EP3781498A1 - Portionenkapsel - Google Patents

Portionenkapsel

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Publication number
EP3781498A1
EP3781498A1 EP19719251.1A EP19719251A EP3781498A1 EP 3781498 A1 EP3781498 A1 EP 3781498A1 EP 19719251 A EP19719251 A EP 19719251A EP 3781498 A1 EP3781498 A1 EP 3781498A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter element
capsule
filter
struts
filter plate
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.)
Withdrawn
Application number
EP19719251.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Kleinsorge
Volker Kölsche
Frank Römer
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.)
Tchibo GmbH
Original Assignee
Tchibo GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tchibo GmbH filed Critical Tchibo GmbH
Publication of EP3781498A1 publication Critical patent/EP3781498A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B65D85/8061—Filters

Definitions

  • the invention relates to the field of systems for preparing beverages by means of liquid introduced into a beverage capsule. More particularly, it relates to a portion capsule containing a soluble food substance from which a beverage or beverage ingredient can be prepared by injecting water.
  • the so-called coffee capsule systems they are also available in variants for the preparation of tea
  • hot water is usually introduced under pressure into a capsule to prepare by extraction a coffee or tea beverage.
  • the capsule is often pierced on one side (injection side).
  • injection side For discharging the brewed beverage, generally on the other side of the capsule (the extraction side), various possibilities are known.
  • capsules that are already open, so that no capsule wall / membrane has to be pierced or torn to dissipate the drink.
  • a filter element is arranged in the interior of the capsule, which separates an extraction material region from a collection region and which is suitable liquid-permeable, for example, by having a plurality of filter openings.
  • portion capsules with such filter elements can be found, for example, in EP 1 344 722 and in WO 2010/085824.
  • the latter publication shows the filter element with supports which extend radially from an outer frame towards the center and thereby become thinner toward the center. These are intended to reinforce the filter element.
  • Such a reinforcement may be indicated, in particular with regard to the preparation of brewed beverages under pressure, as is the case, for example, with espresso or other coffee with so-called "crema”.
  • the capsule internal pressure rests to a large extent on the filter element, which therefore may also be exposed to mechanical deformation.
  • the filter element should be mechanically stable and inexpensive and easy to manufacture.
  • a filter element for a portion capsule is provided. This can be inserted into a, for example, cup-shaped base element, which defines an outer capsule wall together with a capsule lid attached to the base element after insertion of the filter element.
  • the filter element is designed such that it divides the capsule interior between an extraction material region and a collection region, which is located between the Filter element and the outer capsule wall is formed.
  • the filter element forms a filter plate and a two-dimensional framework of extending along the filter plate at an angle meeting struts.
  • This inventive approach is based on the finding that a two-dimensional framework generally brings more stability than a system of only radially outwardly inwardly extending supports. This may be due to the fact that under real conditions, the capsule internal pressure is not strictly constant in time and place, and therefore also bending vibrations of the filter plate may arise. A two-dimensional framework can absorb such comparatively better. However, the invention does not depend on any particular explanation for this finding.
  • the struts may have a radially-outwardly decreasing cross-section (i.e., a decreasing cross-sectional area).
  • Such a decrease in the cross-section of the struts may be a decrease in the extent perpendicular to the filter plate plane.
  • the decrease of the cross section may be continuous to the outside.
  • the cross section in function of the radial position is also, for example, partially constant; on the average, however, the cross-section will be smaller further outward with respect to a center of the filter plate than further inside.
  • the scaffolding of the struts is completely outwards, i. that the struts do not reach all the way to the outer edge of the filter element.
  • This preferred Ausrrittungsform with outwardly decreasing cross-section is based on the finding that when a pressure in the capsule interior the concern Deformation is strongest in a central region of the filter element. In addition, generally less material is required for geometrical reasons when the struts have a larger inside cross-section than outside, compared to the inverted approach.
  • the filter element has a central element.
  • This can, for example, form a projection towards the interior of the capsule (towards the area of the extraction material); such a projection may be substantially conical.
  • the framework of the struts then preferably extends to the central element, i. the innermost struts are connected to the central element to stabilize this.
  • the central element can, for example, define a free space for an extraction-side piercing mandrel.
  • a central element, up to which the framework of the struts extends, may in particular be designed as a protuberance to the side on which the struts are arranged (that is to say, for example, toward the interior of the capsule).
  • the central element is formed in this embodiment by a protuberance, resulting to the other side (ie, for example, the collection area) out a cavity-like extension.
  • a protuberance or dome-like configuration of the central element is particularly favorable in terms of the relationship between mechanical stability on the one hand and material consumption on the other.
  • the framework of the struts can form a plurality of branches, in particular on a path formed by the struts, from the inside to the outside, so that struts arranged at least in a central region are respectively stabilized at both ends towards the sides.
  • the struts forming the framework can thus be branched out at least to another location (except in the middle, where they meet, for example, the central element), ie they are different from beam-shaped struts extending from the center to the edge additionally stabilized by the branches.
  • the framework of the struts may in particular form a honeycomb structure.
  • the ratio between einskydem material and stability is particularly favorable.
  • the filter plate may be provided in a conventional manner with filter openings which are regularly or irregularly distributed over the filter plate and allow passage of the liquid.
  • the size of the filter openings may be such that a passage of extraction material is prevented. It is also not excluded that the filter openings are spanned by an example. Web-like filter material to prevent the passage of extraction material through the filter openings.
  • the struts may be arranged in particular on the side of the filter element to the capsule interior, i. towards the extraction area.
  • the filter element On the back side, the filter element can have a plurality of spacers which help to prevent the filter plate from being pressed against the outer capsule wall under a large internal capsule pressure.
  • the filter element can be made cup-like in a manner known per se by having a peripheral side wall adjoining the filter plate on the outside, in particular on the side of the extraction material, so that a filter cup volume forms part of the area of the extraction material.
  • a circumferential side wall may cause a radial form outwardly projecting peripheral flange, which can serve the attachment of the filter element in a capsule base element (eg capsule cup).
  • the filter element as a whole is approximately disk-shaped, without circumferential side wall.
  • a filter element is suitable, for example, for being fastened to a shoulder of the capsule base element (for example a capsule cup), for example by welding or another material connection.
  • a disk-shaped filter element can also be accommodated in a form-fitting manner - for example by clicking into a peripheral groove of the capsule base element - and / or non-positively in the capsule.
  • the invention also relates to a portion capsule with such a filter element.
  • the filter element is disposed within an outer capsule wall of the portion capsule. Such may be formed by a cup-like base element and an attached lid, for example.
  • the base member generally defines a capsule bottom and a capsule sidewall.
  • the filter element is located between the extraction material region filled with an extraction material, in particular coffee powder, and the capsule bottom or between the extraction material region and the capsule cover.
  • the filter element can be fastened to the base element or possibly to the cover, or it can also merely be inserted into the base element and, for example, be stabilized by the material to be extracted relative to the base element.
  • a possible attachment of the filter element to the base element or cover can be positive, non-positive and / or cohesive. Fasteners of filter elements in a capsule cup are known per se, and the present invention is independent of the way the filter element is mounted.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a portion capsule with the filter element
  • FIG. 2 shows a view of a filter element from the extraction material side
  • FIG. 3 shows a view of the filter element shown reduced in size from the opposite side (collecting area side);
  • FIG. 4 is a top view of the filter element of FIGS. 2 and 3;
  • Fig. 5 is a sectional view of the filter element taken along the plane Y-Y in Fig. 4;
  • Fig. 6 is a sectional view of the filter element taken along the plane VI-VI in Fig. 4;
  • FIG. 7 shows a view of an alternative filter element from the extraction material side.
  • FIGS. 2, 3, 7 and 4-6 different scales were used in each case.
  • like reference characters designate like or analogous elements.
  • the capsule 1 according to FIG. 1 has a base element in the form of a cup 11 (with axis 20) and a lid 12 fastened thereto along a circumferential flange 13, which together form an outer capsule wall and define a capsule interior.
  • the cup 11 forms as known per se a slightly curved capsule bottom 14 and a circumferential side wall 15th
  • Cup and lid can be made of plastic in a conventional manner; However, on capsules made of other materials, such as aluminum, the invention is applicable.
  • the attachment of the lid on the cup has also been made in a known manner, for example. By ultrasonic welding ssen or possibly by gluing.
  • the cup filter element 2 In the capsule interior, an inserted into the cup filter element 2 is present, the properties of which will be described in more detail below.
  • the cup is attached to a shoulder 16 formed by the circumferential side wall 15, for example, by welding, i. through a cohesive connection. Other attachment methods, including positive and non-positive connections, would also be possible.
  • the filter element separates an extraction material region 5, which will be filled with extraction material, from a collection region 6.
  • the filter element 2 is arranged in the vicinity of the capsule bottom 14, and the collection region 6 is located on the side of the capsule base.
  • the injection of water into the capsule for the brewing process then takes place generally from the lid side.
  • the reverse arrangement would be conceivable in which the water is injected from the bottom and the filter element is arranged on the cover side.
  • FIG. 1 schematically and in dashed lines also represents an optional distribution element 3, which is likewise inserted into the capsule and which delimits the extraction material region 5 towards the injection side and a distribution region between itself and the capsule cover 12 (or in the reverse arrangement between it and the capsule bottom) 7 defined.
  • Both the filter element 2 and optionally the distribution element 3 is / are suitably liquid-permeable, in such a way that the extraction material can not pass.
  • FIGS. 2-6 show an embodiment of the filter element.
  • the filter element 2 forms a filter plate 21 with a plurality of filter openings 22 extending therethrough, which in the illustrated embodiment may be slightly widening in the direction away from the extraction material region (towards the collection region side) in order to prevent blockages due to small coffee grains.
  • a plurality of spacers 29 are present on the collecting area side, which, in addition to the reinforcing scaffold described below, prevent the filter plate 21 from being subjected to a large internal capsule pressure Capsule bottom 14 is pressed, thus preventing flow in radial directions in the collection area.
  • the filter element is designed as a whole cup-like, with an outer side adjacent to the filter plate 21 circumferential side wall 23 which defines a Filterbechervolumen together with the filter plate, which is part of the Auskomsgut Anlagens.
  • a flange-like outwardly projecting peripheral edge 24 is formed, which serves in the illustrated embodiment, the attachment of the filter element 2 in the capsule cup 11.
  • a central element 25 is formed, which has the shape of an inwardly, i. projecting towards the extraction material region.
  • This protrusion forming the central member 25 is substantially conical with a plurality of protrusions.
  • the filter element On the extraction side of the filter plate 21, the filter element has a framework of struts 26 having a hexagonal structure, i. form a honeycomb structure.
  • struts 26 having a hexagonal structure, i. form a honeycomb structure.
  • honeycomb structures and other stable two-dimensional framework structures Another property of honeycomb structures and other stable two-dimensional framework structures is that there is always a plurality of branches on any path along the struts from radially outward to radially inward, ie there are no struts in the framework, those from the outside quite inside without passing through a multitude of branches 27 would be supported even after lateral directions.
  • any path in the circumferential direction ie, it is not possible to find a path of struts around the entire circumference in the framework on which the struts do not branch at several locations.
  • Radial-inside (directional information such as “radial” or “in the circumferential direction” or “central” refer in this text, unless otherwise stated, always on the axis 20 of the capsule) connects the framework to the central element.
  • the strength of the struts decreases radially outward. This is realized by gradually reducing the extent of the struts in the dimension perpendicular to the filter plate from radially outward while the width, i. the extent perpendicular to the direction of the respective strut and parallel to the filter plate is constant.
  • the strength of the struts goes in the illustrated embodiment radially on the outside to zero, which is particularly well seen in Figures 5 and 6. However, it would also be possible for the thickness to be radially inward not completely zero, and that the struts extend as far as the circumferential side wall 23.
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment of the filter element 2, which differs from that of FIGS. 2-6 in particular in that it does not have a circumferential side wall and is therefore not cup-shaped, but is overall disc-shaped.
  • the edge region 28 of the filter element adjoins the outer side of the filter plate 21 with the framework. It can on the outside (ie the side towards the collecting area, in Fig. 7 of the bottom and therefore not visible) have a circumferential rib, which serves as an energy directors in an ultrasonic welding process.
  • the filter element can thus be attached to one of the capsule Base formed shoulder are welded, which, for example, something more prominent than the shoulder 16 schematically illustrated in FIG.
  • the central element, the framework of the struts 26 and the filter plate 21 in total are in the embodiment of Fig. 7 functionally identical to the embodiment described above.

Landscapes

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

Abstract

Ein Filterelement (2) für eine Portionenkapsel ist in ein beispielsweise becherartig ausgebildetes Basiselement einlegbar, welches zusammen mit einem nach dem Einlegen des Filterelements am Basiselement befestigten Kapseldeckel eine äussere Kapselwand definiert. Das Filterelement (2) ist so ausgebildet, dass es den Kapselinnenraum aufteilt zwischen einem Extraktionsgutbereich und einem Sammelbereich, der zwischen dem Filterelement und der äusseren Kapselwand ausgebildet ist. Das Filterelement bildet eine Filterplatte (21) und ein zweidimensionales Gerüst von entlang der Filterplatte verlaufenden unter einem Winkel aufeinander treffenden Streben (26), wobei die Streben einen nach radial- aussen abnehmenden Querschnitt haben.

Description

PORTIONENKAPSEL
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Systeme zum Zubereiten von Getränken mittels in eine Getränkekapsel eingeführter Flüssigkeit. Sie betrifft insbesondere eine Portionenkapsel, die eine lösliche Nahrungsmittelsubstanz enthält, aus welcher durch Einspritzen von Wasser ein Getränk oder Getränkebestandteil zubereitet werden kann.
Unter den Systemen zum Zubereiten von Getränken sind die sogenannten Kaffeekapselsysteme (es gibt sie auch in Varianten zur Zubereitung von Tee) bekannt, bei denen im Allgemeinen heisses Wasser meist unter Druck in eine Kapsel eingeführt wird, um durch Extraktion ein Kaffee- oder Teegetränk zuzubereiten. Für das Einführen des heissen Wassers wird die Kapsel oft auf der einen Seite (Injektionsseite) angestochen. Für das Ausleiten des gebrühten Getränks, im Allgemeinen auf der anderen Seite der Kapsel (der Extraktionsseite) sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Einerseits gibt es Systeme, bei denen auch extraktionsseitig ein Anstechen durch entsprechende Perforationsdorne vorgesehen ist. Anderseits sind Systeme bekannt, bei denen eine extraktionsseitige Begrenzung der Kapsel unter dem Innendruck während des Brühprozesses angestochen oder angerissen wird, wofür ein kapsel externes (in der Brühkammer der entsprechenden Kaffeemaschine vorhandenes) oder ein kapselinternes Mittel vorhanden sein kann. Schliesslich gibt es auch Kapseln, die bereits geöffnet sind, bei denen also keine Kapselwandung/Membran angestochen oder angerissen werden muss um das Getränk auszuleiten. Unter anderem um zu verhindern, dass in unerwünschter Weise Kaffeepulver (beziehungsweise Teeblätter) ins Brühgetränk gelangt/gelangen, sind Kapseln bekannt geworden, bei denen ein Filterelement in im Innern der Kapsel angeordnet wird, welches einen Extraktionsgutbereich von einem Sammelbereich trennt und welches auf geeignete Weise flüssigkeitsdurchlässig ist, bspw. indem es eine Mehrzahl von Filteröffnungen aufweist.
Beispiele für Portionenkapseln mit solchen Filterelementen findet man beispielsweise in EP 1 344 722 sowie in WO 2010/085824. Letztere Publikation zeigt das Filterelement mit Stützen, welche sich von einem äusseren Rahmen radial zur Mitte hin erstrecken und dabei zur Mitte hin dünner werden. Diese sollen das Filterelement verstärken. Eine solche Verstärkung kann angezeigt sein insbesondere im Hinblick auf die Zubereitung von Brühgetränken unter Druck, wie das bspw. bei Espresso oder anderem Kaffee mit sogenannter„Crema“ der Fall ist. Bei solchen Brühungen ruht der Kapselinnendruck zu einem grossen Teil auf dem Filterelement, welches daher auch mechanischer Deformation ausgesetzt sein kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filterelement für eine Portionenkapsel sowie eine entsprechende Portionenkapsel zur Verfügung zu stellen. Das Filterelement sollte mechanisch stabil sowie kostengünstig und einfach in der Herstellung sein.
Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird ein Filterelement für eine Portionenkapsel zur Verfügung gestellt. Diese ist in ein beispielsweise becherartig ausgebildetes Basiselement einlegbar, welches zusammen mit einem nach dem Einlegen des Filterelements am Basiselement befestigten Kapseldeckel eine äussere Kapselwand definiert. Das Filterelement ist so ausgebildet, dass es den Kapselinnenraum zwischen einem Extraktionsgutbereich und einem Sammelbereich aufteilt, der zwischen dem Filterelement und der äusseren Kapselwand ausgebildet ist. Das Filterelement bildet eine Filterplatte und ein zweidimensionales Gerüst von entlang der Filterplatte verlaufenden unter einem Winkel aufeinander treffenden Streben.
Diesem erfindungsgemässen Ansatz liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein zweidimensionales Gerüst generell mehr Stabilität bringt als ein System von lediglich radial von aussen nach innen verlaufenden Stützen. Das kann dadurch begründet sein, dass unter realen Bedingungen der Kapselinnendruck nicht zeitlich und örtlich streng konstant ist, und dass daher auch Biegeschwingungen der Filterplatte entstehen können. Ein zweidimensionales Gerüst kann solche vergleichsweise besser aufnehmen. Die Erfindung hängt aber nicht von einer bestimmten Erklärung für diese Erkenntnis abhängt.
Die Streben können einen nach radial-aussen abnehmenden Querschnitt (d.h. eine abnehmende Querschnittsfläche) haben.
Eine solche Abnahme des Querschnitts der Streben kann eine Abnahme der Ausdehnung senkrecht zur Filterplattenebene sein. Die Abnahme des Querschnitts kann nach aussen hin kontinuierlich sein. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass der Querschnitt in Funktion der radialen Position auch beispielsweise bereichsweise konstant ist; im Durchschnitt wird der Querschnitt aber weiter aussen in Bezug auf ein Zentrum der Filterplatte kleiner sein als weiter innen. Es ist auch möglich, dass das Gerüst der Streben nach aussen hin ganz ausläuft, d.h. dass die Streben nicht bis ganz zum äusseren Rand des Filterelements reichen.
Diese bevorzugte Ausrührungsform mit nach aussen abnehmendem Querschnitt beruht auf der Erkenntnis, dass bei Anliegen eines Drucks im Kapselinnern die Deformation in einem zentralen Bereich des Filterelements am stärksten ist. Ausserdem wird aus geometrischen Gründen generell weniger Material benötigt, wenn die Streben innen einen grösseren Querschnitt haben als aussen, im Vergleich zum umgekehrten Ansatz.
In einer Gruppe von Ausführungsformen weist das Filterelement ein Zentralelement auf. Dieses kann beispielsweise einen Vorsprung zum Kapselinneren (zum Extraktionsgutbereich hin) bilden; ein solcher Vorsprung kann im Wesentlichen kegelförmig sein. Das Gerüst der Streben verläuft dann bevorzugt bis zum Zentralelement hin, d.h. die innersten Streben sind mit dem Zentral element verbunden um dieses zu stabilisieren. Das Zentralelement kann bspw. einen Freiraum für einen extraktionsseitigen Anstechdorn definieren.
Ein Zentralelement, bis zu welchem hin das Gerüst der Streben verläuft, kann insbesondere als Ausstülpung zur Seite hin, auf welcher die Streben angeordnet sind (also bspw. zum Kapselinnern hin) ausgebildet sein. Indem das Zentral element in diesem Ausführungsformen durch eine Ausstülpung gebildet ist, ergibt sich zur anderen Seite (also bspw. zum Sammelbereich) hin eine hohlraumartige Erweiterung. Eine solche ausstülpungs- oder kuppelartige Ausgestaltung des Zentralelements ist besonders günstig im Hinblick auf das Verhältnis zwischen mechanischer Stabilität einerseits und Materialverbrauch andererseits.
Das Gerüst der Streben kann insbesondere auf einem durch die Streben gebildeten Pfad von innen nach aussen mehrere Verzweigungen bilden, so dass mindestens in einem zentralen Bereich angeordnete Streben jeweils an beiden Enden zu den Seiten hin stabilisiert sind. Die das Gerüst bildenden Streben können also ausser in der Mitte, wo sie bspw. auf das Zentral elem ent treffen, noch mindestens an (je) einem weiteren Ort verzweigt sein - sie sind also von strahlförmig von der Mitte zum Rand hin verlaufenden Streben verschieden und durch die Verzweigungen zusätzlich stabilisiert.
Das Gerüst der Streben kann insbesondere eine Wabenstruktur bilden. Bei einer solchen ist das Verhältnis zwischen einzusetzendem Material und bewirkter Stabilität besonders günstig.
Die Filterplatte kann in an sich bekannter Art mit Filteröffnungen versehen sein, die regelmässig oder unregelmässig über die Filterplatte verteilt sind und ein Durchleiten der Flüssigkeit erlauben. Die Grösse der Filteröffnungen kann so sein, dass ein Durchleiten von Extraktionsgut verhindert wird. Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass die Filteröffnungen von einem bspw. gewebeartigen Filtermaterial überspannt sind um das Durchtreten von Extraktionsgut durch die Filteröffnungen zu verhindern.
Die Streben können insbesondere auf der Seite des Filterelements zum Kapselinnem angeordnet sein, d.h. zum Extraktionsgutbereich hin. Rückseitig kann das Filterelement eine Mehrzahl von Abstandhaltern aufweisen, die mithelfen zu verhindern, dass unter grossem Kapselinnendruck die Filterplatte gegen die äussere Kapselwand gedrückt wird.
Das Filterelement kann in an sich bekannter Art becherartig ausgeführt sein, indem es eine aussenseitig an die Filterplatte anschliessende umlaufende Seitenwand aufweist, und zwar insbesondere extraktionsgutseitig, so dass ein Filterbecher-Volumen Teil des Extraktionsgutbereichs bildet. Eine umlaufende Seitenwand kann einen nach radial- aussen ragenden umlaufenden Flansch bilden, welcher der Befestigung des Filterelements in einem Kapsel-Basiselement (bspw. Kapselbecher) dienen kann.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das Filterelement als Ganzes ungefähr scheibenförmig, ohne umlaufende Seitenwand. Ein solches Filterelement ist beispielsweise dafür geeignet, an einer Schulter des Kapsel-Basiselements (bspw. Kapselbechers) befestigt zu werden, bspw. durch Schweissen oder eine andere Stoffschlussverbindung. Alternativ kann auch ein solches scheibenförmiges Filterelement auch formschlüssig - bspw. durch einklicken in eine umlaufende Nut des Kapsel-Basiselements - und/der kraftschlüssig in der Kapsel aufgenommen sein.
Die Erfindung betrifft auch eine Portionenkapsel mit einem solchen Filterelement. Das Filterelement ist innerhalb einer äusseren Kapselwand der Portionenkapsel angeordnet. Eine solche kann durch ein beispielsweise becherartiges Basiselement und einen daran befestigten Deckel gebildet sein gebildet sein. Das Basiselement definiert im Allgemeinen einen Kapselboden und eine Kapselseitenwand. Das Filterelement befindet sich zwischen dem mit einem Extraktionsgut, insbesondere Kaffeepulver, gefüllten Extraktionsgutbereich und dem Kapselboden oder zwischen dem Extraktionsgutbereich und dem Kapseldeckel. Das Filterelement kann am Basiselement oder eventuell am Deckel befestigt sein, oder es kann auch bloss in das Basiselement eingelegt sein und bspw. durch das Extraktionsgut relativ zum Basiselement stabilisiert sein. Eine eventuelle Befestigung des Filterelements am Basiselement oder Deckel kann formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig sein. Befestigungen von Filterelementen in einem Kapselbecher sind an sich bekannt, und die vorliegende Erfindung ist unabhängig von der Art, wie das Filterelement befestigt ist. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Portionenkapsel mit dem Filterelement;
- Fig. 2 eine Ansicht eines Filterelements von der Extraktionsgutseite her;
Fig. 3 eine Ansicht des verkleinert dargestellten Filterelements von der gegenüberliegenden Seite (Sammelbereichseite) her;
- Fig. 4 eine Ansicht des Filterelements von Fig. 2 und 3 von oben;
Fig. 5 eine Darstellung des Filterelements entlang der Ebene Y-Y in Fig. 4 geschnitten;
Fig. 6 eine Darstellung des Filterelements entlang der Ebene VI- VI in Fig. 4 geschnitten; und
Fig. 7 eine Ansicht eines alternativen Filterelements von der Extraktionsgutseite her. In den Figuren 2, 3, 7 sowie 4-6 wurden jeweils unterschiedliche Massstäbe angewandt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder analoge Elemente.
Die Kapsel 1 gemäss Figur 1 weist ein Basiselement in Form eines Bechers 11 (mit Achse 20) und einen daran entlang eines umlaufenden Flansches 13 befestigten Deckel 12 auf, die zusammen eine äussere Kapselwand bilden und einen Kapselinnenraum definieren. Der Becher 11 bildet wie an sich bekannt einen hier leicht gewölbten Kapselboden 14 und eine umlaufende Seitenwand 15.
Becher und Deckel können in an sich bekannter Art aus Kunststoff gefertigt sein; auch auf Kapseln aus anderen Materialien, bspw. Aluminium, ist die Erfindung jedoch anwendbar. Die Befestigung des Deckels am Becher ist ebenfalls auf bekannte Art vorgenommen worden, bspw. durch Ultraschall schwei ssen oder eventuell durch Kleben.
Im Kapselinnenraum ist ein in den Becher eingelegtes Filterelement 2 vorhanden, dessen Eigenschaften nachstehend noch eingehender beschrieben werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Becher an einer von der umlaufenden Seitenwand 15 gebildeten Schulter 16 befestigt, bspw. durch Schweissen, d.h. durch eine stoffschlüssige Verbindung. Andere Befestigungsmethoden, darunter Formschluss- und Kraftschlussverbindungen wären ebenfalls möglich.
Das Filterelement trennt einen Extraktionsgutbereich 5, der mit Extraktionsgut gefüllt sein wird, von einem Sammelbereich 6. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Filterelement 2 in der Nähe des Kapselbodens 14 angeordnet, und der Sammelbereich 6 befindet sich auf der Seite des Kapselbodens. Die Injektion des Wassers in die Kapsel für den Brühprozess erfolgt dann im Allgemeinen von der Deckelseite her. Auch die umgekehrte Anordnung wäre denkbar, bei welcher das Wasser vom Boden her injiziert wird und das Filterelement deckelseitig angeordnet ist.
Figur 1 stellt schematisch und gestrichelt auch ein optionales Verteilelement 3 dar, welches ebenfalls in die Kapsel eingelegt ist und welches den Extraktionsgutbereich 5 zur Injektionsseite hin begrenzt und zwischen sich und dem Kapseldeckel 12 (oder in der umgekehrten Anordnung zwischen sich und dem Kapselboden) einen Verteilbereich 7 definiert.
Sowohl das Filterelement 2 als auch gegebenenfalls das Verteilelement 3 ist/sind auf geeignete Weise flüssigkeitsdurchlässig, und zwar so, dass das Extraktionsgut nicht durchtreten kann.
Die Funktionsweise von solchen Filterelementen wie auch von Verteilelementen ist beispielsweise in EP 1 792 850 beschrieben, auf welche Publikation hier diesbezüglich Bezug genommen wird.
In Figuren 2-6 ist eine Ausführungsform des Filterelements dargestellt. Das Filterelement 2 bildet eine Filterplatte 21 mit einer Mehrzahl von durch sie hindurch verlaufenden Filteröffnungen 22, die im dargestellten Ausführungsbeispiel sich in Richtung vom Extraktionsgutbereich weg (zur Sammelbereichseite hin) leicht aufweitend ausgebildet sein, um Verstopfungen durch kleine Kaffeekörnem vorzubeugen. Sammelbereichseitig ist eine Mehrzahl von Abstandhaltern 29 vorhanden, die ergänzend zum nachstehend beschriebenen verstärkenden Gerüst verhindern, dass unter grossem Kapselinnendruck die Filterplatte 21 gegen den Kapselboden 14 gedrückt wird und so einen Fluss in radiale Richtungen im Sammelbereich verhindern kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Filterelement als Ganzes becherartig ausgeführt, mit einer aussenseitig an die Filterplatte 21 anschliessenden umlaufenden Seitenwand 23, der zusammen mit der Filterplatte ein Filterbechervolumen definiert, welches Teil des Extraktionsgutbereichs ist. Aussenseitig an der umlaufenden Seitenwand 23 ist ein flanschartig nach aussen ragender umlaufender Rand 24 ausgebildet, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel der Befestigung des Filterelements 2 im Kapselbecher 11 dient.
In im Zentrum der Filterplatte 21 ist ein Zentral element 25 ausgebildet, welches die Form eines nach innen, d.h. zum Extraktionsgutbereich hin ragenden Vorsprungs hat. Dieser das Zentralelement 25 bildende Vorsprung ist im Wesentlichen kegelförmig mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen.
Extraktionsgutseitig der Filterplatte 21 weist das Filterelement ein Gerüst von Streben 26 auf, welche eine hexagonale Struktur, d.h. eine Wabenstruktur bilden. Einer solchen
Struktur ist eigen, dass die einzelnen Streben 26 jeweils gleich lang sind in Verzweigungen 27 treffen, so dass an jede Verzweigung 27 drei Streben 26 angrenzen. Eine solche Wabenstruktur bildet ein speziell stabiles zweidimensionales Gerüst.
Eine weitere Eigenschaft von Wabenstrukturen und anderen stabilen zweidimensionalen Gerüstrukturen ist, dass auf einem beliebigen Pfad entlang der Streben von radial ganz aussen bis radial ganz nach innen immer eine Mehrzahl von Verzweigungen vorhanden ist, d.h. es gibt im Gerüst keine Streben, die von ganz aussen nach ganz innen reichen ohne dass sie durch eine Mehrzahl von Verzweigungen 27 auch nach seitlichen Richtungen hin abgestützt wäre. Dasselbe gilt für einen beliebigen Pfad in Umfangsrichtung, d.h. es lässt sich im Gerüst kein Pfad von Streben um den ganzen Umfang herum finden, auf dem sich die Streben nicht an mehreren Orten verzweigen.
Radial-innenseitig (Richtungsangaben wie„radial“ oder„in Umfangsrichtung“ oder auch„zentral“ beziehen sich in diesem Text, sofern nicht explizit anders bezeichnet, immer auf die Achse 20 der Kapsel) schliesst das Gerüst ans Zentralelement an.
Die Stärke der Streben (d.h. die Querschnittsfläche senkrecht zur jeweiligen Streben- Verlaufrichtung) nimmt radial nach aussen ab. Dies ist dadurch realisiert, dass die Ausdehnung der Streben in der Dimension senkrecht zur Filterplatte gegen radial - aussen graduell reduziert wird, während die Breite, d.h. die Ausdehnung senkrecht zur Verlaufrichtung der jeweiligen Strebe und parallel zur Filterplatte, konstant ist. Die Stärke der Streben geht in der dargestellten Ausführungsform radial ganz aussenseitig gegen null, was man in Figuren 5 und 6 besonders gut sieht. Es wäre aber auch möglich, dass die Stärke radial zuäusserst nicht ganz null ist, und dass die Streben bis an die umlaufende Seitenwand 23 reichen.
Figur 7 zeigt eine alternative Ausführungsform des Filterelements 2, die sich von deijenigen der Figuren 2-6 insbesondere dadurch unterscheidet, dass es keine umlaufende Seitenwand aufweist und daher nicht becherartig ausgebildet ist, sondern insgesamt scheibenförmig ist. Der Randbereich 28 des Filterelements schliesst radial- aussenseitig an die Filterplatte 21 mit dem Gerüst an. Er kann auf der Aussenseite (d.h. der Seite zum Sammelbereich hin, in Fig. 7 der Unterseite und daher nicht sichtbar) eine umlaufende Rippe aufweisen, die in einem Ultraschallschweissverfahren als Energierichtungsgeber dient. Das Filterelement kann so an eine vom Kapsel- Basiselement gebildete Schulter angeschweisst werden, welche bspw. etwas markanter ausgebildet ist als die in Fig. 1 schematisch dargestellte Schulter 16.
Das Zentral element, das Gerüst der Streben 26 sowie die Filterplatte 21 insgesamt sind in der Ausführungsform von Fig. 7 funktionsgleich mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Weitere Ausführungsformen sind möglich, unter anderem auch mit anderen Kapselformen.
Es wäre auch möglich, das Gerüst der Streben aussenseitig, d.h. auf der Seite der Filterplatte 21 zum Sammelbereich hin, vorzusehen.
Beispiel: Es wurden mit einem Filterelement gemäss Figuren 2-6 nummerische Simulationen durchgeführt. Es wurde simuliert, dass das Filterelement bei einer Temperatur von l00°C einem Druck von 12 bar auf der Innenseite ausgesetzt ist. Zum Vergleich wurde dieselbe Simulation bei einem Filterelement durchgeführt, welches das Gerüst von Streben nicht aufweist, welches ansonsten aber identisch ausgebildet ist. Es wurde gefunden, dass bei beiden verglichenen Filterplatten die Verformung in einem zentralen Bereich, insbesondere am Ort des Zentralelements und in dessen unmittelbarer Umgebung, am stärksten ist. Die maximale Verformung beim erfmdungsgemässen Filterelement ist jedoch um ca. einen Faktor 3 reduziert in Vergleich zum nicht erfindungsgemäss ausgestalteten Filterelement.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Filterelement (2) für eine Portionenkapsel (1) mit Basiselement (11) und Kapseldeckel (12), die zusammen eine äussere Kapselwand definieren, welches Filterelement (12) zwecks Abtrennung eines Sammelbereichs (6) von einem Extraktionsgutbereich (5) in einem Kapselinnenraum ins Basiselement (11) einlegbar ist, wobei das Filterelement (2) eine flüssigkeitsdurchlässige
Filterplatte (21) und eine Mehrzahl von entlang der Filterplatte (21) verlaufenden Streben (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (26) ein zweidimensionales Gerüst von unter einem Winkel aufeinander treffenden Streben (26) bilden.
2. Filterelement nach Anspruch 1, wobei die Streben einen nach in Bezug auf die
Filterplatte (21) radial-aussen abnehmenden Querschnitt haben.
3. Filterelement nach Anspruch 2, wobei der Querschnitt der Streben (26) nach radial-aussenseitig abnimmt, indem die Ausdehnung senkrecht zur Filterplatte (21) abnimmt, während die Breite der Streben (26) konstant ist.
4. Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend ein
Zentralelement (25), wobei das Gerüst der Streben bis zum Zentralelement verläuft und mit diesem verbunden ist.
5. Filterelement nach Anspruch 4, wobei das Zentral element (25) durch einen Vorsprung des Filterelements zum Extraktionsgutbereich hin gebildet wird.
6. Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerüst eine Wabenstruktur bildet.
7. Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerüst auf einer Extraktionsgutbereichseite der Filterplatte (21) vorhanden ist.
8. Filterelement nach Anspruch 7, wobei auf einer der Extraktionsgutbereichseite gegenüberliegenden Sammelbereichseite der Filterplatte (21) eine Mehrzahl von Abstandhaltem (29) angeordnet ist.
9. Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das insgesamt becherartig ausgeführt ist und eine aussenseitig an die Filterplatte (21) anschliessende Seitenwand (23) aufweist.
10. Portionenkapsel (1), aufweisend ein becherartiges Basiselement (11) und einen entlang eines umlaufenden Rands mit diesem verbundenen Deckel (12), wobei ein Filterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche in das Basiselement
(I) eingelegt ist und einen mit einem Extraktionsgut gefüllten Extraktionsgutbereich (5) von einem Sammelbereich (6) trennt.
11. Portionenkapsel nach Anspruch 10, wobei das Filterelement (2) formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig am Basiselement (11) befestigt ist.
12. Portionenkapsel nach Anspruch 10 oder 11, aufweisend ein im Basiselement
(I I) eingelegtes Verteilelement (3), welches den Extraktionsgutbereich (5) zu einer Injektionsseite hin begrenzt und so einen Verteilbereich (7) im Kapselinnem definiert.
13. Portionenkapsel nach einem der Ansprüche 10-12, wobei das Basiselement (11) einen Kapselboden (14) und eine Seitenwand (15) definiert, und wobei das Filterelement (2) zwischen dem Kapselboden (14) und dem
Extraktionsgutbereich (5) angeordnet ist.
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