DE102023004724B4

DE102023004724B4 - Kapsel zum Aufnehmen von Kaffeepulver

Info

Publication number: DE102023004724B4
Application number: DE102023004724.4A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-11-20
Filing date: 2023-11-20
Publication date: 2025-06-26
Anticipated expiration: 2043-11-21
Also published as: WO2025108520A1; DE102023004724A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kapsel zum Aufnehmen von Kaffeepulver und zum Herstellen eines Kaffeegetränks mit Hilfe von Wasser in einer die Kapsel aufnehmenden Vorrichtung, wobei die Kapsel einen Behälter (1) mit einem über eine Öffnung zugänglichen Innenraum und einen Deckel (2) zum reversiblen Öffnen und Verschließen der Öffnung durch einen Benutzer aufweist, am Behälter (1) und/oder am Deckel (2) eine Schnappscheibe (4) angeordnet ist, die so ausgestaltet ist, dass sie sich unterhalb eines vorbestimmten Drucks in der Kapsel in einem nicht umgeschnappten Zustand und ab dem vorbestimmten Druck in der Kapsel in einem umgeschnappten Zustand befindet, und die Schnappscheibe (4) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie im nicht umgeschnappten Zustand den Innenraum der Kapsel nach außen hin abdichtet und im umgeschnappten Zustand eine Öffnung nach außen hin freigibt, die es erlaubt, dass Kaffeegetränk vom Innenraum der Kapsel nach außen hin entweichen kann. Auf diese Weise wird eine einfach und effizient einsetzbare Kapsel zum Aufnehmen von Kaffeepulver und zum Herstellen eines qualitativ hochwertigen Kaffeegetränks mit Hilfe von Wasser in einer die Kapsel aufnehmenden Vorrichtung bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kapsel zum Aufnehmen von Kaffeepulver und zum Herstellen eines Kaffeegetränks mit Hilfe von Wasser in einer die Kapsel aufnehmenden Vorrichtung, wobei die Kapsel einen Behälter mit einem über eine Öffnung zugänglichen Innenraum und einen Deckel zum reversiblen Öffnen und Verschließen der Öffnung durch einen Benutzer aufweist.
Kapselkaffee bzw. Kapsel-Kaffeemaschinen haben eine große Verbreitung gefunden. Neben dem ersten Anbieter von Kapsel-Kaffeemaschinen und Einwegkapseln sind inzwischen viele Anbieter im Markt tätig, die entweder eigene Einwegsysteme oder Einwegkapseln anbieten, die kompatibel mit den Kapsel-Kaffeemaschinen anderer Anbieter sind. Einwegkapseln können aus Metall oder Kunststoff oder aus beiden Materialien bestehen. Durch die geringe Menge von meist ca. 5,5 g Kaffee pro Kapsel ist die Menge an Metall- und Kunststoffabfall pro Kilogramm Kaffeepulver relativ groß, da die Einwegkapseln nach der einmaligen Nutzung entsorgt werden müssen.
Einwegkapseln bestehen meist aus einem Behälter, welcher mit Kaffeepulver gefüllt wird und aus einem Deckel zum Verschließen des Behälters nach dessen Füllung mit Kaffeepulver. Sie haben meist einen umlaufenden Flansch, welcher in der dazu gehörenden Kapsel-Kaffeemaschine zwischen zwei Aufnahmen eingeklemmt werden kann, um zumindest einen geschlossenen Raum zu bilden, der auf der einen Seite des Flansches liegt. Der Flansch ist meist an der Seite des Behälters angeordnet, die vom Deckel verschlossen wird. Beim Brühvorgang wird in diesen geschlossenen Raum Wasser eingeleitet, meist unter erhöhtem Druck gegenüber Umgebungsdruck, um durch die Einlassöffnungen in die Einwegkapsel zu fließen und durch das Kaffeepulver hindurch, um sich mit diesem zu vermischen und Stoffe aus dem Kaffeepulver herauszulösen. Der maximal erreichbare Wasserdruck bei typischen Kapsel-Kaffeemaschinen liegt meist zwischen 3 und 25 bar.
Meist auf der Seite der Einwegkapsel, die auf der anderen Seite des eingeklemmten Flansches liegt, tritt das bereitete Kaffeegetränk aus der Einwegkapsel wieder aus. Dazu haben die Einwegkapseln meist einen Deckel der als dünne Membran aus Aluminium oder Kunststoff ausgeführt ist und der beim Brühvorgang bei Erreichen eines bestimmten Drucks in der Kapsel einreißt, wobei die Risse als Auslassöffnungen für das Kaffeegetränk dienen. Dazu kann sich die Membran meist an eine Reliefscheibe anlegen, die durch ihre Formgebung das Aufreißen relativ genau bei einem bestimmten Druck unterstützt.
Als Alternative zu den Einwegkapseln werden seit einigen Jahren auch wiederbefüllbare Kapseln von verschiedenen Herstellern angeboten. Diese wiederbefüllbaren Kapseln sind kompatibel mit Einwegkapseln bzw. kompatibel mit den für Einwegkapseln vorgesehenen Kapsel-Kaffeemaschinen. Vorteil dieser wiederbefüllbaren Kapseln sind die reduzierte Abfallmenge und die Möglichkeit, den Kaffee selbst aussuchen zu können, wodurch die Kosten pro Portion erheblich reduziert werden können oder man bewusst eine bestimmte Art von Kaffee verwenden kann.
Das Grundprinzip vieler wiederbefüllbarer Kapseln ist, dass diese mindestens aus zwei Teilen bestehen, dem Behälter zur Aufnahme des Kaffeepulvers und einem Deckel als Abdeckung zum Verschließen des Behälters nach dessen Füllung mit Kaffeepulver, wobei der Deckel mit dem Behälter verbunden werden kann, um das Kaffeepulver einzuschließen. Behälter oder Deckel sind dabei oft nicht geschlossen, sondern haben Einlassöffnungen, um das Wasser während des Brühvorgangs in die Kapsel gelangen zu lassen, und Auslassöffnungen, um das fertige Kaffeegetränk aus der Kapsel austreten zu lassen.
Wiederbefüllbare Kapseln entsprechen in ihrer Grundform meist der Einwegkapsel, für die sie als wiederbefüllbare Alternative dienen sollen, bzw. der entsprechenden Aufnahmegeometrie in der dazu passenden Kapsel-Kaffeemaschine, um ein möglichst großes Volumen für das Kaffeepulver nahe dem der Einwegkapsel zu erhalten. Dabei hat eine wiederbefüllbare Kapsel gegenüber der Einwegkapsel meist Aussparungen an den Stellen, an denen Teile der Kapsel-Kaffeemaschine in die Einwegkapsel eindringen, wenn die Einwegkapsel in die Kapsel-Kaffeemaschine eingelegt ist und diese geschlossen wurde. Das können zum Beispiel Strukturen sein, welche die Einwegkapsel durchstoßen, um eine Einlassöffnung für das Wasser zu bilden. Wenn die wiederbefüllbare Kapsel rotationssymmetrisch ist und damit in jeder beliebigen Ausrichtung in die Kapsel-Kaffeemaschine eingelegt werden kann, dann müssen solche Aussparungen ebenfalls rotationssymmetrisch ausgeführt sein, zum Beispiel als ringförmige Nut, um in jeder möglichen Einlegeposition der Kapsel in die Kapsel-Kaffeemaschine eine Berührung der Strukturen mit der Kapsel zu verhindern. Ein Beispiel für eine wiederbefüllbare Kapsel beschreibt das Dokument EP 2 604 151 B1 .
Die Einlassöffnungen bei wiederbefüllbaren Kapseln liegen meist auf der einen Seite des Flansches und die Auslassöffnungen für das Kaffeegetränk auf der anderen Seite des Flansches. In jedem Fall muss die Seite der Kapsel, auf der das Wasser in sie eingeleitet wird, gegen die Aufnahme für die wiederbefüllbare Kapsel in der Kapsel-Kaffeemaschine abgedichtet werden, damit das Wasser durch die Kapsel fließt und nicht an der Kapsel vorbei. Dazu wird der Flansch einer wiederbefüllbaren Kapsel in der Regel zwischen zwei Teilen der Kapsel-Kaffeemaschine eingeklemmt, um auf einer Seite des Flansches einen geschlossenen Raum zu bilden, in den Wasser eingeleitet wird und dann durch die Einlassöffnungen in die wiederbefüllbaren Kapseln fließen kann.
Die EP 2 483 177 B1 schlägt eine Kaffeekapsel vor, die für die Bereitung eines Kaffeegetränks in einem Getränkeautomaten geeignet ist und mit einem dünnwandigen, kegelstumpfförmigen Gehäuseteil und mit einem mit Einströmöffnungen für ein Extraktionsfluid versehenen Bodenteil und mit einem zumindest eine Auslassöffnung aufweisenden Deckelteil versehen ist. Die Auslassöffnung des Deckelteils ist mit einer mit dem Deckelteil unlösbar verbundenen, eine Mehrzahl von Perforationen aufweisenden Membrane überdeckt.
Die EP 3 088 330 A1 beschreibt eine Kapsel für Getränke, die aus einem Gehäuse besteht, das mit oben und unten durchstoßbaren Barrieren verschlossen ist und für die Zubereitung von heißen, flüssigen Lebensmitteln, insbesondere von Getränken wie Cappuccino und Kaffee, bestimmt ist. Die Kapsel ist dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren eines Gehäuses auf der Höhe des oberen Teils des Gehäuses zwischen einer oberen Barriere und der Oberfläche eines Separators, der entlang seines Umfangs dicht mit der Innenfläche des Gehäuses verbunden ist, eine Buchse vorhanden ist, die an der Basis mit Öffnungen für den Abfluss der Flüssigkeit zum Mischen der Substanzen in Richtung vom Abscheider zur oberen Barriere versehen ist, und der Abfluss aus jedem Loch des Abscheiders durch ein Druckregelventil gesteuert wird.
Aus der CH 708 662 A1 ist eine Kapsel mit einem vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Kapselkörper mit einer Seitenwand und einem insbesondere einstückig mit dieser ausgebildeten Boden, sowie mit einem den Kapselkörper abdeckenden Deckel zur Bildung einer geschlossenen Kammer bekannt, die eine Substanz für die Zubereitung eines flüssigen Lebensmittels enthält. Die Kapsel weist eine Auslauföffnung zum Ausgeben des flüssigen Lebensmittels im Bereich des Bodens auf. Die Auslauföffnung ist mit einem Ventil verschlossen, wobei das Ventil eine Ventilöffnung aufweist und derart ausgestaltet ist, dass unter einem in der Kapsel vorherrschenden Arbeitsdruck die Ventilöffnung offen und in einem druckfreien Ruhezustand die Ventilöffnung verschlossen ist.
Die WO 2015/173375 A1 beschreibt eine Getränkekapsel, die Folgendes umfasst: einen Behälter, der eine Kammer zur Lagerung von Getränkematerial definiert, wobei der Behälter so ausgelegt ist, dass ein in die Kammer eintretendes Fluid einen Druck aufbauen kann, und ein Ventilmittel, das von einer ersten Einstellung, in der der Austritt von unter Druck stehendem Fluid aus der Kammer verhindert wird, in eine zweite Einstellung umschaltbar ist, in der der Austritt von unter Druck stehendem Fluid aus der Kammer zugelassen wird, wobei das Ventilmittel anschließend von der zweiten Einstellung in die erste Einstellung umschaltbar ist.
CN 2 19 135 145 U sieht eine Nahrungsmittelkapsel und eine Vorrichtung zur Zubereitung von Getränken vor. Die Nahrungsmittelkapsel umfasst eine Kapselhülle, eine Durchstoßstruktur und eine Kapselbodenstruktur. Die Kapselhülle ist mit einem Aufnahmehohlraum versehen, und ein Flüssigkeitsauslass ist im unteren Ende der Kapselhülle ausgebildet. Die Bodenstruktur der Kapsel umfasst einen verformbaren Boden und eine erste Dichtungsfolie. Der verformbare Boden bedeckt den Flüssigkeitsauslass, und in dem verformbaren Boden ist ein Durchgangsloch ausgebildet, das der Durchstoßstruktur entspricht. Die erste Dichtungsfolie bedeckt das Durchgangsloch, um den Flüssigkeitsauslass von dem aufzubrühenden Lebensmittel zu isolieren, und der verformbare Boden hat einen ersten Zustand, in dem der verformbare Boden nach oben herausragt, um von der Durchstoßstruktur entfernt zu sein. Wenn sich der verformbare Boden im zweiten Zustand befindet, durchstößt die Durchstoßstruktur die erste Dichtungsfolie, so dass die Brühflüssigkeit im Aufnahmehohlraum nacheinander durch das Durchgangsloch und den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird.
Im US 2016 / 0 145 038 A1 werden verschiedene Getränkezubereitungssysteme, Getränkekapseln und Getränkezubereitungsmaschinen beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst eine Getränkekapsel für die Zubereitung einer einzelnen Portion eines Getränks einen Abschnitt, der ganze Kaffeebohnen enthält. Die Kapsel kann ein bewegliches Mahlelement enthalten, das in dem Abschnitt angeordnet ist. Das bewegliche Mahlelement kann so konstruiert sein, dass es sich relativ zum Abschnitt bewegt und die Kaffeebohnen im Inneren der Getränkekapsel zu Kaffeesatz mahlt. Die Kapsel kann einen Einlass aufweisen, der für die Zufuhr von Flüssigkeit ausgelegt ist. Die Flüssigkeit kann sich mit dem Kaffeesatz vermischen, um das Getränk im Inneren der Kapsel zuzubereiten. Das Getränk kann durch einen Auslass ausgegeben werden, beispielsweise direkt in eine Tasse..
Die WO 2014 / 053 614 A1 betrifft eine Getränkekapsel, die einen Kapselkörper mit einem Auslass, einen Stopfen, der so gestaltet ist, dass er mit dem Auslass zusammenpasst, und eine Öffnungsvorrichtung umfasst, die zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist und so vorgespannt ist, dass sie den Stopfen in dem Auslass in einer ersten geschlossenen Position hält, und die so ausgelegt ist, dass sie sich aus der ersten, geschlossenen Position löst, wenn sie über die Übergangstemperatur der Formgedächtnislegierung erhitzt wird, wodurch der Stopfen aus dem Auslass in eine zweite, offene Position zurückgezogen wird und eine Flüssigkeitsverbindung durch den Auslass ermöglicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach und effizient einsetzbare Kapsel zum Aufnehmen von Kaffeepulver und zum Herstellen eines qualitativ hochwertigen Kaffeegetränks mit Hilfe von Wasser in einer die Kapsel aufnehmenden Vorrichtung bereitzustellen.
Flüssigkeit
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Merkmale eines qualitativ hochwertigen Kaffeegetränks aus einer Kapsel sind ein guter Geschmack, eine gute Konsistenz und bei einem Kaffeegetränk des Typs Espresso ausreichend schaumige Anteile, die sogenannte Crema. Diese Merkmale hängen ab von der Kaffeesorte, der in die Kapsel eingefüllten Menge an Kaffeepulver, dessen Mahlgrad und den resultierenden verschiedenen Partikelgrößen und deren Anteile im Kaffeepulver, sowie der Kompression des Kaffeepulvers in der Kapsel vor dem Brühvorgang.
Entscheidend ist insbesondere auch, wie das Wasser beim Brühvorgang durch die Kapsel fließt, insbesondere bei einem Kaffeegetränk des Typs Espresso. Beim Starten des Brühvorgangs in einer Kapsel-Kaffeemaschine wird erwärmtes Wasser unter erhöhtem Druck in die Kapsel geleitet. Die Kapsel soll erst bei Erreichen eines bestimmten Drucks in der Kapsel öffnen und eine Auslassöffnungen für das Kaffeegetränk bilden. Bis zum Öffnen tritt das Wasser bzw. das entstandene Kaffeegetränk noch nicht aus der Kapsel aus, sondern sammelt sich in der Kapsel, durchfeuchtet das darin befindliche Kaffeepulver bzw. mischt sich mit ihm und lässt es aufquellen.
Im Idealfall ist das komplette Kaffeepulver durchfeuchtet und füllt den Innenraum der Kapsel komplett und mit gleichmäßiger Verdichtung aus, bevor es zur Öffnung kommt und die eigentliche sogenannte Extraktion des Kaffeegetränks einsetzt. Dadurch wird das nun durchfeuchtete und gequollene Kaffeepulver während der Extraktion gleichmäßiger vom Wasser durchflossen. Es können sich auch weniger leicht Kanäle im Kaffeepulver bilden, durch die das in die Kapsel gelangende Wasser zu schnell zu den Auslassöffnungen fließt, ohne ausreichend mit dem gesamten Kaffeepulver in Berührung zu kommen. Der zuvor beschriebene Effekt, dass Wasser und Kaffeepulver sich mischen bevor es zur Extraktion kommt, wird auch Preinfusion genannt. Wenn der Begriff Preinfusion im Folgenden verwendet wird, dann meint er den zuvor beschriebenen Effekt. Preinfusion bewirkt einen verbesserten Geschmack, eine bessere Konsistenz und mehr sogenannte Crema beim zubereiteten Kaffeegetränk, insbesondere bei einem solchen vom Typ Espresso.
Für einen optimalen Kaffee aus einer Kapsel soll also Folgendes beachtet werden: Die Auslassöffnung der Kapsel soll beim Brühvorgang so lange geschlossen bleiben, bis ein bestimmter Druck in der Kapsel erreicht ist. Nach dem Öffnen soll die Auslassöffnung mit erheblich weniger Druck als zum Öffnen nötig ist oder sogar drucklos offenbleiben, so dass das Kaffeegetränk mit einer möglichst kleinen Fließgeschwindigkeit die Auslassöffnung passieren kann. Das Volumen in der Kapsel, das für Kaffeepulver zur Verfügung steht, soll im Übrigen so groß wie möglich sein bzw. der Platzbedarf für den Verschlussmechanismus der Auslassöffnung soll so gering wie möglich sein.
All dies adressiert die vorliegende Erfindung auf einfache und effiziente Weise.
Vorliegend werden die nachfolgend aufgeführten Begriffe so verstanden, wie im Folgenden erläutert.
„Brühvorgang“ meint die Zubereitung eines Kaffeegetränks mit einer Kapsel-Kaffeemaschine, dieser Begriff schließt die Preinfusion und die Extraktion ein.
„Extraktion“ meint das Herauslösen der Aroma- und Geschmacksstoffe aus dem Kaffeepulver, indem erwärmtes Wasser unter erhöhtem Druck durch das Kaffeepulver hindurchgeleitet wird und nach der Anreicherung mit den gelösten Aroma- und Geschmacksstoffen als Kaffeegetränk aus dem Kaffeepulver herausfließt.
„Kaffeepulver“ meint geröstete und gemahlene Kaffeebohnen und Produkte, die geröstete und gemahlene Kaffeebohnen enthalten.
„Kaffeegetränk“ meint jedes Getränk, das dadurch entsteht, dass kaltes oder erwärmtes Wasser, ohne Druck oder mit erhöhtem Druck gegenüber dem Umgebungsdruck, durch Kaffeepulver geleitet wird, und mit diesem interagiert.
„Kapsel“ meint jede Art von Behälter, der für die Aufnahme von Kaffeepulver vorgesehen ist und für die Zubereitung eines Kaffeegetränks mittels Einleitung von kaltem oder erwärmten Wasser, welches in der Kapsel mit dem Kaffeepulver interagiert und dann als Kaffeegetränk wieder aus der Kapsel austritt, in einer für die Aufnahme der Kapsel vorgesehenen Kapsel-Kaffeemaschine. Der Begriff „Kapsel“ umfasst hier sowohl Einwegkapseln, die nach einmaliger Benutzung entsorgt werden müssen, als auch wiederbefüllbaren Kapseln, die mehrmals mit frischem Kaffeepulver gefüllt werden können. Wird explizit nur eine von beiden Ausführungen gemeint, so wird statt Kapsel der Begriff „Einwegkapsel“ bzw. „wiederbefüllbare Kapsel“ verwendet. Er schließt auch alle für die Zubereitung eines Kaffeegetränks nötigen, mit der Kapsel fest verbundenen oder separaten Teile ein, wie insbesondere Dichtungen zur Abdichtung der Kapsel gegen die Kapsel-Kaffeemaschine oder zur Abdichtung des Deckels gegen die Kapsel. Die Begriffe „Kapsel“, „Einwegkapsel“ und „wiederbefüllbaren Kapsel“ können sich sowohl auf die noch unverschlossene Kapsel mit einer Öffnung zum Einfüllen des Kaffeepulvers, als auch auf die bereits mit Kaffeepulver befüllte und verschlossene Kapsel beziehen.
„Kapsel-Kaffeemaschine“ meint jede Einrichtung zur Zubereitung eines Kaffeegetränks, die für die Aufnahme von Kapseln vorgesehen ist, und bei der die Zubereitung durch die Durchleitung von Wasser durch ein in einer Kapsel befindliches Kaffeepulver erfolgt. Das schließt kaltes und erwärmtes Wasser ein und die Durchleitung ohne oder mit erhöhtem Druck des Wassers.
„Öffnungsdruck“ meint den Druck in der Kapsel während des Brühvorgangs, ab dem die Ventilöffnung sich öffnet. Bei einer Schnappscheibe oder Bimetall-Schnappscheibe entspricht die Umschnappkraft der Schnappscheibe oder Bimetall-Schnappscheibe dem Öffnungsdruck.
Der Begriff „profilartig“ meint vorliegend „sich linear ausdehnend mit gleichbleibendem Querschnitt“.
„Reliefscheibe“ meint eine Fläche in einer Kapsel-Kaffeemaschine, an der die Fläche einer Einwegkapsel anliegt, in der bei der Zubereitung eines Kaffeegetränks die Auslassöffnungen in der Einwegkapsel entstehen bzw. eingebracht werden. Das geschieht meist dadurch, dass das unter Druck in die Kapsel eingeleitete Wasser die Fläche der Kapsel gegen die Reliefscheibe drückt und bei Erreichen eines bestimmten Drucks ein Einreißen der Fläche der Kapsel an der Reliefscheibe erfolgt. Das erfolgt, weil die Reliefscheibe erhöhte und vertiefte Bereiche aufweist, z.B. in Form von Pyramiden mit abgeflachter Spitze, und die Fläche beim Eindrücken in die Vertiefungen einreißt.
„Auslassöffnung“ bzw. „Auslassöffnungen“ meint eine oder mehrere Öffnungen in einer Kapsel, durch die Kaffeegetränk aus der Kapsel austreten kann.
„Behälter“ meint den Teil einer Kapsel, der aufgrund seiner Form das Kaffeepulver aufnehmen kann.
„Deckel“ meint den Teil einer Kapsel, der durch Verbindung mit dem Behälter die Kapsel verschließt.
„Einlassöffnung“ bzw. „Einlassöffnungen“ meint eine Öffnung bzw. Öffnungen in Behälter oder Deckel, durch die Wasser in eine Kapsel für die Zubereitung eines Kaffeegetränks eintreten kann.
„Elastisch verformbar“ meint die Verformbarkeit eines Bauteils durch Aufbringen einer Kraft, wobei das verformte Bauteil der aufgebrachten Kraft eine Kraft entgegenstellt, wie bei einer Feder, und dass das Bauteil nach Wegnehmen der aufgebrachten Kraft wieder in seine Ausgangsform zurückkehrt, wie bei einer Feder.
„Scheibe mit einer Ausformung“ meint ein separates Bauteil oder einen Teil von Behälter oder Deckel, welches eine Ausformungen aufweist, die aufgrund ihrer Form so dicht an einer Ventilöffnung anliegen kann, dass diese verschlossen ist, was in diesem Fall meint, dass der Druck im Inneren der Kapsel beim Brühvorgang ansteigen kann, bis der Öffnungsdruck erreicht ist und ab da ein erheblich größerer Querschnitt der Ventilöffnung frei wird. Die Scheibe kann auch mehrere Ausformungen aufweisen, um mehrere Ventilöffnungen zu verschließen.
„Siebscheibe“ meint ein separates Teil oder einen Teil von Behälter oder Deckel, welches bei geschlossener Kapsel das Kaffeepulver in der Kapsel von der Schnappscheibe trennt.
„Ventilöffnung“ meint eine Öffnung in einem separaten Teil oder einem Teil von Behälter oder Deckel, welche durch ein Verschlusselement, hier insbesondere eine Ausformung an einer Scheibe mit einer Ausformung oder ein Ventilstift, verschlossen werden kann, und zwar so dicht, dass der Druck im Inneren der Kapsel beim Brühvorgang ansteigen kann, bis der Öffnungsdruck erreicht ist und sich ab da die Ventilöffnung öffnet und ein erheblich größerer Querschnitt der Ventilöffnung frei wird.
„Ventilstift“ meint ein separates Teil oder ein separates Teil, das an der Siebscheibe befestigt ist, oder einen integralen Teil der Siebscheibe, der zumindest an einer Stelle über einen profilartigen Querschnitt verfügt, der der Form der Ventilöffnung entspricht, und welcher in diese hineinragt und dadurch verschließt und welcher mit seinem kompletten profilartigen Querschnitt mit geringem Spiel, aber frei in die Ventilöffnung hinein und wieder heraus bewegt werden kann.
„Schnappscheibe“ meint eine kreisförmige oder anders geformte Scheibe, die eine Wölbung aufweist, welche sich über die gesamte Scheibe oder nur einen Teil erstreckt, wobei die Wölbung durch Aufbringen einer Kraft auf die Wölbung ab Erreichen der Umschnappkraft umschnappt und danach durch Aufbringen einer kleineren Kraft als die Umschnappkraft umgeschnappt bleibt, bis die Rückschnappkraft unterschritten wird und die Wölbung in die Ausgangsform zurückschnappt.
„Bimetall-Schnappscheibe“ meint eine Schnappscheibe, die bei Erreichen der Umschnapptemperatur ohne Aufbringen einer Kraft von außen umschnappt, und umgeschnappt bleibt, solange sie die Rückschnapptemperatur nicht unterschreitet. Wird das Umschnappen durch Aufbringen einer Kraft auf die Wölbung unterhalb der Umschnapptemperatur aber oberhalb der Rückschnapptemperatur ausgelöst, so bleibt die Schnappscheibe von alleine umgeschnappt, auch ganz ohne weiteres Aufbringen einer Kraft auf die Wölbung, solange die Rückschnapptemperatur nicht unterschritten wird.
„Rückschnappkraft“ meint die Kraft auf die Wölbung einer umgeschnappten Schnappscheibe, die man unterschreiten muss, damit die Wölbung gegen die Rückschnappkraft zurückschnappt. Die Rückschnappkraft ist deutlich geringer als die Umschnappkraft.
„Rückschnapptemperatur“ meint die Temperatur, bei deren Unterschreiten eine umgeschnappte Bimetall-Schnappscheibe von alleine, also ohne Aufbringen einer Kraft, wieder zurückschnappt.
„Umschnappkraft“ meint die Kraft, die man auf die Wölbung einer Schnappscheibe aufbringen muss, damit die Wölbung umschnappt. Bei einer „Bimetall-Schnappscheibe“ sinkt die Umschnappkraft mit steigender Temperatur.
„Umschnapppunkt“ meint den Punkt, bis zu dem die Wölbung einer Schnappscheibe durch Aufbringen der Umschnappkraft auf die Wölbung eingedrückt werden muss, damit diese ab diesem Punkt durch Aufbringen einer dann deutlich kleineren Kraft umgeschnappt werden kann und bei weiterer Aufbringung der deutlich kleineren Kraft auch umgeschnappt zu bleiben. Bei einer Bimetall-Schnappscheibe meint der Begriff auch den Punkt, bis zu dem sie sich langsam verformt, wenn man sie erwärmt, bevor sie bei Erreichen der Umschnapptemperatur von alleine schnell umschnappt.
„Umschnapptemperatur“ meint die Temperatur, bei der eine Bimetall-Schnappscheibe von alleine, also ohne Aufbringen einer Kraft, umschnappt.
Es ist ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass die Kapsel mit einer Schnappscheibe ausgerüstet ist. Schnappscheiben sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Schnappscheiben werden beispielsweise in elektrischen Tastschaltern (englisch: tactile switch) zur Erzeugung einer taktilen Rückmeldung eingesetzt. Bimetall-Schnappscheiben werden beispielsweise in Thermoschaltern (englisch: snap-action thermostat) zum Schalten eines Stromkreises bei Erreichen einer bestimmten Temperatur eingesetzt.
Die Ventilöffnung kann dabei in der Schnappscheibe angeordnet sein und durch ein weiteres Bauteil verschlossen sein oder die Ventilöffnung kann sich in einem anderen Bauteil als der Schnappscheibe befinden, und durch die Schnappscheibe verschlossen sein. In beiden Fällen findet die Öffnung des Ventils durch das Umschnappen der Schnappscheibe statt, das durch Erreichen eines bestimmten Drucks des in die Kapsel eingeleiteten Wassers gegen die Schnappscheibe ausgelöst wird.
Die erfindungsgemäße Lösung kann sowohl mit einer Ventilöffnung als auch mit mehreren Ventilöffnungen umgesetzt werden, auch wenn bei der Beschreibung der einzelnen Lösungen und Ausführungsbeispiele nur auf eine Ausführung mit einer einzelnen oder nur auf eine Ausführung mit mehreren Ventilöffnungen eingegangen wird.
Auch ist neben der Verwendung einer Schnappscheibe die Verwendung von mehreren Schnappscheiben möglich, auch wenn bei der Beschreibung der einzelnen Lösungen und Ausführungsbeispiele nur auf eine Ausführung mit einer Schnappscheibe eingegangen wird.
Durch entsprechende Auslegung der Schnappscheibe, kann der Öffnungsdruck festgelegt werden, bei dem die Ventilöffnung sich öffnen soll, bzw. bei dem die Schnappscheibe umschnappt.
Bei einer Schnappscheibe öffnet sich die Ventilöffnung schlagartig bei Erreichen des Öffnungsdrucks, der der Umschnappkraft der Schnappscheibe entspricht, und die Ventilöffnung bleibt offen, solange der Druck in der Kapsel auf die Schnappscheibe so hoch ist, dass die Rückschnappkraft nicht unterschritten wird.
Bei einer Schnappscheibe als Bimetall-Schnappscheibe öffnet sich das Ventil auch schlagartig bei Erreichen des Öffnungsdrucks, der der Umschnappkraft der Schnappscheibe entspricht. Sie bleibt auch wenn kein Druck in der Kapsel auf die Schnappscheibe wirkt, nach dem Umschnappen umgeschnappt, bis die Bimetall-Schnappscheibe die Rückschnapptemperatur unterschritten hat, sofern diese beim Umschnappen überschritten war. Falls dies beim Umschnappen nicht der Fall ist, dann verhält sich die Bimetall-Schnappscheibe wie eine Schnappscheibe, die keine Bimetall-Schnappscheibe ist, und schnappt zurück, sobald die Rückschnappkraft unterschritten wird.
Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der das Umschnappen durch Erreichen eines bestimmten Drucks in der Kapsel ausgelöst wird und die Bimetall-Schnappscheibe nach dem Umschnappen umgeschnappt bleibt, damit das Kaffeegetränk ohne Druck gegen die Schnappscheibe durch das Ventil ausfließen kann. Dazu muss die Rückschnapptemperatur sicher beim Brühvorgang überschritten werden. Die Umschnapptemperatur sollte dagegen nie erreicht werden, damit die Bimetall-Schnappscheibe nur durch den Druck in der Kapsel umgeschnappt wird und nicht durch Erreichen einer bestimmten Temperatur. Mit steigender Temperatur nimmt die Umschnappkraft einer Bimetall-Schnappscheibe ab, bis bei Erreichen der Umschnapptemperatur das Umschnappen von alleine erfolgt. Die Bimetall-Schnappscheibe wird daher bevorzugt so ausgelegt, dass sie umschnappt, wenn sie durch das in die Kapsel strömende Wasser eine beim Brühvorgang typische Temperatur erreicht hat und der Druck in der Kapsel den gewünschten Öffnungsdruck erreicht hat. Die Umschnappkraft bzw. die Umschnapptemperatur können durch die Größe der Scheibe, das Material, die Dicke und die Tiefe der Wölbung auf die gewünschten Werte für die Umschnappkraft bei einer bestimmten Temperatur ausgelegt werden. Durch die Einbringung von radial oder konzentrisch eingeprägten Rippen kann die Steifigkeit erhöht werden, was eine flachere Auswölbung oder eine geringere Materialstärke bei gleicher Umschnappkraft ermöglicht und damit einen geringeren Bauraum.
Die erfindungsgemäße Lösung wird bevorzugt bei wiederbefüllbaren Kapseln mit rotationssymmetrisch geformtem Behälter und Deckel umgesetzt. Für diese Variante werden Ausführungen beschrieben, die aber in gleicher Form auch bei anders geformtem Behälter und Deckel umsetzbar sind, beispielsweise rechteckigen oder vieleckigen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist vorzugsweise umsetzbar für wiederbefüllbare Kapseln mit einem Durchmesser im Bereich der Verbindung von Behälter und Deckel von 25 mm bis 75 mm, bevorzugt von 32 mm bis 60 mm und einer Gesamthöhe der Kapsel, gemessen vertikal zur Verbindungsebene von Behälter und Deckel von 12 mm bis 60 mm, bevorzugt 20 mm bis 42 mm. Als Material für Behälter und Deckel kann bevorzugt Metall eingesetzt werden aber auch Kunststoff oder das eine Material für den Deckel und das andere für den Behälter. Die erfindungsgemäße Lösung ist unabhängig von der Art der Verbindung von Behälter und Deckel. Alle nachfolgenden Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Lösung zeigen einen Deckel, der als rundes Drehteil ausgeführt ist und die weiteren Bauteile in einer konzentrischen Öffnung in seiner Mitte aufnimmt. Es gibt weitere Ausführungsmöglichkeiten, bei denen beispielsweise die erfindungsgemäße Lösung im Behälter statt im Deckel untergebracht ist, oder bei denen der Deckel nicht als Drehteil, sondern als Blechumformteil ausgeführt sein kann und dann optional auch die Schnappscheibe oder die Siebscheibe integraler Bestandteil des Deckels sein kann.
Nachfolgend werden die einzelnen Bauteile in der Reihenfolge beschrieben, in der sie in der wiederbefüllbaren Kapsel eingesetzt sind. Bei einer möglichen Ausführung befindet sich im Deckel oder im Behälter einer wiederbefüllbaren Kapsel eine Siebscheibe, die ein separates Teil sein kann oder integraler Bestandteil von Deckel oder Behälter. Sie ist bevorzugt an der Seite einer wiederbefüllbaren Kapsel angeordnet, die beim Brühvorgang an der Reliefscheibe der Kapsel-Kaffeemaschine anliegt. Sie kann als separates Bauteil fest mit Deckel oder Behälter verbunden sein, oder durch den Nutzer herausnehmbar und wieder einsetzbar. Wenn sie herausnehmbar ist, dann soll sie so dicht gegen das Bauteil anliegen, in das sie montiert ist, also Deckel oder Behälter, dass kein Kaffeepulver durch den Spalt zwischen ihr und dem sie aufnehmenden Bauteil gelangen kann.
Sie soll den Druck des sich bei der Durchfeuchtung mit Wasser ausdehnenden Kaffeepulvers aufnehmen, ohne sich dabei stark zu verformen, da sich dann die Position eines mit ihr verbundenen Ventilstifts, der die Ventilöffnung verschließt, relativ zur Schnappscheibe ändert und damit auch der Öffnungsdruck. Das schließt den Druck ein, den das durchfeuchtete Kaffeepulver beim Brühvorgang auf die Siebscheibe ausübt, weil sie dem unter Druck eingeleiteten Wasser einen Durchflusswiderstand entgegensetzt, der zu einer Kraft führt, welche dem maximalen Druck der Kaffeemaschine multipliziert mit der projizierten Anlagefläche des Kaffeepulvers auf der Siebscheibe entspricht.
Je steifer die Siebscheibe ist, umso geringer ist der nötige Hub der Schnappscheibe bis zum Erreichen des Umschnapppunkts, da sie weniger theoretisch mögliche Verformung der Siebscheibe ausgleichen können muss. Dazu kann sie durch geeignete Formgebung eine Eigensteifigkeit bekommen, zum Beispiel dadurch, dass sie die Form einer Kalotte hat, die ins Innere der Kapsel in Richtung des Kaffeepulvers gewölbt ist und sich am Rand auf dem sie aufnehmenden Bauteil Deckel oder Behälter abstützt. Die Eigensteifigkeit kann auch durch die Wahl des Materials beeinflusst werden. In Frage kommen Metall oder Kunststoff, bevorzugt ein rostfreier Edelstahl höherer Festigkeit, um sie möglichst dünn ausführen zu können. Statt die Steifigkeit der Siebscheibe zu erhöhen, kann der Ventilstift auch weiter in die Ventilöffnung hineinragen als für die Öffnung bei dem gewünschten Öffnungsdruck nötig und auf der anderen Seite der Schnappscheibe bis an eine Struktur der Kapsel-Kaffeemaschine überstehen, z.B. die Reliefscheibe, um sich gegen diese abzustützen. Der Ventilstift muss dann in dem weiter überstehenden Teil einen deutlich kleineren Querschnitt aufweisen, um einen ausreichend großen Querschnitt der geöffneten Ventilöffnung zu erreichen. Der Übergang zwischen dem Teil des Ventilstifts mit profilartigem Querschnitt und dem weiter überstehenden Teil mit deutlich kleinerem Querschnitt kann scharfkantig ausgeführt sein oder als abgerundeter Übergang hin zu dem deutlich kleineren Querschnitt. Die Abmessung des deutlich kleineren Querschnitts relativ zum Querschnitt der Ventilöffnung ist abhängig vom benötigten offenen Querschnitt der Ventilöffnung, der dem Querschnitt der Öffnungen in der Kapsel-Kaffeemaschine für den Abfluss des zubereiteten Kaffeegetränks ähnlich sein sollte.
Die Siebscheibe als separates Bauteil ist bevorzugt rund, sie kann aber auch eine andere Form haben. Die Größe der einzelnen Öffnungen in der Siebscheibe richtet sich nach der Partikelgröße des vorgesehenen Kaffeepulvers, das sie zurückhalten soll. Sie kann zwischen 0,05 mm und 0,7 mm liegen, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,4 mm.
Auf der vom Inneren der Kapsel abgewandten Seite der Siebscheibe ist eine Schnappscheibe angeordnet, welche das Kaffeepulver und die Siebscheibe in der Kapsel einschließt, wenn Behälter und Deckel der Kapsel verbunden sind. Sie ist bevorzugt ein separates Teil kann aber auch integraler Bestandteil von Deckel oder Behälter sein. In der Schnappscheibe befindet sich eine Ventilöffnung, die bevorzugt rund ist, aber auch eine andere Form haben kann. Die Ventilöffnung ist durch den Ventilstift verschlossen, welcher ein separates Teil sein kann, als separates Teil an der Siebscheibe befestigt ist oder ein integraler Teil der Siebscheibe sein kann. Der profilartige Querschnitt des Ventilstifts muss so weit in die Ventilöffnung hineinragen, dass er unter Berücksichtigung aller Toleranzen immer mindestens bis zum Umschnapppunkt der Schnappscheibe reicht. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ventilöffnung erst geöffnet wird und damit der Druck im Inneren der Kapsel abfällt, wenn die Schnappscheibe den Umschnapppunkt passiert hat und nur noch ein deutlich kleinerer Druck nötig ist, um sie in dem Zustand zu halten, oder sie im Fall einer Bimetall-Schnappscheibe drucklos die ganz umgeschnappte Position erreicht und dableibt, wenn sie die Rückschnapptemperatur beim Umschnappen überschritten hatte.
Der Ventilstift hat bevorzugt eine runde Form kann aber auch anders geformt sein. Er muss in dem Bereich, über den sich die Ventilöffnung bewegt einen profilartigen Querschnitt haben, bei der bevorzugten runden Form der Ventilöffnung also einen zylindrischen.
Um die zuvor beschriebene nötige Dichtigkeit der geschlossenen Ventilöffnung zu erreichen, soll die Breite des Spalts zwischen dem profilartigen Querschnitt des Ventilstifts und der Ventilöffnung in der Schnappscheibe vorzugsweise zwischen 0,005 mm und 0,15 mm, bevorzugt zwischen 0,02 mm und 0,05 mm groß sein, abhängig von der Größe des profilartigen Querschnitts und damit von der Gesamtlänge des Spalts.
Beim Brühvorgang wird Wasser unter Druck in die Kapsel geleitet, welches das Kaffeepulver durchfließt, die Siebscheibe passieren kann und schließlich die Schnappscheibe mit steigendem Druck in der Kapsel nach außen drückt und erwärmt. Wenn der Öffnungsdruck erreicht ist, dann schnappt die Schnappscheibe um, so dass der Teil des Ventilstifts mit profilartigem Querschnitt sich nicht mehr in der Ventilöffnung befindet und nun ein größerer Spalt frei wird.
Bei einer weiteren möglichen Ausführung befindet sich im Deckel oder im Behälter einer wiederbefüllbaren Kapsel eine Siebscheibe, so wie bei der Lösung „Ventilstift“ beschrieben. Der Unterschied ist, dass kein Ventilstift mit der Siebscheibe verbunden ist. Auf der vom Inneren der Kapsel abgewandten Seite der Siebscheibe ist eine Schnappscheibe angeordnet, so wie bei der Lösung Ventilstift beschrieben. Zwischen Siebscheibe und Schnappscheibe befindet sich eine elastisch verformbare Scheibe mit einer Ausformung, welche die Ventilöffnung in der Schnappscheibe verschließen kann, wenn sie nach der Montage im Deckel oder im Behälter einer Kapsel aufgrund Ihrer elastischen Verformung gegen diese gedrückt wird. Die Ausformung kann bevorzugt die Form einer Kalotte haben oder die eines Kegels oder eine andere Form.
Dazu muss die Ausformung zur Form der Ventilöffnung passen, so dass ein ausreichend kleiner Spalt zwischen Ausformung und Ventilöffnung entsteht. Um die zuvor beschriebene nötige Dichtigkeit der geschlossenen Ventilöffnung zu erreichen, soll die Breite des Spalts zwischen 0 mm und 0,15 mm, bevorzugt zwischen 0,01 mm und 0,05 mm groß sein, abhängig von der Größe des Querschnitts der Ventilöffnung. Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Ausformung und Ventilöffnung kann auch auf der Seite der Schnappscheibe, auf der die Ausformung anliegt, teilweise oder vollständig ein Elastomermaterial aufgebracht sein. Das erlaubt größere Toleranzen bei Ventilöffnung und Ausformung. Die Dicke des Elastomers kann zwischen 0,1 mm und 1 mm liegen, bevorzugt bei 0,2 mm bis 0,5 mm. Die Scheibe mit einer Ausformung kann bevorzugt ein separates Teil sein oder integraler Bestandteil von Deckel oder Behälter. Die Scheibe mit einer Ausformung soll so ausgeführt sein, dass Kaffeegetränk beim Brühvorgang von der Seite mit der Siebscheibe auf die Seite mit der Schnappscheibe gelangen kann. Dazu kann die Scheibe mit einer Ausformung über Öffnungen verfügen oder über Ausschnitte am Rand.
Beim Brühvorgang wird Wasser unter Druck in die Kapsel geleitet, welches das Kaffeepulver durchfließt, die Siebscheibe und die Scheibe mit einer Ausformung passieren kann und gegen die Schnappscheibe drückt und diese erwärmt. Wenn der Öffnungsdruck erreicht ist, schnappt die Schnappscheibe um, wobei die Ausformung der Scheibe mit einer Ausformung solange gegen die Ventilöffnung gedrückt wird und diese verschließt, bis die Schnappscheibe den Umschnapppunkt passiert, die Ausformung der Scheibe mit einer Ausformung dann gegen einen Anschlag anschlägt und sich die Ventilöffnung in der Schnappscheibe öffnet wenn die Schnappscheibe weiter über den Umschnapppunkt hinaus gedrückt wird, oder sich bei einer Bimetall-Schnappscheibe von alleine weiter in die umgeschnappte Endposition verformt.
Als Anschlag für die Ausformung kann eine Fläche der Kapsel-Kaffeemaschine dienen. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist ein Anschlag in der Kapsel selbst. Dazu muss die Ausformung bei Erreichen des Öffnungsdrucks von einer Verbindung mit der Siebscheibe daran gehindert werden, weiter auf der Ventilöffnung aufzuliegen und diese zu verschließen, wenn die Schnappscheibe beim Umschnappen den Umschnapppunkt passiert hat.
Bei einer weiteren möglichen Ausführung befindet sich im Deckel oder im Behälter einer wiederbefüllbaren Kapsel eine Siebscheibe, so wie bei der Lösung „Ventilstift“ beschrieben. Der Unterschied ist, dass kein Ventilstift mit der Siebscheibe verbunden ist. Auf der vom Inneren der Kapsel abgewandten Seite der Siebscheibe ist eine Scheibe mit einer Auslassöffnung angeordnet, welche das Kaffeepulver und die Siebscheibe in der Kapsel einschließt, wenn Behälter und Deckel der Kapsel verbunden sind. Sie ist bevorzugt ein separates Teil kann aber auch integraler Bestandteil von Deckel oder Behälter sein. Die Auslassöffnung ist bevorzugt rund, kann aber auch eine andere Form haben. Auch eine Ausführung mit mehreren Auslassöffnungen ist möglich.
Zwischen der Siebscheibe und der Scheibe mit der Auslassöffnung befindet sich eine Bimetall-Schnappscheibe. Die Bimetall-Schnappscheibe wird gegen einen umlaufenden Wulst in der Scheibe mit Auslassöffnung gedrückt, innerhalb dessen sich die Auslassöffnung oder die Auslassöffnungen befinden. Dazu muss die Wölbung der Bimetall-Schnappscheibe zu der des umlaufenden Wulsts passen, so dass ein ausreichend kleiner Spalt entsteht, wenn die Bimetall-Schnappscheibe auf dem umlaufenden Wulst aufliegt bzw. diese darauf gedrückt wird. Bevorzugt ist die Wölbung der Bimetall-Schnappscheibe rotationssymmetrisch und die Form des umlaufenden Wulstes entsprechend kreisförmig.
Um die zuvor beschriebene nötige Dichtigkeit im geschlossenen Zustand zu erreichen, soll die Breite des Spalts zwischen 0 mm und 0,15 mm, bevorzugt zwischen 0,005 mm und 0,05 mm groß sein, abhängig vom Durchmesser des umlaufenden Wulsts. Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen umlaufendem Wulst und Schnappscheibe kann auf der Seite der Schnappscheibe, welche am Verschlusselement oder an der Kontaktfläche im Innenraum der Kapsel anliegt, teilweise oder vollständig ein Elastomer aufgebracht sein. Das erlaubt größere Toleranzen bei umlaufendem Wulst und Schnappscheibe. Die Dicke des Elastomers kann zwischen 0,1 mm und 1 mm liegen bevorzugt bei 0,2 mm bis 0,5 mm.
Die Auslassöffnung soll so ausgeführt sein, dass wenn die Bimetall-Schnappscheibe nach dem Umschnappen auf dem Rand der Auslassöffnung aufliegt, trotzdem noch Kaffeegetränk zwischen ihr und dem Rand der Auslassöffnung hindurchfließen kann. Dazu kann der Rand der Auslassöffnung auf und ab gewellt sein, oder die Auslassöffnung kann eine Form haben, die anders ist als der Abschnitt der Bimetall-Schnappscheibe, der auf ihr aufliegt.
Die Bimetall-Schnappscheibe soll mit ausreichendem Druck gegen den umlaufenden Wulst in der Scheibe mit Auslassöffnung gedrückt werden, um bis zum Erreichen des Öffnungsdrucks geschlossen zu bleiben. Das kann dadurch erreicht werden, dass der Platz zwischen Siebscheibe und Scheibe mit Auslassöffnung etwas niedriger ist als die Höhe der Bimetall-Schnappscheibe und diese dadurch unter Vorspannung am umlaufenden Wulst und an der Siebscheibe anliegt. Die Bimetall-Schnappscheibe kann bevorzugt ein separates Teil sein oder integraler Bestandteil von Deckel oder Behälter.
Wenn die Bimetall-Schnappscheibe nicht über Ausschnitte am Rand verfügt, dann muss die Siebscheibe, welche die Bimetall-Schnappscheibe gegen die Scheibe mit Auslassöffnung drückt, Ausformungen in Richtung der Bimetall-Schnappscheibe haben, auf welchen sich die Bimetall-Schnappscheibe abstützen kann, so dass Kaffeegetränk durch den Spalt zwischen den Ausformungen durchfließen kann.
Beim Brühvorgang wird Wasser unter Druck in die Kapsel geleitet, welches das Kaffeepulver durchfließt, die Siebscheibe passieren kann, und mit steigendem Druck in der Kapsel gegen die Bimetall-Schnappscheibe drückt und diese erwärmt. Wenn der Öffnungsdruck erreicht ist, dann schnappt die Bimetall-Schnappscheibe um, liegt dann nicht mehr auf dem umlaufenden Wulst auf und gibt den Weg zur Auslassöffnung frei.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

1a ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Ventilstift“, wobei die gestrichelte Linie die Position der Ventilscheibe und der Scheibe mit einer Ausformung zeigt, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist,
1b eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht der 1a,
2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Ausformung“ als Schnitt einer Seitenansicht, wobei die gestrichelte Linie die Position der Ventilscheibe und der Scheibe mit einer Ausformung zeigt, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist,
3a ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Ausformung“ als Schnitt einer Seitenansicht, wobei die gestrichelte Linie die Position der Ventilscheibe und der Scheibe mit einer Ausformung zeigt, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist,
3b eine Ansicht in Richtung der Rotationsachse des Stifts in der Scheibe mit einer Ausformung und
4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Schnappscheibe ohne Loch“ als Schnitt einer Seitenansicht einer Kapsel, wobei die gestrichelte Linie die Position der Bimetall-Schnappscheibe zeigt, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist.

Für ein besseres Verständnis ist in 1a, 2, 3a und 4 von der Siebscheibe jeweils nur die Schnittfläche gezeigt, nicht aber die Kanten der Wandabschnitte und die Öffnungen in der Siebscheibe.
1a zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Ventilstift“ als Schnitt in einer Seitenansicht. Für ein besseres Verständnis ist von der Siebscheibe nur die Schnittfläche dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Position der Schnappscheibe, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist. 1b zeigt eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht der 1a.
Eine Siebscheibe 3 und eine Schnappscheibe 4 sind im Deckel 2 einer Kapsel angeordnet, welcher als ringförmiges Drehteil aus Metall gefertigt ist. An seinem äußeren Rand hat der Deckel 2 einen Flansch 14, der eine Dichtung 10 aufnimmt. An seinem inneren Rand hat der Deckel 2 eine umlaufende Stufe 13, auf der die Schnappscheibe 4 aufliegt. Am äußeren Rand der Stufe 13 befindet sich eine konische umlaufende Wand, die an ihrem oberen Ende einen nach innen ragenden umlaufenden Wulst 12 hat, gegen den sich die Wandabschnitte der Siebscheibe 3 abstützen. Auf der Außenseite befindet sich eine umlaufende Nut 11, in die der Behälter 1 mit darin vorgesehenen Einlassöffnungen 16 einrasten kann, wenn er mit dem Deckel 2 verbunden werden soll. Dazu weist der Behälter an zwei einander gegenüberliegenden Stellen kiemenartige Ausstanzungen in Richtung hin zu dem Behälterinnenraum auf. Diese können in der Nut einrasten, wenn sie über die konische umlaufende Wand gedrückt werden und der offene Teil des Behälters sich dabei zu einem Oval verformt. Der Rand des Behälters kann im eingerasteten Zustand so gegen die Dichtung 10 gepresst werden, dass die Verbindung zwischen Behälter und Deckel abgedichtet ist. Alternativ kann die konische umlaufende Wand an ihrem oberen Ende an zwei einander gegenüberliegenden Stellen zurückversetzt sein, und zwar bis auf die Tiefe der umlaufenden Nut 11 und etwas breiter als die kiemenartigen Ausstanzungen, so dass der Behälter ohne eine Verformung auf den Deckel aufgesetzt werden kann und durch eine Drehung relativ zum Deckel die kiemenartigen Ausstanzungen in der Nut neben den zurückversetzten Stellen liegen, im Sinne eines Bajonettverschlusses.
Die Schnappscheibe 4 ist mit einer Ventilöffnung 6 in der Mitte ausgeführt. Die Schnappscheibe 4 kann durch Stanzen erzeugt werden, die Ventilöffnung 6 in der Mitte mit der nötigen Toleranz durch einen Feinschnitt. Die Siebscheibe 3 hat die Form einer rotationssymmetrischen Kalotte und ist aus rostfreiem Federstahl ausgeführt. Am äußeren Rand des kalottenförmigen Bereichs weist sie eine konische sich nach oben öffnende umlaufende Wand auf, welche umlaufend sechzehn radiale Einschnitte hat, von denen abwechselnd jeweils zwei nur in der umlaufenden Wand liegen und zwei jeweils einige Millimeter weit in die Kalotte reichen. Die Wandabschnitte zwischen den weit in die Kalotte reichenden Einschnitten sind gegenüber den anderen Wandabschnitten in der Kalotte leicht nach oben gebogen und wirken wie eine Feder, deren obere Kante sowohl parallel zur Rotationsachse der Kalotte als auch vertikal zu ihr einfedern kann. Die Wandabschnitte zwischen den nur in der umlaufenden Wand liegen Einschnitten wirken dagegen wie eine Feder, deren obere Kante nur vertikal zur Rotationsachse der Kalotte einfedern kann. Der Ventilstift 5 ist als integraler Teil der Siebscheibe 3 ausgeführt, was bei der Herstellung der Siebscheibe 3 mittels Tiefziehen erfolgen kann. Die äußere Kontur sowie die Öffnungen in der Siebscheibe 3 können durch Stanzen erzeugt werden und die endgültige Form der Kalotte und der umlaufenden Wandabschnitte durch Pressen.
Bei der Montage des Deckels 2 wird die Schnappscheibe 4 auf der umlaufenden Stufe 13 im Deckel 2 aufgelegt. Die Siebscheibe 3 wird durch den nach innen ragenden umlaufenden Wulst 12 am Deckel 2 auf die Schnappscheibe 4 gedrückt, wobei der Ventilstift 5 an der Siebscheibe 3 in die Ventilöffnung 6 in der Schnappscheibe 4 finden muss. Zuerst rasten die Wandabschnitte der Siebscheibe 3 unter dem umlaufenden Wulst 12 ein, die nicht nach oben gebogen sind. Durch Druck auf die vier nach oben gebogenen Wandabschnitte der Siebscheibe 3 werden diese nach unten gedrückt, rasten dann ebenfalls unter dem umlaufenden Wulst 12 ein und drücken den äußeren Rand des kalottenförmigen Bereichs der Siebscheibe 3 gegen die Schnappscheibe 4 und diese gegen die umlaufende Stufe 13 im Deckel 2.
Die Fläche am umlaufenden Wulst 12, hinter der die Wandabschnitte der Siebscheibe 3 einrasten, ist schräg ausgeführt. Der Winkel ist so bemessen, dass die oberen Kanten der Wandabschnitte der Siebscheibe 3 sich durch ihre Federwirkung so weit wie möglich nach außen drücken, bis sie am Ende der schrägen Fläche am umlaufenden Wulst 12 liegen. Ein Herausnehmen der Siebscheibe 3 und der Schnappscheibe 4 erfolgt durch Druck gegen die Schnappscheibe 4 in Richtung des Kapselinneren. Dabei gleiten die oberen Kanten der Wandabschnitte der Siebscheibe 3 über die schräge Fläche am umlaufenden Wulst 12 und werden nach innen gedrückt, bis sie die engste Stelle des umlaufenden Wulsts 12 passiert haben und die Siebscheibe 3 sich mit geringer Kraft aus dem Deckel 2 drücken lässt. Siebscheibe 3 und Schnappscheibe 4 sind so für die Reinigung ohne Werkzeug demontierbar und wieder montierbar.
2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Ausformung“ als Schnitt einer Seitenansicht. Für ein besseres Verständnis ist von der Siebscheibe nur die Schnittfläche dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Position der Schnappscheibe und der Scheibe mit einer Ausformung, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist.
Der Aufbau ist im Wesentlichen identisch wie im Ausführungsbeispiel in 1a. Ein Unterschied liegt allerdings darin, dass eine Scheibe mit einer Ausformung 7 zwischen der Schnappscheibe 4 und der Siebscheibe 3 angeordnet ist. Die Scheibe mit einer Ausformung 7 ist als elastisch verformbare Scheibe aus rostfreiem Federstahl ausgeführt, und zwar mit mehreren Löchern, um Kaffeegetränk von der Siebscheibe 3 zur Ventilöffnung 6 durchzulassen, einer Ausformung als Kegelstumpf im Bereich der Kontaktfläche zur Ventilöffnung 6 der Schnappscheibe 4 und einer Kalotte als Abschluss, die bei elastischer Verformung der Scheibe mit einer Ausformung 7 nach außen, gegen eine Fläche der Kapsel-Kaffeemaschine anschlagen kann. Die nötige elastische Verformbarkeit wird durch die relativ dünne Wandstärke von 0,2 - 0,3mm erreicht. Die Siebscheibe 3 ist also im Wesentlichen so ausgeführt wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1a beschrieben. Der Unterschied ist jedoch, dass sie keinen Ventilstift aufweist.
3a zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Ausformung“ als Schnitt einer Seitenansicht, wobei 3b eine Ansicht in Richtung der Rotationsachse des Ventilstifts in der Scheibe mit einer Ausformung zeigt. Für ein besseres Verständnis ist von der Siebscheibe nur die Schnittfläche dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Position der Schnappscheibe und der Scheibe mit einer Ausformung, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist.
Der Aufbau ist im Wesentlichen identisch wie im Ausführungsbeispiel in 2. Ein Unterschied liegt jedoch darin, dass die Siebscheibe 3 in der Mitte ein Loch aufweist, welches die Form von zwei Halbkreisen hat, deren Enden jeweils mit geraden Linien verbunden sind. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass die Ausformung der Scheibe mit einer Ausformung 7 keine Kalotte als Abschluss hat, sondern eine plane Fläche. Auf dieser ist ein Stift 17 durch eine Punktschweißung befestigt, welcher im mittleren Teil einen zylindrischen Querschnitt aufweist und an seinem Kopf einen Querschnitt, welcher dem Loch in der Siebscheibe 3 entspricht, jedoch um etwas mehr als die Fertigungstoleranzen beider Teile verkleinert, um immer frei hindurch geführt werden zu können. Der Stift 17 kann in einer Ausrichtung mit seinem Kopf durch das Loch in der Siebscheibe 3 gesteckt werden. Nach einer Drehung um einige Grad, bevorzugt 30° - 90°, kann der Kopf nicht mehr durch das Loch geführt werden. Der zylindrische Teil des Stifts 17 kann dann aber noch frei in dem Loch auf und ab bewegt werden, wenn eine Scheibe mit einer Ausformung 7 und die Siebscheibe 3 in dieser Position zueinander in den Deckel 2 eingesetzt werden. Die Siebscheibe 3 dient so als Anschlag für die Scheibe mit einer Ausformung 7 und begrenzt die Verformung bzw. den Weg der Scheibe mit einer Ausformung 7 nach außen, wenn die Schnappscheibe 4 beim Brühvorgang durch den Druck in der Kapsel nach außen gedrückt wird.
4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lösung „Schnappscheibe ohne Loch“ als Schnitt einer Seitenansicht einer Kapsel. Für ein besseres Verständnis ist von der Siebscheibe nur die Schnittfläche dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Position der Bimetall-Schnappscheibe, wenn die Ventilöffnung geöffnet ist.
Der Aufbau ist im Wesentlichen identisch wie im Ausführungsbeispiel in 1a bis auf folgende Unterschiede: Statt einer Schnappscheibe liegt eine runde Scheibe mit einer Auslassöffnung 9 auf der umlaufenden Stufe 13 am Deckel 2 auf. Sie hat einen konzentrischen, umlaufenden und ins Innere der Kapsel ragenden Wulst, auf dem die Siebscheibe 3 aufliegt. Der Wulst dient gleichzeitig als seitliche Führung für die Bimetall-Schnappscheibe 4, wofür der Abstand zum Wulst auch bei größten Fertigungstoleranzen so groß sein muss, dass der Rand der Bimetall-Schnappscheibe 4 sich beim Umschnappen frei auf und ab bewegen kann.
Die Scheibe mit Auslassöffnung 9 hat einen weiteren etwas kleineren konzentrischen, umlaufenden und ins Innere der Kapsel ragenden Wulst, gegen den die Bimetall-Schnappscheibe 4 gedrückt wird. Innerhalb dieses Wulsts liegt eine Auslassöffnung 6 mit einem Rand der wellenförmig auf und ab gewellt ist, damit Kaffeegetränk zwischen Bimetall-Schnappscheibe 4 und Scheibe mit Auslassöffnung 9 hindurch zur Auslassöffnung 6 fließen kann, wenn die Bimetall-Schnappscheibe 4 umgeschnappt ist und dann nicht mehr auf dem etwas kleineren Wulst aufliegt, sondern auf dem Rand der Auslassöffnung 6.
Die Siebscheibe 3 ist im Wesentlichen so ausgeführt wie im Ausführungsbeispiel in 1a beschrieben. Ein Unterschied liegt darin, dass sie keinen Ventilstift hat, aber mindestens drei Ausformungen in Richtung der Bimetall-Schnappscheibe 4, auf denen sie sich abstützen kann, wenn sie umgeschnappt ist, so dass Kaffeegetränk durch den Spalt zwischen den Ausformungen durchfließen kann. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass sie in der Mitte eine Ausformung in Richtung der Bimetall-Schnappscheibe 4 hat, welche diese im nicht umgeschnappten Zustand gegen den kleineren konzentrischen, umlaufenden Wulst in der Scheibe mit Auslassöffnung 9 drückt.
Das Öffnungsverhalten dieser Ausführung ist so, dass die Bimetall-Schnappscheibe 4 umschnappt, sobald im Inneren der Kapsel beim Brühvorgang der Öffnungsdruck und damit die Umschnappkraft der Bimetall-Schnappscheibe 4 erreicht ist, und die Bimetall-Schnappscheibe 4 die Ventilöffnung 6 freigibt, sobald sie über den Umschnapppunkt hinaus umgeschnappt ist und dann nicht mehr auf dem kleineren konzentrischen, umlaufenden Wulst anliegt. Sie schnappt zurück, sobald beim Abkühlen die Rückschnapptemperatur wieder erreicht wird.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
2: Deckel
3: Siebscheibe
4: Schnappscheibe
5: Ventilstift
6: Ventilöffnung
7: Scheibe mit einer Ausformung
8: Ausformung
9: Scheibe mit Auslassöffnung
10: Dichtung am Deckel
11: Nut am Deckel
12: Wulst am Deckel
13: Stufe am Deckel
14: Flansch am Deckel
15: Öffnungen in der Siebscheibe
16: Einlassöffnungen
17: Stift

Claims

Kapsel zum Aufnehmen von Kaffeepulver und zum Herstellen eines Kaffeegetränks mit Hilfe von Wasser in einer die Kapsel aufnehmenden Vorrichtung, wobei die Kapsel einen Behälter (1) mit einem über eine Öffnung zugänglichen Innenraum und einen Deckel (2) zum reversiblen Öffnen und Verschließen der Öffnung durch einen Benutzer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass, am Behälter (1) und/oder am Deckel (2) eine Schnappscheibe (4) angeordnet ist, die auch eine Bimetall Schnappscheibe sein kann, wobei die Schnappscheibe eine Wölbung aufweist, welche sich über die gesamte Scheibe oder nur einen Teil erstreckt, wobei die Wölbung durch Aufbringen einer Kraft auf die Wölbung ab Erreichen der Umschnappkraft umschnappt und danach durch Aufbringen einer kleineren Kraft als die Umschnappkraft umgeschnappt bleibt, bis die Rückschnappkraft unterschritten wird und die Wölbung in die Ausgangsform zurückschnappt, wobei das Zurückschnappen in die Ausgangsform bei einer Bimetallschnappscheibe erst bei Unterschreiten einer Rückschnapptemperatur erfolgt, wobei die Schnappscheibe so ausgestaltet ist, dass sie sich unterhalb eines vorbestimmten Drucks in der Kapsel in einem nicht umgeschnappten Zustand und ab dem vorbestimmten Druck in der Kapsel in einem umgeschnappten Zustand befindet, und die Schnappscheibe (4) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie im nicht umgeschnappten Zustand den Innenraum der Kapsel nach außen hin abdichtet und im umgeschnappten Zustand eine Öffnung nach außen hin freigibt, die es erlaubt, dass Kaffeegetränk vom Innenraum der Kapsel nach außen hin entweichen kann.
Kapsel nach Anspruch 1, wobei die Schnappscheibe (4) wenigstens eine Ventilöffnung (6) aufweist, die im nicht umgeschnappten Zustand der Schnappscheibe (4) durch ein Verschlusselement verschlossen ist und die im umgeschnappten Zustand der Schnappscheibe (4) geöffnet ist.
Kapsel nach Anspruch 2, wobei das Verschlusselement einen Bereich aufweist, dessen Querschnitt der Form der Ventilöffnung (6) in der Schnappscheibe entspricht und der im nicht umgeschnappten Zustand abdichtend in der Ventilöffnung (6) sitzt, wobei das Verschlusselement derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es sich beim Umschnappen der Schnappscheibe (4) vom nicht umgeschnappten Zustand in den umgeschnappten Zustand nicht mit dieser bewegt, sondern in seiner Position verbleibt, so dass die Ventilöffnung (6) geöffnet wird.
Kapsel nach Anspruch 2, wobei das Verschlusselement durch ein federndes Element gegen die Ventilöffnung (6) gedrückt wird und sich das Verschlusselement beim Umschnappen der Schnappscheibe (4) von dem nicht umgeschnappten Zustand in den umgeschnappten Zustand mit dieser bewegt, aber durch einen Anschlag angehalten wird, nachdem die Schnappscheibe (4) den Umschnapppunkt passiert hat, und das Verschlusselement dann nicht mehr die Ventilöffnung (6) verschließt.
Kapsel nach Anspruch 3, wobei das Verschlusselement einen ersten Bereich aufweist, der von der Form und Größe her der Ventilöffnung (6) entspricht, und einen an den ersten Bereich angrenzenden zweiten Bereich, der sich in der Richtung verjüngt, in die die Schnappscheibe (4) umschnappt.
Kapsel nach Anspruch 1, wobei die Schnappscheibe (4) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie im nicht umgeschnappten Zustand zur Abdichtung des Innenraums der Kapsel mit ihrem umlaufenden Rand gegen eine Kontaktfläche im Innenraum der Kapsel drückt und im umgeschnappten Zustand im Abstand zu der Kontaktfläche steht, wobei die Kontaktfläche eine geschlossene umlaufende Linie bildet, innerhalb derer sich wenigstens eine Öffnung in der Kapsel befindet, durch die hindurch im umgeschnappten Zustand der Schnappscheibe (4) Kaffeegetränk vom Innenraum der Kapsel nach außen hin entweichen kann.
Kapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnappscheibe (4) als Bimetall- Schnappscheibe ausgeführt ist.
Kapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schnappscheibe (4) zum Innenraum hin eine Siebscheibe (3) vorgeschaltet ist, die mit Öffnungen (15) versehen ist, die derart ausgestaltet sind, dass sie Kaffeepulver zurückhalten, aber Kaffeegetränk durchlassen.
Kapsel nach Anspruch 4, 6 oder 7, wobei auf die Seite der Schnappscheibe (4), welche am Verschlusselement oder an der Kontaktfläche im Innenraum der Kapsel anliegt, teilweise oder vollständig ein Elastomer aufgebracht ist.
Kapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnappscheibe (4) radial oder konzentrisch eingeprägte Rippen aufweist.