EP3348495A1 - Capsule body for a capsule - Google Patents

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EP3348495A1
EP3348495A1 EP17151773.3A EP17151773A EP3348495A1 EP 3348495 A1 EP3348495 A1 EP 3348495A1 EP 17151773 A EP17151773 A EP 17151773A EP 3348495 A1 EP3348495 A1 EP 3348495A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
capsule body
capsule
lid
barrier layer
beverage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17151773.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Affolter
Tim Thilla
Fabian Zeller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delica AG
Original Assignee
Delica AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Delica AG filed Critical Delica AG
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Publication of EP3348495A1 publication Critical patent/EP3348495A1/en
Pending legal-status Critical Current

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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 present invention relates to a capsule body for a capsule, a method for producing a capsule and a capsule according to the preambles of the independent claims.
  • capsules are often used for the production of different hot drinks, especially coffee or tea, in home use.
  • capsules which are designed as disposable products, comprise a capsule body for holding the beverage ingredients and a lid covering the capsule body.
  • the ingredients are mostly roasted and ground coffee beans, but sometimes also dried tea leaves.
  • soluble products in general or concentrates are also suitable.
  • pressurized water is passed through the capsule, resulting in extraction or dissolution of the material contained in the chamber.
  • capsules for making coffee drinks that are essentially made of aluminum have been available for some time now. Although good results can be achieved with these capsules, they are subject to increasing criticism due to the poor recyclability of aluminum. Accordingly, recent developments are increasingly targeting capsules made of plastic materials.
  • the technical approaches to capsule production are on the one hand the thermoforming process and on the other injection molding.
  • One of the major problems in making such a capsule from a plastic material is achieving a high barrier performance of the capsule body known from aluminum capsules.
  • capsule bodies produced by thermoforming in particular laminate structures are used as the starting material.
  • Such capsules have good oxygen and aroma resistance.
  • the capsule body can perform a thermal recycling.
  • such capsule bodies due to the variety of different polymers from which the laminate structure is formed, no actual recycling of the plastic material accessible.
  • the EP 2 518 102 A1 therefore proposes an apparatus and a method for the production of coated packaging moldings in which they are masked with a masking body before the actual coating. As a result, the coating of sealing areas of the packaging moldings can be prevented. However, the masking can not be reliably achieved, which may nevertheless result in at least partial coating of the sealing areas.
  • the capsule body should be easy to seal.
  • the surface is modified to increase its penetration barrier effect.
  • the energy directing device is designed such that it melts on attachment of the lid in such a way that the lid comes into contact with substantially unmodified thermoplastic material.
  • the present invention is based on the finding that the energy director in the production of such a capsule must be sufficiently large, so that the lid comes in contact with sufficient unmodified plastic material during ultrasonic sealing. As a result, good adhesion of the lid to the capsule body can be ensured.
  • a modification of the surface of the capsule body to increase its penetration barrier effect is understood to mean any superficial change in the chemical and / or physical material properties of the capsule body, in particular also a coating, which leads to an increase in its penetration barrier action.
  • the energy director may have a height of 0.2 mm to 1.2 mm, preferably 0.4 mm to 1.0 mm, preferably 0.6 mm to 0.8 mm and a width of 0.5 mm to 1.5 mm, preferably 0.8 mm to 1.4 mm, preferably 1.0 mm to 1.3 mm. This dimensioning of the energy directors has been proven in capsules for beverage preparation, especially of single or double portions of coffee drinks.
  • the capsule body can be coated to increase its penetration barrier effect with a barrier layer of a coating material.
  • the coating material may be a metal oxide.
  • the term metal oxide in the present context not only oxides of metals understood, but also oxides of the semi-metal silicon.
  • the coating material may be silicon oxide or an aluminum oxide. These two materials show good barrier properties, especially with regard to the oxygen and / or aroma resistance.
  • barrier layers are largely insensitive to heat and moisture, which also sterilization and pasteurisationstaugliche capsules can be produced.
  • the barrier layer can be applied to the capsule body by a plasma coating process, preferably by a PEVCD process.
  • a plasma coating process preferably by a PEVCD process.
  • PEVCD Pulsma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • HMDSO hexamethyldisiloxane
  • TEOS tetraethoxysilane
  • the capsule body can be pretreated with an oxygen plasma.
  • an oxygen plasma Particularly preferably, such a plasma pretreatment with HMDSO and / or TEOS and dioxygen (O 2 ) take place.
  • a pretreatment with oxygen plasma leads to a chemical modification of the polymer carriers in the region of the surface of the plastic material.
  • the barrier layer adheres to this much better. However, it is therefore less fluent and in particular less sealable.
  • a masking of the end face of the capsule body in the plasma pretreatment to avoid chemical modification in this area has not yet been achieved effectively. The present invention can circumvent this problem.
  • the barrier layer may have a thickness of 10 nm to 1 ⁇ m, preferably from 20 nm to 500 nm, preferably from 40 nm to 200 nm.
  • Such low layer thicknesses have the advantage that only a small amount of metal oxide has to be used to coat the capsule body. This results in the advantage already explained above that a capsule coated with such a thin barrier layer can possibly be regarded as consisting of a monomaterial.
  • such thin barrier layers are substantially transparent. This capsule body of any color can be coated without the color impression of the capsule body would be affected. The production of transparent capsule body is possible.
  • the capsule body may be formed oxygen and / or aroma-tight.
  • an oxygen-tight embodiment penetration of oxygen into the capsule during storage of a starting substance contained therein can be substantially avoided. Accordingly, aging of the starting substance, for example coffee grounds, can be avoided by oxidation.
  • An oxygen-tight capsule is usually also aroma-tight. Accordingly, leakage of flavors contained in the starting substance during storage thereof within the capsule is substantially prevented.
  • Oxygen and / or aroma resistance are required to achieve a minimum shelf life of 12 months, preferably 18 months, especially for coffee.
  • an oxygen-tight and / or aroma-tight capsule is understood as meaning a capsule in which coffee powder can be stored at atmospheric temperature for at least 12 months, preferably at least 18 months, without the coffee powder changing which significantly compromises the quality of a coffee beverage produced therefrom.
  • the capsule body may have a surface-adjusted oxygen transmission rate (OTR) in the unit cm 3 per m 2 per day per 0.21 bar of less than 20, preferably less than 10, preferably less than 5.
  • OTR indicates the amount of oxygen diffused per unit area and time through the capsule body.
  • the capsule body may consist of a thermoplastic material, in particular of polypropylene.
  • a capsule body of such material is more environmentally friendly than, for example, one of aluminum. So can a capsule body off be supplied to a plastic material for thermal recycling.
  • a barrier layer of a metal oxide has the advantage that it can be made comparatively thin, as will be explained in more detail below. This makes it possible to provide a capsule with a capsule body which is essentially made of a single plastic material (a so-called mono material). This has the advantage over multilayer capsule bodies that a capsule according to the invention can be recycled more easily in a more environmentally friendly manner.
  • Polypropylene has proven itself in beverage packages, especially for portion packaging of hot drinks. It can be perfectly processed by injection molding, coated with a metal oxide and sealed. In addition, it is easy to recycle.
  • the capsule body may be made by an injection molding or a deep drawing process.
  • an injection molding process has the advantage that capsule bodies of virtually any geometry can thus be produced inexpensively in large quantities.
  • injection-molded parts consist of a mono-material that can be easily and inexpensively recycled in an environmentally friendly way. Due to the barrier layer of a metal oxide, the capsule body consisting of a monomaterial nevertheless has a high oxygen and / or aroma resistance.
  • the energy directing device is designed such that it melts on attachment of the lid in such a way that the lid comes into contact with substantially unmodified thermoplastic material.
  • the present invention further relates to a capsule for the preparation of a beverage, which can be prepared by the method described above.
  • FIG. 1 shows an example of a capsule body 2 according to the invention for a capsule 1 for the preparation of a beverage.
  • the capsule body 2 is after filling the capsule 1 with a lid 4 (see FIG. 3 and 4 ) locked.
  • an outlet nozzle 7 is arranged on the opposite side of the lid of the capsule 1.
  • the capsule body 2 has a chamber 8 in which a starting substance for the preparation of a beverage can be stored. Between the chamber 8 and the outlet nozzle 7, a filter element 9 is arranged, which prevents leakage of undissolved substance particles from the capsule 1. Subsequent to the filter element 9 is followed by a collecting space 10, which collects the prepared beverage in an area above the outlet nozzle 7.
  • a barrier layer 3 On the surface of the capsule body 2 is a barrier layer 3 (see. Fig.
  • FIG. 2 give more details on the edge region of the capsule body, which is designed as a circumferential flange 5.
  • the flange has an energy director 6 having a height h and a width b.
  • FIGS. 3 and 4 the sealing of a lid 4 to the flange 5 is shown by ultrasonic sealing.
  • FIG. 3 the capsule body 2 and the lid 4 are shown before sealing.
  • FIG. 4 shows the corresponding part of Figure 9 portion of a capsule 1, which is closed with a cover It can be seen that the energy directing device 6 was melted by sealing the cover 4 with a sealing tool comprising a sonotrode 11 (symbolically indicated here) and its material was displaced on both sides. The energy director 6 has lost in height. Further, thermoplastic resin material which is free of coating material has been exposed. This ensures a reliable connection between the capsule body 2 and the lid 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatus For Making Beverages (AREA)
  • Packages (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Kapselkörper (2) für eine Kapsel (1), insbesondere zur Zubereitung eines Getränkes. Die Oberfläche des Kapselkörpers ist zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung modifiziert. Der Kapselkörper (2) weist zum Anbringen eines diesen abdeckenden Deckels (4) durch Ultraschallschweissen eine Stirnfläche, insbesondere in Form eines umlaufenden Flansches (5), mit einem Energierichtungsgeber (6) aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial auf. Der Energierichtungsgeber (6) ist derart ausgebildet ist, dass dieser beim Anbringen des Deckels (4) derart aufschmilzt, dass der Deckel (4) mit im Wesentlichen unmodifiziertem thermoplastischem Kunststoffmaterial in Kontakt kommt.

Figure imgaf001
Figure imgaf002
Proposed is a capsule body (2) for a capsule (1), in particular for the preparation of a beverage. The surface of the capsule body is modified to increase its Durchtrittssperrwirkung. The capsule body (2) has an end face, in particular in the form of a circumferential flange (5), for attaching a lid (4) covering it by ultrasonic welding, with an energy directing device (6) made of a thermoplastic material. The energy directing device (6) is designed in such a way that, when the cover (4) is attached, it melts in such a way that the cover (4) comes into contact with essentially unmodified thermoplastic material.
Figure imgaf001
Figure imgaf002

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kapselkörper für eine Kapsel, ein Verfahren zum Herstellen einer Kapsel sowie eine Kapsel gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The present invention relates to a capsule body for a capsule, a method for producing a capsule and a capsule according to the preambles of the independent claims.

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Portionsverpackungen und Systemen zur Zubereitung von Getränken bekannt. Insbesondere Kapseln werden häufig zur Herstellung von unterschiedlichen Heissgetränken, allen voran Kaffee oder Tee, im Heimgebrauch eingesetzt. Üblicherweise umfassen solche Kapseln, die als Einwegprodukte konzipiert sind, einen Kapselkörper zur Aufnahme der Getränkezutaten sowie einen den Kapselkörper abdeckenden Deckel. Bei den Zutaten handelt es sich meist um geröstete und gemahlene Kaffeebohnen, teilweise aber auch um getrocknete Teeblätter. Allerdings kommen auch lösliche Produkte im Allgemeinen oder Konzentrate in Frage. Bei der eigentlichen Zubereitung wird unter Druck stehendes Wasser durch die Kapsel geleitet, wodurch es zu einer Extraktion bzw. zu einem Auflösen des in der Kammer enthaltenen Materials kommt.The prior art discloses a multiplicity of different portion packs and systems for preparing drinks. In particular, capsules are often used for the production of different hot drinks, especially coffee or tea, in home use. Usually, such capsules, which are designed as disposable products, comprise a capsule body for holding the beverage ingredients and a lid covering the capsule body. The ingredients are mostly roasted and ground coffee beans, but sometimes also dried tea leaves. However, soluble products in general or concentrates are also suitable. In the actual preparation, pressurized water is passed through the capsule, resulting in extraction or dissolution of the material contained in the chamber.

So sind schon seit einiger Zeit Kapseln zur Herstellung von Kaffeegetränken erhältlich, die im Wesentlichen aus Aluminium gefertigt sind. Obwohl sich mit diesen Kapseln gute Resultate erzielen lassen, sind sie aufgrund der schlechten Wiederverwertbarkeit von Aluminium einer zunehmend grösseren Kritik ausgesetzt. Entsprechend zielen jüngere Entwicklungen mehr und mehr auf Kapseln aus Kunststoffmaterialien ab. Die technischen Ansätze der Kapselherstellung sind zum einen das Thermoformverfahren und zum anderen der Spritzguss. Eines der wesentlichen Probleme bei der Herstellung einer derartigen Kapsel aus einem Kunststoffmaterial liegt im Erzielen einer hohen Barriereleistung des Kapselkörpers, wie man sie von Aluminiumkapseln kennt.For example, capsules for making coffee drinks that are essentially made of aluminum have been available for some time now. Although good results can be achieved with these capsules, they are subject to increasing criticism due to the poor recyclability of aluminum. Accordingly, recent developments are increasingly targeting capsules made of plastic materials. The technical approaches to capsule production are on the one hand the thermoforming process and on the other injection molding. One of the major problems in making such a capsule from a plastic material is achieving a high barrier performance of the capsule body known from aluminum capsules.

Bei durch Thermoformverfahren hergestellten Kapselkörpern werden hierzu insbesondere Laminatstrukturen als Ausgangsmaterial eingesetzt. Derartige Kapseln weisen eine gute Sauerstoff- und Aromadichtigkeit auf. Darüber hinaus lassen sich die Kapselkörper einer thermischen Weiterverwertung zuführen. Jedoch sind derartige Kapselkörper, aufgrund der Vielzahl von verschiedenen Polymerem aus denen die Laminatstruktur gebildet ist, keiner eigentlichen Wiederverwertung des Kunststoffmaterials zugänglich.In the case of capsule bodies produced by thermoforming, in particular laminate structures are used as the starting material. Such capsules have good oxygen and aroma resistance. In addition, the capsule body can perform a thermal recycling. However, such capsule bodies, due to the variety of different polymers from which the laminate structure is formed, no actual recycling of the plastic material accessible.

In jüngerer Zeit wurden erfolgreich Spritzgussteile hergestellt, bei denen eine hohe Barriereleistung durch eine auf die Oberfläche aufgebrachte Barriereschicht erzielt wird. Insbesondere mit durch ein Plasmabeschichtungsverfahren angerachten Beschichtungen aus Siliziumoxid wurden gute Resultate in Bezug auf Sauerstoff- und Aromadichtigkeit erzielt. Da aufgrund der hohen Barriereleistung nur eine sehr dünne Schicht auf den Kapselkörper aufgetragen werden muss, gelten derartige Kapseln als aus einem Monomaterial bestehend und können damit ohne Einschränkungen in den werkstofflichen Recyclingkreislauf des Kunststoffs eingebracht werden.In recent years, injection molded parts have been successfully produced in which a high barrier performance is achieved by a barrier layer applied to the surface. In particular, with coatings of silicon oxide deposited by a plasma coating process, good results have been achieved with respect to oxygen and aroma resistance. Since only a very thin layer on the capsule body must be applied due to the high barrier performance, such capsules are considered to consist of a monomaterial and can thus be introduced without restrictions in the material recycling circuit of the plastic.

Ein Problem bei derartigen Kapseln besteht allerdings darin, dass die Beschichtung aus Siliziumoxid ein Anhaften eines am Kapselkörper anzubringenden Deckels erschwert. Die EP 2 518 102 A1 schlägt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Verpackungsformteilen vor, bei denen diese vor dem eigentlichen Beschichten mit einem Maskierkörper maskiert werden. Dadurch kann das Beschichten von Siegelbereichen der Verpackungsformteile unterbunden werden. Allerdings ist die Maskierung nicht zuverlässig erzielbar, womit es dennoch zumindest zu einer partiellen Beschichtung der Siegelbereiche kommen kann.A problem with such capsules, however, is that the coating of silica difficult adhesion of a capsule body to be attached to the lid. The EP 2 518 102 A1 therefore proposes an apparatus and a method for the production of coated packaging moldings in which they are masked with a masking body before the actual coating. As a result, the coating of sealing areas of the packaging moldings can be prevented. However, the masking can not be reliably achieved, which may nevertheless result in at least partial coating of the sealing areas.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile im Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine vielfältig anwendbare und konstruktiv einfache Kapsel zur Zubereitung eines Getränkes zu schaffen, die eine hohe Sauerstoff- und/oder Aromadichtigkeit aufweist und dennoch kostengünstig und in hohen Stückzahlen herstellbar ist. Der Kapselkörper soll dabei gut siegelbar sein.It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art. In particular, it is an object of the present invention to provide a capsule which can be used in many different ways and which is structurally simple for the preparation of a beverage which has a high oxygen and / or aroma resistance and can nevertheless be produced inexpensively and in large quantities. The capsule body should be easy to seal.

Diese Aufgaben werden durch einen Kapselkörper, ein Verfahren zum Herstellen einer Kapsel und eine Kapsel gelöst, welche die Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen aufweisen.These objects are achieved by a capsule body, a method of manufacturing a capsule and a capsule having the features in the independent claims.

Bei einem derartigen Kapselkörper für eine Kapsel, insbesondere zur Zubereitung eines Getränkes, ist die Oberfläche zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung modifiziert. Zudem weist der Kapselkörper zum Anbringen eines diesen abdeckenden Deckels durch Ultraschallschweissen eine Stirnfläche, insbesondere in Form eines umlaufenden Flansches, mit einem Energierichtungsgeber aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial auf. Der Energierichtungsgeber ist derart ausgebildet, dass dieser beim Anbringen des Deckels derart aufschmilzt, dass der Deckel mit im Wesentlichen unmodifiziertem thermoplastischem Kunststoffmaterial in Kontakt kommt.In such a capsule body for a capsule, in particular for the preparation of a beverage, the surface is modified to increase its penetration barrier effect. In addition, the capsule body for attaching a cover covering this by ultrasonic welding on an end face, in particular in the form of a circumferential flange, with an energy directors made of a thermoplastic material. The energy directing device is designed such that it melts on attachment of the lid in such a way that the lid comes into contact with substantially unmodified thermoplastic material.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Energierichtungsgeber bei der Herstellung einer derartigen Kapsel ausreichend gross sein muss, damit der Deckel beim Ultraschallsiegeln mit genügend unmodifiziertem Kunststoffmaterial in Kontakt kommt. Dadurch kann eine gute Anhaftung des Deckels am Kapselkörper gewährleistet werden.The present invention is based on the finding that the energy director in the production of such a capsule must be sufficiently large, so that the lid comes in contact with sufficient unmodified plastic material during ultrasonic sealing. As a result, good adhesion of the lid to the capsule body can be ensured.

Unter einer Modifikation der Oberfläche des Kapselkörpers zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung wird im vorliegenden Zusammenhang jede oberflächliche Veränderung der chemischen und/oder physikalischen Materialeigenschaften des Kapselkörpers, insbesondere auch eine Beschichtung, verstanden, die zu einer Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung führt.In the present context, a modification of the surface of the capsule body to increase its penetration barrier effect is understood to mean any superficial change in the chemical and / or physical material properties of the capsule body, in particular also a coating, which leads to an increase in its penetration barrier action.

Der Energierichtungsgeber kann eine Höhe von 0.2 mm bis 1.2 mm, vorzugsweise 0.4 mm bis 1.0 mm, bevorzugterweise 0.6 mm bis 0.8 mm und eine Breite von 0.5 mm bis 1.5 mm, vorzugsweise 0.8 mm bis 1.4 mm, bevorzugterweise 1.0 mm bis 1.3 mm haben. Diese Dimensionierung des Energierichtungsgebers hat sich bei Kapseln zur Getränkezubereitung, insbesondere von Einzel- oder Doppelportionen von Kaffeegetränken, bewährt.The energy director may have a height of 0.2 mm to 1.2 mm, preferably 0.4 mm to 1.0 mm, preferably 0.6 mm to 0.8 mm and a width of 0.5 mm to 1.5 mm, preferably 0.8 mm to 1.4 mm, preferably 1.0 mm to 1.3 mm. This dimensioning of the energy directors has been proven in capsules for beverage preparation, especially of single or double portions of coffee drinks.

Der Kapselkörper kann zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung mit einer Barriereschicht aus einem Beschichtungsmaterial beschichtet sein. Das Beschichtungsmaterial kann ein Metalloxid sein. Unter dem Begriff Metalloxid werden im vorliegenden Zusammenhang nicht nur Oxide von Metallen verstanden, sondern auch Oxide des Halbmetalls Silizium. Insbesondere kann das Beschichtungsmaterial Siliziumoxid oder ein Aluminiumoxid sein. Diese beiden Materialien zeigen gute Barriereeigenschaften, insbesondere im Hinblick auf die Sauerstoff- und/oder Aromadichtigkeit. Darüber hinaus sind derartige Barriereschichten weitestgehend unempfindlich gegenüber Hitze und Feuchtigkeit, womit auch sterilisations- und pasteurisationstaugliche Kapseln hergestellt werden können.The capsule body can be coated to increase its penetration barrier effect with a barrier layer of a coating material. The coating material may be a metal oxide. The term metal oxide in the present context not only oxides of metals understood, but also oxides of the semi-metal silicon. In particular, the coating material may be silicon oxide or an aluminum oxide. These two materials show good barrier properties, especially with regard to the oxygen and / or aroma resistance. In addition, such barrier layers are largely insensitive to heat and moisture, which also sterilization and pasteurisationstaugliche capsules can be produced.

Die Barriereschicht kann durch ein Plasmabeschichtngsverfahren, vorzugsweise durch ein PEVCD-Verfahren, auf den Kapselkörper aufgetragen sein. Für das PEVCD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)-Verfahren wird vorzugsweise HMDSO (Hexamthyldisiloxan) oder TEOS (Tetraethoxysilan) verwendet. Dadurch lassen sich Kapselkörper mit vergleichsweise komplexer Geometrie beschichten. Zudem kann mit dieser Methode eine oben beschriene, überaus dünne, Barriereschicht aufgetragen werden.The barrier layer can be applied to the capsule body by a plasma coating process, preferably by a PEVCD process. For the PEVCD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method, HMDSO (hexamethyldisiloxane) is preferably used. or TEOS (tetraethoxysilane). As a result, capsule bodies can be coated with comparatively complex geometry. In addition, this method can be used to apply a very thin barrier layer.

Zum Auftragen der Barriereschicht kann der Kapselkörper mit einem Sauerstoffplasma vorbehandelt sein. Besonders bevorzugt kann eine solche Plasma-Vorbehandlung mit HMDSO und/oder TEOS und Disauerstoff (O2) erfolgen. Durch eine Vorbehandlung mit Sauerstoff-Plasma kommt es zu einer chemischen Modifikation der Polymersträgne im Bereich der Oberfläche des Kunststoffmaterials. Zwar haftet die Barriereschicht dann deutlich besser an diesem. Allerdings ist es dadurch auch weniger fliessfähig und insbesondere weniger siegelfreudig. Eine Maskierung der Stirnfläche des Kapselkörpers bei der Plasma-Vorbehandlung zu Vermeidung der chemischen Modifikation in diesem Bereich konnte bislang nicht wirksam erzielt werden. Durch die vorliegende Erfindung kann dieses Problem umgangen werden.For applying the barrier layer, the capsule body can be pretreated with an oxygen plasma. Particularly preferably, such a plasma pretreatment with HMDSO and / or TEOS and dioxygen (O 2 ) take place. A pretreatment with oxygen plasma leads to a chemical modification of the polymer carriers in the region of the surface of the plastic material. Although the barrier layer adheres to this much better. However, it is therefore less fluent and in particular less sealable. A masking of the end face of the capsule body in the plasma pretreatment to avoid chemical modification in this area has not yet been achieved effectively. The present invention can circumvent this problem.

Die Barriereschicht kann eine Stärke von 10 nm bis 1 µm, vorzugsweise von 20 nm bis 500 nm, bevorzugterweise von 40 nm bis 200 nm, aufweisen. Derartig geringe Schichtstärken haben den Vorteil, dass zum Beschichten des Kapselkörpers nur eine geringe Menge an Metalloxid verwendet werden muss. Daraus ergibt sich der oben bereits erläuterte Vorteil, dass eine mit einer derart dünnen Barriereschicht beschichtete Kapsel gegebenenfalls als aus einem Monomaterial bestehend angesehen werden kann. Ferner sind derart dünne Barriereschichten im Wesentlichen transparent. Damit lassen sich Kapselkörper beliebiger Farbe beschichten, ohne dass der Farbeindruck des Kapselkörpers beeinflusst würde. Auch die Herstellung transparenter Kapselkörper ist möglich.The barrier layer may have a thickness of 10 nm to 1 μm, preferably from 20 nm to 500 nm, preferably from 40 nm to 200 nm. Such low layer thicknesses have the advantage that only a small amount of metal oxide has to be used to coat the capsule body. This results in the advantage already explained above that a capsule coated with such a thin barrier layer can possibly be regarded as consisting of a monomaterial. Furthermore, such thin barrier layers are substantially transparent. This capsule body of any color can be coated without the color impression of the capsule body would be affected. The production of transparent capsule body is possible.

Der Kapselkörper kann sauerstoff- und/oder aromadicht ausgebildet sein. Durch eine sauerstoffdichte Ausführung kann ein Eindringen von Sauerstoff in die Kapsel während der Lagerung einer darin enthaltenen Ausgangssubstanz im Wesentlichen vermieden werden. Entsprechend kann ein Altern der Ausganssubstanz, beispielsweise von Kaffeepulver, durch Oxidation vermieden werden. Eine sauerstoffdichte Kapsel ist in der Regel auch aromadicht. Entsprechend wird ein Austreten von in der Ausgangssubstanz enthaltenen Aromastoffen während der Lagerung derselben innerhalb der Kapsel im Wesentlichen verhindert.The capsule body may be formed oxygen and / or aroma-tight. By an oxygen-tight embodiment, penetration of oxygen into the capsule during storage of a starting substance contained therein can be substantially avoided. Accordingly, aging of the starting substance, for example coffee grounds, can be avoided by oxidation. An oxygen-tight capsule is usually also aroma-tight. Accordingly, leakage of flavors contained in the starting substance during storage thereof within the capsule is substantially prevented.

Sauerstoff- und/oder Aromadichtigkeit sind erforderlich, um insbesondere bei Kaffee eine Mindesthaltbarkeit von 12 Monaten, vorzugsweise von 18 Monaten, zu erreichen. Entsprechend wird im vorliegenden Zusammenhang unter einer sauerstoff- und/oder aromadichten Kapsel eine Kapsel verstanden, in welcher Kaffeepulver für eine Dauer von mindestens 12 Monaten, vorzugsweise mindestens 18 Monaten, bei Raumtemperatur an Atmosphärenluft lagerbar ist, ohne dass es zu einer Veränderung des Kaffeepulvers kommen würde, welche die Qualität eines daraus hergestellten Kaffeegetränkes signifikant beeinträchtigt.Oxygen and / or aroma resistance are required to achieve a minimum shelf life of 12 months, preferably 18 months, especially for coffee. Accordingly, in the present context, an oxygen-tight and / or aroma-tight capsule is understood as meaning a capsule in which coffee powder can be stored at atmospheric temperature for at least 12 months, preferably at least 18 months, without the coffee powder changing which significantly compromises the quality of a coffee beverage produced therefrom.

Der Kapselkörper kann eine oberflächenbereinigte Oxygen Transmission Rate (OTR) in der Einheit cm3 pro m2 pro Tag pro 0,21 bar von weniger als 20, vorzugsweise weniger als 10, bevorzugterweise weniger als 5, haben. Die OTR gibt an, welche Menge an Sauerstoff pro Flächen- und Zeiteinheit durch den Kapselkörper diffundiert.The capsule body may have a surface-adjusted oxygen transmission rate (OTR) in the unit cm 3 per m 2 per day per 0.21 bar of less than 20, preferably less than 10, preferably less than 5. The OTR indicates the amount of oxygen diffused per unit area and time through the capsule body.

Der Kapselkörper kann aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polypropylen, bestehen. Ein Kapselkörper aus einem derartigen Material ist umweltfreundlicher als beispielsweise einer aus Aluminium. So kann ein Kapselkörper aus einem Kunststoffmaterial einer thermischen Wiederverwertung zugeführt werden. Allerdings ist auch ein eigentliches Recycling möglich. Insbesondere in diesem Zusammenhang hat eine Barriereschicht aus einem Metalloxid den Vorteil, dass diese vergleichsweise dünn ausgebildet sein kann, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Dadurch ist es möglich, eine Kapsel mit einem Kapselkörper zu schaffen, der im Wesentlichen aus einem einzigen Kunststoffmaterial (aus einem sogenannten Monomaterial) hergestellt ist. Dies hat gegenüber mehrschichtigen Kapselkörpern den Vorteil, dass eine erfindungsgemässe Kapsel leichter auf umweltfreundlichere Weise rezykliert werden kann. Polypropylen hat sich bei Getränkepackungen, insbesondere für Portionsverpackungen von Heissgetränken, bewährt. Es lässt sich hervorragend durch Spritzguss verarbeiten, mit einem Metalloxid beschichten und siegeln. Darüber hinaus ist es gut rezyklierbar.The capsule body may consist of a thermoplastic material, in particular of polypropylene. A capsule body of such material is more environmentally friendly than, for example, one of aluminum. So can a capsule body off be supplied to a plastic material for thermal recycling. However, a real recycling is possible. In particular, in this context, a barrier layer of a metal oxide has the advantage that it can be made comparatively thin, as will be explained in more detail below. This makes it possible to provide a capsule with a capsule body which is essentially made of a single plastic material (a so-called mono material). This has the advantage over multilayer capsule bodies that a capsule according to the invention can be recycled more easily in a more environmentally friendly manner. Polypropylene has proven itself in beverage packages, especially for portion packaging of hot drinks. It can be perfectly processed by injection molding, coated with a metal oxide and sealed. In addition, it is easy to recycle.

Der Kapselkörper kann mit einem Spritzguss- oder einem Tiefziehverfahren hergestellt sein. Insbesondere ein Spritzgussverfahren hat den Vorteil, dass damit leicht Kapselkörper nahezu beliebiger Geometrie kostengünstig in hoher Stückzahl hergestellt werden können. In der Regel bestehen aus Spritzguss hergestellte Teile aus einem Monomaterial, das sich auf einfache Weise kostengünstig und umweltfreundlich rezyklieren lässt. Aufgrund der Barriereschicht aus einem Metalloxid weist der aus einem Monomaterial bestehende Kapselkörper dennoch eine hohe Sauerstoff- und/oder Aromadichtigkeit auf.The capsule body may be made by an injection molding or a deep drawing process. In particular, an injection molding process has the advantage that capsule bodies of virtually any geometry can thus be produced inexpensively in large quantities. As a rule, injection-molded parts consist of a mono-material that can be easily and inexpensively recycled in an environmentally friendly way. Due to the barrier layer of a metal oxide, the capsule body consisting of a monomaterial nevertheless has a high oxygen and / or aroma resistance.

Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen einer Kapsel, insbesondere einer Kapsel zur Zubereitung eines Getränkes. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • Bereitstellen eines Kapselkörpers, insbesondere eines Kapselkörpers wie oben beschrieben, wobei die Oberfläche des Kapselkörpers zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung modifiziert ist;
  • Bereitstellen eines Deckels;
  • Anbringen des Deckels an einer Stirnfläche des Kapselkörpers, insbesondere in Form eines umlaufenden Flansches, mit einem Energierichtungsgeber aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial durch Ultraschallsiegeln.
The present invention further relates to a method for producing a capsule, in particular a capsule for the preparation of a beverage. The method comprises the following steps:
  • Providing a capsule body, in particular a capsule body as described above, wherein the surface of the capsule body is modified to increase its Durchtrittssperrwirkung;
  • Providing a lid;
  • Attaching the lid to an end face of the capsule body, in particular in the form of a circumferential flange, with an energy director of a thermoplastic material by ultrasonic sealing.

Der Energierichtungsgeber ist derart ausgebildet, dass dieser beim Anbringen des Deckels derart aufschmilzt, dass der Deckel mit im Wesentlichen unmodifiziertem thermoplastischem Kunststoffmaterial in Kontakt kommt.The energy directing device is designed such that it melts on attachment of the lid in such a way that the lid comes into contact with substantially unmodified thermoplastic material.

Dadurch kann eine besonders widerstandsfähige Verbindung zwischen Kapselkörper und Deckel geschaffen werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine derart hergestellte Kapsel während einer Getränkeherstellung unter Druck gesetzt wird. Ein Ablösen des Deckels unter Druckeinwirkung kann zuverlässig vermieden werden.As a result, a particularly resistant connection between capsule body and lid can be created. This is particularly advantageous if a capsule produced in this way is put under pressure during a beverage production. A detachment of the lid under pressure can be reliably avoided.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Kapsel zur Herstellung eines Getränkes, die nach dem oben beschriebenen Verfahren herstellbar ist.The present invention further relates to a capsule for the preparation of a beverage, which can be prepared by the method described above.

Weitere Vorteile und Einzelmerkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und aus den Zeichnungen.Further advantages and individual features of the present invention will become apparent from the following description of several embodiments and from the drawings.

Es zeigen schematisch:

Figur 1:
Perspektivische Teilschnittansicht eines erfindungsgemässen Kapselkörpers;
Figur 2:
Vergrösserte Darstellung des Randbereichs eines Kapselkörpers gemäss Figur 1;
Figur 3:
Teilschnitt eines erfindungsgemässen Kapselkörpers gemäss Figur 1, inkl. anzubringender Deckel;
Figur 4:
Teilschnitt einer erfindungsgemässen Kapsel mit einem Kapselkörper gemäss Figur 3.
They show schematically:
FIG. 1:
Perspective partial sectional view of a capsule body according to the invention;
FIG. 2:
Enlarged view of the edge region of a capsule body according to FIG. 1 ;
FIG. 3:
Partial section of an inventive capsule body according to FIG. 1 , incl. lid to be attached;
FIG. 4:
Partial section of a capsule according to the invention with a capsule body according to FIG. 3 ,

Figur 1 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemässen Kapselkörper 2 für eine Kapsel 1 zur Zubereitung eines Getränkes. Der Kapselkörper 2 wird nach dem Befüllen der Kapsel 1 mit einem Deckel 4 (vgl. Fig. 3 und 4) verschlossen. Auf der dem Deckel gegenüberliegenden Seite der Kapsel 1 ist ein Auslaufstutzen 7 angeordnet. Der Kapselkörper 2 weist eine Kammer 8 auf, in welcher eine Ausgangssubstanz zur Zubereitung eines Getränkes lagerbar ist. Zwischen der Kammer 8 und dem Auslaufstutzen 7 ist ein Filterelement 9 angeordnet, welches ein austreten von ungelösten Substanzpartikeln aus der Kapsel 1 verhindert. Anschliessend an das Filterelement 9 folgt ein Sammelraum 10, welcher das zubereitete Getränk in einem Bereich über dem Auslaufstutzen 7 sammelt. Auf der Oberfläche des Kapselkörpers 2 ist eine Barriereschicht 3 (vgl. Fig. 2 bis 4) aufgebracht. Die Barriereschicht 3 stellt sicher, dass der Kapselkörper sauerstoff- und/oder aromadicht ist. Aus Figur 2 ergeben sich nähere Einzelheiten zum Randbereich des Kapselkörpers, der als umlaufender Flansch 5 ausgebildet ist. Der Flansch weist einen Energierichtungsgeber 6 auf, der eine Höhe h und eine Breite b hat. FIG. 1 shows an example of a capsule body 2 according to the invention for a capsule 1 for the preparation of a beverage. The capsule body 2 is after filling the capsule 1 with a lid 4 (see FIG. 3 and 4 ) locked. On the opposite side of the lid of the capsule 1, an outlet nozzle 7 is arranged. The capsule body 2 has a chamber 8 in which a starting substance for the preparation of a beverage can be stored. Between the chamber 8 and the outlet nozzle 7, a filter element 9 is arranged, which prevents leakage of undissolved substance particles from the capsule 1. Subsequent to the filter element 9 is followed by a collecting space 10, which collects the prepared beverage in an area above the outlet nozzle 7. On the surface of the capsule body 2 is a barrier layer 3 (see. Fig. 2 to 4 ) applied. The barrier layer 3 ensures that the capsule body is oxygen and / or aroma-tight. Out FIG. 2 give more details on the edge region of the capsule body, which is designed as a circumferential flange 5. The flange has an energy director 6 having a height h and a width b.

In den Figuren 3 und 4 ist das Ansiegeln eines Deckels 4 an den Flansch 5 durch Ultraschallsiegeln gezeigt. In Figur 3 sind der Kapselkörper 2 und der Deckel 4 vor dem Ansiegeln dargestellt. Figur 4 zeigt den der Figur 9 entsprechenden Teilbereich einer Kapsel 1, die mit einem Deckel 4 verschlossen ist. Es ist zu erkennen, dass der Energierichtungsgeber 6 durch das Ansiegeln des Deckels 4 mit einen Siegelwerkzeug umfassend eine Sonotrode 11 (hier symbolisch angedeutet) aufgeschmolzen und sein Material beidseitig verdrängt wurde. Der Energierichtungsgeber 6 hat dadurch an Höhe verloren. Ferner wurde thermoplastisches Kunststoffmaterial freigelegt, das frei von Beschichtungsmaterial ist. Dadurch wird eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Kapselkörper 2 und dem Deckel 4 gewährleistet.In the FIGS. 3 and 4 the sealing of a lid 4 to the flange 5 is shown by ultrasonic sealing. In FIG. 3 the capsule body 2 and the lid 4 are shown before sealing. FIG. 4 shows the corresponding part of Figure 9 portion of a capsule 1, which is closed with a cover It can be seen that the energy directing device 6 was melted by sealing the cover 4 with a sealing tool comprising a sonotrode 11 (symbolically indicated here) and its material was displaced on both sides. The energy director 6 has lost in height. Further, thermoplastic resin material which is free of coating material has been exposed. This ensures a reliable connection between the capsule body 2 and the lid 4.

Claims (13)

Kapselkörper (2) für eine Kapsel (1), insbesondere zur Zubereitung eines Getränkes, wobei die Oberfläche des Kapselkörpers zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung modifiziert ist und wobei der Kapselkörper (2) zum Anbringen eines diesen abdeckenden Deckels (4) durch Ultraschallschweissen eine Stirnfläche, insbesondere in Form eines umlaufenden Flansches (5), mit einem Energierichtungsgeber (6) aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energierichtungsgeber (6) derart ausgebildet ist, dass dieser beim Anbringen des Deckels (4) derart aufschmilzt, dass der Deckel (4) mit im Wesentlichen unmodifiziertem thermoplastischem Kunststoffmaterial in Kontakt kommt.Capsule body (2) for a capsule (1), in particular for the preparation of a beverage, wherein the surface of the capsule body is modified to increase its penetration barrier action and wherein the capsule body (2) for applying a covering this cover (4) by ultrasonic welding a face, in particular in the form of a peripheral flange (5), with an energy directing device (6) made of a thermoplastic material, characterized in that the energy directing device (6) is designed such that it melts during application of the lid (4) such that the lid (4) comes into contact with substantially unmodified thermoplastic material. Kapselkörper (2) nach Anspruch 1, wobei der Energierichtungsgeber (6) eine Höhe (h) von 0.2 mm bis 1.2 mm, vorzugsweise 0.4 mm bis 1.0 mm, bevorzugterweise 0.6 mm bis 0.8 mm und eine Breite (b) von 0.5 mm bis 1.5 mm, vorzugsweise 0.8 mm bis 1.4 mm, bevorzugterweise 1.0 mm bis 1.3 mm hat.Capsule body (2) according to claim 1, wherein the energy directing device (6) has a height (h) of 0.2 mm to 1.2 mm, preferably 0.4 mm to 1.0 mm, preferably 0.6 mm to 0.8 mm and a width (b) of 0.5 mm to 1.5 mm, preferably 0.8 mm to 1.4 mm, preferably 1.0 mm to 1.3 mm. Kapselkörper (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Kapselkörper (2) zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung mit einer Barriereschicht (3) aus einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist.Capsule body (2) according to one of claims 1 or 2, wherein the capsule body (2) is coated to increase its penetration barrier action with a barrier layer (3) made of a coating material. Kapselkörper (2) nach Anspruch 3, wobei das Beschichtungsmaterial ein Metalloxid, insbesondere Siliziumoxid oder Aluminiumoxid, ist.Capsule body (2) according to claim 3, wherein the coating material is a metal oxide, in particular silica or alumina. Kapselkörper (2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Barriereschicht (3) durch ein Plasmabeschichtungsverfahren, insbesondere durch ein PEVCD-Verfahren, aufgetragen ist.A capsule body (2) according to any one of claims 3 or 4, wherein the barrier layer (3) is formed by a plasma coating process, in particular by a PEVCD method is applied. Kapselkörper (2) nach Anspruch 5, wobei der Kapselkörper (2) zum Auftragen der Barriereschicht (3) mit einem Sauerstoffplasma vorbehandelt ist.Capsule body (2) according to claim 5, wherein the capsule body (2) for applying the barrier layer (3) is pretreated with an oxygen plasma. Kapselkörper (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Barriereschicht (3) eine Stärke von 10 nm bis 1 µm, vorzugsweise von 20 nm bis 500 nm, bevorzugterweise von 40 nm bis 200 nm, aufweist.Capsule body (2) according to one of claims 3 to 6, wherein the barrier layer (3) has a thickness of 10 nm to 1 μm, preferably from 20 nm to 500 nm, preferably from 40 nm to 200 nm. Kapselkörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kapselkörper (2) sauerstoff- und/oder aromadicht ausgebildet ist.Capsule body (2) according to one of claims 1 to 7, wherein the capsule body (2) is formed oxygen and / or aroma-tight. Kapselkörper (2) nach Anspruch 8, wobei der Kapselkörper (2) eine oberflächenbereinigte Oxygen Transmission Rate (OTR) in der Einheit cm3 pro m2 pro Tag pro 0,21 bar von weniger als 20, vorzugsweise weniger als 10, bevorzugterweise weniger als 5, hat.Capsule body (2) according to claim 8, wherein the capsule body (2) has a surface-adjusted oxygen transmission rate (OTR) in the unit cm 3 per m 2 per day per 0.21 bar of less than 20, preferably less than 10, preferably less than 5, has. Kapselkörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bestehend aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polypropylen.Capsule body (2) according to one of claims 1 to 9, consisting of a thermoplastic plastic material, in particular of polypropylene. Kapselkörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, hergestellt mit einem Spitzguss- oder Thermoformverfahren.Capsule body (2) according to one of claims 1 to 10, produced by an injection-molded or thermoforming process. Verfahren zum Herstellen einer Kapsel (1), insbesondere einer Kapsel (1) zur Zubereitung eines Getränkes, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Kapselkörpers (2), insbesondere eines Kapselkörpers (2) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Oberfläche des Kapselkörpers zur Erhöhung von dessen Durchtrittssperrwirkung modifiziert ist; - Bereitstellen eines Deckels (4); - Anbringen des Deckels (4) an einer Stirnfläche des Kapselkörpers, insbesondere in Form eines umlaufenden Flansches (5), mit einem Energierichtungsgeber (6) aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial (2) durch Ultraschallsiegeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Energierichtungsgeber (6) derart ausgebildet ist, dass dieser beim Anbringen des Deckels (4) derart aufschmilzt, dass der Deckel (4) mit in Wesentlichen unmodifiziertem thermoplastischem Kunststoffmaterial in Kontakt kommt.Method for producing a capsule (1), in particular a capsule (1) for preparing a beverage, comprising the following steps: - Providing a capsule body (2), in particular a capsule body (2) according to one of claims 1 to 11, wherein the surface of the capsule body is modified to increase its Durchtrittssperrwirkung; - Providing a lid (4); - Attaching the lid (4) on an end face of the capsule body, in particular in the form of a peripheral flange (5), with an energy directors (6) made of a thermoplastic material (2) by ultrasonic sealing, characterized in that the energy directing device (6) is designed such that it melts during attachment of the lid (4) such that the lid (4) comes into contact with substantially unmodified thermoplastic material. Kapsel (1) zur Zubereitung eines Getränkes, herstellbar mit einem Verfahren nach Anspruch 12.Capsule (1) for the preparation of a beverage, which can be produced by a method according to claim 12.
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