die zunehmende Wandstärke 62 und den Stabilisierungsbereich 62‘ sind hierbei bewusst gewählt, um die Stabilisierungswirkung der zunehmenden Wandstärke 62 und damit des Bereiches mit dem Bezugszeichen 62‘ hervorzuheben.
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An diesen Stabilisierungsbereich 62‘ schließt sich der Einstichbereich 64 an. Anders als in 6a ist dieser jedoch nicht als Dünnschichtzone ausgeführt. Vielmehr nimmt über einen Abnahmebereich 64‘ die Wandstärke der Kapselwand 44 zunächst stetig ab, bis die Wandstärke der Kapselwand 44 in einem sich an den Abnahmebereich 64‘ anschließenden Zunahmebereich 64‘‘ wieder zunimmt.
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Damit ist die Kapselwand 44 sowohl in 6a als auch in 6b im Bereich um den Angusspunkt 74 stärker ausgeführt als im Einstichbereich 64. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass ausreichend Platz für eine Materialverteilung im Bereich des Angusspunktes 74 bei der Spritzgussherstellung des becherförmigen Grundkörpers 42 vorhanden ist.
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Ohne den Angusspunkt 74 an der Rotationsachse 70 könnte der becherförmige Grundkörper 42 auch ohne Zunahmebereich 64‘‘ ausgeführt werden.
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In 6b wurde auf eine Referenzierung der Wandstärke 62 im Stabilisierungsbereich 62‘ aus Übersichtsgründen verzichtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2287090 B1 [0002, 0038]
