饮料胶囊的制作方法

1.本发明涉及一种用于浓缩咖啡机的饮料胶囊，其特别是用于在高压下制作浓缩咖啡。


背景技术：

2.电动浓缩咖啡机是众所周知的。传统的浓缩咖啡机包括水室和加热元件，该加热元件适于将水加热到95-98摄氏度左右，然后水在15至19巴的高压下被泵送到过滤器支架或初滤器。还存在低压系统。过滤器支架通常包括手柄部分和支架部分，该支架部分设置有两个或三个凸耳，所述凸耳适于在安装位置与水被泵送到其中的机器冲煮头接合。支架部分适于接纳过滤器，该过滤器通常是具有穿过其底部的多个穿孔的金属碗。使用时，过滤器被充装细磨咖啡，并且水在泵产生的高压下被迫通过咖啡以产生浓缩咖啡，浓缩咖啡被收集在放置于过滤器支架下方的杯中。
3.经典咖啡机有两个潜在的缺点。第一个缺点是磨碎的咖啡在几天后开始失去新鲜度和风味，因此为了获得最佳的浓缩咖啡，使用者还将需要有一台咖啡研磨机。另一个缺点是必须从过滤器中去除用过的浓缩咖啡，这可能会因为研磨物很细而导致混乱。
4.这导致了ese咖啡包的开发，ese咖啡包可用于许多浓缩咖啡机中。咖啡包通常被单独包装以保持新鲜度，并由容纳咖啡的由穿孔滤纸制成的小包组成。咖啡包被放置在过滤器支架中，然后在使用后被丢弃。咖啡包很方便，但必须匹配过滤器支架并正确放置，否则水可能从边缘泄漏。
5.这继而导致了胶囊机的发展。这些机器的咖啡胶囊被完全密封。胶囊机器不使用传统的过滤器支架。胶囊机器通常具有两部分机构。第一部分接纳胶囊并且设置有胶囊搁置在其上的提取表面。第二部分设置有锁定杆，其用于使第一和第二部分成为一体。在使用中，第二部分切割胶囊的上表面以允许水进入胶囊并向下渗透穿过胶囊，在此水在由提取表面的几何形状决定的多个位置处经胶囊的下表面离开。ep 0870457或wo2005/004683中公开了这种机器的一个示例。已知的胶囊咖啡机中的胶囊在使用时被插入到机器的胶囊保持架中，该胶囊保持架将胶囊保持在适当位置，使得可以通过切割构件对胶囊进行切割。
6.胶囊机已被证明在商业上非常成功，因为它们使用起来非常方便并生产出一致的产品。然而，每个制造商的咖啡机和胶囊都被设计成适用于该制造商自己的品牌。最受欢迎的胶囊品牌是其使用由铝制成的密封胶囊。在使用中，胶囊被夹持在机器中的适当位置，并且胶囊保持架部件保持胶囊，使得它可以由通常三个尖头切割，以便能够使水在压力下进入咖啡胶囊。
7.铝具有不透氧和水的显著优势，这意味着胶囊中的咖啡具有较长的保质期。然而，铝也有几个主要缺点，即，铝在充填和包装阶段很容易变形，并且在胶囊边沿上产生可靠的密封既困难又昂贵。尽管进行了大量研究，但唯一已知的有效密封件是ep1654966中公开的硅弹性体。在这些胶囊中，铝制边沿的边缘被卷在前部箔密封件的附接处。这些问题的已知方案还需要超出大多数公司预算的极高资本投资。
8.已经提出使用通过从胶囊边沿推出材料而形成的凸起肋。这些密封件是有效的，但减小了胶囊前部圆周——在此处用箔密封胶囊——上的有效密封面积。这导致箔密封件的不可接受的高故障率，使得充填的胶囊脱气，结果咖啡变得不新鲜。
9.由于多种原因，使用纸垫圈的尝试也以失败告终。当手柄在咖啡机上被提起时，由于冲煮室的快速减压，已知的纸垫圈倾向于分层，从而导致材料的叠层分离并脱离胶囊。当印刷在表面上的油墨由于形成防水屏障而阻止垫圈内的压力释放时，会发生另一种分层。
10.随着时间的推移，这种分层的垫圈材料会堆积在机器内的冲煮室上，并导致后续的胶囊在提取期间泄漏并产生欠注/提取不足。
11.另一个问题是纸垫圈往往会爆裂，因为它们没有足够的湿润强度来承受咖啡提取期间出现的高压力。垫圈分解成小区域，使得水流出并降低压力。
12.铝制胶囊的又一个问题是由于胶囊箔被刺破以允许水通过咖啡进行提取而出现的。孔的大小影响水进入和通过胶囊的流速，孔越大流速越高，孔越小流速越低。因此，控制流速对咖啡的品质很重要，因为流速太慢会导致过度提取而使咖啡变苦，流速太快会导致提取过弱而使咖啡缺乏风味。
13.因此，本发明寻求提供一种改进的咖啡胶囊。


技术实现要素：

14.根据本发明的第一方面，提供了一种根据权利要求1的特征的在咖啡机中使用的胶囊，该机器具有用于在提取位置保持胶囊的胶囊保持架，其中该胶囊由延展性金属形成。
15.本发明的优选方面在从属权利要求中公开。
16.本发明的密封件有利地为胶囊提供了良好的密封，并且比已知的硅密封件更容易回收。
附图说明
17.现在将参考附图描述本发明的示例性实施例，在附图中：
18.图1a示意性示出了胶囊的截面；
19.图1b示意性示出了与机器刀片接口的胶囊的截面；
20.图1c示意性示出了咖啡机的冲煮头；
21.图2示出了胶囊的透视图；
22.图3a示出了第一分层式密封件；
23.图3b示出了第二分层式密封件；
24.图4示出了密封件的叠层结构；
25.图5a示意性示出了第一替代结构；
26.图5b示意性示出了第二替代结构。
具体实施方式
27.图1a示出了主体2具有大体截锥形式的胶囊1的截面。胶囊的上端3具有直径小于下端的第二截锥形部分4。上端3在上端3的中心处进一步设置有另外的截锥形凹口5。胶囊在主体2的远离上端3的端部处设置有凸缘7。
28.为确保该胶囊在市场上种类繁多的胶囊咖啡机中有效发挥作用，标有v、w、x和y的四个尺寸至关重要，并且如果要避免胶囊在机器中的插入和弹出出现问题，需要利用这些尺寸。
29.图1b示出了胶囊上的又一个尺寸，即a，它是胶囊密封表面到胶囊顶部处与机器刀片接口的胶囊表面之间的距离，图1c示出了尺寸b，它是咖啡机冲煮头或胶囊保持架密封表面与刀片20的尖端之间的距离。尺寸a随凸缘上的密封件的厚度而变化，而尺寸b由胶囊咖啡机的设计决定。刀片的穿刺深度是通过将尺寸a减去尺寸b而推导出来的。
30.图2示出了胶囊的透视图，该胶囊设置有从上表面向外的环形突出表面10。突出表面10是倒角的或倾斜的，但也可以是倒圆表面。突出表面10为刀片提供了比表面4更陡的角度，这改善了刀片的进入。凸缘7包括直立壁8，这由此在胶囊的壁与直立壁8之间形成沟槽9。直立壁8则朝向与开口相同的一侧向下弯回，使得远端基本上在胶囊的纵向平面中但在沟槽9之下。远端的形状形成为开口钩。开口钩在包装或充填之后接纳密封件以封闭胶囊。开口钩的形状在凸缘的边沿处提供了多个腹板，这些腹板提供了一定程度的加强，使得箔能够容易地附接到由更柔软、更具延展性的材料例如铝制成的胶囊上。
31.环形表面10从围绕的胶囊表面12的平面升高0.15至0.35mm之间，并且在一个特别优选的实施例中升高0.25mm。该表面的宽度约为0.2-0.3mm，以允许机器之间的公差。该表面与胶囊的平面表面的角度在30
°
与34
°
之间，并且该角度从胶囊的中心朝边缘增大。在突出表面的高度范围内，冲煮头的刀片与胶囊的平面表面12保持约30
°
的进入角。如果刀片的进入角大于约35
°
或小于约25
°
，则胶囊倾向于在刀片的作用下变形而不是被刺穿。在特定实施例的范围内，可以实现直径介于0.95与1.05mm之间的孔尺寸，这允许标准意式浓缩研磨咖啡的最佳流速。
32.具有大体环状形式的密封件9设置在凸缘上，其具有图3a、3b和4中所示的示例性密封结构。示例性的密封件包含一层化学(硫酸盐)浆体或ctmp(化学-热机械浆体)，或包含具有一层化学(硫酸盐)浆体和ctmp(化学-热机械浆体)的3个层。化学制浆过程产生长且结合性良好的纤维，这使材料具有高强度和防水性能。
33.该材料结构还提供了良好的边缘芯吸抵抗。边缘芯吸限定了对沿着板的外露边缘的液体渗透的阻力，这有助于在使用中保持垫圈的强度和刚度。
34.性能示例：
[0035][0036]
图3a和3b所示的另一个示例性实施例是混合叠层方案，其中混合概念可以是弹性材料(例如泡沫/塑料/硅中的一者)与非弹性可变形材料(即纸)的叠层。叠层可以是2层或更多层，其中纸是外层或上层，以便它发生塑性变形。
[0037]
当咖啡机使用时，冲煮头中的残留水分会导致纸或纤维素材料发生少量膨胀，这种膨胀使得能够更好地与冲煮头上的齿状结构接合，从而提高了密封性。
[0038]
密封件可以通过粘合剂或机械方式被保持在适当位置。
[0039]
在第一实施例中，用粘合剂将密封件固定到凸缘上，特别是淀粉基可生物降解粘合剂，其熔点约为140度，这充分高于咖啡提取期间可见的100度，但也足够低以能够在胶囊充填期间的短暂停留时间内激活。使用升高的密封头温度使得能够在这种短时间内达到140度的温度。
[0040]
在一个替代实施例中，可以在不使用粘合剂的情况下利用加压和/或加热来施加垫圈。这可以是干热过程，也可以使用蒸汽。当加压和/或加热时，垫圈被锻压(swage out)并围绕内径收紧，从而在胶囊上形成紧密配合。外径也会增大，从而将垫圈推靠在胶囊的边沿上。
[0041]
在又一替代实施例中，可以将液态热封粘合剂直接施加到板上。这可以用来代替将膜粘附到板上，将有助于降低成本并提高可回收性。液态热封粘合剂以一个或多个涂层施加。第一个涂层用作(底)漆，施加随后的一个或多个涂层以在表面上堆积一定水平的厚度，从而确保并非所有粘合剂都被吸收到板中。所施加的热封粘合剂的示例性克重为4至30gsm。
[0042]
出于美观原因，优选使用颜色与胶囊匹配的垫圈。已知方法存在以下问题：当胶囊被弹出时，在提取期间/之后垫圈会附着到冲煮室。其原因可能是油墨在受热和受压时会软化并重新激活(软化)。然后在冷却时，油墨和垫圈会粘在冲煮室上。这可能将全部或部分垫圈留在冲煮室上，从而导致堆积，最终导致提取期间的泄漏。经印刷的垫圈也会阻止从垫圈释放压力。
[0043]
在一个优选方面，密封件由未被涂覆的板制成，或者仅在一面上涂覆并且油墨被施加到未涂覆的一面，例如以使密封件的颜色与胶囊主体匹配。这种方法有利地允许油墨渗入板的芯部，从而使分层的可能性很低。或者，可以在未涂覆的一面上施加图案，这将印刷层分解成小块，从而允许压力释放。如果确实开始分层，则该图案降低了分层蔓延的可能性。该图案可以包括点/散列线/波浪线等。可以根据美学选择图案，使得板看上去是完全印刷的。
[0044]
这可以通过如图4所示在印刷表面的顶部上施加叠层来解决，油墨不与冲煮室直接接触。因此，即使它重新激活，也不会粘在冲煮室上。
[0045]
胶囊壁设置有凹槽，这些凹槽基本上在主体的侧壁部分2的长度上延伸。凹槽从侧壁2的最大外半径凹进0.1到0.3mm之间。凹槽的宽度可以在0.5到10mm之间。凹槽可以基本上连续地设置在侧壁中。
[0046]
已出乎意料地发现，设置在侧壁2的大部分上延伸的凹槽大大提高了胶囊的强度，其变形的可能性要小得多。设计有凹槽的胶囊需要20n的力才能使胶囊的侧面变形2.0mm，而已知的胶囊需要的力为10n到15n。使用直径为9.0mm的垫沿正交于胶囊轴线的方向从垫圈密封表面向上1/3处施加力。这大幅提高了在胶囊的制造及其填充中操作胶囊的容易性。它在运输过程中损坏的可能性也很低。这将减少胶囊生产中的浪费，并促进铝制胶囊的更广泛使用，铝制胶囊在可回收性方面优于塑料。
[0047]
在本发明的胶囊中，铝的厚度在0.075到0.125mm之间。
[0048]
图5a示出了密封件的一种替代布置，其中环形密封件9设置有环形槽或凹肋15。在胶囊的环形凸缘上形成有对应的环形槽16。环形槽10可以接纳咖啡机的胶囊保持架。
[0049]
图5b示出图5a的布置的一种替代布置，其中密封件设置有环形突起或凸肋17。环形凸缘设置有对应的突起或肋18。在使用中，咖啡机的胶囊保持架可以接合在突起上以形成密封。
[0050]
尽管所述胶囊已被具体描述为用于制作浓缩咖啡，但也可以使用所述胶囊制作其它饮料胶囊，例如茶或巧克力。