用于制备饮料的具有受控开口的胶囊的制作方法

用于制备饮料的具有受控开口的胶囊
1.本发明涉及一种用于制备冲泡或速溶饮料的胶囊。
2.具体地，本发明涉及一种胶囊，该胶囊用于以预定和单次使用剂量包装浓缩产品(例如粉末、颗粒、叶子的形式)，以通过在胶囊内部引入加压流体(主要是热水)来临时制备饮料(例如茶、咖啡、花草茶、牛奶、巧克力等)。
3.在用于咖啡或其他冲泡的胶囊或荚(pod)领域，众所周知，使用具有分配单元的自动或半自动机器，该分配单元能够通过使热水在压力下通过精确包含待冲泡或溶解的精华素的胶囊的而进行冲泡。
4.这些机器的共同操作原理涉及在封闭胶囊的盖上穿孔，以允许在冲泡器单元的压力下注入热水流。一旦实现了包含在胶囊内的精华素的冲泡，冲泡的饮料就会从胶囊中出来，并被机器引导到杯或最终容器中。
5.具有机械开口的胶囊在工业中是已知的，即，其中用于饮料的出口的开口由施加到胶囊的外部的力激活。这些已知的胶囊具有一层通常由铝制成的密封膜，放置在胶囊底部的基座处，该基座设置有一个或多个切割或切断点或轮廓。当胶囊被插入提取机的冲泡室时，胶囊对冲泡室壁的敲击激活开口装置，即胶囊内部的点或切割轮廓，它们与铝层接合直到它们穿孔或撕裂。一旦穿过密封膜层形成开口，冲泡的饮料可以通过胶囊基座中的合适开口逸出。
6.从结构的观点来看，这些已知的胶囊相当复杂，特别是关于基座上的尖端或切割/切断轮廓的制造。因此，已知的胶囊相当昂贵，尤其是当涉及到生产相关模具时。此外，在这样的胶囊中，其中开口是通过对密封膜穿孔获得的，存在制造开口的尖端(所述尖端留在开口本身内)将阻塞开口的风险，从而损害饮料的正确分配。
7.可替代地，已知的胶囊本身没有真实的尖端，但具有切割或切断轮廓，在这种情况下，通过撕裂密封膜获得开口。然而，在这种胶囊中，很难控制撕裂的进程，该撕裂可能不期望地延伸到基座的其他区域(例如在旨在防止滴漏的迷宫部处)，从而损害其功能。此外，不受控制的撕裂也会导致密封膜的部分分离，这些部分会随着饮料从胶囊中逸出。
8.本发明的目的是提供一种用于制备冲泡饮料或速溶饮料的胶囊，其解决了已知现有技术中的问题。
9.具体地，本发明的目的是提供一种胶囊，其保证在打开期间更好的控制，以及更简单和更低成本的生产，同时在冲泡饮料的质量方面实现类似的性能。
10.该目的是通过一种胶囊来实现的，其中，在借助于由胶囊外部的力激活的推动装置分离放置在胶囊内的密封盘之后，在该胶囊中形成用于释放冲泡饮料的开口，从而避免使用已知胶囊中提供的任何穿孔或切断装置。
11.该目的是通过根据权利要求1的用于制备冲泡饮料或速溶饮料的胶囊和根据权利要求11的用于制备冲泡饮料的方法来实现的。从属权利要求描述了本发明的优选实施例。
12.根据本发明的用于制备冲泡或速溶饮料的胶囊的特征和优点将从下面的描述中变得明显，根据附图以示例的方式而非限制的方式给出，其中：
[0013]-图1a和图1b分别示出了根据本发明的胶囊在打开之前和之后的剖视图；
[0014]-图2示出了在第一示例性实施例中根据本发明的用于胶囊的杯的从上方的立体视图；
[0015]-图2a和图2b分别示出了具有来自图2的杯和内部密封盘的胶囊在打开之前和之后的剖视图；
[0016]-图3示出了在第二示例性实施例中根据本发明的用于胶囊的杯的从上方的立体视图；
[0017]-图3a和图3b分别示出了具有来自图3的杯和内部密封盘的胶囊在打开之前和之后的剖视图；
[0018]-图4示出了在第三示例性实施例中根据本发明的用于胶囊的杯的从上方的透视图；
[0019]-图4a和图4b分别示出了具有图4所示的杯和内部密封盘的胶囊在打开之前和之后的剖视图；
[0020]-图5a和图5b分别示出了在另一示例性实施例中的胶囊在打开之前和之后的剖视图。
[0021]
参考附图，特别是图1a和图1b，示出了用附图标记1表示的用于制备冲泡或速溶饮料的胶囊。
[0022]
胶囊1包括主体或杯2，该主体或杯适于限定用于容纳至少一种待冲泡或溶解的物质的内部体积v，该物质通常为粉末状或颗粒状形式。
[0023]
杯2在一侧设置有底部3，并且在相对侧设置有由向外突出的边缘4限定的入口开口21。
[0024]
胶囊1包括通过胶合或熔接固定在边缘4上的盖6，以便在顶部处密封杯2。
[0025]
杯2在底部3处设置有由喷嘴32限定的出口开口31，该开口允许冲泡饮料逸出。
[0026]
杯2在底部3处的内部设置有基座33，该基座具有从所述基座33竖直突出的多个凸起310、320、330、340、350、360。
[0027]
凸起310、320、330、340、350、360的上表面基本上是平坦的，并且没有切割或刺穿或撕裂元件。此外，凸起310、320、330、340、350、360具有平滑和圆形的边缘。
[0028]
优选地，凸起310、320、330、340、350、360都具有基本相同的竖直范围。
[0029]
在至少一些凸起310、320、330、340、360的上表面上，通过胶合或熔接而固定密封盘5。
[0030]
例如，如图2所示，基座33包括由第一凸起限定的中心部分310，该中心部分覆盖喷嘴32的出口开口31。中心部分310设置有至少一个开口311，该开口将杯2的内部连接到出口开口31，以允许冲泡饮料从胶囊1流出。优选地，中心部分310包括多个连接开口311。
[0031]
基座33包括由至少一个附加凸起320、330、340限定的迷宫部(labyrinth)30。迷宫部30的形状基本上是圆形的，并且相对于喷嘴32(和中心部分310)同心地布置。
[0032]
迷宫部30的每个凸起320、330、340设置有多个优选的对角凹槽，该对角凹槽设置在迷宫部的每个凸起的上表面上，从而适于允许冲泡饮料从胶囊1流出。
[0033]
在图1和图2所示的示例中，迷宫部30由相对于喷嘴32同心地布置的第一迷宫部分320、第二迷宫部分330和第三迷宫部分340限定。
[0034]
在一个示例中(未示出)，迷宫部30由单个环形凸起形成，该环形凸起设置有锯齿
形(zigzag)样式的径向凹槽。
[0035]
有利地，当密封盘5固定到迷宫部30的上表面时，迷宫部的多个凹槽利用毛细管作用原理提供防滴漏功能。
[0036]
基座33包括由附加凸起限定的外部边缘360，密封盘5通过胶合或熔接固定在该外部边缘上。
[0037]
在一个示例性实施例中，如图2所示，基座33包括用于将冲泡饮料流出胶囊1之外的收集隔间352。在迷宫部30和边缘360之间限定的收集隔间352是相对于迷宫部30和边缘360更低的环形凹槽。
[0038]
在不同的示例性实施例中，如图3和图4所示，基座33还包括多个区段350，这些区段由布置在迷宫部30和边缘360之间、位于收集隔间352内部的另外的凸起限定。
[0039]
在图3的示例中，区段350相对于喷嘴32周向布置。
[0040]
在图4的示例中，区段350相对于喷嘴32径向布置。
[0041]
有利地，区段350是光滑的，并且没有切割或刺穿或撕裂元件。
[0042]
在一个示例性实施例中，密封盘5被支撑在区段350的上表面上。
[0043]
在一个示例性实施例中，区段350具有基本平坦的上表面。
[0044]
在一个变型中，区段350具有与形成基座33的其他凸起310、320、330、340基本相同的竖直范围。在不同的变型中，区段350具有较短的竖直范围，也就是说，与形成基座33的其他凸起310、320、330、340相比，区段350更低。
[0045]
区段350限定多个允许冲泡饮料流出胶囊1的隔间351，或隔室或空间。具体地，隔间351被限定在一对相邻区段350之间。区段350的存在允许盘5以确保通道有足够宽度(用于正确和容易地使冲泡饮料流出)的方式被支撑。
[0046]
有利地，由于盘仅搁置在区段350的上表面上，而没有被熔接或粘接到该区段上，因此在由胶囊外部的压力致动的推动装置产生的轴向位移期间，该盘可以自由滑动。
[0047]
胶囊1包括密封盘5，其在底部3处固定在杯2内，适于在底部密封杯2。盘5位于内部体积v和凸起310、320、330、340、350、360之间。
[0048]
因此，胶囊1设置有密封室12，该密封室在顶部处由盖6限定，在底部处由盘5限定，并且在该密封室12内容纳待冲泡或溶解的物质。
[0049]
密封室12的存在对于物质的良好维护和保存是重要的：密封的密封室12允许随着时间的推移保持冲泡或溶解物质的感官特性，并确保冲泡饮料的最佳质量。获得密封的密封室12的基本要素是在胶囊1内密封盘5的固定系统的正确气密性。
[0050]
优选地，密封盘5由单个盘部分形成，也就是说，它是单件。
[0051]
盘5以屈服的方式(也就是说，可剥离的方式)固定在杯2的底座33处，具体是在外边缘360处，使得当由胶囊1外部的力致动的推动装置被推动(提升)时，该盘与外边缘360分离。
[0052]
例如，通过使用具有低粘合度的热封漆，或通过具有低粘合度的粘合剂，或通过被称为可剥离的弱熔接来实现屈服或可剥离的固定。
[0053]
优选地，熔接是可剥离熔接类型，并确保比传统熔接更低的释放力。
[0054]
在一个示例性实施例中，通过在构成盘5的下层的材料(与固定盘5的基座33的材料相对应的材料)中引入一定比例的被称为污染物(或甚至致污物)的不同材料以便获得熔
接的弱化从而获得可剥离熔接。
[0055]
例如，胶囊由聚丙烯(pp)制成，盘5的底层是以聚乙烯为污染物的聚丙烯化合物(pp/pe化合物)。盘5的与胶囊底部接触的层中的聚乙烯(pe)用于使盘5与由聚丙烯制成的胶囊不相容。引入到盘5中的聚乙烯(pe)的目的是利用聚乙烯(pe)和聚丙烯(pp)之间的不相容性的概念，在熔接阶段期间产生相互作用的不连续性，这导致熔接本身的较低密封力。
[0056]
在优选示例中，盘5的底层是聚丙烯化合物，其中聚乙烯作为污染物(或与聚丙烯不太相容的其他成分)以3％至25％，优选地8％至20％，甚至更优选地10％至15％的百分比存在。
[0057]
在不同的示例性实施例中，通过使用不同于用于固定盘5的基座33的材料作为构成盘5底层的材料来获得可剥离熔接。
[0058]
在胶囊1中，盘5永久地固定在迷宫部30上，或者至少固定在形成迷宫部30的最外层凸起340上。这种永久熔接防止密封盘5从迷宫部分离或分开(这将损害防滴漏功能)。
[0059]
盘5优选地也永久地粘接或熔接到中心部分310。
[0060]
在具有区段350的示例性实施例(图3和4)中，盘5仅靠在区段350之上，而没有固定(以可剥离方式或永久方式)。
[0061]
用于制备冲泡或速溶饮料的胶囊1还包括用于在压力下将流体注射到胶囊中之前操作的推动密封盘5的装置。推动装置适于推动盘5，直到可剥离熔接屈服，从而使盘5从基座33分离，并允许打开用于冲泡液体的出口的通道p。
[0062]
推动装置形成在胶囊的底部3处。
[0063]
用于推动盘的装置包括外围边缘81，该外围边缘借助于第一折线84连接到中间部分82，该中间部分又借助于第二折线85连接到中心部分83。因此，中间部分82被放置在外围边缘81和中心部分83之间。
[0064]
应当注意的是，至少中心部分83在从胶囊外部施加在所述中心部分83和/或所述中间部分82上的压力的作用下，通过绕所述第二折线85旋转，可朝向杯2的内部折叠。
[0065]
优选地，中间部分82还可在从外部施加在中心部分83和/或中间部分82上的压力的作用下，分别通过绕第一折线84和第二折线85旋转而可朝向杯2的内部折叠。
[0066]
应当注意的是：
[0067]-外围边缘81至少部分地对应于内基座33的外边缘360；
[0068]-中心部分83至少部分地对应于内基座33的迷宫部30和中心部分310；
[0069]-中间部分82至少部分地对应于基座33的隔间351、352。
[0070]
优选地，中心部分83为圆形，与杯2的纵向对称轴x同轴。此外，压力从胶囊1的外部在基本上平行于纵向对称轴x的方向上至少施加在中心部分83上。
[0071]
因此，从胶囊1的关闭操作位置(具体如图1a、图2a、图3a和图4a所示)开始，通过对中心部分83和/或中间部分82施加压力，至少使中心部分83(优选地也是中间部分82)在杯2的体积内折叠。中心部分83的折叠导致迷宫部30的轴向转移(朝向杯2的内部)，盘5永久地固定在该迷宫部上。该向上推力导致盘5的提升，该提升导致可剥离熔接(在外边缘360处)屈服并导致用于冲泡液体出口的通道p打开，从而使胶囊1进入其分配操作位置，如图1b、图2b、图3b和图4b所示。
[0072]
优选地，推动装置是卡扣动作装置，也就是说，胶囊1是双稳态的，即它保持关闭操
作位置直到推动装置被激活，并且一旦打开，该胶囊保持分配操作位置。
[0073]
优选地，折线84、85被形成为窄的材料线，或者形成为薄壁部分或壁中的凹槽。此外，中间部分82是刚性的，以允许卡扣动作开口。
[0074]
优选地，中心部分83在外部设置有至少一个邻接部88，该邻接部适于撞击饮料提取机的一部分，例如撞击插入胶囊1的冲泡室的壁。
[0075]
例如，邻接部88被制成一个或多个折片或圆形轴环的形式(如图2、图3和图4所示)。
[0076]
优选地，盘5是塑料膜，其不会由于胶囊1内的压力增加而破裂或撕裂。
[0077]
在使用中，胶囊1被放置于设置在提取机中的特殊的座中(通常在冲泡室中)。当插入胶囊1时，从中心部分83突出的邻接部88撞击冲泡室的壁。当冲泡室关闭时，胶囊被进一步推靠在冲泡室的壁上，产生对邻接部88的压力，该压力激活推动装置。
[0078]
可替代地，胶囊1可以在其插入提取机之前由用户通过在杯2的底部的中心部分83和/或中间部分82处施加压力来手动打开，该压力激活推动装置。
[0079]
由来自胶囊外部的压力激活的推动装置向上推动密封盘5，直到该密封盘以可剥离的方式从其固定到的边缘360分离(没有破损或撕裂)，从而将胶囊从关闭操作位置(如图2a)移动到分配操作位置(如图2b)，在该位置，容纳主体3的内部体积与胶囊1的外部连通。
[0080]
根据本发明的胶囊可用于以预定和单次使用剂量包装浓缩产品(粉末或颗粒或叶子的形式)，来临时制备饮料，如叶子或速溶茶、粉末或速溶咖啡、花草茶、牛奶、巧克力或其他脱水和可溶性产品。
[0081]
胶囊1在其不同的变型中可用于通过设置有分配组的自动或半自动机器来临时制备饮料(例如茶、咖啡、花草茶、牛奶、巧克力等)，该分配组能够通过热水在压力下经过胶囊1的过程产生冲泡。
[0082]
优选地，在旨在用于制备冲泡饮料的胶囊1的变型中，例如含有待提取的咖啡粉或茶叶或花草茶，该变型设置有过滤器25，该过滤器放置在食物和盘5之间。
[0083]
过滤器25被固定在盘5上方一定距离处(在杯2的内侧壁处)，使得当胶囊打开时，推动装置(即迷宫部30)不会损坏过滤器。
[0084]
有利地，过滤器的存在减缓了提取流体的出口流动，提取流体与待冲泡或溶解的物质接触一定时间，从而确保最佳的冲泡饮料。
[0085]
在图5a和图5b所示的另一示例性实施例中，胶囊包括：
[0086]-密封盘5，其以可剥离的方式固定在相对于迷宫部30的升高位置的边缘360上；
[0087]-下盘5’，其永久固定在迷宫部30的上表面上，以封闭顶部的凹槽，从而迷宫部30可以利用毛细管作用原理执行防滴漏功能。
[0088]
在一个操作的示例中，迷宫部30是用于推动盘5的装置，也就是说，正是迷宫部30推动盘5将其自身抬离，从而从边缘360分离，以便形成朝向胶囊出口的通道p。
[0089]
在另一操作的示例中，胶囊还包括布置在中间部分82处的多个区段350，并且正是区段350推动盘5抬离并从边缘360分离，以便形成朝向胶囊出口的通道p(图4b)。
[0090]
本发明还涉及一种制备通过根据本发明的胶囊1冲泡的饮料的方法，其中，通过在杯2内的推动装置(该推动装置通过在作用于胶囊的底部3的外部压力的作用下激活)将以可剥离方式的密封盘5从其固定的边缘分离/分开，以获得用于释放饮料的通道的开口。
[0091]
具体地，该方法包括以下步骤：
[0092]-通过在所述中心部分83和/或在所述中间部分82上施加压力来激活压力装置，直到中心部分83朝向杯2的内部折叠，以通过将盘5从边缘360脱离来提升该盘，并因此在盘5周围形成用于饮料的出口通道p；
[0093]-通过盖6将流体引入2中，以冲泡或溶解包含在内部体积v中的食物，从而获得饮料。
[0094]
应当注意，压力装置可以手动或通过将胶囊插入提取机来激活。
[0095]
因此，在使用中，从胶囊1的关闭操作位置开始，通过在中心部分82或中间部分83上施加压力，推动中心部分82内部折叠，并与之一起折叠的还有迷宫部30，盘5固定到该迷宫部。迷宫部30的位移引起盘5的提升，并随后该盘从边缘360(该盘以可剥离的方式固定到该边缘)分离，从而通过打开饮料从容器主体3内部体积到胶囊1外部的通道，通过喷嘴32达到分配操作位置。
[0096]
应当注意的是，饮料的出口通道不穿过盘5，而是绕过该盘。
[0097]
然后，提取机在盖6上穿孔，关闭胶囊1，并在容纳食物的室内注入流体(主要是加压热水)，旨在冲泡或溶解该食物以形成饮料。饮料通过绕盘5的流出通道流出到出口开口31，然后通过喷嘴32被引导到杯或最终容器中。
[0098]
在已知的胶囊中，由于残余压力和在提取结束时滞留在胶囊内的气体，液体射流可能通过提取机的注射针形成的孔从盖逸出。这种现象在业内被称为“鲸鱼效应(whale effect)”，尽管它很少并且随机发生，但它被认为是负面和不期望的影响。首先，在分配结束时，胶囊内的残留液体仍然非常热，并且由于飞溅是完全无法控制的，这种影响对使用者来说是危险的，可能会烫伤自己。此外，从清洗提取机的角度来看，液体从盖中泄漏也是不期望的，因为其可能导致冲泡室周围或内部的细菌增殖。
[0099]
有利地，形成本发明主题的胶囊1没有这种已知胶囊的典型的“鲸鱼效应”。
[0100]
事实上，胶囊1设置有弹性可变形部分，该弹性可变形部分允许最初减小胶囊体积和随后增大以返回到初始体积。弹性可变形部分的可逆性允许胶囊1压缩，然后膨胀以恢复其初始体积。
[0101]
在底部3，胶囊1包括在外部压力作用下朝向杯2的内部的可折叠部分82、83。该可折叠部分82、83是可逆的，也就是说，在内部压力的作用下，它能够再次朝向杯2的外部膨胀，以便返回到其初始结构。
[0102]
优选地，胶囊的外部体积减小1％至3％。优选地，体积减小发生在杯2的底部3，而容纳待冲泡或溶解的食物的隔间的内部体积v基本上保持不变的形式。
[0103]
具体参考图2a和图2b，外围边缘81通过第一折线84连接到中间部分82，并且中间部分82通过第二折线85连接到中心部分83。在外围边缘81和第一折线84之间限定弯曲区。
[0104]
折线84、85，也称为膜片，其厚度sd在中心部分83的厚度sc或外围边缘81的厚度sb的20％-60％之间，其中20％的厚度是允许通过注射成型生产杯2的最小限度，并且60％的厚度是避免膜片过度刚性的最大限度。优选地，折线84、85的厚度sd在中心部分83的厚度sc或外围边缘81的厚度sb的30％至50％之间，并且该范围表示膜片的印刷适性(printability)和弹性之间的最佳折衷。
[0105]
在图2a所示的初始配置中，也就是说在胶囊1打开之前，中间部分82相对于由中心
部分83限定的水平面p以角度α倾斜。中间部分82以5
°
和45
°
之间的角度α倾斜，其中5
°
是推动装置的有效性的最小限度(也就是说，为了与盘5分离以打开胶囊1)，并且45
°
是避免中间部分过度刚性的最大限度。优选地，中间部分82以20
°
的角度α倾斜，这是对推动装置的有效性的最佳折衷。
[0106]
弯曲区具有在第一折线84的厚度sd和外围边缘81的厚度sb之间的厚度sf。优选地，弯曲区的厚度sf朝向第一折线84逐渐减小。
[0107]
如上所述，胶囊1被插入提取机的冲泡室中，直到杯2的底部3接触冲泡室的壁。当冲泡室关闭时，胶囊1被进一步推靠在冲泡室的壁上，从而产生作用在底部3上的压力，直到可折叠部分82、83折叠到杯2中。可替代地，杯2的底部3可以在插入提取机之前由用户手动推动，直到可折叠部分82、83向内折叠。
[0108]
在分配结束时，冲泡室重新打开，并且胶囊返回其初始配置：胶囊1内的残余压力在内部作用于杯2的底部3上，直到可折叠部分82、83向外外突。以这种方式，胶囊1的内部体积增加，允许被困在杯2中的气体减压，并由此降低胶囊自身内部的压力。胶囊1内部体积的这种变化使解决“鲸鱼效应”问题成为可能。
[0109]
在杯2的底部3处使用可折叠结构作为胶囊1的可变形部分，允许胶囊体积v的可逆减小，而不损害容纳食物的隔间的体积，该体积基本保持不变。相反，在限定容纳食物的隔间的侧壁处的可变形部分(例如波纹管的形式)不仅将减少为容纳物质本身提供的有用空间，而且在压缩阶段将产生不利于正确提取食物的凸形几何形状。
[0110]
此外，有利地，从结构的观点来看，在杯2的底部3处使用可折叠结构作为胶囊1的可变形部分在技术上更简单，并且可以通过注射成型来生产。
[0111]
创新地，根据本发明的用于制备冲泡或速溶饮料的胶囊允许精确控制饮料出口通道的形成。事实上，在这种胶囊中，饮料出口通道不穿过盘5，而是绕过盘运行，从而避免了任何不受控制的撕裂风险。
[0112]
有利地，推动装置能够在盘上施加很大的力，确保可剥离熔接在其屈服时的安全，从而确保用于饮料出口的通道开口的安全。
[0113]
胶囊的开口有利地由盘从其固定到的基座上的脱离(分离)来确定，该脱离仅发生在可剥离熔接处，而不发生在永久熔接处(也就是说，在旨在发挥防滴漏作用的迷宫部处)。
[0114]
有利地，在根据本发明的胶囊中，盘的推动元件是迷宫部本身：该解决方案防止盘从迷宫部发生任何分离，该解决方案旨在发挥防滴漏作用。
[0115]
显然，本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求限定的保护范围的情况下对上述胶囊进行改变。