[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine unter Druck in Espressomaschinen zur Extraktion
geeignete Portionspackung, die eine Substanz zur Zubereitung eines Getränkes, insbesondere
aus geröstetem und gemahlenem Kaffee, enthält, bestehend aus einer kegelstumpfförmigen
Kapsel aus Kunststoff mit einer konischen Seitenwand, einen am kleineren Durchmesser
angeformten Kopfteil mit einer einstückig angeformten Siebplatte zur einstichfreien
Zuführung einer Extraktionsflüssigkeit und einem von der konischen Seitenwand abstehenden,
umlaufenden Flansch am weiteren Ende der konischen Wand aufweist, wobei der Flansch
eine ringförmige kopfteilseitige Fläche und eine ringförmige gegenüberliegende membranseitige
Fläche besitzt, auf die eine zerstörbare Membran angeschweisst ist, und das ferner
die kopfteilseitige Fläche mit einer umlaufenden Dichtung versehen ist.
[0002] Seit über 20 Jahren verkauft die Firma Nestlé SA erfolgreich Portionspackungen mit
denen in Espressomaschinen unter Druck Kaffee extrahiert werden kann. Diese Portionspackungen
sind zwar in einigen Formen bekannt, auf dem Markt aber besonders durchgesetzt haben
sich jedoch konische Kapseln. Die dazu vorhandenen Maschinen weisen eine sogenannte
Brühkammer auf, die der Form der Kapsel weitgehend entspricht. Die Kapseln werden
in der Maschine klemmend und dichtend gehalten worauf mehrere Injektionsnadeln oder
Aufreissspitzen in die Kapsel eindringen. Mittels Wasser als Extraktionsflüssigkeit,
das unter Druck in die Kapsel und zu deren am weiteren Ende angebrachten Membran gelangt,
wird die Membran unter Druck an mehreren Stellen entsprechend einer Gegendruckplatte
in der Maschine gerastert zerstört und die Extraktionsflüssigkeit kann so praktisch
durch ein Sieb austreten.
[0003] Nachdem nun verschiedene auf diese Kapseln gerichtete Patente zwischenzeitlich abgelaufen
sind kommen nun Konkurrenzkapseln auf den Markt, die so gestaltet sind, dass sie für
die bereits vorhandenen Espressomaschinen kompatibel einsetzbar sind.
[0004] Aus ökologischen Gründen ebenso wie aus ökonomischen Gründen bestehen die heute auf
dem Markt vorhandenen kompatiblen Kapseln aus Kunststoff. Dies bedeutet, dass die
Kapseln so gestaltet sein müssen, dass die maschinenseitigen Injektionsnadeln mit
der Portionspackung aus Kunststoff nicht in Kontakt kommt, da die heissen Injektionsnadeln
ein Anschmelzen der Kunststoffkapseln bewirken würden die zu einem Verkleben der Injektionsnadeln
führen würde und somit zur Folge hätte, dass die Austrittsöffnungen dieser Injektionsnadeln
verstopfen würden. Die vom heissen Wasser erhitzten Spitzen würden den Kunststoff
erweichen und dieser würde sich verschliessend um die Spitze legen und den korrekten
Wassereintritt behindern. Die an den Spitzen verbleibenden Kunststoffresten führen
zudem zu einer Abstumpfung der Spitzen, die mit der Zeit nicht mehr funktionsfähig
wären. Entsprechend sind nun diese Kapseln meist weniger hoch als die Originalkapseln
der Firma Nestle SA und bei der Extraktion gelangt wesentlich mehr Wasser in die Brühkammer
der Maschine und umströmt somit die Kapsel. Erst wenn der verbleibende Raum zwischen
der Kapsel und der Brühkammer vollständig gefüllt ist gelangt das weitere Wasser zwingend
in die Kunststoffkapsel. Erst dann kann ein genügender Druck aufgebaut werden der
zur erwünschten Zerstörung der Membran führt.
[0005] Diese somit leicht geänderte Funktionsweise führt dazu, dass eine erhöhte Dichtwirkung
zwischen der Brühkammer der Maschine und der eingesetzten Kunststoffkapsel erforderlich
ist.
[0006] Da die Kapseln und der Brühraum weder in der Grösse noch in der Form exakt formlich
übereinstimmen wird der vorhandene umlaufende Flansch zur Dichtung verwendet. Bei
den bekannten Aluminiumkapseln der Firma Nestlé SA weist der Flansch einen gebördelten
Rand auf. Beim Schliessen der Brühkammer wird Druck auf den Flansch ausgeübt dieser
verformt sich und passt sich den formlichen Gegebenheiten an. Bei den Aluminiumkapseln
erfolgt dies im Wesentlichen durch eine plastische Verformung der Silikondichtung.
Auf dem Markt ist eine Kapsel bekannt, bei der im Eckbereich zwischen der konischen
Seitenwand und dem daran anschliessenden nach aussen gerichteten Flansch eine Silikondichtung
angebracht worden ist. Dies bedingte jedoch den Einsatz eines zweiten Materials und
deren Herstellung war entsprechend teuer und aufwändig.
[0007] Für Kapseln die zu den bestehenden Espressomaschinen kompatibel sind und aus Kunststoff
gefertigt werden, wurde vorgeschlagen auf der kopfteilseitigen Fläche des Flansches
mittels einstückig angeformten konzentrische Ringe eine Labyrinthdichtung anzubringen.
Diese besitzt sowohl eine plastische Verformbarkeit als auch eine elastische Verformbarkeit
und vermag so zu einer verbesserten Dichtung zu führen. Solche Lösungen sind beispielsweise
aus der
EP2284101 oder der
W02010/137954 bekannt.
[0008] Die membranseitige Fläche des Flansches wurde bisher von der Membran selbst vollständig
abgedeckt, so dass zwischen der Membran- und der Extraktionsplatte der Brühkammer
keine Dichtung vorhanden war. Bei der Schweissung der Membran auf den Flansch treten
aber zusätzliche Verformungen auf, die die Dichtung membranseitig wesentlich reduzieren.
Dieses Problem wurde bisher nicht erkannt und zur vermeintlichen Lösung des Problems
wurde versucht die Schliesskraft der Brühkammer zu erhöhen.
[0009] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Portionspackung gemäss Oberbegriff
des Patentanspruches 1 so zu verbessern, dass die Dichtung einer Kapsel aus Kunststoff
nicht nur kopfteilseitig, sondern auch membranseitig verbessert wird. Diese Aufgabe
löst die Erfindung dadurch, dass am umlaufenden Flansch auch membranseitig eine Dichtung
angebracht ist und die zerstörbare Membran vorzugsweise einen kleineren Durchmesser
als der äussere Durchmesser des Flansches hat. Auf diese Weise lässt sich die erfindungsgemässe
Kapsel allseitig wesentlich dichter in der Brühkammer einer Espressomaschine halten.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den
abhängigen Ansprüchen hervor und deren Ausgestaltung und Funktion ist in der nachfolgenden
Beschreibung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen dargelegt.
[0011] In den Zeichnungen sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
[0012] Es zeigt:
- Fig. 1
- zeigt eine Portionspackung der hier interessierenden Form in perspektivischer Darstellung
im Wesentlichen von der Seite und
- Fig. 2
- dieselbe Portionspackung wiederum in perspektivischer Darstellung mehr von oben mit
Blick auf die Siebplatte gesehen.
- Fig. 3
- zeigt einen Teilschnitt durch die erfindungsgemässe Portionspackung im Bereich der
Seitenwand und dem Flansch bei einer ersten Ausführungsform.
- Fig. 4
- zeigt einen Teilschnitt durch die erfindungsgemässe Portionspackung im Bereich der
Seitenwand und dem Flansch bei einer zweiten Ausführungsform.
- Fig. 5
- zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teilausschnitt durch den umlaufenden
Flansch im Bereich der Dichtungen mit rechteckigen Vertiefungen.
- Fig. 6
- zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teilausschnitt durch den umlaufenden
Flansch im Bereich der Dichtungen mit sechseckigen Vertiefungen.
[0013] Die erfindungsgemässe Portionspackung ist insgesamt mit 1 bezeichnet und ist in den
Figuren 1 und 2 in perspektivischer Lage gezeigt. Die Portionspackung 1 besteht im
Wesentlichen aus einer kegelstumpfförmigen Kapsel 1'. Diese kegelstumpfförmige Kapsel
1' wird durch eine konische Seitenwand 2 gebildet und besitzt einen Kopfteil 3. Im
Kopfteil 3 ist eine Siebplatte 4 eingeformt. Die Siebplatte 4 im Kopfteil 3 besitzt
eine Anzahl Wassereintrittsöffnungen 11. Der Kopfteil 3 ist einstückig mit der Seitenwand
2 an dessen Ende mit dem kleineren Durchmesser angeformt. An jenem Ende der konischen
Seitenwand 2 mit dem grösseren Durchmesser ist ein nach aussen ragender, umlaufender
Flansch 5 ebenfalls einstückig angeformt. Dieser umlaufende Flansch 5 weist auf der
dem Kopfteil 3 abgelegenen Seite (siehe dazu Figuren 3 und 4) eine ringförmige Fläche
auf, die als membranseitige Fläche 7 bezeichnet wird. Auf der membranseitigen Fläche
7 ist eine zerstörbare Membran 6 aufgeschweisst, wie dies ebenfalls in den Figuren
3 und 4 ersichtlich ist. Nachfolgend werden nun die einzelnen Bereiche der kegelförmigen
Kapsel 1' detailliert beschrieben.
[0014] Wie bereits erwähnt ist am im Durchmesser kleineren Ende der kegelstumpfförmigen
Kapsel 1' der Kopfteil 3 angeformt. Dieser Kopfteil 3 besitzt einen relativ flachen,
konischen Rand 12. Dieser konische Rand ist Teil eines abgeschnittenen Kegels mit
einem Öffnungswinkel von 120° bis ca. 160°. Der abgeschnittene Bereich dieses Kegels
bildet eine Ebene, welche die Siebplatte 4 bildet. In der Siebplatte 4 sind die erwähnten
Wassereintrittsöffnungen 11 eingeformt. Die Wassereintrittsöffnungen 11 können im
Prinzip in etwa gleichmässig über der Fläche verteilt angeordnet sein. Im hier dargestellten,
bevorzugten Beispiel sind jedoch diese Wassereintrittsöffnungen 11 kreisförmig im
Bereich der Peripherie der Siebplatte 4 in gleichmässigen Abständen verteilt angeordnet.
Die hier gezeigte Anordnung ist insbesondere aus durchflusstechnischen Gründen gewählt
um damit ein vorwiegend zentrales Durchströmen des erhitzten Wassers zu vermeiden,
dennoch aber eine flächenmässige Benetzung des Mahlgutes zu erzielen. Das Mahlgut
besteht aus gemahlenem Bohnenkaffee. Zudem ist deutlich, insbesondere in der Figur
1 ersichtlich, dass die Siebplatte 4 im Kopfteil 3 leicht in Richtung zum umlaufenden
Flansch 5 beziehungsweise zur zerstörbaren Membran 6 hin versetzt angeordnet ist.
Hierdurch entsteht ein zylindrischer Rand beziehungsweise ein Wandbereich 13. Dieser
zylindrische Wandbereich 13 bewirkt eine erhöhte Festigkeit der Kapsel 1'.
[0015] Kurz unterhalb des Kopfteils 3 ist in der konischen Seitenwand 2 im kopfteilnahen
Bereich mindestens eine umlaufende konische Stützfläche 14 eingeformt. Diese konische
Stützfläche kann mit einer zur Espressomaschine, in die die Kapsel 1' zur Extraktion
eingesetzt wird, vorhandenen Gummimanschette dichtend zusammen wirken. Diese konische
Stützfläche 14 ist jedoch nicht zwingend und deren Sinn ergibt sich nur, wenn die
entsprechende Espressomaschine eine solche Gummimanschettendichtung vorsieht.
[0016] Nachfolgend wird die spezielle Ausgestaltung des umlaufenden Flansches 5 beschrieben
und dabei insbesondere auf die Figuren 3 und 4 verwiesen, die jeweils einen vertikalen
Teilschnitt durch die erfindungsgemässe Portionspackung im Bereich der Seitenwand
und des Flansches zeigen. Man erkennt die schräg nach oben verlaufende, konische Seitenwand
2, an der radial nach aussen gerichtet der umlaufende Flansch 5 angeformt ist. Erfindungsgemäss
sind an diesem Flansch 5 beidseitig, das heisst einerseits auf einer ringförmigen
kopfteilseitigen Fläche 9 und andererseits auf der ringförmigen membranseitigen Fläche
7 je eine umlaufende Dichtung 8,8' angebracht. Im Prinzip können die umlaufenden Dichtungen
8,8' beliebig gestaltet sein. Bevorzugterweise bestehen die Dichtungen 8,8' jedoch
aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten nicht miteinander kommunizierender
Vertiefungen 20, die durch Stege 21 von einander getrennt sind, wobei die Vertiefungen
20 Rückhalteräume und die Stege 21 Mehrfachdichtstellen bilden. Diese Anordnung von
Vertiefungen 20 und Stegen 21 bilden im Wesentlichen eine wabenartige Struktur. Die
Dichtungsfunktion ergibt sich einerseits aus den im Wesentlichen linienartig sowohl
kleinräumig wie auch grossräumig geschlossen verlaufenden Stegen, die wegen der plastischen
und elastischen Verformung der Kunststoffkapsel eine Vielzahl von mehrfach in- und
hintereinanderliegenden getrennt geschlossenen Mikrokammerbereichen bilden, die eine
Ausbreitung von Leckströmen in alle Richtungen zumindest stark erschweren, und andererseits
natürlich auch aus den Vertiefungen bzw. Mikrokammern selbst, die allfällig auftretende
geringfügige Leckströme zurückzuhalten bzw. zu speichern vermögen.
[0017] Wie bereits eingangs erwähnt, besteht die Erfindung darin, dass sowohl auf der kopfteilseitigen
Fläche 9 des Flansches 5 wie auch auf der membranseitigen Fläche 7 des Flansches 5
Dichtungen 8, 8' angebracht sind. Diese Dichtungen sind üblicherweise als Dichtlippen,
die in konzentrischen Kreisen um die Kapselseitenwand 2 herumlaufen, ausgestaltet.
Bei solchen konzentrischen Dichtlippen besteht immer die Gefahr, dass durch den Druck,
mit dem der Rand der Brühkammer auf den Flansch drückt, die Dichtlippen vollständig
umgeknickt werden, in der Folge zum Teil sogar überlappend zu liegen kommen und so
die Dichtigkeit nicht mehr erreicht wird. Daher wird hier vorgeschlagen, dass der
Bereich zwischen der Zentrierwulst 10 und der Seitenwand 2 auf der kopfteilseitigen
Fläche 9 eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Vertiefungen 20 aufweist. Die
Vertiefungen 20 können dabei verschiedene Formen aufweisen. So können die Vertiefungen,
wie in den Figuren 5 und 6 anhand von zwei Beispielen gezeigt, einen beispielsweise
quadratischen oder sechseckigen Grundriss haben und insgesamt eine konkav-gebogene
oder konkav-pyramidenstumpfartige Struktur haben. In den Figuren 3 und 4 sind die
vorhandenen Vertiefungen sowohl kopfteilseitig als auch membranseitig lediglich prinzipiell
dargestellt. Neben den hier dargestellten Grundformen kommen auch rechteckige, rhomboide,
trapez- oder dreieckförmige Grundrissformen die von den Stegen 21 umschlossen sind
in Frage.
[0018] In den Beispielen gemäss den Figuren 3 und 4 ist auch die membranseitige Dichtung
8' ähnlich oder gleich wie die kopfteilseitige Dichtung 8 aus Vertiefungen 20 und
zwischenliegenden Stegen 21 gebildet. Im Beispiel der Figur 3 decken die Vertiefungen
20 beziehungsweise die Stege 21 die gesamte membranseitige Fläche 7 des Flansches
5 ab. Die Membran 6 wird hier somit direkt auf die Stege 21 aufgeschweisst. Bei der
Schweissung selbst werden dabei die Stege 21 erweicht und zumindest teilweise in der
Höhe reduziert. Damit wird eine praktisch vollständige Dichtigkeit erzielt. Die Struktur
der umlaufenden Dichtungen 8,8' mit Vertiefungen 20 und Stegen 21 ist auch im Falle
von Ultraschallschweissung vorteilhaft, da hierbei die im Wesentlichen linienartigen
Stegverläufe gleichzeitig als Energieleitmittel dienen, wodurch eine verbesserte und
zeitlich schnellere Verschweissung erfolgt.
[0019] Weiterhin ist in der Figur 3 noch gezeigt, dass der Flansch 5 wegen der beidseits
vorhandenen Dichtungen 8,8' natürlich einen verdünnten Bereich 15 aufweisen wird.
Die Dicke des Flansches 5 wie auch die Dicke des verdünnten Bereiches 15 können dabei
natürlich so gewählt werden, dass möglichst gute Dichteigenschaften entstehen. So
kann es vorteilhaft sein, wenn die Membran 6 eine Dicke aufweist, die maximal der
Dicke des verdünnten Bereiches 15 des Flansches 5 entspricht.
[0020] Alternativ ist in der Figur 4 ein Beispiel dargestellt, bei der membranseitig der
Flansch 5 nur im peripheren Bereich mit einer umlaufenden Dichtung 8' versehen ist,
während im zentrischen Bereich des Flansches 5 eine plane Fläche als eigentliche Schweissfläche
16 vorhanden ist, auf die die Membran 6 in herkömmlicher Art aufgeschweisst werden
kann. Bei dieser Ausführungsform können sich die umlaufende Dichtung 8 und die umlaufenden
Dichtung 8' in der Projektion in radialer Richtung zumindest teilweise überlappen.
Bei einer solchen Ausführung ist auch eine verklebte Membran realisierbar. Die Spitzen
der Stege 21 können dabei die äussere Oberfläche der Membran 6 überragen, gleich hoch
wie diese äussere Oberfläche sein, oder die Unterseite der Membran kann auch die Stege
leicht überragen. Wird die Kapsel in einer bekannten Maschine verwendet, so drückt
einerseits der Rand der Brühkammer auf die kopfseitige Fläche 9 beziehungsweise auf
die dort vorhandene umlaufende Dichtung 8 und zusätzlich erfolgt auch ein gewisser
Druck auf die Zentrierwulst 10, so dass die membranseitige Dichtung 8' immer auf die
Gegendruckplatte der Espressomaschine angedrückt wird. Hierbei werden die Stege 21
beider Dichtungen 8,8' immer auch leicht deformiert, was aber der Dichtigkeit nur
zum Vorteil gereicht.
[0021] Wie eingangs beschrieben, sind viele der alternativ verwendbaren Kapseln geringfügig
weniger hoch als die Brühkammer, in die sie eingesetzt werden und somit strömt entlang
der Seitenwand immer auch ein Teil des Wassers nach unten. Damit dieses nicht durch
die Kapsel fliessende Wasser austreten könnte, müsste es durch die kopfteilseitige
Dichtung 8 zwischen der Kapsel und dem mit Druck anliegenden Brühkammerrand hindurch
fliessen, und gelänge es soweit, so müsste es den Zentrierwulst 10 umfliessen und
dann zusätzlich noch auf der Unterseite durch die umlaufende membranseitige Dichtung
8' hindurch gepresst werden, bevor es im Bereich der Membran 6 zum Maschinenausguss
gelangen könnte. Dies wird im Normalfall jedoch nicht geschehen. Sollte aber aus irgendeinem
Grunde die Kapsel jedoch ungenügend duchströmt oder die Durchflusswege durch die Kapsel
ungenügend geöffnet sein, beispielsweise dadurch, dass die Wassereintrittsöffnungen
11 durch eine Kunststofffilmbildung bei der Herstellung teilweise oder ganz verschlossen
sind, wäre insbesondere die Dichtung 8 sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Die Dichtungen
und insbesondere die Dichtung 8 muss also so bemessen sein, dass im Normalbetrieb
die gewünschte Dichtigkeit erreicht wird, im Störungsfall die Sicherheit der Espressomaschine
aber trotzdem gewährleistet bleibt.
Bezugszeichenliste:
[0022]
- 1
- Portionspackung
- 1'
- Kapsel kegelstumpfförmig
- 2
- konische Seitenwand
- 3
- Kopfteil
- 4
- Siebplatte
- 5
- umlaufener Flansch
- 6
- zerstörbare Membran als Deckel
- 7
- ringförmige membranseitige Fläche des Flansches
- 8
- umlaufende Dichtung (kopfteilseitig)
- 8'
- umlaufende Dichtung (membranseitig)
- 9
- ringförmige kopfteilseitige Fläche des Flansches
- 10
- Zentrierwulst
- 11
- Wassereintrittsöffnung
- 12
- relativ flächiger konischer Rand
- 13
- zylindrischer Rand/Wandbereich
- 14
- konische Stützfläche
- 15
- verdünnter Bereich des Randes
- 16
- Schweissfläche
- 20
- Vertiefungen
- 21
- Stege
1. Unter Druck in Espressomaschinen zur Extraktion von Kaffee geeignete Portionspackung
(1), die eine Substanz zur Zubreitung eines Getränkes, insbesondere aus geröstetem
und gemahlenem Kaffee, enthält, bestehend aus einer kegelstumpfförmigen Kapsel (1')
aus Kunststoff mit einer konischen Seitenwand (2), einen am kleinen Durchmesser angeformten
Kopfteil (3) mit einer einstückig angeformten Siebplatte (4) zur einsteckfreien Zuführung
einer Extraktionsflüssigkeit und einem von der konischen Seitenwand (2) abstehenden,
umlaufenden Flansch (5) am weiteren Ende der konischen Seitenwand (2), wobei der Flansch
(5) eine ringförmige kopfteilseitige Fläche (9) und eine gegenüberliegende ringförmige
membranseitige Fläche (7) besitzt, auf die eine zerstörbare Membran (6) angeschweisst
ist und dass ferner die kopfteilseitige Fläche (9) mit einer umlaufenden Dichtung
(8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am umlaufenden Flansch (5) membranseitig eine weitere umlaufende Dichtung (8') angebracht
ist.
2. Portionspackung (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die kopfteilseitige Dichtung (8) als auch die membranseitige Dichtung (8')
aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten nicht miteinander kommunizierender
Vertiefungen (20) gebildet sind, die durch Stege (21) von einander getrennt sind,
wobei die Vertiefungen (20) Rückhalteräume und die Stege (21) Mehrfachdichtstellen
bilden.
3. Portionspackung (1) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (21) und die Vertiefungen (20) der Dichtungen (8, 8') eine im Wesentlichen
wabenartige Struktur bilden.
4. Portionspackung (1) nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (20) eine konkav-gebogene oder konkav-pyramidenstumpfartige Struktur
haben.
5. Portionspackung (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (5) mit einer peripheren Zentrierwulst (10) versehen ist und die umlaufende
Dichtung (8) zumindest in einem Teilbereich zwischen der Zentrierwulst (10) und der
Seitenwand (2) angeordnet ist.
6. Portionspackung (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (5) membranseitig nur im peripheren Bereich mit der umlaufenden Dichtung
(8') versehen ist und der zentrumsnahe Bereich als dichtungsfreie Schweissfläche (16)
dient.
7. Portionspackung (1) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kopfteilseitige umlaufende Dichtung (8) und die membranseitige umlaufenden
Dichtung (8') in radialer Richtung in der Projektion zumindest teilweise überlappen.
8. Portionspackung (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege der umlaufenden membranseitigen Dichtung 8' als Energieleitmittel zur Ultraschallschweissung
der zerstörbaren Membran (6) dienen.