CN101048095A - 具有偏压密封件的胶囊 - Google Patents

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Abstract

一种用于容纳饮料成分的胶囊(1)设计成插入饮料生产设备(2),以便压力下的水进入胶囊(1)以与胶囊(1)内的成分(3)相互作用,其中胶囊(1)包含基体(4)和箔部件(5),该箔部件通过连接在从胶囊(1)的基体(4)的侧壁(7)延伸出的凸缘状边沿(6)上而封闭基体(4)。因此,胶囊(1)包括可弹性偏斜的密封件(8),该密封件(8)设置成当胶囊(1)被安置在饮料生产设备(2)内时偏压在饮料生产设备(2)的密封面(15)上。胶囊的密封件和密封面的密封接合在被加压时自增强。

Description

具有偏压密封件的胶囊
技术领域
本发明总体上涉及用于容纳饮料成分的胶囊、与这种胶囊结合使用的饮料生产系统以及使用这种胶囊生产饮料的方法。
背景技术
本发明的背景是适于容纳饮料或其它可食用(例如汤)成分的胶囊领域。通过这些成分与液体相互作用可生成饮料或其它食物例如汤。该相互作用可以是例如提取、调制、溶解等工艺。这种胶囊尤其适合于容纳研磨咖啡,以便通过使压力下的热水进入胶囊并从胶囊排出咖啡饮料来生产咖啡饮料。
例如从EP-A-512470(US 5402707的对应申请)已知从容纳物质的胶囊获得流体食物的系统和方法。
如图1内所示的胶囊101具有截头圆锥形杯状物102,该杯状物可填充有例如烘焙研磨咖啡103,并且由焊接和/或压接在从杯状物102的侧壁横向延伸出的凸缘状边沿上的箔状撕裂面盖104封闭。胶囊保持器111包括具有凹凸表面部件113的流格栅112以及环向开槽的边沿114。
胶囊保持器111容纳在其支承件115内,该支承件具有侧壁124和用于使所提取的咖啡饮料通过的孔127。
从图1可见,提取系统还包括具有进水通道120的注水装置107和环形元件108,该环形元件具有形状基本与胶囊的外部形状相对应的内凹部。钟形元件108在其外部包括弹簧122,该弹簧保持用于在提取完成时释放胶囊的环123。
在操作时,将胶囊101放置在胶囊保持器111内。注水装置107刺穿杯状物102的上表面。胶囊的下部撕裂面104靠置在胶囊保持器111的沿径向设置的部件113上。
水通过注水装置107的通道120注入并冲击在咖啡床103上。胶囊101内的压力增加,并且撕裂面104逐渐遵循径向开口凹凸部件113的形状。当撕裂面的构成材料达到其断裂应力时,撕裂面沿该凹凸部件撕裂。所提取的咖啡流过流格栅112的孔,并被回收到孔127下方的容器(未示出)内。
根据本发明的提取方法的原理概述如下:
-将密封的胶囊插入胶囊保持装置;
-然后,使胶囊保持装置与机器的注水装置相关联,以便环形元件(图4内的108)包围该胶囊;
-在胶囊的第一壁内形成至少一个开口;
-通过该第一壁内的开口进入胶囊的水与胶囊内部的成分相互作用,这样生成的饮料然后从第二壁内形成的至少第二开口排出。
胶囊内的成分构成水的流径的“瓶颈”,并由此在通过胶囊的液体流的上游侧和下游侧之间产生压降,该压降甚至将在液体和成分之间相互作用期间例如由于成分的膨胀而增加。相应地,必须确保水流实际上仅通过胶囊内部(箭头A1),而没有水会从注水装置流入环形包封部件108和胶囊101的外部之间的空隙并流到设备的排出孔127。箭头A2示出此不希望的外部水流径。换句话说,必须通过安置在环形元件108和胶囊101之间的空隙中以及注水装置和饮料排出孔之间的流径中的密封接合防止胶囊101外部的任何水流(或者至少阻挡至相当程度)。在图1所示的现有技术实施例中,这种密封接合可通过环形元件108、胶囊101的侧壁的凸缘状边沿和胶囊保持器之间的夹紧接合实现。
在密封接合没有正确工作并且水在胶囊外部流动的情况下,在胶囊内将不能建立足以使撕裂面撕裂的压力,或者,过低的压力将造成撕裂面的局部撕裂并从而使物质提取较差,结果导致分送低品质的饮料。在这种情况下,水将在没有在足够的压力条件下与胶囊内容纳的成分相互作用或充分相互作用的情况下从饮料生产设备排出。
在现有技术中已知多种改进,其中利用橡胶弹性材料涂敷环形元件的内壁以进一步改进此密封接合。换句话说,根据所述现有技术,通过固定在或附装到饮料生产设备上的结构确保密封接合。其缺陷在于,在使用大量胶囊之后,固定密封装置会发生磨损,从而生成的饮料的品质会由于水经过不再完全有效的密封而逐渐变差。
在胶囊外部的任何“泄漏”会降低胶囊内建立的压力。另一方面,众所周知,足够的提取压力是浓缩咖啡品质的关键因素。
相应地,本发明旨在改进这种饮料生产系统的安置在液体进口和饮料排出侧之间的密封接合。
发明内容
因此,本发明的中心思想是将密封接合的指定配合部件从饮料生产设备转移到胶囊。其优点是该指定配合部件仅使用一次(即仅与相关联的胶囊一起使用),从而可确保密封正确地起作用,并且在密封件处不会出现卫生问题。
应指出,本发明尤其涉及胶囊的改进,从而例如EP-A-512470内所示的当前技术水平的具有成一体的密封装置的饮料生产设备也可与根据本发明的胶囊一起使用。
该目的通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求进一步开发了本发明的中心思想。
根据本发明的第一方面,一种用于容纳饮料成分的胶囊设计成插入饮料生产设备,以便使加压液体进入胶囊以与胶囊内的成分相互作用。胶囊的外部具有可弹性偏斜的密封件。
该密封件可在几何结构上设置成当将胶囊安置在饮料生产设备内时和/或在饮料生产设备内建立水压时偏压在饮料生产设备的至少一个密封面上以便使水横穿胶囊内部。偏压效果可在封闭时发生或者仅在水压作用下发生或者在封闭和水压下发生。
在一个示例中,该密封件构造成偏压在饮料生产设备的包封部件的密封面上。因此,确保了胶囊和包封部件之间的紧密度以确保水不会沿胶囊的外表面排出,并且可在胶囊内建立合适的压力级。在这种模式中,不需要作为饮料生产设备的一部分的密封件。
在可能的模式中,该密封件构造成偏压在胶囊保持器的密封面上。该密封件可同时偏压在包封部件和胶囊保持器上;在此情况下不需要作为饮料生产设备的一部分的密封件。
在可选实施例中,该密封件可仅偏压在胶囊保持器上;在此情况下需要饮料生产设备的密封件——例如静态或动态密封装置——以确保在胶囊内适当地建立流体压力。此模式的另外的优点主要是有助于取出胶囊并避免胶囊被真空保持在胶囊保持器内。
可弹性偏斜的密封件可以是胶囊的凸缘状边沿的一部分。该凸缘状边沿可包括夹紧部分,当胶囊被保持在饮料设备内的合适位置时该夹紧部分承受夹紧力。结果,该密封件可在压力下自由地偏斜并提供有效的密封。例如,该密封件可以是从胶囊的边沿延伸出的自由唇缘。
可偏斜的密封件可为唇形,例如环形唇状物。
胶囊可包括杯状基体,可弹性偏斜的密封件设置在胶囊的基体的侧壁上。
密封件可用柔性材料制成。
胶囊和密封件可用塑料制成。
密封件可设计成在胶囊操作以生成饮料期间施加水压时与饮料生产设备的密封面一起形成自增强接合。
本发明的另一方面涉及一种包括胶囊和饮料生产设备的饮料生产系统。所述饮料生产设备具有至少一个密封面,当将胶囊安置在饮料生产设备内时和/或当在饮料生产设备内建立水压时胶囊的密封件偏压在所述密封面上以使水仅横穿胶囊内部。
饮料生产设备可具有包含密封面的包封部件,当胶囊被放置在该设备内和/或被加压时所述密封面与胶囊的密封件密封接合。
在该密封件和密封面之间生成的密封接合在被加压时自增强。
本发明的另一方面涉及一种用于生产饮料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供容纳有成分的胶囊,
-将胶囊安置在饮料生产设备内,
-在胶囊的第一壁部件内生成至少第一开口,
-使液体从胶囊内的所述至少第一开口进入胶囊,
-在第二壁部件内生成至少第二开口,并从胶囊的所述至少第二开口排出饮料,以及
-通过饮料生产设备的至少一个密封面和在胶囊外部的密封件的密封接合将所述至少第一开口和至少第二开口分隔开,该密封件被偏压在饮料生产设备的密封面上。
本发明的又一方面涉及一种用于生产饮料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供容纳有成分的胶囊,
-将胶囊安置在饮料生产设备内,
-在胶囊的第一壁部件内生成至少一个开口,以及
-使液体从胶囊内的至少第一开口进入胶囊,
-在第二壁部件内生成至少第二开口,并从胶囊的所述至少第二开口排出饮料,
-通过饮料生产设备的密封面和在胶囊外部的密封件的密封接合将至少第一开口和至少第二开口分隔开,该密封接合在被水压加压时自增强。
附图说明
在阅读下面结合附图对本发明的实施例的详细说明时,本领域的技术人员可清楚地了解本发明的其它优点、特征和目的。
图1示出从EP-A-512470已知的提取胶囊;
图2示出本发明的实施例,其中将胶囊放置在胶囊保持器上但是还没有达到其在饮料生产设备中的闭合位置;
图3示出图2的放大视图;
图4示出处于其中胶囊已在钟形部件和胶囊保持器之间达到其闭合位置的状态的实施例;以及
图5示出处于其中胶囊还未到达其闭合位置的位置中的根据实施例的胶囊保持器、钟形部件和胶囊的透视图。
具体实施方式
下面参照图2详细说明第一实施例。
应指出,在下文将参照胶囊的特定设计即胶囊包含杯状基体和封闭箔部件的设计说明本发明。但是,应理解,胶囊的其它设计也是可行的,例如具有透镜形式的胶囊,其中两个基本匹配的箔片在例如环形边缘处密封。根据本发明的胶囊通常包括至少两个壁部件,所述壁部件在边缘处相互连接以形成密封的凸缘状边沿区域。
与现有技术相比,此实施例还示出具有凹凸元件12的胶囊保持器13,该凹凸元件设计成撕裂并刺穿封闭胶囊1的杯状基体4的箔部件5。该箔部件的撕裂例如可在胶囊内的压力一超过阈值就发生。应指出,该凹凸元件可具有任何能够导致箔部件(局部)撕裂的突出形状。仅作为示例,可列举棱锥、针、隆起部、柱体、细长肋状物。
胶囊1内容纳有成分3,其中成分3选择为使得当液体进入胶囊1的顶壁17的区域内并与这种成分3相互作用时生成饮料。优选的成分例如为研磨咖啡、茶或可用其生产饮料或其它液体或粘性食物(例如汤)的任何其它成分。
图2示出用户已将这种胶囊放置在胶囊保持器13上的状态,箔部件5靠置在胶囊保持器13的凹凸元件12侧,并且胶囊1的杯状基体4已经被饮料生产设备2的包封部件9的周向壁25部分地包围。所示出的包封部件的形状为钟形。其它形状也是可行的,其中包封部件的凹部的设计总体上适合于胶囊1的轮廓。
应指出,由于胶囊内限定有过压力,所示箔部件5并不完全是平的,该过压力是通过在生产已填充的胶囊1时引入例如保护气体生成的。
包封(钟形)部件9还包括环形支承裙缘18——其作用将在下文说明、用于将该钟形部件安装在饮料生产设备上的外螺纹19和用于将液体例如加压热水供给到注水装置14的进水口20,该注水装置可松开地安装(旋拧)在钟形部件9上。
应指出,螺纹19仅是连接装置的示例,该连接装置是可松开的或永久的连接装置。
从基于胶囊的浓缩咖啡(espresso)机领域内的现有技术已知饮料生产设备的其它部件,例如用于移动钟形部件并最终移动胶囊保持器的机构。
注水装置包括穿孔元件(刀片、销等)14,其设计成当例如通过手动操作的或自动的机构将胶囊保持器13和钟形部件9相互移近时在胶囊1的底壁17内形成开口。通道或孔(附图中未示出)横穿穿孔元件14以产生比该穿孔元件的实际平截面大的开口截面,从而一旦穿孔元件14伸入胶囊1的内部就可向胶囊1的内部供水。应指出,胶囊可具有用于水进入的预先构造的孔,并且注水装置可以是配合胶囊的该预先构造的孔的管件或出口。在此情况下,可在不生成穿孔、而是使用打开装置例如阀等的情况下形成开口。
根据所述实施例的胶囊1包括所述顶壁17、侧壁7和凸缘状边沿6,其中箔部件5密封在所述凸缘状边沿6上以气密地封闭胶囊1的杯状基体4。同样,只要胶囊可被密封并容纳所提到的成分,则胶囊还可采用其它设计。
根据本发明,胶囊1的外部存在专用密封件8。密封件8可由于所使用的材料和/或密封件8的几何形状而是有弹性的。
另外,密封件8可与胶囊1成一体或者是分离的构件。在后一种情况下,该密封件可松开地安装在基体4上或者例如通过焊接或利用粘合剂固定在其上。
在密封件8是附装于胶囊1上的分离构件的情况下,其可作为一个一体构件安装在胶囊上。可选择地,其可以流体或粘滞体的形式施加,并且可以施加在胶囊的外表面上然后立刻硬化(例如聚合)——这是例如应用硅树脂的情况。
如果将弹性材料用于密封件8,则优选使用橡胶弹性材料。
在密封件的材料与用于胶囊的材料(例如金属如铝,或塑料)相同的情况下,优选地,密封件的弹性特性通过该密封件的几何形状获得。
在根据图2的实施例中,密封件8由于唇形形状而可弹性偏斜。该密封件由与胶囊相同的材料、优选地为塑料制成。其可以是与胶囊1的基体4成一体的构件。
柔性唇缘8从凸缘状边沿6的外缘延伸出。密封件8使凸缘状边沿的夹紧部分29延长,但该密封件不应被夹紧以便能够在压力下自由地偏斜。凸缘状边沿的夹紧部分29构造成形成被饮料生产设备的配合表面至少部分地夹紧的环形表面。结果,密封件8可免受由于箔部件5在凹凸元件12上撕裂而施加在边沿上的力或应力。
应指出,这种可偏斜的密封件8可放置在胶囊1上的任何位置,只要该位置适合于在注水装置14和箔部件5内的穿孔之间的密封件8和包封部件9的外部密封接合即可。密封件8还可设置在胶囊1的顶壁17的当注水装置14伸入胶囊1内部时围绕该注水装置14的区域上。密封件8还可设置成覆盖胶囊的不同部分(顶部、侧壁、凸缘状边沿)。
如图3中可详细看到的,根据此实施例的钟形部件不包括任何专用的弹性密封件。但是,饮料生产设备2的包封部件9可选地也包括弹性密封件。
钟形部件9的扩散倾斜密封面15设计成与胶囊1的可弹性偏斜的密封件8配合。该密封面的倾斜(方向)与构成所述密封件的自由柔性唇缘的倾斜(方向)相对。
根据胶囊1的密封件8的形式和材料,钟形部件9的配合面可具有适合于与胶囊1的密封件8密封接合的任何形状、位置和朝向。
在环绕胶囊闭合该设备时,如图4所示,钟形部件9和胶囊保持器13沿凸缘状边沿的夹紧部分29一起夹紧胶囊。为此,钟形部件9可包括一个或多个环形凸起部分,该凸起部分将胶囊的夹紧部分29牢固地挤压或夹紧到胶囊保持器的接纳部表面31上。该夹紧部分还可形成凹痕,该凹痕与表面31的凹口是互补的。因此,由钟形部件9和胶囊保持器13的处于闭合时的组件形成环形室32,该环形室包封密封件8。结果,胶囊被牢固地保持在合适位置,并且在可在所述室内朝倾斜面15自由地偏斜的自由唇缘处释放张力,由此可获得非常好的水密密封。
图4示出其中钟形部件9和胶囊保持器13处于闭合压力接合,并且由于水进入胶囊内部并建立压力,胶囊保持器13的棱锥形凹凸元件12已经在胶囊1的箔部件5内产生开口的状态。在插入胶囊时注水装置的刀片元件在胶囊1的顶壁17内生成穿孔16。当胶囊内建立足够的压力时,利用胶囊内容纳的成分产生的饮料可从凹凸元件12和围绕的箔部件5之间的小空隙排出。
在图4所示的状态下,胶囊1的可弹性偏斜的密封件8——即柔性唇缘——被偏压紧靠包封部件9的相应倾斜密封面15。该柔性唇缘是胶囊基体的侧壁的边缘,在不工作时,该边缘(相对于边沿的平的夹紧部分29或密封平面P)弯曲一角度A,该角度大于大约90度,优选地在95和175度之间。密封面15优选地相对于密封或封闭平面P形成倾角B,当沿朝胶囊向内的方向测量时该倾角为90度或更小。优选地,倾角B为85到50度。因此,最初的偏压力是在水注入胶囊之前将密封件8压在饮料生产设备的密封面15上的力。此偏压力通常是通过在包封部件9和搁置在胶囊保持器13上的胶囊之间相对运动期间轻微地偏斜密封件生成的。可指出,密封件还可被偏压在保持器13的向上凸起的边缘28上以完成密封设置。为此,边缘28可包括倾斜的终止面,如图3所示,密封件还可进一步偏压在该终止面上。
环形支承裙缘18现在覆盖胶囊1的凸缘状边沿6的端部,同时夹紧部分29被夹紧在该设备的表面30、31之间以确保当钟形部件的密封面15向密封件8施加一定的压力时密封件8可自由地偏斜而胶囊保持在合适位置。
实际上,唇形密封件8代表当与饮料生产设备的密封面处于水加压接合时提供自增强密封接合的结构的示例。优选地,该自增强效果通过使用水压来加强而不是削弱密封接合实现。通常,水压将作用在胶囊的密封件上,从而将该密封件以高于初始偏压力的力压在配合的密封面上。
来自注水装置的水将被压入胶囊外部和包封部件之间的间隙,并且将最终到达唇形密封件。由于该唇形密封件被偏压在所述环形元件的密封面上,所以该唇形密封件将至少部分地阻止水流。此最初的阻流效果将使得密封件上游侧的压力升高,这继而导致密封件被更牢固地压在该密封面上,并从而得到密封接合处的水压越大就越牢固的密封接合。
应指出,在水被注入之前密封接合并不必已经很好地处于适当位置,只要密封件接触包封部件的密封面优选地偏压在其上即可,这将导致在密封件处形成压力,继而产生阻止水流的正确密封接合。因此,自增强方法可导致动态发展的密封接合。
在一定程度上,在注水开始时出现一些外部水流也是可接受的,该最初的水流然后由动态密封接合自动地阻止。这与已知的密封技术相反,在已知的密封技术中最初的密封效果将随着注水过程而变弱。
即使密封面不是非常干净或光滑,密封接合的动态特性也可产生正确的密封。
与现有技术领域内的已知密封接合相反,水压有助于密封效果而不是削弱密封效果。
应指出,根据所述实施例,密封件和配合密封面之间的最初的接触区域的形式为环线。当被加压时,此接触区域将由于密封件的变形而越来越表现为环形表面的形式。可选的设计可具有最初的环形接触区域。在本实施例中,最初(即在未加压状态下)基本上只有唇缘的外缘接触配合密封面15。还可想到其它设计,其中更大的部分乃至整个密封件与配合密封面接触。
可选择地,饮料生产设备的包封部件的配合面不是平面而是例如凸环,密封件最初被偏压在该凸环上。在此情况下,最初的接触区域可以为线形。
在任何情况下,当被水压加压时,胶囊1的柔性密封件8将使其形状更接近饮料生产设备的配合面。
当胶囊1位于图4所示的位置并然后在完成饮料生产过程之后,打开保持器13并且从胶囊保持器13或钟形部件9中取出胶囊。
在图5的实施例中,在胶囊保持器13的圆周内设置有凹槽22——即在向上凸起的边缘28内均匀地切割出凹槽22,该凹槽22用于排放在取出胶囊之前停留或聚集于胶囊保持器的表面上或者从胶囊滴落的液体。

Claims (15)

1.一种用于容纳饮料成分的胶囊,所述胶囊(1)设计成插入饮料生产设备(2),以便使加压液体进入胶囊(1)以与胶囊(1)内的成分(3)相互作用,其特征在于,胶囊(1)的外部具有可弹性偏斜的密封件(8)。
2.根据权利要求1的胶囊,其特征在于,所述密封件(8)在几何结构上设置成当胶囊(1)被安置在饮料生产设备(2)内时偏压在该饮料生产设备(2)的至少一个密封面(15)上。
3.根据权利要求2的胶囊,其特征在于,所述密封件(8)构造成偏压在饮料生产设备(2)的包封部件(9)的密封面(15)上。
4.根据权利要求1、2或3的胶囊,其特征在于,所述密封件是胶囊的凸缘状边沿(6)的一部分。
5.根据权利要求4的胶囊,其特征在于,可弹性偏斜的密封件(8)是从胶囊(1)的边沿延伸出的自由唇缘。
6.根据权利要求4或5的胶囊,其特征在于,所述凸缘状边沿包括夹紧部分(29),当胶囊被保持在饮料设备内的合适位置时该夹紧部分承受夹紧力。
7.根据前述权利要求中任一项的胶囊,其特征在于,所述胶囊(1)包括杯状基体(4),可弹性偏斜的密封件(8)设置在胶囊(1)的基体(4)的侧壁上。
8.根据前述权利要求中任一项的胶囊,其特征在于,所述密封件(8)用柔性材料制成。
9.根据前述权利要求中任一项的胶囊,其特征在于,所述胶囊(1)和密封件(8)用塑料制成。
10.根据前述权利要求中任一项的胶囊,其特征在于,所述密封件(8)设计成当被压在密封面(15)上时形成自增强的密封设置。
11.一种饮料生产系统,包括根据前述权利要求中任一项的胶囊(1)和饮料生产设备(2),所述饮料生产设备(2)具有至少一个密封面(15),当将胶囊(1)安置在饮料生产设备(2)内时和/或当在饮料生产设备内建立水压时胶囊(1)的密封件(8)偏压在所述密封面上以使水仅横穿胶囊内部。
12.一种饮料生产系统,包括根据权利要求1到11中任一项的胶囊(1)和饮料生产设备(2),所述饮料生产设备(2)具有包含密封面(15)的包封部件(9),当将胶囊(1)安置在包封部件(9)内时所述密封面与胶囊(1)的密封件(8)密封接合,该密封接合在被加压时自增强。
13.一种用于生产饮料的方法,所述方法包括以下步骤:
-提供容纳有成分的胶囊(1),
-将胶囊(1)安置在饮料生产设备(2)内,
-通过饮料生产设备(2)的至少一个密封面和在胶囊(1)外部的密封件(8)的密封接合将两个开口分隔开,密封件(8)被偏压在饮料生产设备(2)的密封面上,
-在胶囊(1)的第一壁部件(4)内生成至少第一开口,
-使液体从基体(4)内的所述至少第一开口进入胶囊(1),以及
-在第二壁部件内生成至少第二开口,并从胶囊(1)的所述第二开口排出饮料。
14.一种用于生产饮料的方法,所述方法包括以下步骤:
-提供容纳有成分的胶囊(1),
-将胶囊安置在饮料生产设备(2)内,
-在胶囊的第一壁部件内生成至少第一开口,
-使液体从基体(4)内的所述第一开口进入胶囊(1),
-在第二壁部件内生成至少第二开口,并从胶囊(1)的所述第二开口排出饮料,以及
-通过饮料生产设备(2)的至少一个密封面和在胶囊(1)外部的密封件(8)的密封接合将所述至少第一开口和第二开口分隔开,该密封接合在被加压时自增强。
15.一种根据权利要求13或14的方法生产的饮料。
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