EP3166870B1

EP3166870B1 - Kapsel umfassend einen vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten kapselkörper

Info

Publication number: EP3166870B1
Application number: EP15728517.2A
Authority: EP
Inventors: Raphael Gugerli
Original assignee: Delica AG
Current assignee: Delica AG
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: EP3166870A1; PL3166870T3; WO2016005141A1; CH709861A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kapsel umfassend einen vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Kapselkörper gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Kapseln finden heute insbesondere für die Zubereitung von Kaffee oder Kaffeemischgetränken verbreitet Anwendung. Kapseln dieser Art können auch für die Herstellung von Milchschaum oder Fruchtgetränken aus Konzentrat eingesetzt werden.
Die Kapsel bildet eine Portionsverpackung, welche den Inhalt lagerstabil und aromadicht aufnehmen muss. Bei zahlreichen gattungsmässig vergleichbaren Kapseln erfolgt das Öffnen der Kapsel und das Einspritzen einer Flüssigkeit auf der Eintrittsseite durch Penetration des Deckels beim Einschliessen der Kapsel in eine Getränkezubereitungsmaschine. Auf der Austrittsseite ist die Austrittsöffnung durch eine Sperrmembran abgedichtet, welche erst unter der Einwirkung des sich aufbauenden Innendrucks aufreisst und dabei die aufbereitete Flüssigkeit frei gibt. Durch die Ausgestaltung der Sperrmembran lässt sich der Druckaufbau steuern, womit der Aufbereitungsprozess gezielt beeinflusst werden kann. Gemäss der WO 2014/033341 A1 ist über einem Auslaufstutzen eine Berstfolie befestigt, welche mit Sollbruchlinien versehen ist. Diese begünstigen ein gezieltes aufreissen.
Gemäss der EP 1 472 156 B1 ist eine Folie derart über darunter angeordneten Penetrationselementen gespannt, dass die Folie beim Druckaufbau sich durchbiegt und penetriert wird.
Die US 2008/0026121 A1 beschreibt eine Kapsel für die Zubereitung eines Kaffeegetränks. Die Auslauföffnung am Boden wird durch ein elastisches Septum verschlossen, das mit einer Sollbruchstelle versehen ist. Das Septum wird unterhalb des Kapselbodens durch einen Sicherheitsdeckel fixiert.
Bei der Kapsel gemäss US 2011/0005399 A1 ist über dem Boden eine Sperrmembran angeordnet, welche auf Penetrationsmitteln aufliegt und welche beim Aufbau eines Innendrucks in der Kapsel penetriert wird. Ähnliche Kapselkonstruktionen sind in der EP 2 136 437 A1 , EP 1 500 358 A1 und EP 2 444 339 A1 beschrieben.
Ein Nachteil der bekannten Kapseln besteht darin, dass sich das Reissverhalten der Sperrmembran nur schwer kontrollieren lässt und dass dabei die Gefahr besteht, dass Teile der aufgerissenen Membran das Strömungsverhalten negativ beeinflussen bzw. den Querschnitt der Austrittsöffnung reduzieren. Kapseln mit eingebauten Penetrationsmitteln zum Penetrieren der Sperrmembran sind aufwendig in der Herstellung und Lösen das Problem der kontrollierten Freigabe der Flüssigkeit trotzdem nicht. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kapsel der eingangs genannten Art zu schaffen, welche fertigungstechnisch leicht herzustellen ist und bei welcher das Reissverhalten der Sperrmembran besser kontrollierbar und für jede Kapsel reproduzierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Kapsel gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Die Kapsel umfasst dabei einen vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Kapselkörper, der für bestimmte Anwendungsfälle aber auch andere Formen aufweisen könnte. Der Kapselkörper verfügt über eine Seitenwand und er ist einstückig mit einem Boden ausgebildet und durch einen Deckel geschlossen. Der Kapselkörper kann dabei aus Kunststoffmaterial durch Tiefziehen oder Spritzgiessen hergestellt sein. Denkbar wäre aber auch ein Kapselkörper beispielsweise aus Aluminium. Ebenso kann der Deckel durch eine Folie aus Kunststoffmaterial oder Metall gebildet werden. Der Kapselkörper bildet eine Kammer, welche eine Substanz für die Zubereitung eines flüssigen Lebensmittels enthält. Unter dem Begriff Lebensmittel sind hier alle Substanzen zu verstehen, welche der Ernährung oder dem Genuss dienen, insbesondere Kaffee, Tee, Milch, Mischgetränke, Fruchtkonzentrate usw. Die Substanz kann dabei entweder extrahiert oder gelöst werden. Für die Durchleitung einer Flüssigkeit durch die Kammer bildet der Deckel eine Eintrittsseite und der Boden eine Austrittsseite mit wenigstens einer Austrittsöffnung. Zur Abdichtung der Kammer gegenüber der Aussenatmosphäre ist über der Austrittsöffnung eine unter einem Innendruck in der Kammer aufreissbare Sperrmembran angeordnet. Diese ist an ihrem Aussenumfang direkt oder indirekt mit dem Kapselkörper verbunden. Die Sperrmembran ist auf der der Austrittsöffnung zugewandten Seite zusätzlich mit wenigstens einem Stützelement verbunden. Dieses Stützelement ist in einem zentralen Bereich der Sperrmembran angeordnet.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch die zusätzliche Abstützung und feste Verbindung der Sperrmembran das Reissverhalten besser kontrolliert werden kann. Insbesondere kann dadurch ein Reissen der Sperrmembran im Bereich des Stützelements bewirkt werden, so dass die losen Teile der Sperrmembran nach dem Reissen am Aussenumfang befestigt bleiben.
Das wenigstens eine Stützelement kann verschiedene Konfiguration aufweisen. Vorzugsweise verfügt es über eine Umfangsfläche und eine mit der Sperrmembran verbundene Verbindungsfläche, welche Flächen im Querschnitt gemeinsam eine Kante bilden. Ersichtlicherweise muss die Verbindungsfläche genügend gross sein, damit eine feste Verbindung beispielsweise durch Kleben oder Schweissen mit der Sperrmembran gewährleistet ist. Die Kante bewirkt beim Niederpressen der Sperrmembran unter der Druckeinwirkung einen hohen Anstieg der Reissspannung, so dass das Aufreissen in diesem Bereich erfolgt. Die Umfangsfläche und die Verbindungsfläche können im Querschnitt einen Winkel von 45° bis 135° einschliessen. Aus fabrikationstechnischen Gründen ist ein Winkel von 90° oder wenig mehr vorteilhaft.
Das Stützelement kann dabei als prismatischer Körper oder Hohlkörper oder auch als Zylinder oder Hohlzylinder ausgebildet sein. Andere Konfiguration wie z.B. kegelstumpf oder pyramidenstumpf sind selbstverständlich denkbar.
Eine weitere Erhöhung der Reissspannung im Bereich der Kante kann erreicht werden, wenn das Stützelement die Ebene des Aussenumfangs der Sperrmembran überragt. Durch diese Massnahme kann auch ein faltenfreies Aufspannen der Sperrmembran bewirkt werden.
Die Sperrmembran kann eine Folie aus Kunststoff, Metall, Papier oder aus einem Laminat bestehend aus verschiedenen Werkstoffen sein. Je nach Inhalt der Kapsel und nach dem gewünschten Reissverhalten wird der Fachmann das geeignete Material auswählen.
Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn eine oder mehrere Austrittsöffnungen im Stützkörper oder um den Stützkörper herum angeordnet sind. Die am Aussenumfang verbleibenden Teile der Sperrmembran nach dem Aufreissen leiten auf diese Weise die Flüssigkeit gegen die Austrittsöffnungen und können diese nicht verschliessen oder einschränken. Das Stützelement ist dabei vorzugsweise einstückig in einen Auslaufstutzen am Boden des Kapselkörpers integriert. Über diesen Auslaufstutzen kann die austretende Flüssigkeit direkt in ein Gefäss geleitet werden. Auslauföffnungen und/oder Auslaufstutzen können dabei derart konfiguriert sein, dass eine turbulente Strömung zum Aufschäumen der Flüssigkeit bewirkt wird. Zu diesem Zweck können beispielsweise unter der Sperrmembran gegen die Austrittsöffnung gerichtete Strömungselemente angeordnet sein, mit denen eine drallartige Strömung erzielbar ist.
Über der Sperrmembran und im Abstand zu dieser kann eine Filterplatte im Kapselkörper angeordnet sein. Diese verhindert, dass die Substanz aus der Kapsel herausgeschwemmt wird, was ersichtlicherweise bei einem Extraktionsprozess zwingend erforderlich ist. Der Begriff Filterplatte umfasst dabei jedes geeignete Rückhaltemittel wie z.B. eine Siebplatte oder Lochplatte oder auch ein Filterelement aus einem Vliesmaterial.
In bestimmten Fällen ist es denkbar, dass die Sperrmembran auch noch mit Sollreisslinien versehen ist, welche derart angeordnet sind, dass das Aufreissen um den Stützkörper herum erfolgt.
Die Sperrmembran kann an ihrem Aussenumfang auf einem hohlzylindrischen Ring am Boden des Kapselkörpers befestigt sein. Es ist aber auch denkbar, den Kapselboden im Querschnitt stufenförmig auszubilden, um eine Ringfläche zum Befestigen der Sperrmembran zu bilden.
Die Erfindung betrifft auch einen Kapselkörper für eine vorstehend beschriebene Kapsel. Der Kapselkörper kann dabei mit eingesetzter Sperrmembran und mit allfälligen weiteren Einbauteilen wie z. B. Siebboden derart fertiggestellt sein, dass er nur noch mit der Substanz gefüllt und mit dem Deckel verschlossen werden muss.
Ausserdem betrifft die Erfindung ein System umfassend eine vorstehend beschriebene Kapsel und eine Getränkezubereitungsmaschine mit einer Halterung zur Aufnahme der Kapsel und mit Mitteln zum Durchleiten einer Flüssigkeit durch die Kapsel, wobei wenigstens ein Penetrationselement zum Penetrieren des Deckels der Kapsel an der Halterung angeordnet ist. Unter dem Begriff Halterung ist dabei insbesondere auch eine Brühkammer zu verstehen, die sich aus mehreren Teilen zusammensetzen kann.
Weitere Vorteile und Einzelmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1: Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Kapsel in stark schematischer Darstellungsweise,
Figur 2: Die Kapsel gemäss Figur 1 nach dem Aufreissen der Sperrmembran,
Figur 3: Einen Querschnitt in perspektivischer Darstellung durch einen Kapselkörper mit eingesetzter Sperrmembran,
Figur 4: Den Kapselkörper gemäss Figur 3, jedoch ohne Sperrmembran,
Figur 5: Einen schematischen Querschnitt durch eine alternative Befestigung einer Sperrmembran in stark vergrösserter Darstellung,
Figur 6: Eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung durch eine Ausführungsvariante mit mehreren Stützelementen,
Figur 7: Ein als prismatischer Hohlkörper ausgebildetes Stützelement,
Figur 8: Ein als Hohlzylinder ausgebildetes Stützelement,
Figur 9: Ein als Zylinder ausgebildetes Stützelement

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, besteht eine generell mit 1 bezeichnete Kapsel aus einem becherartigen Kapselkörper 2 mit einer Seitenwand 3 und mit einem Boden 4. Der Kapselkörper ist an einem umlaufenden Flansch am oberen Ende der Seitenwand 3 mit einem Deckel 5 verschlossen. Auf diese Weise wird eine Kammer 6 gebildet, welche eine beispielsweise extrahierbare oder lösbare Substanz 7 enthält. Die Substanz ruht auf einer Filterplatte 15, welche über dem Boden 4 angeordnet ist. Selbstverständlich könnten anstelle dieser Filterplatte alternativ ausgebildete Einsätze in die Kammer 6 eingesetzt sein. Insbesondere wäre es denkbar, die Kammer 6 in verschiedene Einzelkammern zur Aufnahme unterschiedlicher Substanzen zu unterteilen.
In den Boden 4 ist ein Auslaufstutzen 17 integriert, auf dessen innerhalb der Kammer 6 liegenden Seite Austrittsöffnungen 8 angeordnet sind. Dieser Auslaufstutzen bildet gleichzeitig ein Stützelement 11 für eine Sperrmembran 9, welche an ihrem Aussenumfang 10 fest mit dem Kapselboden verbunden ist. Die Sperrmembran ist auch mit dem Stützelement fest verbunden. Das Stützelement bildet dabei eine umlaufende Kante 14.
Figur 2 zeigt den Zustand der Kapsel 1 gemäss Figur 1 in einer Getränkezubereitungsvorrichtung nach der Penetration des Deckels 5 durch ein Penetrationsmittel 18. Mit dem Pfeil a ist dabei die Strömungsrichtung einer Flüssigkeit angedeutet, welche unter hohem Druck auf der Eintrittsseite am penetrierten Deckel 5 eintritt und gegen die Austrittsöffnung 8 strömt. Unter dem hohen Innendruck ist die Sperrmembran 9 im Bereich der Kante 14 gerissen, so dass die Austrittsöffnungen 8 freigelegt werden. Die nach wie vor mit dem Aussenumfang 10 verbundenen Fragmente der aufgerissenen Sperrmembran neigen sich trichterartig nach unten und können damit die Austrittsöffnungen 8 nicht versperren.
Die Kapsel gemäss den Figuren 3 und 4 weist einen ähnlichen Kapselkörper 2 auf, wie die vorstehend beschriebene Kapsel. Am Boden 4 der Kapsel ist ein hohlzylindrischer Ring 20 angeordnet, an dem die Sperrmembran 9 an ihrem Aussenumfang 10 befestigt ist. Das Stützelement 11 im Zentrum des Rings 20 hat hier im horizontalen Querschnitt eine etwa sternförmige Konfiguration. Die äusseren Spitzen an den Kanten dieses Sterns begünstigen ebenfalls das Reissverhalten. Die Austrittsöffnung 8 ist um das Stützelement 11 herum angeordnet, wobei das Stützelement durch radial abstehende Stützflügel in der Öffnung gehalten wird. Gegen die Aussenseite der Kapsel mündet die Öffnung in einen Auslaufstutzen 17.
In Figur 4 ist die Sperrmembran aus Gründen der besseren Darstellbarkeit entfernt und gibt damit den Blick frei auf die Ausgestaltung des Kapselbodens innerhalb des umlaufenden Rings 20. Wie dargestellt, sind hier Strömungselemente 19 angeordnet, welche durch schräg gestellte Segmente gebildet werden. Diese haben eine turbinenschaufelartige Konfiguration und leiten die Strömung gegen das Zentrum, wobei sie dieser einen Drall vermitteln. Damit ist eine turbulente Strömung im Bereich des Auslaufstutzens 17 gewährleistet, was insbesondere zur Schaumbildung gewünscht ist.
In Figur 5 ist schematisch die Befestigung einer Sperrmembran 9 dargestellt, wobei das Stützelement 11 mit seiner oberen Fläche über die Ebene des Aussenumfangs 10 hinausragt. Auf diese Weise wird die Sperrmembran 9 ersichtlicherweise über die Kante 14 des Stützelements straff gespannt, was das Reissverhalten an dieser Stelle begünstigt.
Gemäss Figur 6 sind schematisch drei separate Stützelemente 11a, 11b, 11c dargestellt, welche etwa gleichmässig um die Austrittsöffnung 8 gruppiert sind. Jedes dieser Stützelemente ist fest mit der Sperrmembran verbunden. Ersichtlicherweise kann die Lage der Stützelemente beliebig verändert werden, um auf diese Weise das Reissverhalten zu beeinflussen.
Gemäss Figur 7 besteht das Stützelement 11 aus einem prismatischen Hohlkörper mit seitlichen Austrittsöffnungen 8. Das Stützelement weist eine Umfangsfläche 12 und eine stirnseitige Verbindungsfläche 13 auf, wobei diese Flächen im Querschnitt die umlaufende Kante 14 bilden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 8 ist das Stützelement ein hohlzylindrischer Körper mit einer zylindrischen Umfangsfläche 12 und einer kreisringförmigen Verbindungsfläche 13.
Gemäss Figur 9 ist das Stützelement als zylindrischer Körper ausgebildet, womit ersichtlicherweise die Verbindungsfläche 13 gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 8 vergrössert werden kann. Auf die gleiche Weise könnte auch der prismatische Hohlkörper gemäss Figur 7 als massiver Körper ausgebildet sein. Ausserdem ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Kontaktfläche plan verläuft. Auch eine Krümmung wäre grundsätzlich denkbar, insbesondere, um eine spitzwinklige Kante 14 zu erzielen.

Claims

Kapsel (1) umfassend einen vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Kapselkörper (2) mit einer Seitenwand (3) und mit einem einstückig mit dieser ausgebildeten Boden (4), sowie einen den Kapselkörper abdeckenden Deckel (5) zur Bildung wenigstens einer Kammer (6), welche eine Substanz (7) für die Zubereitung eines flüssigen Lebensmittels enthält, wobei für die Durchleitung einer Flüssigkeit durch die Kammer der Deckel eine Eintrittsseite und der Boden eine Austrittsseite mit wenigstens einer Auslauföffnung (8) bildet und wobei über der Auslauföffnung eine unter einem Innendruck in der Kammer aufreissbare Sperrmembran (9) angeordnet ist, welche an ihrem Aussenumfang (10) mit dem Kapselkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmembran (9) in einem zentralen Bereich auf der der Austrittsöffnung (8) zugewandten Seite durch Kleben oder Schweissen mit wenigstens einem Stützelement (11) fest verbunden ist.
Kapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement eine Umfangsfläche (12) und eine mit der Sperrmembran (9) verbundene Verbindungsfläche (13) aufweist, welche Flächen im Querschnitt eine Kante (14) bilden.
Kapsel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (12) und die Verbindungsfläche (13) im Querschnitt einen Winkel von 45° bis 135°, vorzugsweise von 90° einschliessen.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement als prismatischer Körper oder Hohlkörper ausgebildet ist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement als Zylinder oder Hohlzylinder ausgebildet ist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement die Ebene des Aussenumfangs der Sperrmembran überragt.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmembran (9) eine Folie aus Kunststoff, Metall, Papier oder aus einem Laminat ist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Austrittsöffnungen (8) im Stützelement oder um das Stützelement herum angeordnet sind.
Kapsel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement vorzugsweise einstückig in einen Auslaufstutzen (17) am Boden des Kapselkörpers integriert ist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Sperrmembran (9) gegen die Austrittsöffnung (8) gerichtete Strömungselemente (19) angeordnet sind, mit denen eine drallartige Strömung erzielbar ist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über der Sperrmembran (9) und im Abstand zu dieser eine Filterplatte (15) im Kapselkörper angeordnet ist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmembran (9) mit Sollreisslinien versehen ist, welche derart angeordnet sind, dass das Aufreissen um den Stützkörper herum erfolgt.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmembran (9) an ihrem Aussenumfang (10) auf einem hohlzylindrischen Ring (20) am Boden des Kapselkörpers befestigt ist.
Kapselkörper für eine Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
System umfassend eine Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und eine Getränkezubereitungsmaschine mit einer Halterung zur Aufnahme der Kapsel und mit Mitteln zum Durchleiten einer Flüssigkeit durch die Kapsel, wobei wenigstens ein Penetrationselement zum Penetrieren des Deckels (5) der Kapsel an der Halterung angeordnet ist.