用于制備沖泡制品的分份膠囊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于制備沖泡制品的裝有萃取物的分份膠囊(1)，包括具有底面區域(5)和環繞側壁(6)的主體(2)和固定至所述主體(2)的蓋(3)，蓋(3)沿環繞的凸緣(4)被固定至該主體，所述凸緣(4)朝向蓋側連接至所述環繞側壁，所述主體部(2)在凸緣區域內具有大致呈矩形的橫截面，蓋(3)向外形成隆起，從而使所述蓋對膠囊體積做出貢獻，并且凸緣(4)具有至少1.6毫米的寬度。
【專利說明】
用于制備沖泡制品的分份膠囊
技術領域
[0001]本發明涉及由裝在膠囊內的萃取物如磨碎的咖啡制備飲品等。本發明尤其涉及裝有萃取物的膠囊及制備系統。
【背景技術】
[0002]用于由存在于分份包裝內的萃取物制備飲品的萃取裝置例如作為咖啡機或意式濃縮咖啡機被公開了且一如既往地越來越受喜愛。在許多相應系統中，分份包裝呈膠囊裝構成，萃取物例如以氣密方式被封存在其中。為了萃取，膠囊在對置兩側被刺破。沖泡液(一般是熱水)在第一側被引入。沖泡制品在第二側從膠囊中被引出。此外，根據待制備的飲品和系統，在膠囊內必然充滿相當高的例如5-20巴的壓力，對過濾咖啡如“美式咖啡”或茶來說也較低。
[0003]作為膠囊材料，尤其公開了鋁和塑料如聚丙烯。鋁制膠囊可為萃取物提供非常好的耐久性(芳香保鮮)，但在制造時很費能量。聚丙烯膠囊在能耗和處理方面是有利的，但對刺破機構和芳香保鮮提出更高要求。
[0004]由W02010/118543公開了一種由塑料制成的咖啡分份膠囊，其大致具有立方體形狀且與已知的杯狀膠囊不同不具有在(頂側)蓋面的平面上環繞的凸緣。在根據現有技術的膠囊系統中需要這種環繞凸緣，其一是為了在插入萃取裝置時引導膠囊并在插入后將其保持在中間位置。其二，需要在頂側蓋面的平面上的凸緣是為了使在引入沖泡液時可通過將凸緣夾持在萃取裝置的多個合適密封元件之間來密封膠囊，以防止加壓沖泡液在膠囊旁流過。其三，這種凸緣是用平面蓋(也可呈箔狀)通過超聲波焊接或熱封來封閉膠囊所需要的。與密封方法無關地，可通過更寬的凸緣獲得更可靠的密封，因為密封面更大。這不僅適用于借助超聲波焊接的封閉中，在此還必須在膠囊凸緣上安置能量定向器，也適用于熱封封閉中。
[0005]與此不同，根據W02010/118543，采用隆起的蓋代替常見的蓋箔或膜，并且封閉例如通過超聲波切割焊接來實現。因此，根據W02010/118543的教導所制造的膠囊無論其(立方體)形狀如何均具有焊道，該焊道在由蓋面限定的平面之間環行延伸且僅形成最小的凸緣。
[0006]根據W02010/118543的膠囊具有顯著的優點，在本說明書中也有所描述。但一項技術挑戰是在萃取裝置的沖泡單元內擺放W02010/118543所述的膠囊以及確保密封。在沖泡過程期間出現的高溫和高壓下，大致呈立方體形的塑料膠囊會鼓脹并改變其形狀，這是對密封而言肯定符合希望的作用，如下文所詳述。但人們發現，膠囊在高內壓下以及在材料因熱而充分軟化時傾向于趨近球形，這尤其隨后會損害密封并且在最糟糕情況下可導致膠囊卡死在沖泡單元內。
【發明內容】
[0007]據此，本發明的任務是改進W02010/118543所述類型的膠囊以改善膠囊在沖泡單元內的密封性能和其它功能。
[0008]根據本發明的一個方面，提供一種裝有萃取物的塑料膠囊，所述膠囊包括:
[0009]-具有底面區域和環繞側壁的主體;以及
[0010]-被固定在該主體上的蓋；
[0011 ]-其中所述蓋沿環繞的凸緣被固定在該主體上，其中該凸緣朝向蓋側連接至該環繞側壁；
[0012]-其中該主體在凸緣區域內具有大致呈矩形的橫截面；
[0013]-其中所述蓋向外形成隆起，從而所述蓋對膠囊體積做出貢獻；
[0014]-其中所述凸緣具有至少1.6毫米的寬度。
[0015]凸緣寬度尤其可在1.6毫米至4毫米之間。
[0016]事實表明，這種膠囊能很好地滿足了前言所提出的要求。特別是，密封方面的問題可通過更寬的凸緣得到解決。雖然從市售膠囊系統中已經知道了具有寬度顯著大于1.6毫米的環繞凸緣的膠囊，但這樣的系統是具有圓形或至少近圓形的橫截面的且如上所述由平面蓋膜封閉的膠囊。在這些膠囊系統中，萃取側密封通常通過沖泡室中的抵靠膠囊凸緣的密封件實現。由整合至凸緣中的密封件實現的膠囊凸緣上的密封同樣是已知的。由膠囊凸緣上的橡膠彈性密封件實現的密封例如如EP1654966A1所述。在本發明的膠囊中，該凸緣不承擔這種密封功能，而是在隆起蓋處發生萃取側密封。就是說，膠囊因沖泡期間的內壓和高溫發生變形，從而使膠囊蓋的隆起尤其在彎曲的外側區域中大面積壓靠對應形成的、彎曲的且不一定是彈性的沖泡模塊密封面。但如果膠囊朝球形方向變形過大，則隆起的蓋在其外側區域不再以形狀配合方式抵靠沖泡模塊的相應密封面，且不再能保證可靠密封。這種作用可通過根據本發明的較寬凸緣得以避免，因為這種凸緣如此加強了膠囊，即允許膠囊保持其正方形或長方形的橫截面，從而通過抵靠在沖泡單元內的密封面上的隆起蓋實現可靠密封。在此重要的是，凸緣不位于包含膠囊表面的平面內，而是位于蓋隆起的下方，在此區域內實現了密封。
[0017]Luna Technology Systems LTS GmbH公司的尚未公開的歐洲專利申請13186920.8公開了一種包括帶有側引導機構的頭部的沖泡模塊，該側引導機構在膠囊投放入沖泡模塊時引導W02010/118543所述類型的膠囊的凸緣，并且凸緣可通過取回機構移出側引導機構，而不必使這些側引導機構可側向移動。這種與取回機構合作的引導機構特別有利地發揮作用，因為膠囊形狀在凸緣區域中呈矩形，因此凸緣沿伸展路徑被側向引導。就是說，由于矩形形狀和可沿伸展路徑來引導，引導機構例如可以在沿凸緣的相互間隔的兩個位置保持膠囊，取回機構可在這些位置之間居中介入，而這在旋轉對稱的膠囊中是做不到的。這例如與現有技術的解決方案不同地也允許取回機構在沖泡過程中也與膠囊接合，而不需要在沖泡過程后接合膠囊的任何機構。由于膠囊呈矩形且連同具有所要求類型的凸緣，可允許引導機構和取回機構之間有其它的合作形式。
[0018]因此，特別在歐洲專利申請13186920.8所提出的類型的沖泡模塊中，寬度大于1.6毫米的凸緣可簡化膠囊在投入、沖泡和頂出期間的引導。即，通過以令人滿意的方式解決了投入、沖泡和頂出時的引導問題以及相對于沖泡模塊的密封問題，而沒有舍棄W02010/118543所述膠囊的顯著優點(例如可堆疊性、緊密包裝性等)，〃矩形基本形狀〃、〃蓋隆起〃和〃寬度最小凸緣〃這三個特征確實理想地合作，盡管在如上所述的具體布置形式中的膠囊凸緣本身可能不太適于以傳統方式通過在可相對移動的沖泡模塊部的彈性密封部件之間夾持來密封膠囊。
[0019]為了改善密封，在一個實施例中該膠囊被構造成在95°C(沖泡液典型溫度)時在I巴的正壓下在底面和膠囊凸緣之間的中間直徑增大至少I毫米，尤其增大至少2毫米。實踐中，在沖泡期間可產生更高壓力和例如超過110°C的更高溫度，因而膠囊體積的增大可明顯高于上述數值。這適用于不具有環繞密封的情況，所述密封可根據尺寸不同防止這種鼓脹。由此，當膠囊的在與環繞凸緣平行的平面內的直徑小于沖泡室內部尺寸時，可以實現可靠密封。尤其是制造誤差可以得到補償。
[0020]如上所述，膠囊形狀可被設計成使在凸緣區域內的主體橫截面呈矩形，如大致呈正方形。凸緣本身例如其外邊緣也可大致呈矩形，特別是呈正方形。〃大致呈矩形〃或〃大致呈正方形〃尤其不排除具有倒圓的角。
[0021]除了凸緣和可能有的蓋隆起錯移(見以下)外，膠囊可以整體呈立方體形或長方體形。在實施方式中，凸緣可以側向突出最大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毫米的突出是尤其優選的，因為已經確定可由此實現盡量小的凸緣的優點(膠囊的可堆疊性、膠囊和進而沖泡單元的緊湊性及精致外形)和較寬凸緣的優點(沖泡單元內的密封因加強作用而變好、凸緣處的密封因更大密封面而得到簡化和改善、在拿持凸緣時的膠囊拿取更簡單和/或凸緣在凹槽中的引導更簡單)之間的折中。立方體形狀不排除環繞側面相對于(垂直于底面和/或蓋面的)軸線的例如最大3°、尤其最大2°或最大1.5°的傾斜，所述傾斜例如在深拉制造或注塑制造膠囊時由制造決定。
[0022]對于大致具有立方體形狀的實施例，立方體邊的外長度例如在24毫米和30毫米之間以獲得在約6g至約1g之間的咖啡裝填量。為了更大的裝填量，不排除例如高達35毫米的更大尺寸。
[0023]該主體與底面區域和環繞側壁一起形成一種由蓋封閉的杯體。在此，底面區域最好是平坦的，但這不是必要的。
[0024]蓋的形狀從外到內可以包括蓋凸緣、彎曲的過渡區和形成真正頂側蓋面的中心平面區。由于有造成隆起的過渡區，該平面區從蓋凸緣的平面起向外降低。過渡區例如可以呈S形彎曲，或者始終從相對于凸緣平面成角度的外側部分起朝中心平面區彎曲延伸。在此，例如如此選擇設定尺寸，即該中心平面區在外觀上為主，做法是它例如與底面一樣大或僅略微(例如最大10%)小于底面。尤其在膠囊整體呈長方體或立方體形構成時可以規定，所述平面區占直徑的超過60%，相應占面積的至少40%。這種中心平面區使得刺破和因而萃取變得簡單。
[0025]蓋凸緣一般形成面向蓋側的環繞面，該面從凸緣外邊緣起一直延伸至隆起的根部。可以在實施方式中規定，隆起的根部相對于與該凸緣相接的側壁部分向內錯移。這種錯移例如可以是至少0.2毫米。
[0026]所述主體和蓋例如都由塑料制成。尤其可以規定，所述主體和蓋由相同的塑料構成。提出聚丙烯作為材料例子，在此可以加工出一個隔離層，其具有對氧的阻隔性能并防止氧擴散至膠囊中。這種隔離層例如包括乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)。在主體區域內的壁厚尤其在0.1毫米和0.7毫米之間，優選在0.2毫米和0.4毫米之間，例如在0.25毫米和0.35毫米之間。同樣情況也可適用于蓋的壁厚。在優選實施方式中，蓋壁厚大致對應于主體壁厚。
[0027]還可考慮其它塑料來替代聚丙烯。也不排除本發明應用在非塑料上。
[0028]該主體可通過深拉工藝制成。或者，還可考慮注塑制造。同樣情況適用于蓋，其中由于其深度有限，深拉方法也可被當作沖壓方法。注塑制成的主體和深拉制成的蓋的組合是可行的，反之亦然。
[0029]根據第一實施例，蓋在主體上的固定通過超聲波焊接實施。根據第一可行方案，采用超聲波切割焊接方法，在此蓋和主體的可能突出的邊緣通過超聲波作用被切掉。根據第二可行方案，切割在一個單獨的機加工步驟中進行，例如通過在單獨加工站中的沖壓或超聲波切割。
[0030]在作為這兩個可行方案的一個選項的實施例中，用于超聲波焊接方法的能量定向器設置在蓋上而不是在主體上。已發現這特別有利于主體和蓋之間的連接。
[0031]在第二實施例中，蓋在主體上的固定通過來自加熱工具的熱傳遞進行。在第三實施例中，固定通過激光焊接進行。在第四實施例，這通過粘接進行。在此，邊緣也可隨后通過不同方法(沖壓、超聲波切割等)被切掉。
[0032]例如與通過超聲波和/或熱(即真正是熔焊法)熔化粘接劑的組合或與在組合的熱/超聲波工藝等中使用被加熱的超聲波焊頭的組合也是可能的。
[0033]沖泡制品制備系統除了所述類型的膠囊外還包括借助這種膠囊制備沖泡制品的機器(萃取裝置)。如本身已知地，該機器包括沖泡模塊，沖泡室可通過所述沖泡模塊形成，膠囊在沖泡過程中位于所述沖泡室內。沖泡模塊包括用于引入基本處于壓力的沖泡液的注入器和用于排放沖泡液的排放裝置。注入器和/或排放裝置例如可通過本身已知的方式包括用于刺破膠囊的穿刺元件。
[0034]另外，排放裝置設有與隆起相匹配的密封面，被投入沖泡室中的膠囊的蓋在沖泡液壓力下被壓靠在該密封面上。這種密封面將至少部分彎曲，其中例如在凸緣和大致平面的蓋面(在蓋面內膠囊如有必要可在萃取側被刺破)之間的區域內，彎曲曲率與相應蓋的彎曲曲率相匹配。
[0035]沖泡模塊還具有側引導機構用于在膠囊被投入沖泡模塊時引導該凸緣。該引導機構在膠囊投入后且在沖泡室關閉前保持膠囊。
[0036]沖泡模塊可被設計成使膠囊通過投入口和引導機構被定位，從而所投入的膠囊的蓋位于排放裝置側。由此，該密封面與膠囊蓋協作，并且前述類型的可能有的鼓脹能力可以加強注入側密封的密封作用，所述注入側密封可形成注入器的一部分。
【附圖說明】
[0037]以下結合附圖來描述本發明的實施例。在附圖中，相同的附圖標記表示相同或相似的零部件。附圖并非按照真實比例并且按照附圖間不相同的大小示出了部分相互對應的零部件，其中:
[0038]圖1示出膠囊的側視圖；
[0039]圖2示出根據圖1的膠囊的另一視圖；
[0040]圖3示出膠囊在凸緣區域中的剖視圖；
[0041]圖4示出沖泡模塊；
[0042]圖5示出沖泡模塊的排放裝置的視圖；
[0043]圖6示出沖泡模塊的剖視圖；
[0044]圖7示出替代的膠囊;和
[0045]圖8示出根據圖7的膠囊的剖視圖。
【具體實施方式】
[0046]根據圖1和圖2的裝有萃取物且特別是磨制咖啡的膠囊I基本呈帶有倒圓棱邊的立方體形狀。但延伸尺寸朝向頂側略微遞增，因此該膠囊在嚴格的數學意義上講具有截頭金字塔形狀。圖中的側面相對于底面5垂直線的傾斜角度很小，所述傾斜角度當然在此是指圖中的側面相對于垂直于底面的、延伸經過底面和對應側面之間的邊的那個平面的傾斜角度，其優選最多為2°，例如僅約為1°。另外，高出底面的膠囊高度近似等于底面邊的長度。
[0047]膠囊具有主體(或杯體)2和沿環繞的凸緣4固定在主體上的蓋3。該主體形成膠囊底面5和環繞側壁6，該環繞側壁在其就軸向(軸線10)而言的外側且在圖中是上側的末端以凸緣4結束。蓋向外隆起，做法是大致平行于膠囊底面5的蓋面9相對于環繞的凸緣4向外錯移。膠囊在凸緣4和蓋面9之間的過渡區內是彎曲的，膠囊在此從與凸緣平面成一角度(近乎直角)的外部起朝中心平面區連續彎曲，即主要是凸彎。
[0048]環繞的凸緣形成面向蓋側的面8，其從凸緣的外邊緣7起向上延伸至隆起的根部
12。圖3以剖視圖示出膠囊放大局部。凸緣4的寬度b是凸緣的最外邊緣7距主體2外側面的距離。
[0049]在根據圖1-3的實施例中，根部12相對于由主體2形成的環繞側壁向內錯移。如圖3所示，所述錯移V在下列兩者之間測得:
[0050]-—方面是在凸緣4區域內的主體外表面，
[0051]-另一方面是與主體外表面平行的平面，其經過面8與蓋隆起之間過渡區中的最大凹彎位置。
[0052]圖2和圖3示出在面8內的環繞凸緣4區域中的凹槽11。如果蓋是深拉(或沖壓)制造且在蓋上設有能量定向器23以將蓋3焊接至主體2，則可設置這種凹槽。在其它實施例中，例如如果在蓋上未設有能量定向器或蓋雖具有能量定向器但蓋是注塑制造的，則沒有這種凹槽。
[0053 ]根據圖4的沖泡模塊4包括沖泡模塊殼體1I以及由殼體保持或引導的作為第一沖泡模塊部的排放裝置103和作為第二沖泡模塊部的注入器105。通過操縱桿106可使注入器105相對于殼體和第一沖泡模塊部在打開位置和閉合位置之間運動，在打開位置中沖泡室敞開且操縱桿居上，在閉合位置中沖泡室關閉且操縱桿向下翻轉。圖4示出處于打開位置且具有投入的膠囊I的沖泡模塊。設有用于投入膠囊I的投入口 111，該投入口還設定膠囊在投入時的取向。投入口 111還通過指示凸緣4位置而示出待選擇的膠囊I取向。
[0054]在排放裝置上設有呈導向塊狀的側引導機構131，其能在投入時引導膠囊的凸緣4且在沖泡模塊關閉時將膠囊保持在希望位置。
[0055]關于沖泡模塊的工作方式，可以參見上述歐洲專利申請13186920.8，特別是其關于側引導機構和本文所述取回件的工作方式的詳細描述。用于在投入時引導、保持在投入位置且在沖泡過程后借助取回件頂出膠囊的膠囊特征是在凸緣4區域中的矩形基本形狀，這允許沿膠囊的伸展路徑進行側向引導以及在一些實施方式中還允許取回件在該路徑中的某位置介入。
[0056]圖5和圖6示出排放裝置103。在由沖泡模塊形成的沖泡室(通過在膠囊I已投入情況下向排放裝置移動注入器105)閉合時和/或在沖泡過程期間，蓋3被萃取側穿刺尖139刺破以使萃取產品可經過為此而設的通道流出膠囊。歐洲專利申請13185359.0描述了在此示出的萃取尖工作方式，但是，在此所述的發明不依賴這種工作方式且還可以與其它萃取裝置連用。
[0057]在此，膠囊I相對于排放裝置的密封在沒有獨立的萃取側密封情況下發揮作用。這種密封是必要的，以便離開膠囊的沖泡飲料能到達倒液嘴而不會在膠囊I旁向下滴落。為此，在萃取側設置密封面132，該密封面與膠囊蓋3的隆起相匹配，因而存在至少部分凹形的密封面132，膠囊在萃取中被大面積壓靠于密封面。在此，該密封面可由硬質材料制成，例如注塑硬質塑料或金屬，在此它是膠囊壁，其在沖泡過程中可變形并密封壓靠密封面132。膠囊蓋的隆起和與之相關的密封面132的凹形彎曲對所述密封效果做出顯著貢獻。
[0058]圖6也示出閉合密封170，其在此呈密封唇狀。所述密封在沖泡室關閉狀態下抵靠注入器105的殼體并在承受壓力時壓靠在該殼體上。這能密封沖泡室并能防止水流出，即便在沒有膠囊投入(例如在清洗過程中)的情況下。然而，這種閉合密封170在膠囊相對于沖泡室密封和因而萃取產品流動控制中沒有意義。
[0059]圖7和圖8還示出膠囊的變型。在此變型中，膠囊與根據圖1-3的膠囊的區別在于兩個相互獨立且可分別實現的特征。
[0060]其一，根據圖7和圖8的膠囊的蓋3并非通過深拉或沖壓制成，而是注塑制成的。因此，不必在能量定向器的外側形成凹槽11。
[0061]其二，膠囊凸緣4具有更大的寬度b。在膠囊直徑為約27毫米情況下，該寬度為約4毫米。事實表明，為了獲得所需的引導特性、密封特性和變形特性，寬度b在1.6毫米和4毫米之間且在一些應用中尤其在1.6毫米和3毫米之間的凸緣剛性是特別有利的。
[0062]也可想到其它的膠囊形狀。因此，例如不排除主體不同于所示實施方式地呈錐形更大幅度地變細，即，膠囊整體不再大致呈立方體形，而是截頭金字塔形狀。還可以想到朝底部逐漸變得更圓的形狀或者階梯形狀。
【主權項】
1.一種用于制備沖泡制品的裝有萃取物的塑料的分份膠囊(I)，所述膠囊包括: -具有底面區域(5)和環繞側壁(6)的主體(2);以及 -固定在所述主體(2)上的蓋(3); -其中所述蓋(3)沿環繞的凸緣(4)被固定在所述主體上，其中所述凸緣(4)朝向蓋側連接至所述環繞側壁； -其中所述主體(2)在所述凸緣的區域內具有大致呈矩形的橫截面； -其中所述蓋(3)向外形成隆起，從而所述蓋對膠囊體積做出貢獻； 其特征在于，所述凸緣(4)具有至少1.6毫米的寬度(b)。2.根據權利要求1所述的膠囊，其中，所述凸緣(4)具有在1.6毫米和3毫米之間、優選在1.6毫米和2.2毫米之間的寬度(b)。3.根據權利要求1或2所述的膠囊，其中，所述主體(2)和所述蓋(3)由相同的塑料材料制成。4.根據權利要求3所述的膠囊，其中，所述主體(2)和所述蓋(3)都由聚丙烯制成。5.根據前述權利要求中任一項所述的膠囊，其中，所述蓋從外到內包括形成朝向所述蓋側的面(8)的凸緣區、彎曲的過渡區和從所述面(8)的平面起降低的平面區(9)。6.根據權利要求5所述的膠囊，其中，所述平面區(9)占蓋面的至少40%。7.根據前述權利要求中任一項所述的膠囊，該膠囊除了所述凸緣(4)外大致呈立方體形或長方體形。8.根據前述權利要求中任一項所述的膠囊，其中，所述隆起的基部(12)相對于所述側壁(6)的與所述凸緣相接的部分向內錯移。9.根據前述權利要求中任一項所述的膠囊，其中，所述蓋(3)設有能量定向器。10.根據前述權利要求中任一項所述的膠囊，其中，所述主體能因引入的沖泡液而鼓脹，從而在95°C的沖泡液溫度和I巴的正壓下膠囊直徑增大至少I毫米，只要沒有機械阻礙抵制這樣的鼓脹。11.一種用于制備沖泡制品的系統，包括根據前述權利要求中任一項所述的膠囊以及具有沖泡模塊的機器，所述沖泡模塊用于形成容納所述膠囊的沖泡室，所述沖泡模塊具有用于將沖泡液引入所述膠囊的注入器(105)和用于使沖泡制品從所述膠囊排出的排放裝置(103)，其中所述排放裝置設有與所述隆起匹配的密封面(132)，被投入所述沖泡室的膠囊(I)的蓋(3)在沖泡液壓力下被壓靠在所述密封面上。12.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，所述系統包括用于在膠囊被投入沖泡模塊時引導所述凸緣(4)的側引導機構(131)。13.根據權利要求11或12所述的系統，其中，所述注入器(105)包括至少一個具有環繞密封結構的膠囊密封，所述環繞密封結構在所述沖泡過程中向內壓迫所述膠囊的環繞側壁(6)ο14.根據權利要求11至13中任一項所述的系統，其中，投入口(111)和所述引導機構(131)定位所述膠囊，從而使所投入的膠囊的蓋(3)位于所述排放裝置(103)側。
【文檔編號】B65B7/28GK105980255SQ201480070649
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年12月11日
【發明人】L·德博, R·特尼泰, I·蘭茨
【申請人】Qbo咖啡有限責任公司