Labyrinth-Kapsel für Getränkepulver

[0001] Diese Erfindung betrifft eine Labyrinth-Kapsel, die ein Pulver zur Zubereitung eines Getränkes enthält. Solche Kapseln werden vor allem für die maschinelle Zubereitung von Kaffee verwendet. Eine solche Kapsel kann aber auch andere Pulver enthalten, etwa Brausetablettenpulver, Pulver für die Zubereitung von Sirupen oder Tee etc. Die Aufgabe der Kapsel ist es, dieses Pulver zwischenzulagern und dann durch die maschinelle Instant-Zubereitung für eine hervorragende Getränkequalität zu sorgen. Hierfür wird heisses oder kaltes Wasser mit Druck durch die Kapsel gepresst und von derselben zu einem möglichst laminar strömenden und zum Vermeiden von Spritzern zu einem nicht allzu schnell strömenden Ausguss-Strahl geformt. Im Kapsel-Innern soll das Wasser ausserdem innig mit dem Pulver vermischt werden, sodass dieses vollständig im durchströmenden Wasser gelöst wird.

[0002] Herkömmliche Kapseln bestehen aus einem tiefgezogenen kleinen Kunststoffbecher, dessen Boden jedoch nach aussen bombiert ist und im Zentrum vorbereitet ist, von einem Dorn durchstochen zu werden, sodass ein rundes Ausgussloch entsteht. Auf den Becherboden ist innen eine Labyrinthpatte mit gezahntem Aussenrand eingelegt. Auf derjenigen Seite dieser Platte, die gegen den Boden hin gerichtet ist, bildet diese Platte eine Labyrinthstruktur mit zentralem

Stechdorn zur Schaffung des Ausguss-Loches, während sie auf der nach oben gerichteten Seite eine Vielzahl von Stechdornen aufweist. Auf diese Platte ist sodann von oben eine Dichtfolie aus Aluminium oder Kunststoff eingelegt. Die ganze becherartige Kapsel wird nach dem Befüllen mit Pulver oben mit einer Siegelfolie verschlossen. Zum Zubereiten von Getränken mit der zugehörigen Maschine wird diese Siegelfolie angestochen und durch das entstandene Loch wird mit hohem Druck Brühflüssigkeit, meistens heisses Wasser, in die Kapsel gepresst. Die Flüssigkeit durchdringt das Pulver auf hohem Druck. Durch den hydrostatischen Druck wird die Dichtfolie an ihrem Rand gegen die Becherwand gedrückt und dichtet dort weiterhin ab. Jedoch durchdringen die Stechdorne auf der eingelegten Labyrinthplatte die Dichtfolie. Die Flüssigkeit mit dem darin gelösten Pulver durchströmt die vielen entstandenen Löcher in der Dichtfolie. Unterhalb der Dichtfolie strömt die Flüssigkeit radial gegen den Rand der Labyrinthplatte und umströmt derer Rand zwischen den Zahnlücken des gezahnten Randes. Hernach strömt die Flüssigkeit durch das Labyrinth auf der Platte hin zum Ausgussloch, das inzwischen durch Druck der Labyrinthplatte gegen den Becher- bzw. Kaspelboden hin in dessen Zentrum entstanden ist. Dort strömt die Flüssigkeit aus und bildet einen Strahl.

[0003] Diese bisherigen Kapseln sind allerdings aufwändig in der Konstruktion. Sie gewähren nicht immer einen schön laminar auströmenden Strahl, sondern es kommen oft schiefwinklig zur Rotationsachse austretende Strahlen oder Teilstrahlen vor. Auch die Durchmischung bzw. die Lösung des durchströmten Pulvers ist zuwenig konstant und daher nicht zufriedenstellend.

[0004] Gründe für diese Nachteile sind, dass die Stech-Labyrinthplatte nur in die Kapsel eingelegt ist und dort nicht sicher positioniert ist. Diese Platte kann sich daher etwas aus dem Zentrum heraus verschieben. Wenn das passiert, so wird der Rand nicht rundum gleichmässig umströmt. Als weitere Folge entsteht dann auch das Ausgussloch nicht genau im Zentrum des Kapselbodens, sondern ist seitlich etwas versetzt. Es entsteht dann ein schiefwinklig austretender Strahl. Die Durchströmung durch das Labyrinth ist nicht in jedem Fall sichergestellt. Weil die Labyrinthplatte nur eingelegt ist, kann sie sich unter dem Flüssigkeitsdruck der

ihren Rand umströmenden Flüssigkeit im Becher etwas anheben. Das führt dazu, dass die Flüssigkeit unterhalb des Labyrinthes längs des Becherbodens zum Ausgussloch strömt, und nicht mehr wirklich durch das Labyrinth hindurchströmt. Es kann dann keine innige Durchmischung durch Verwirbelungen im Labyrinth erzielt werden. Entsprechend ist dann die gute Lösung des Pulvers in der durchströmenden Flüssigkeit nicht gewährleistet.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Labyrinth- Kapsel für Getränkepulver zu schaffen, welche die obengenannten Nachteile überwindet.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst von einer Labyrinth-Kapsel für Getränkepulver, bestehend aus einer becherförmigen Kapsel, deren Kapselboden von einer Labyrinthplatte gebildet ist, welche auf ihrer Oberseite eine Labyrinthstruktur sowie Stechdorne aufweist, und im Zentrum ein Loch mit zentralem Rundzapfen, und auf welche Labyrinthplatte eine Dichtfolie aufgelegt und längs ihres Randes mit dem Rand der Labyrinthplatte direkt oder indirekt verschweisst ist, sowie mit den Stegen der Labyrinthstruktur in der ersten Radiushälfte der Labyrinthplatte verschweisst ist, wobei die Kapsel unter Einschluss der Befüllung an ihrem oberen Rand mit einer Schliessfolie versiegelt ist.

[0007] In den Zeichnungen sind die Bestandteile dieser Labyrinth-Kapsel dargestellt, sowie auch die zusammengebaute Kapsel, und anhand dieser Zeichnungen wird sie nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsvarianten beschrieben und ihre Funktion wird erklärt.

Es zeigt:

Figur 1 : Die becherartige Kapsel ohne Kapselboden;

Figur 2: Die becherartige Kapsel ohne Kapselboden, mit eingesiegelter Labyrinthplatte;

Figur 3: Die becherartige Kapsel ohne Kapselboden mit eingesiegelter Labyrinthplatte und darauf aufgeschweisster Dichtfolie;

Figur 4: Die Labyrinthplatte von oben gesehen in einer vergrösserten Darstellung, mit darauf aufzuschweissender Dichtfolie;

Figur 5: Die Labyrinthplatte mit darauf aufgeschweisster Dichtfolie in einem Querschnitt dargestellt;

Figur 6: Die becherartige Kapsel mit Labyrinthplatte und Dichtfolie in einem Querschnitt dargestellt;

Figur 7: Eine andere Variante für die Gestaltung der Labyrinthplatte;

Figur 8: Diese Labyrinthplatte mit darauf aufgeschweisster Dichtfolie in einem Querschnitt dargestellt;

Figur 9: Eine alternative Variante der Verscheissung von Labyrinthplatte mit der Dichtfolie.

[0008] Die Figur 1 zeigt das erste Bestandteil dieser insgesamt aus vier Teilen bestehenden Kapsel für Getränkepulver, zum Beispiel für Kaffee oder für ein Brausetablettenpulver. Dieses erste Bestandteil bildet die konische Wand 1 einer becherartigen Kapsel, mit auskragendem Rand 2 an der Oberseite und nach innen auskragendem Rand 3 an der Unterseite. Dieses Bestandteil wird in den meisten Fällen im Tiefziehverfahren aus einem Laminatkunststoff mit Barrierefunktion hergestellt, welcher die geforderte Gasdichtigkeit gewährleisten kann. Auf den auskragenden Rändern 2,3 verläuft vorzugsweise je ein Wulst als Energierichtungsgeber ERG für das spätere Aufschweissen einer Dichtfolie auf den oberen Rand 2 und einer Labyrinthplatte auf den unteren Rand 3. Wenn keine Gasdichtigkeit, namentlich keine absolute Sauerstoffdichtigkeit für das Füllgut gefordert wird, so kann der Becher auch zusammen mit dem Boden als einstückiges Spritzteil gefertigt werden. Der Boden bildet in diesen Fall gleichzeitig

die Labyrinthplatte, wie das noch klar wird. In diesem Fall weist dann der Boden, welcher die Labyrinthplatte bildet, an seinem Rand eine Schulter für das Aufschweissen einer Dichtfolie auf, und diese Schulter kann mit einem Wulst als Energierichtungsgeber ERG für die aufzuschweissende Dichtfolie versehen sein.

[0009] In Figur 2 sieht man die Kapsel mit der Labyrinthplatte 4 als Kapselboden. Entweder handelt es sich dabei - wenn die Kapselwand 1 tiefgezogen ist - um ein gesondert hergestelltes Spritzteil, welches dann als Boden in die Kapselwandung 1 eingeschweißt wird, und wozu die Labyrinthplatte 4 auf den unten nach innen auskragenden Rand 3 der Kapsel 1 aufgeschweisst ist, oder aber im andern Fall ist die Labyrinthplatte 4 in einem Stück mit der Kapselwand 1 als Spritzteil gefertigt. In jedem Fall aber weist diese Labyrinthplatte 4, welche letztlich den Kapselboden bildet, auf ihrer Oberseite ein Labyrinth auf, indem an ihrer Oberseite zum Beispiel wie hier gezeigt eine Anzahl konzentrisch angeordnete Labyrinthstege 5 angeformt sind, die alle gegen oben abstehen. Im äusseren peripheren Bereich der Labyrinthplatte 4 sind die Stege 5 mit einem zusätzlichen, nach oben ragenden Stechdom 6 ausgerüstet.

[0010] Ausgehend von der Ansicht in Figur 2 wird auf die Labyrinthplatte 4 eine Dichtfolie 7 aufgeschweißt, sodass sich anschliessend die Kapsel wie in Figur 3 dargestellt präsentiert. Die Schweissung erfolgt längs des peripheren Randes 8 der Dichtfolie, und zusätzlich an den gestrichelt eingezeichneten Stellen 9 der Dichtfolie, indem die Dichtfolie 7 dort auf die darunterliegenden Labyrinthstege 5 aufgeschweißt ist.

[0011] In Figur 4 ist der Aufbau der Labyrinthplatte 4 in vergrösserter Ansicht dargestellt, sowie die darauf aufzuschweissende Dichtfolie 7. Im Zentrum der Labyrinthplatte 4 weist diese ein Ausgussloch 10 auf, über dem ein Korb 11 angeformt ist, der das Loch 10 überspannt und in dessen Zentrum sich ein Rundzapfen 12 nach unten durch das Loch 10 hindurch erstreckt. Die Flüssigkeit strömt dann durch den Korb 11 in das Ausgussloch 10, und weil in dessen Zentrum ein Rundzapfen 12 steht, wird dieser umströmt und beim Austritt kann der Flüssigkeitsstrahl sich insgesamt verjüngen und es entsteht deswegen ein

weitgehend laminarer Flüssigkeitsstrahl. Der Rundzapfen 12 trägt also zur Bildung einer laminaren Strömung bei. Auf diese Labyrinthplatte 4 wird die Dichtfolie 7 aufgeschweisst, und zwar längs ihres äusseren Randbereichs 8 auf den äusseren Rand der Labyrinthplatte 4, der hierzu mit einem Wulst 15 als Energierichtungsgeber versehen ist. Ausserdem ist die Dichtfolie 7 auch mit den inneren, oben ebenen Labyrinthstegen 5 verschweisst, die in konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Die äusseren, konzentrisch angeordneten Stege hingegen sind alle mit einem nach oben ragenden Stechdom 14 ausgerüstet. Bei auf die Labyrinthplatte 4 aufgeschweisster Dichtfolie 7 bleibt diese zunächst unversehrt. Sie besteht selbst aus einem Laminatkunststoff, ist sauerstoffdicht und dichtet zusammen mit der Kapselwand 1 , wenn diese tiefgezogen ist, das Füllgut sauerstoffdicht ab. Wenn die Kapseiwand 1 und die Labyrinthplatte 4 hingegen gespritzt sind, so braucht die Dichtfolie auch nicht zwingend sauerstoffdicht zu sein, es sei denn die spritzgegossene Version ist so hergestellt, dass in einem Co- Injektionsverfahren eine Barriereschicht in die Wandungsmitte eingebracht ist. In diesem Fall muss die Folie die gleichen Barriereeigenschaften aufweisen.

[0012] In Figur 5 sieht man die Labyrinthplatte 4 mit der darauf aufgeschweissten Dichtfolie 7 in einem Querschnitt. Anstelle einer leicht konischen Platte wie hier gezeigt kann diese Platte auf ihrer Unterseite auch eben ausgeführt sein. Wie man sieht sind die Labyrinthstege 5 innerhalb der ersten Radiushälfte der Labyrinthplatte 4 mit der Dichtfolie 7 verschweisst, während die äusseren Stege die Dichtfolie 7 nicht berühren. Auf diesen äusseren Stegen sind dafür nach oben ragende Stechdome 14 angeformt, welche knapp vor der Unterseite der Dichtfolie 7 enden. Die Dichtfolie 7 ist ausserdem mit ihrem peripheren Randbereich 8 mit dem darunter liegenden Rand der Labyrinthplatte 4 verschweisst. Im Zentrum der Labyrinthplatte 4 erkennt man das Ausgussloch 10, den über dem Ausgussloch angeordneten, das Ausgussloch 10 überspannenden Korb 11 , sowie den darin nach unten gerichteten Rundzapfen 12, welcher für einen weitgehend laminaren Strahl beim Ausströmen der Flüssigkeit aus der Oberseite der Labyrinthplatte 4 sorgt. Die Flüssigkeit strömt also, sobald die Dichtfolie 7 durch den hydrostatischen Druck der von oben in die Kapsel einströmenden Flüssigkeit perforiert wird, durch diese Perforationslöcher und hernach entgegen der radialen

Richtung gegen das Zentrum der Labyrinthplatte 4 hin. Weil die inneren Stege 5 mit der Dichtfolie 7 verschweisst sind, muss die Flüssigkeit zwingend durch das von ihnen gebildete Labyrinth strömen und durch die darin entstehenden Verwirbelungen wird die Durchmischung der Flüssigkeit mit dem Pulver und die Lösung des Pulvers in der Flüssigkeit gefördert.

[0013] Die Figur 6 zeigt diese Kapsel 1 für Getränkepulver in einem Querschnitt. Der Bereich oberhalb der Dichtfolie 7 ist vollständig dicht, im Falle einer tiefgezogenen Kapselwand aus Laminatkunststoff und sauerstoffdichter Dichtfolie 7 sogar sauerstoffdicht und somit speziell für heikel auf Sauerstoff reagierende Füllstoffe geeignet. Zuerst wurde die gesondert im Spritzverfahren hergestellte Labyrinthplatte 4 in die Kapselwand 1 eingesetzt und mit deren unterem Rand verschweisst. Hernach wurde die Dichtfolie 7 von oben eingesetzt und auf den peripheren Rand und die inneren Labyrinthstege 5 der Labyrinthplatte 4 geschweisst. Wenn andrerseits die Kapsel zusammen mit der Labyrinthplatte 4 im Spritzverfahren hergestellt ist, so wird bloss noch die Dichtfolie 7 eingesetzt und längs ihres Randes 8 mit der Labyrinthplatte 4 verschweisst, wie auch mit deren inneren Labyrinthstegen 5. Nach dem Befüllen der Kapsel 1 mit dem Getränkepulver wird der obere Rand 2 der Kapsel 1 mit einer Schliessfolie versiegelt. Diese Schliessfolie kann zum Beispiel eine Aluminiumfolie sein, die dann den Inhalt sauerstoffdicht verschliesst, oder aber eine einfache Kunststoff- Folie, wenn die Sauerstoffdichtigkeit nicht gewährleistet werden muss, oder aber eine Laminat-Kunststoff-Folie aus gleichem oder ähnlichem Material wie die unten auf die Labyrinthplatte 4 aufgeschweisste Dichtfolie 7.

[0014] In Figur 7 ist eine andere Variante für die Gestaltung der Labyrinthplatte 4 gezeigt. Sie weist im innern Bereich ihres Radius Labyrinthstege 5 auf, welche eine besondere Form aufweisen. Deren Seitenwände bilden nämlich konkave Einbuchtungen, sodass senkrecht auf der Labrinthplatte 4 stehende Kännel gebildet sind. Die Labyrinthstege 5 auf dem mittleren Ring, etwa auf halber Höhe des Radius, bilden im Grundriss zunächst rechteckige Klötzchen, welche mit ihrer Längsseite längs eines konzentrischen Kreises auf der Labyrinthplatte 4 angeordnet sind. Die Innenseiten dieser Labyrinthstege 5 bilden sodann je einen

senkrecht auf der Labyrinthplatte 4 stehenden Kännel. Die nächst innern Labyrinthstege 5 sind ebenfalls zunächst im Grundriss rechteckige Klötzchen, die ebenfalls mit ihrer Längsseite längs eines konzentrischen Kreises angeordnet sind, jedoch durchwegs zwischen zwei äusseren, gegenüberliegenden Labyrinthstegen des äussersten Ringes, also gegenüber denselben in Bezug auf die Radiale versetzt. Diese Labyrinthstege 5 dieses nach innen nächstfolgenden Ringes bilden nun mit ihrer äusseren wie auch auf ihrer inneren Seite je einen stehenden Kännel, also eine konkave Einbuchtung. Auf dem nach innen nächstfolgenden Ring sind die Labyrinthstege wiederum jeweils zwischen den Labyrinthstegen des vorangehenden Ringes angeordnet und auf ihrer Aussenseite sind sie konkav geformt. Strömt nun eine Flüssigkeit entgegen der Radialen auf der Labyrinthplatte 4 gegen deren Zentrum hin, so wird sie durch diese drei Ringe von Labyrinthstegen 5 und ihre konkaven Aussen- und Innen-Seiten in eine mäanderförmige Strömung gezwungen. Diese Strömung ist einer innigen Vermischung der Flüssigkeit mit dem Pulver förderlich. Die in der äusseren Hälfte des Radius der Labyrinthplatte 4 angeordneten Labyrinthstege 5 sind aus bogenförmigen Elementen 13 mit senkrecht nach oben ragenden Stechdornen 14 gebildet, wobei die bogenförmigen Elemente 13 auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind, sodass die Flüssigkeit auch um diese herumströmen muss. Diese bogenförmigen Elemente 13 sind allerdings wesentlich niedriger als die übrigen Labyrinthstege 5.

[0015] Die Figur 8 zeigt diese Labyrinthplatte 4 mit darauf aufgeschweisster Dichtfolie 7 in einem Querschnitt dargestellt. Wie man erkennt, ist die Labyrinthplatte 4 hier mit einem ebenen Boden 15 ausgeführt. Die Labyrinthstege 5 in der ersten Radiushälfte der Labyrinthplatte 4 sind alle gleichhoch, sodass die Dichtfolie 7 auf dieselben aufgeschweisst eben verläuft. Aussen fällt die Dichtfolie 7 in radialer Richtung nach unten ab und ist mit ihrem Rand 8 hier mit der Oberseite des unteren Randes 3 des Bechers 1 verschweisst. Zwischen den Stechdornen 14 und der Unterseite der Dichtfolie 7 bleibt ein kleiner Zwischenraum frei. Sobald die Dichtfolie 7 von oben mit genügend Hydrodruck beaufschlagt wird, wird sie nach unten gedrückt und dann stechen die Stechdorne 14 die Dichtfolie 7 auf.

[0016] Die Figur 9 schliesslich zeigt noch eine alternative Variante für die Verschweissung der Labyrinthplatte 4 mit der Dichtfolie 7. Hier ist nämlich die Unterseite des äusseren Randes 8 der Dichtfolie 7 direkt mit der Oberseite des äusseren Randes der Labyrinthplatte 4 verschweisst. Das bietet den Vorteil, dass die leicht variierenden Stärken des unteren, nach innen auskragenden Randes 3 des Bechers 1 keine Rolle mehr spielen können. Dieser untere Rand 3 des Bechers 1 ist nämlich dann wie hier gezeigt auf die Oberseite des Randes der Dichtfolie 7 aufgeschweisst. Wenn hingegen dieser auskragende Rand 3 zwischen Dichtfolie 7 und Labyrinthplatte 4 verschweisst wird, so bewirkt seine durch das Tiefziehen verfahren herstellungsbedingt leicht variierende Randstärke, dass der Abstand zwischen der Dichtfolie 7 und den Stechdornen 14 nicht überall gleich ist und eine defintive Distanz nicht genau eingehalten werden kann. Daher ist bei dieser Einschweissung des Becherrandes 3 ein zuverlässiges Aufstechen über den ganzen Umfang nicht sichergestellt. Mit der hier gezeigten Verschweissung kann aber Abhilfe geschaffen werden, denn so sind die Abstände zwischen Dichtfolie 7 und Stechdornen 14 genau definiert und gleichbleibend.

[0017] Beim Einpressen von Flüssigkeit durch die Schliessfolie wird die Dichtfolie 7 auf die Labyrinthplatte 4 gepresst. Die Stechdorne 14 durchstechen die Dichtfolie 7. Die Flüssigkeit durchströmt die aufgestochenen Löcher und hernach strömt sie auf der Unterseite der Labyrinthplatte 4 durch das Labyrinth aus den Labyrinthstegen 5. Schliesslich wird vom Rundzapfen 12 im Ausgussloch 10 ein laminarer Flüssigkeitsstrahl gebildet. Diese Kapsel für Getränkepulver sorgt für eine immer gleich bleibende gute Vermischung und Lösung des Pulvers in der durchströmenden Flüssigkeit. Sie erzeugt einen weitgehend laminaren Flüssigkeitsstrahl und ist erst noch einfach in der Herstellung, besonders wenn sie bloss aus einem Spritzteil und einer darauf einzuschweissenden Dichtfolie 7 besteht.