EP3010838B2 - 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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EP3010838B2
EP3010838B2 EP13729331.2A EP13729331A EP3010838B2 EP 3010838 B2 EP3010838 B2 EP 3010838B2 EP 13729331 A EP13729331 A EP 13729331A EP 3010838 B2 EP3010838 B2 EP 3010838B2
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EP
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capsule
base
membrane
opening
capsule body
Prior art date
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EP3010838A1 (de
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Raphael Gugerli
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Delica AG
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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 used today in different forms for the preparation of a beverage, in particular coffee or tea in a beverage preparation machine.
  • the capsules fulfill a double function, on the one hand, by protecting the substance they contain from external influences and preserving their aroma, and on the other hand, by interacting with the beverage preparation machine, they also perform a mechanical function for the passage of hot water under high pressure.
  • the capsule is received in a brewing chamber, which is closed pressure-tight for the brewing process.
  • the lid which closes the capsule body, is either also perforated or it tears open in several places due to the build-up of internal pressure, so that the hot beverage can flow out of the brewing chamber.
  • Such a capsule is for example in the WO 2012/080501 described.
  • the WO 2013/076519 A1 describes a capsule made of plastic material for the preparation of a drink with a side wall, a bottom and a lid. In the circumferential area of the base there are recessed zones which connect the base and the side wall to one another.
  • the WO 2012/144885 A1 also describes a closed capsule made of a plastic material with a circumferential collar for fastening the lid, on which a sealing element for sealing the capsule is arranged in a beverage preparation machine.
  • the WO 2012/127233 A2 describes a capsule made of plastic material with a side wall, a bottom and a lid, an inlet opening for liquid being arranged in the bottom of the capsule. This opening is closed by an inlet filter that is glued to the inside of the capsule on the bottom.
  • the US 2011/0033580 A1 also shows a capsule with a circumferential wall, a bottom and a lid to form a closed chamber.
  • the bottom has at least one inlet opening, which is covered on the inside with an inlet filter.
  • the DE 10 2004 056 224 A1 describes a capsule made of plastic, the capsule bottom is provided with a central opening. This is covered with a piece of foil sealed on the inside, which consists of an aluminum foil.
  • a problem with capsules made of plastic material is that when the base is perforated due to the elasticity of the material, the base clings closely to the perforation means, so that the amount of water penetrating per unit of time is less than, for example, with aluminum capsules. It has therefore been shown that it is particularly advantageous to make additional openings in the base during the manufacture of the capsule, which increase the flow rate in the beverage preparation machine. These openings are advantageously slots which are produced without material removal and which are closed in the unpressurized state and assume a type of valve function under the action of pressure.
  • the capsule body itself is already provided with a barrier layer in a manner known per se.
  • Multi-layer plastic films with such a barrier layer are already known.
  • Lids with barrier properties are also known.
  • a membrane with barrier properties for sealing the closed chamber from the opening is arranged on the inside of the base. The membrane is connected to the floor along a connecting zone following the circumference of the floor. In this way, all the openings already made in the base are hermetically sealed, so that the base and the membrane are only pierced by the penetration means in the beverage preparation machine.
  • connection zone The dimensioning of the connection zone is chosen so that a sufficiently firm connection to the floor is guaranteed. It can be particularly expedient if the connection zone includes a central area of the capsule base, at which the membrane is not connected to the base. This unconnected area can serve to unevenness such as To compensate for folds or impressions in the membrane.
  • the openings are at least partially arranged in the central region of the capsule base, on which the membrane is not connected to the base. In this way, the liquid penetrating through the openings in the non-connected Spread the membrane area immediately in all directions so that sufficient flow is maintained.
  • the capsule can be rotationally symmetrical, the connection zone being able to run in the form of a ring.
  • the same principle can also be implemented, for example, in the case of a capsule with a poligonal cross-section with a poligonal capsule base.
  • connection zone has an outside diameter between 14 and 17 mm and an inside diameter between 8 and 11 mm.
  • carrier properties is generally known to those skilled in the field of food packaging.
  • Essential criteria are the oxygen permeability and the water vapor permeability in each case at a specific temperature of, for example, 23 ° C. or 25 ° C.
  • polyethylene vinyl alcohol (EVOH) is known as a plastic material with excellent barrier properties. This material is used as a barrier layer in laminated films 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. Permeability rates apply to the present application, as are already used in deep-drawn plastic capsules for portion coffee.
  • the entire surface of the membrane is connected to the base of the capsule.
  • the openings can also bring about a better flow rate in such a case. This is particularly the case when the penetration means penetrate the bottom of the capsule in the area of the slots.
  • the opening is a slot which is closed in the unpressurized state and which can be expanded under the action of hydraulic, pneumatic or mechanical pressure.
  • the individual slot can be straight or curved, or it can also be crossed slots.
  • Advantageous embodiments of slit valves that open under the action of pressure are already known to the person skilled in the art from various fields of technology.
  • a particularly optimal effect is achieved if several openings, preferably at least three openings, are made in the floor. This is due to the fact that the relative position of the capsule to the penetration means is not always predictable in the beverage preparation machine. With at least three openings, however, the risk of an unfavorable relative position is considerably reduced.
  • the bottom particularly advantageously borders on the outer circumference of a stiffening zone which is formed by a plurality of indentations.
  • the base for the passage of the liquid through the chamber in a beverage preparation machine can thus be penetrated with a penetration agent without the capsule body bending.
  • a sufficient resistance on the capsule base is of particular importance in capsule bodies made of plastic material, since this material offers greater resistance to penetration than, for example, aluminum.
  • the indentations mentioned can have inner wall sections which lie on a common circumference, the diameter of the circumference corresponding approximately to the diameter of the membrane. In this way, the membrane is also centered by the inner wall sections, which has a positive effect on the manufacturing process.
  • the membrane consists of an aluminum-based film. This can also be a foil made of an aluminum alloy or a laminate with at least one aluminum layer.
  • the lid for closing the capsule body can also be made from the same film material.
  • Aluminum is known to have excellent properties with regard to the barrier effect against diffusion. For this reason, such films are often used for aroma-tight packaging in the food sector.
  • the capsule body is designed as a deep-drawn part.
  • multilayer plastic films can be processed, which are precisely aligned to the packaging and the use of the capsule.
  • the invention also relates to a method for producing a capsule body for a capsule, which has the features in claim 11. It has proven to be particularly advantageous if the openings in the base of the capsule are made in a separate operation after the capsule body has been produced. In this way, the openings can be positioned exactly, which is particularly important for the desired effect.
  • the membrane is then used, the surface configuration of which corresponds approximately to that of the base of the capsule. As already mentioned, the connection takes place along a connection zone following the circumference of the base.
  • the capsule body is manufactured in a deep-drawing process, the bottom preferably being designed as a flat surface.
  • the openings are easier on a flat surface attach as if it was arched.
  • the membrane can also be applied better on a flat floor surface.
  • the opening is formed without material removal by means of an incision in such a way that a slot which closes itself in the idle state is created.
  • the bottom is preferably pierced with a sharp blade.
  • the openings could also be punched out or burned out using laser beams, for example.
  • the membrane is advantageously connected to the floor by heat sealing, the membrane having a correspondingly sealable layer, e.g. can be equipped with a sealing wax.
  • a correspondingly sealable layer e.g. can be equipped with a sealing wax.
  • other connection methods are also conceivable, e.g. glue or weld or press a purely mechanical.
  • the invention also relates to a system comprising a capsule filled with a substance as described above and 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.
  • the arrangement of the opening or the openings in the base of the capsule is adapted to the device for penetrating the base in such a way that at least one penetration means hits at least one opening.
  • an excellent flow rate can be achieved in this way.
  • a capsule 1 known per se consists of an essentially 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 section 17 having the steepest truncated cone angle to the longitudinal central axis.
  • the bottom 4 runs essentially flat, but may have a slightly concave curvature 25 in the central area for manufacturing reasons.
  • Stiffening ribs 18 are arranged around the side wall 3 in a regular angular division.
  • a circumferential flange 19 serves, on the one hand, for sealing in the beverage preparation machine and, on the other hand, for fastening a lid 5.
  • openings 8 are arranged in the form of slots in the bottom, which penetrate the bottom completely, but are closed in the idle state due to the material elasticity.
  • four slots are arranged at an angle of 90 ° each.
  • FIGS 3 to 5 show an empty capsule body 2 in the state before filling with a substance and before closing the capsule opening with the lid 5 for reasons of better clarity Figure 3 can be seen, the capsule bottom is covered on the inside with a membrane 9.
  • the connecting zone 10, at which the membrane is firmly connected to the bottom, is indicated with an interrupted circular line. This connection zone follows the circumference of the floor and is circular in shape here.
  • each indentation is provided with an inner wall section 15 which in cross section runs approximately parallel to the longitudinal central axis of the capsule.
  • the inner wall sections 15 lie on a common circumferential circle which corresponds approximately to the outer diameter of the membrane 9.
  • Each indentation 14 also has over two side wall sections 16, the spacing of which widens slightly here towards the floor 4. In this way, particularly good stability is achieved against external force on the capsule base.
  • FIG 6 shows in a simplified representation the situation after the penetration of the capsule base 4 by a penetration means 12 in a beverage preparation machine.
  • the membrane 9 is firmly connected to the capsule base 4 at an annular connection zone 10.
  • This membrane consists of an aroma-tight film with barrier properties, for example made of aluminum.
  • the capsule body 2 made of plastic material also has such an aroma-tight barrier layer, which is not shown in the drawings.
  • the connecting zone 10 has an outer diameter d1, which at the same time corresponds approximately to the outer diameter of the membrane 9. However, the membrane 9 can also partially overlap the side wall 3 of the capsule.
  • the inner diameter d2 of the connection zone 10 includes a central area 11, at which the membrane 9 is not firmly connected to the capsule bottom 4.
  • the penetration means 12 penetrates the capsule base 4 and the membrane 9 inside or possibly also outside the central area 11. Hot brewing water flows through the opening 8, which can be a closed slot in the idle state, into the area between the capsule base 4 and the membrane 9 and from there through the opening in the membrane 9, which was created by the penetration means 12. At the same time, however, brewing water also penetrates through the opening in the bottom 4, which was also created by the penetration means 12. Before use in the beverage preparation machine, the chamber 6 formed by the capsule obviously remains hermetically sealed from the outside atmosphere.
  • the Figure 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 tool 20.
  • the manufacturing technology and the materials are known to the person skilled in the art.
  • a film with multiple layers based on polypropylene and polyethylene can be used.
  • the finished capsule body 2 is provided according to b with the aid of a piercing tool 21 with the openings on the bottom.
  • a membrane 9 is then provided according to c and placed on the inside of the capsule body at the bottom.
  • the membrane 9 is then firmly connected to the bottom of the capsule body 2 in the manner described above using a heat sealing tool 22.
  • the initially completely flat base of the capsule body can be given a slightly concave curvature against the inside by the sealing process.
  • the capsule body 2 is filled with a substance 7 at a filling station 23, for example with coffee powder.
  • the capsule body 2 is closed with a lid 5 with the aid of a closing tool 24.
  • work steps e and f can take place at a great distance from work step d.
  • the prepared capsule bodies 2 can, for example, be stacked after the working step 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 Figure 9 differs from that according to Figure 2 in that the four slots 8 serving as openings are arranged relatively far out almost in the region of the indentations 14. In such an arrangement, the openings are in the region of the connection zone, that is to say in the region in which the membrane 9 is firmly connected to the base 4 of the capsule. This is irrespective of whether the membrane is connected to the floor only at an annular connection zone or over the entire area.
  • FIG Figure 10 shows an embodiment in which the membrane 9 is connected to the bottom 4 over the entire surface.
  • the slot-shaped openings 8 here also extend far outside, as in FIG Figure 9 shown.
  • the penetration means 12 and 12 ' also penetrate the bottom 4 in the outer peripheral region of the bottom 4.
  • the penetration means 12 shown penetrates the bottom in an area in which no opening is arranged. At this point there is no increase in the flow rate.
  • 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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  • Packging For Living Organisms, Food Or Medicinal Products That Are Sensitive To Environmental Conditiond (AREA)

Description

  • 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 abfliessen kann. Eine derartige Kapsel ist beispielsweise in der WO 2012/080501 beschrieben.
  • Die WO 2013/076519 A1 beschreibt eine Kapsel aus Kunststoffmaterial für die Zubereitung eines Getränks mit einer Seitenwand, einem Boden und einem Deckel. Im Umfangsbereich des Bodens sind vertiefte Zonen angeordnet, welche den Boden und die Seitenwand miteinander verbinden.
  • Die WO 2012/144885 A1 beschreibt ebenfalls eine geschlossene Kapsel aus einem Kunststoffmaterial mit einem umlaufenden Kragen zur Befestigung des Deckels, auf dem ein Dichtungselement für die Abdichtung der Kapsel in einer Getränkezubereitungsmaschine angeordnet ist.
  • Die WO 2012/127233 A2 beschreibt eine Kapsel aus Kunststoffmaterial mit einer Seitenwand, einem Boden und einem Deckel, wobei im Boden der Kapsel eine Eintrittsöffnung für Flüssigkeit angeordnet ist. Diese Öffnung ist durch einen Einlassfilter verschlossen, der auf der Innenseite der Kapsel am Boden angeklebt ist.
  • Die US 2011/0033580 A1 zeigt ebenfalls eine Kapsel mit einer umlaufenden Wand, einem Boden und einem Deckel zur Bildung einer geschlossenen Kammer. Der Boden weist wenigstens eine Eintrittsöffnung auf, welche auf der Innenseite mit einem Eintrittsfilter abgedeckt ist.
  • Die DE 10 2004 056 224 A1 beschreibt eine aus Kunststoff gefertigte Kapsel, deren Kapselboden mit einer zentralen Öffnung versehen ist. Diese ist mit einem an der Innenseite aufgesiegelten Folienstück abgedeckt, das aus einer Aluminiumfolie besteht.
  • 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 ist dabei entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden Verbindungszone mit dem Boden verbunden. 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 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 besteht 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 als Tiefziehteil ausgebildet. Im Tiefziehverfahren können mehrschichtige Kunststofffolien verarbeitet werden, welche exakt auf das Verpackungsgut und auf die Verwendung der Kapsel ausgerichtet sind.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Kapselkörpers für eine Kapsel, welches die Merkmale im Anspruch 11 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.
  • Eine Optimierung des Herstellungsprozesses wird weiter dadurch erreicht, 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 A-A,
    Figur 5
    Einen Querschnitt durch den Kapselkörper gemäss Figur 3 in der Schnittebene B-B,
    Figur 6
    Ein vergrösserter Querschnitt durch einen Kapselboden mit eingesetzter Membran,
    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, und
    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 d1, 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 (16)

  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, und wobei auf der Innenseite des Bodens (4) eine Membran (9) zur Abdichtung der geschlossenen Kammer gegenüber der Öffnung (8) angeordnet ist, welche fest mit dem Boden (4) verbunden ist und welche aus einer auf Aluminium basierender Folie besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapselkörper ein Tiefziehteil ist und dass der Kapselkörper (2) und der Deckel (5) bezüglich Permeabilität von Sauerstoff und Aromastoffen Barriereeigenschaften aufweisen und dass die Membran (9) ebenfalls Barriereeigenschaften aufweist, und dass die Membran entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden Verbindungszone (10) mit dem Boden verbunden ist, wobei die Öffnung (8) ein im drucklosen Zustand geschlossener Schlitz ist, der unter hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Druckeinwirkung aufweitbar ist.
  2. Kapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungszone (10) 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 ausgebildet ist und dass die Verbindungszone (10) kreisringförmig verläuft.
  5. Kapsel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungszone einen Aussendurchmesser zwischen 14 und 17mm und einen Innendurchmesser zwischen 8 und 11mm aufweist.
  6. Kapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran auf ihrer gesamten Fläche mit dem Boden (4) verbunden ist.
  7. Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) mittels einer Heissversiegelung mit dem Boden verbunden 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 Durchmesser des Kreisumfangs etwa dem Durchmesser der Membran (9) entspricht.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Kapselkörpers (2) für eine Kapsel (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    - Bereitstellen eines in einem Tiefziehverfahren hergestellten 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) entlang einer dem Umfang des Bodens folgenden Verbindungszone (10) wobei die Öffnung (8) ohne Materialabtrag durch einen Einschnitt derart gebildet wird, dass ein im Ruhezustand selbst schliessender Schlitz entsteht.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden als ebene Fläche ausgebildet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) ausgestanzt oder mittels Laserstrahlen ausgebrannt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Membran (9) mit dem Boden (4) durch Heissversiegelung erfolgt.
  15. System umfassend eine mit einer Substanz gefüllte Kapsel (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10 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.
  16. System nach Anspruch 15, 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.
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