CN105980255A - 用于制备冲泡制品的分份胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制备冲泡制品的装有萃取物的分份胶囊(1)，包括具有底面区域(5)和环绕侧壁(6)的主体(2)和固定至所述主体(2)的盖(3)，盖(3)沿环绕的凸缘(4)被固定至该主体，所述凸缘(4)朝向盖侧连接至所述环绕侧壁，所述主体部(2)在凸缘区域内具有大致呈矩形的横截面，盖(3)向外形成***，从而使所述盖对胶囊体积做出贡献，并且凸缘(4)具有至少1.6毫米的宽度。

Description

用于制备冲泡制品的分份胶囊

技术领域

本发明涉及由装在胶囊内的萃取物如磨碎的咖啡制备饮品等。本发明尤其涉及装有萃取物的胶囊及制备***。

背景技术

用于由存在于分份包装内的萃取物制备饮品的萃取装置例如作为咖啡机或意式浓缩咖啡机被公开了且一如既往地越来越受喜爱。在许多相应***中，分份包装呈胶囊装构成，萃取物例如以气密方式被封存在其中。为了萃取，胶囊在对置两侧被刺破。冲泡液(一般是热水)在第一侧被引入。冲泡制品在第二侧从胶囊中被引出。此外，根据待制备的饮品和***，在胶囊内必然充满相当高的例如5-20巴的压力，对过滤咖啡如“美式咖啡”或茶来说也较低。

作为胶囊材料，尤其公开了铝和塑料如聚丙烯。铝制胶囊可为萃取物提供非常好的耐久性(芳香保鲜)，但在制造时很费能量。聚丙烯胶囊在能耗和处理方面是有利的，但对刺破机构和芳香保鲜提出更高要求。

由WO2010/118543公开了一种由塑料制成的咖啡分份胶囊，其大致具有立方体形状且与已知的杯状胶囊不同不具有在(顶侧)盖面的平面上环绕的凸缘。在根据现有技术的胶囊***中需要这种环绕凸缘，其一是为了在***萃取装置时引导胶囊并在***后将其保持在中间位置。其二，需要在顶侧盖面的平面上的凸缘是为了使在引入冲泡液时可通过将凸缘夹持在萃取装置的多个合适密封元件之间来密封胶囊，以防止加压冲泡液在胶囊旁流过。其三，这种凸缘是用平面盖(也可呈箔状)通过超声波焊接或热封来封闭胶囊所需要的。与密封方法无关地，可通过更宽的凸缘获得更可靠的密封，因为密封面更大。这不仅适用于借助超声波焊接的封闭中，在此还必须在胶囊凸缘上安置能量定向器，也适用于热封封闭中。

与此不同，根据WO2010/118543，采用***的盖代替常见的盖箔或膜，并且封闭例如通过超声波切割焊接来实现。因此，根据WO2010/118543的教导所制造的胶囊无论其(立方体)形状如何均具有焊道，该焊道在由盖面限定的平面之间环行延伸且仅形成最小的凸缘。

根据WO2010/118543的胶囊具有显著的优点，在本说明书中也有所描述。但一项技术挑战是在萃取装置的冲泡单元内摆放WO2010/118543所述的胶囊以及确保密封。在冲泡过程期间出现的高温和高压下，大致呈立方体形的塑料胶囊会鼓胀并改变其形状，这是对密封而言肯定符合希望的作用，如下文所详述。但人们发现，胶囊在高内压下以及在材料因热而充分软化时倾向于趋近球形，这尤其随后会损害密封并且在最糟糕情况下可导致胶囊卡死在冲泡单元内。

发明内容

据此，本发明的任务是改进WO2010/118543所述类型的胶囊以改善胶囊在冲泡单元内的密封性能和其它功能。

根据本发明的一个方面，提供一种装有萃取物的塑料胶囊，所述胶囊包括：

-具有底面区域和环绕侧壁的主体；以及

-被固定在该主体上的盖；

-其中所述盖沿环绕的凸缘被固定在该主体上，其中该凸缘朝向盖侧连接至该环绕侧壁；

-其中该主体在凸缘区域内具有大致呈矩形的横截面；

-其中所述盖向外形成***，从而所述盖对胶囊体积做出贡献；

-其中所述凸缘具有至少1.6毫米的宽度。

凸缘宽度尤其可在1.6毫米至4毫米之间。

事实表明，这种胶囊能很好地满足了前言所提出的要求。特别是，密封方面的问题可通过更宽的凸缘得到解决。虽然从市售胶囊***中已经知道了具有宽度显著大于1.6毫米的环绕凸缘的胶囊，但这样的***是具有圆形或至少近圆形的横截面的且如上所述由平面盖膜封闭的胶囊。在这些胶囊***中，萃取侧密封通常通过冲泡室中的抵靠胶囊凸缘的密封件实现。由整合至凸缘中的密封件实现的胶囊凸缘上的密封同样是已知的。由胶囊凸缘上的橡胶弹性密封件实现的密封例如如EP1654966A1所述。在本发明的胶囊中，该凸缘不承担这种密封功能，而是在***盖处发生萃取侧密封。就是说，胶囊因冲泡期间的内压和高温发生变形，从而使胶囊盖的***尤其在弯曲的外侧区域中大面积压靠对应形成的、弯曲的且不一定是弹性的冲泡模块密封面。但如果胶囊朝球形方向变形过大，则***的盖在其外侧区域不再以形状配合方式抵靠冲泡模块的相应密封面，且不再能保证可靠密封。这种作用可通过根据本发明的较宽凸缘得以避免，因为这种凸缘如此加强了胶囊，即允许胶囊保持其正方形或长方形的横截面，从而通过抵靠在冲泡单元内的密封面上的***盖实现可靠密封。在此重要的是，凸缘不位于包含胶囊表面的平面内，而是位于盖***的下方，在此区域内实现了密封。

Luna Technology Systems LTS GmbH公司的尚未公开的欧洲专利申请13186920.8公开了一种包括带有侧引导机构的头部的冲泡模块，该侧引导机构在胶囊投放入冲泡模块时引导WO2010/118543所述类型的胶囊的凸缘，并且凸缘可通过取回机构移出侧引导机构，而不必使这些侧引导机构可侧向移动。这种与取回机构合作的引导机构特别有利地发挥作用，因为胶囊形状在凸缘区域中呈矩形，因此凸缘沿伸展路径被侧向引导。就是说，由于矩形形状和可沿伸展路径来引导，引导机构例如可以在沿凸缘的相互间隔的两个位置保持胶囊，取回机构可在这些位置之间居中介入，而这在旋转对称的胶囊中是做不到的。这例如与现有技术的解决方案不同地也允许取回机构在冲泡过程中也与胶囊接合，而不需要在冲泡过程后接合胶囊的任何机构。由于胶囊呈矩形且连同具有所要求类型的凸缘，可允许引导机构和取回机构之间有其它的合作形式。

因此，特别在欧洲专利申请13186920.8所提出的类型的冲泡模块中，宽度大于1.6毫米的凸缘可简化胶囊在投入、冲泡和顶出期间的引导。即，通过以令人满意的方式解决了投入、冲泡和顶出时的引导问题以及相对于冲泡模块的密封问题，而没有舍弃WO2010/118543所述胶囊的显著优点(例如可堆叠性、紧密包装性等)，"矩形基本形状"、"盖***"和"宽度最小凸缘"这三个特征确实理想地合作，尽管在如上所述的具体布置形式中的胶囊凸缘本身可能不太适于以传统方式通过在可相对移动的冲泡模块部的弹性密封部件之间夹持来密封胶囊。

为了改善密封，在一个实施例中该胶囊被构造成在95℃(冲泡液典型温度)时在1巴的正压下在底面和胶囊凸缘之间的中间直径增大至少1毫米，尤其增大至少2毫米。实践中，在冲泡期间可产生更高压力和例如超过110℃的更高温度，因而胶囊体积的增大可明显高于上述数值。这适用于不具有环绕密封的情况，所述密封可根据尺寸不同防止这种鼓胀。由此，当胶囊的在与环绕凸缘平行的平面内的直径小于冲泡室内部尺寸时，可以实现可靠密封。尤其是制造误差可以得到补偿。

如上所述，胶囊形状可被设计成使在凸缘区域内的主体横截面呈矩形，如大致呈正方形。凸缘本身例如其外边缘也可大致呈矩形，特别是呈正方形。"大致呈矩形"或"大致呈正方形"尤其不排除具有倒圆的角。

除了凸缘和可能有的盖***错移(见以下)外，胶囊可以整体呈立方体形或长方体形。在实施方式中，凸缘可以侧向突出最大4毫米，尤其是最大3毫米、最大2.5毫米或例如最大2.2毫米。在此，1.6毫米至2.2毫米的突出是尤其优选的，因为已经确定可由此实现尽量小的凸缘的优点(胶囊的可堆叠性、胶囊和进而冲泡单元的紧凑性及精致外形)和较宽凸缘的优点(冲泡单元内的密封因加强作用而变好、凸缘处的密封因更大密封面而得到简化和改善、在拿持凸缘时的胶囊拿取更简单和/或凸缘在凹槽中的引导更简单)之间的折中。立方体形状不排除环绕侧面相对于(垂直于底面和/或盖面的)轴线的例如最大3°、尤其最大2°或最大1.5°的倾斜，所述倾斜例如在深拉制造或注塑制造胶囊时由制造决定。

对于大致具有立方体形状的实施例，立方体边的外长度例如在24毫米和30毫米之间以获得在约6g至约10g之间的咖啡装填量。为了更大的装填量，不排除例如高达35毫米的更大尺寸。

该主体与底面区域和环绕侧壁一起形成一种由盖封闭的杯体。在此，底面区域最好是平坦的，但这不是必要的。

盖的形状从外到内可以包括盖凸缘、弯曲的过渡区和形成真正顶侧盖面的中心平面区。由于有造成***的过渡区，该平面区从盖凸缘的平面起向外降低。过渡区例如可以呈S形弯曲，或者始终从相对于凸缘平面成角度的外侧部分起朝中心平面区弯曲延伸。在此，例如如此选择设定尺寸，即该中心平面区在外观上为主，做法是它例如与底面一样大或仅略微(例如最大10％)小于底面。尤其在胶囊整体呈长方体或立方体形构成时可以规定，所述平面区占直径的超过60％，相应占面积的至少40％。这种中心平面区使得刺破和因而萃取变得简单。

盖凸缘一般形成面向盖侧的环绕面，该面从凸缘外边缘起一直延伸至***的根部。可以在实施方式中规定，***的根部相对于与该凸缘相接的侧壁部分向内错移。这种错移例如可以是至少0.2毫米。

所述主体和盖例如都由塑料制成。尤其可以规定，所述主体和盖由相同的塑料构成。提出聚丙烯作为材料例子，在此可以加工出一个隔离层，其具有对氧的阻隔性能并防止氧扩散至胶囊中。这种隔离层例如包括乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)。在主体区域内的壁厚尤其在0.1毫米和0.7毫米之间，优选在0.2毫米和0.4毫米之间，例如在0.25毫米和0.35毫米之间。同样情况也可适用于盖的壁厚。在优选实施方式中，盖壁厚大致对应于主体壁厚。

还可考虑其它塑料来替代聚丙烯。也不排除本发明应用在非塑料上。

该主体可通过深拉工艺制成。或者，还可考虑注塑制造。同样情况适用于盖，其中由于其深度有限，深拉方法也可被当作冲压方法。注塑制成的主体和深拉制成的盖的组合是可行的，反之亦然。

根据第一实施例，盖在主体上的固定通过超声波焊接实施。根据第一可行方案，采用超声波切割焊接方法，在此盖和主体的可能突出的边缘通过超声波作用被切掉。根据第二可行方案，切割在一个单独的机加工步骤中进行，例如通过在单独加工站中的冲压或超声波切割。

在作为这两个可行方案的一个选项的实施例中，用于超声波焊接方法的能量定向器设置在盖上而不是在主体上。已发现这特别有利于主体和盖之间的连接。

在第二实施例中，盖在主体上的固定通过来自加热工具的热传递进行。在第三实施例中，固定通过激光焊接进行。在第四实施例，这通过粘接进行。在此，边缘也可随后通过不同方法(冲压、超声波切割等)被切掉。

例如与通过超声波和/或热(即真正是熔焊法)熔化粘接剂的组合或与在组合的热/超声波工艺等中使用被加热的超声波焊头的组合也是可能的。

冲泡制品制备***除了所述类型的胶囊外还包括借助这种胶囊制备冲泡制品的机器(萃取装置)。如本身已知地，该机器包括冲泡模块，冲泡室可通过所述冲泡模块形成，胶囊在冲泡过程中位于所述冲泡室内。冲泡模块包括用于引入基本处于压力的冲泡液的注入器和用于排放冲泡液的排放装置。注入器和/或排放装置例如可通过本身已知的方式包括用于刺破胶囊的穿刺元件。

另外，排放装置设有与***相匹配的密封面，被投入冲泡室中的胶囊的盖在冲泡液压力下被压靠在该密封面上。这种密封面将至少部分弯曲，其中例如在凸缘和大致平面的盖面(在盖面内胶囊如有必要可在萃取侧被刺破)之间的区域内，弯曲曲率与相应盖的弯曲曲率相匹配。

冲泡模块还具有侧引导机构用于在胶囊被投入冲泡模块时引导该凸缘。该引导机构在胶囊投入后且在冲泡室关闭前保持胶囊。

冲泡模块可被设计成使胶囊通过投入口和引导机构被定位，从而所投入的胶囊的盖位于排放装置侧。由此，该密封面与胶囊盖协作，并且前述类型的可能有的鼓胀能力可以加强注入侧密封的密封作用，所述注入侧密封可形成注入器的一部分。

附图说明

以下结合附图来描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的零部件。附图并非按照真实比例并且按照附图间不相同的大小示出了部分相互对应的零部件，其中：

图1示出胶囊的侧视图；

图2示出根据图1的胶囊的另一视图；

图3示出胶囊在凸缘区域中的剖视图；

图4示出冲泡模块；

图5示出冲泡模块的排放装置的视图；

图6示出冲泡模块的剖视图；

图7示出替代的胶囊；和

图8示出根据图7的胶囊的剖视图。

具体实施方式

根据图1和图2的装有萃取物且特别是磨制咖啡的胶囊1基本呈带有倒圆棱边的立方体形状。但延伸尺寸朝向顶侧略微递增，因此该胶囊在严格的数学意义上讲具有截头金字塔形状。图中的侧面相对于底面5垂直线的倾斜角度很小，所述倾斜角度当然在此是指图中的侧面相对于垂直于底面的、延伸经过底面和对应侧面之间的边的那个平面的倾斜角度，其优选最多为2°，例如仅约为1°。另外，高出底面的胶囊高度近似等于底面边的长度。

胶囊具有主体(或杯体)2和沿环绕的凸缘4固定在主体上的盖3。该主体形成胶囊底面5和环绕侧壁6，该环绕侧壁在其就轴向(轴线10)而言的外侧且在图中是上侧的末端以凸缘4结束。盖向外***，做法是大致平行于胶囊底面5的盖面9相对于环绕的凸缘4向外错移。胶囊在凸缘4和盖面9之间的过渡区内是弯曲的，胶囊在此从与凸缘平面成一角度(近乎直角)的外部起朝中心平面区连续弯曲，即主要是凸弯。

环绕的凸缘形成面向盖侧的面8，其从凸缘的外边缘7起向上延伸至***的根部12。图3以剖视图示出胶囊放大局部。凸缘4的宽度b是凸缘的最外边缘7距主体2外侧面的距离。

在根据图1-3的实施例中，根部12相对于由主体2形成的环绕侧壁向内错移。如图3所示，所述错移v在下列两者之间测得：

-一方面是在凸缘4区域内的主体外表面，

-另一方面是与主体外表面平行的平面，其经过面8与盖***之间过渡区中的最大凹弯位置。

图2和图3示出在面8内的环绕凸缘4区域中的凹槽11。如果盖是深拉(或冲压)制造且在盖上设有能量定向器23以将盖3焊接至主体2，则可设置这种凹槽。在其它实施例中，例如如果在盖上未设有能量定向器或盖虽具有能量定向器但盖是注塑制造的，则没有这种凹槽。

根据图4的冲泡模块4包括冲泡模块壳体101以及由壳体保持或引导的作为第一冲泡模块部的排放装置103和作为第二冲泡模块部的注入器105。通过操纵杆106可使注入器105相对于壳体和第一冲泡模块部在打开位置和闭合位置之间运动，在打开位置中冲泡室敞开且操纵杆居上，在闭合位置中冲泡室关闭且操纵杆向下翻转。图4示出处于打开位置且具有投入的胶囊1的冲泡模块。设有用于投入胶囊1的投入口111，该投入口还设定胶囊在投入时的取向。投入口111还通过指示凸缘4位置而示出待选择的胶囊1取向。

在排放装置上设有呈导向块状的侧引导机构131，其能在投入时引导胶囊的凸缘4且在冲泡模块关闭时将胶囊保持在希望位置。

关于冲泡模块的工作方式，可以参见上述欧洲专利申请13186920.8，特别是其关于侧引导机构和本文所述取回件的工作方式的详细描述。用于在投入时引导、保持在投入位置且在冲泡过程后借助取回件顶出胶囊的胶囊特征是在凸缘4区域中的矩形基本形状，这允许沿胶囊的伸展路径进行侧向引导以及在一些实施方式中还允许取回件在该路径中的某位置介入。

图5和图6示出排放装置103。在由冲泡模块形成的冲泡室(通过在胶囊1已投入情况下向排放装置移动注入器105)闭合时和/或在冲泡过程期间，盖3被萃取侧穿刺尖139刺破以使萃取产品可经过为此而设的通道流出胶囊。欧洲专利申请13185359.0描述了在此示出的萃取尖工作方式，但是，在此所述的发明不依赖这种工作方式且还可以与其它萃取装置连用。

在此，胶囊1相对于排放装置的密封在没有独立的萃取侧密封情况下发挥作用。这种密封是必要的，以便离开胶囊的冲泡饮料能到达倒液嘴而不会在胶囊1旁向下滴落。为此，在萃取侧设置密封面132，该密封面与胶囊盖3的***相匹配，因而存在至少部分凹形的密封面132，胶囊在萃取中被大面积压靠于密封面。在此，该密封面可由硬质材料制成，例如注塑硬质塑料或金属，在此它是胶囊壁，其在冲泡过程中可变形并密封压靠密封面132。胶囊盖的***和与之相关的密封面132的凹形弯曲对所述密封效果做出显著贡献。

图6也示出闭合密封170，其在此呈密封唇状。所述密封在冲泡室关闭状态下抵靠注入器105的壳体并在承受压力时压靠在该壳体上。这能密封冲泡室并能防止水流出，即便在没有胶囊投入(例如在清洗过程中)的情况下。然而，这种闭合密封170在胶囊相对于冲泡室密封和因而萃取产品流动控制中没有意义。

图7和图8还示出胶囊的变型。在此变型中，胶囊与根据图1-3的胶囊的区别在于两个相互独立且可分别实现的特征。

其一，根据图7和图8的胶囊的盖3并非通过深拉或冲压制成，而是注塑制成的。因此，不必在能量定向器的外侧形成凹槽11。

其二，胶囊凸缘4具有更大的宽度b。在胶囊直径为约27毫米情况下，该宽度为约4毫米。事实表明，为了获得所需的引导特性、密封特性和变形特性，宽度b在1.6毫米和4毫米之间且在一些应用中尤其在1.6毫米和3毫米之间的凸缘刚性是特别有利的。

也可想到其它的胶囊形状。因此，例如不排除主体不同于所示实施方式地呈锥形更大幅度地变细，即，胶囊整体不再大致呈立方体形，而是截头金字塔形状。还可以想到朝底部逐渐变得更圆的形状或者阶梯形状。

Claims (14)

1.一种用于制备冲泡制品的装有萃取物的塑料的分份胶囊(1)，所述胶囊包括：

-具有底面区域(5)和环绕侧壁(6)的主体(2)；以及

-固定在所述主体(2)上的盖(3)；

-其中所述盖(3)沿环绕的凸缘(4)被固定在所述主体上，其中所述凸缘(4)朝向盖侧连接至所述环绕侧壁；

-其中所述主体(2)在所述凸缘的区域内具有大致呈矩形的横截面；

-其中所述盖(3)向外形成***，从而所述盖对胶囊体积做出贡献；

其特征在于，所述凸缘(4)具有至少1.6毫米的宽度(b)。

2.根据权利要求1所述的胶囊，其中，所述凸缘(4)具有在1.6毫米和3毫米之间、优选在1.6毫米和2.2毫米之间的宽度(b)。

3.根据权利要求1或2所述的胶囊，其中，所述主体(2)和所述盖(3)由相同的塑料材料制成。

4.根据权利要求3所述的胶囊，其中，所述主体(2)和所述盖(3)都由聚丙烯制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中，所述盖从外到内包括形成朝向所述盖侧的面(8)的凸缘区、弯曲的过渡区和从所述面(8)的平面起降低的平面区(9)。

6.根据权利要求5所述的胶囊，其中，所述平面区(9)占盖面的至少40％。

7.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，该胶囊除了所述凸缘(4)外大致呈立方体形或长方体形。

8.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中，所述***的基部(12)相对于所述侧壁(6)的与所述凸缘相接的部分向内错移。

9.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中，所述盖(3)设有能量定向器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中，所述主体能因引入的冲泡液而鼓胀，从而在95℃的冲泡液温度和1巴的正压下胶囊直径增大至少1毫米，只要没有机械阻碍抵制这样的鼓胀。

11.一种用于制备冲泡制品的***，包括根据前述权利要求中任一项所述的胶囊以及具有冲泡模块的机器，所述冲泡模块用于形成容纳所述胶囊的冲泡室，所述冲泡模块具有用于将冲泡液引入所述胶囊的注入器(105)和用于使冲泡制品从所述胶囊排出的排放装置(103)，其中所述排放装置设有与所述***匹配的密封面(132)，被投入所述冲泡室的胶囊(1)的盖(3)在冲泡液压力下被压靠在所述密封面上。

12.根据权利要求11所述的***，其特征在于，所述***包括用于在胶囊被投入冲泡模块时引导所述凸缘(4)的侧引导机构(131)。

13.根据权利要求11或12所述的***，其中，所述注入器(105)包括至少一个具有环绕密封结构的胶囊密封，所述环绕密封结构在所述冲泡过程中向内压迫所述胶囊的环绕侧壁(6)。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的***，其中，投入口(111)和所述引导机构(131)定位所述胶囊，从而使所投入的胶囊的盖(3)位于所述排放装置(103)侧。