用于制备饮料的系统的制作方法

用于制备饮料的系统
1.本发明涉及一种用于通过注射加压水来从胶囊开始生产饮料的系统。
2.更具体地，本发明涉及一种包括分配机的系统，该分配机包括胶囊能够容纳在其中的壳体元件，其中，胶囊是单剂量和单次使用的，并且容纳初始产品(例如，诸如咖啡粉)，该胶囊能够与注射到胶囊中的加压水相互作用来制造最终产品(例如咖啡饮料)。
3.在分配机上使用的现有技术胶囊是单次使用和单剂量的容器，该容器包括外壳并且具有器皿或杯子的形状。外壳通常具有底壁和侧壁，该底壁和侧壁限定容纳初始产品(例如咖啡粉或茶粉)的腔体，从该腔体中获得最终产品(例如饮料)。带凸缘的边缘从侧壁延伸并且围绕腔体定位在相对于底壁的相对侧上。
4.腔体在相关开口处由覆盖元件气密地密封，该覆盖元件固定到带凸缘的边缘，使得将初始产品密封在容器内部。
5.当分配机在打开配置中时，消费者能够将胶囊插入分配机的壳体元件中，并且然后手动地或借助于自动模式将分配机放置在关闭配置中，其中，分配装置关闭壳体元件和容纳在其中的胶囊。当机器在关闭配置中时，胶囊的带凸缘的边缘夹在壳体元件与分配装置之间。
6.在分配之后，消费者能够再次使机器返回到打开配置，以允许胶囊与壳体元件分离，并且自动地落入专用于接收已经使用的胶囊的内部容器中。
7.在分配期间，胶囊的底壁由注射装置穿孔，该注射装置用于在压力下将液体(例如水)注射到腔体中并且获得最终产品，同时覆盖元件由分配装置穿孔，以允许分配最终产品。
8.分配装置事实上包括配备有多个尖锐元件的分配板，当胶囊内部的流体压力增大时，这些尖锐元件与覆盖元件接合，并且将其在多个不同区域中穿孔。最终产品能够通过由分配机的分配装置形成的孔流入到使用容器中。
9.为了实现成功的分配，胶囊还包括定位在带凸缘的边缘处的密封元件，该密封元件配置成与分配机、特别是与分配机的壳体元件形成不透流体的密封。实际上，后者包括自由密封边缘，该自由密封边缘以环形方式围绕轴线延伸并且以波状方式成形，在这个意义上，该自由密封边缘包括周向交替的多个脊部和凹槽。
10.密封元件在分配机的高操作压力下防止加压液体逸出，并且在使用中，该密封元件在分配机的壳体元件与分配装置的分配板之间被压缩。存在于壳体元件与分配装置之间的分配机中的弹性元件使得即使在分配期间也可以保持带凸缘的边缘夹在它们之间，尽管通过注射装置分配了压力。
11.在许多现有技术专利文献中示出了许多解决方案，这些解决方案示出了由可生物降解或可回收材料制成的胶囊，其中，密封元件是由可堆肥材料制成的环，例如密封元件由纤维素基材料(例如纸板或天然纤维)制成，以保证胶囊仅具有可堆肥的或完全可回收的部件。
12.在这些解决方案中，存在一些现有专利文献，这些现有专利文献以胶囊和用于制造饮料的系统为对象，其中，为了在分配期间保持胶囊的密封元件与壳体元件之间的的不
透流体的密封，密封元件由当注射到胶囊中的水润湿时体积增大的材料制成。
13.专利ep2367739示出了一种用于制备饮料的系统，其中，胶囊能够插入分配机的壳体中，并且胶囊包括在润湿之后膨胀以形成或加强不透流体的密封的材料。当分配机在关闭配置中并且胶囊已经插入其中时，在壳体元件的周向边缘与胶囊之间存在较差的密封效果。然而，一旦注射加压水，该加压水供给到腔体，但还是由润湿密封元件的壳体元件封闭，密封元件膨胀并且从而形成或加强现有的不透流体的密封。制造密封元件的材料可以是可生物降解的材料，例如淀粉或纸板。
14.国际专利申请wo2019092144还示出了一种胶囊，该胶囊包括由铝制成的外壳以及由纤维素基材料制成的密封元件，其中，在分配期间，存在于分配机中的残留水引起密封元件的膨胀。
15.因此，形成本发明基础的技术目标是提供一种用于制作饮料的系统，该系统包括分配机和能够插入该机器中的胶囊，其中，胶囊包括纤维素基密封元件，该密封元件克服了现有技术系统的缺点。
16.本发明的另一目标是获得一种替代现有技术系统的系统，该系统使得可以减少分配中的缺陷百分比，也就是说，有缺陷的分配操作相对于进行的总分配操作的百分比，这是由于分配机与饮料胶囊之间的不透流体的密封。
17.本发明的另一不同目标是获得一种允许良好质量的饮料提取的系统。
18.这些目标通过根据本发明的系统实现，该系统包括在一个或多个所附权利要求中描述的技术特征。
19.从以下如附图所示的胶囊的优选的、非限制性的实施方式的非限制性描述中，本发明的进一步的特征和优点更加明显，在附图中：
20.图1是用于从胶囊制造饮料的分配机的壳体元件的立体图，为了清楚起见，移除了一些部分；
21.图1a示出了图1的壳体元件的密封边缘的一部分的放大图，该密封边缘包括周向交替的多个脊部和凹槽以限定波状密封边缘；
22.图2示出了根据本发明的用于制作饮料的系统的示意性截面，该系统包括图1的分配机和包括密封元件的胶囊，该系统在允许将胶囊插入分配机的壳体元件中的打开配置中；
23.图3示出了图2的系统布置在关闭配置中之前的截面图；
24.图3a示出了图3的截面的放大图，其中，壳体元件的密封边缘将接触胶囊的密封元件；
25.图4示出了图2的系统在关闭配置中但在分配之前的截面图，其中，密封边缘穿透或接触胶囊的密封元件的密封区域，并且其中，示出了细节，其中，脊部穿透密封元件，并且凹槽穿透或接触密封边缘；
26.图4a示出了图4的细节的放大图，其中，能够看到当密封边缘穿透或接触密封元件时，密封元件如何被压缩并且进而作用在自由的环形区域中，该环形区域在密封区域外部，并且包围密封区域，由于纤维素基材料从密封区域移动到自由区域，该密封区域被迫通过膨胀而变形；
27.图5示出了图2的系统在关闭配置中但在分配期间的截面图，其中，密封边缘在密
封区域中甚至更深地穿透，并且示出了细节，其中，当密封元件与水接触软化时，脊部和凹槽比图4的截面图更深地穿透；
28.图5a示出了图5的细节放大图，其中，能够看到自由区域比图4a更膨胀。
29.参考图1到图5a，数字1表示胶囊，该胶囊能够用于通过注射加压水来制造饮料的系统中。系统包括分配机5，该分配机进而包括：注射装置(未示出)，配置成向胶囊1供应加压水的注射装置(未示出)；壳体元件501，配置成容纳胶囊1；以及分配装置(未示出)，用于在分配机5的关闭配置中关闭壳体元件501。
30.事实上，分配机5能够放置在打开配置(图2)和关闭配置中，在打开配置中，壳体元件501能够从消费者接收胶囊1，在关闭配置中，胶囊1由壳体元件501封闭并且夹在壳体元件501与分配装置之间。
31.为了在分配期间也继续维持胶囊1的夹紧，当通过注射装置将加压水供应到胶囊1时，分配机5包括弹性本体(未示出)，该弹性本体在关闭配置中作用在壳体元件501上，并且适当地设计成在分配机5的使用压力下继续维持系统的关闭配置。
32.壳体元件501包括密封边缘502，该密封边缘是环形的，围绕轴线z延伸，并且配置成在关闭配置中接触胶囊1。轴线z是壳体元件501的中心对称轴线。
33.胶囊1包括外壳2，该外壳具有纵向延伸轴线，例如对称轴线，当胶囊1插入壳体元件501中时，该纵向延伸轴线与壳体元件501的轴线z基本上重合。
34.如下文更详细描述的，外壳2优选地由铝制成，例如通过拉伸，并且将参考这种类型的外壳2。然而，应当注意，胶囊1的外壳2还能够选自以下第一列表的材料中的一种：
[0035]-聚烯烃(优选地是pp或pe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚苯乙烯(ps)、聚乳酸(pla)、聚呋喃酸乙二醇酯(pef)；
[0036]-不同于pla的可生物降解和/或可堆肥的材料，例如植物来源的材料，诸如纤维素，或源自于它们的材料，例如纸。
[0037]
外壳2基本上是截头圆锥形形状，也就是说，呈器皿或杯子的形式。外壳2包括：底壁201和侧壁202，限定打开腔体203；以及从侧壁202延伸的带凸缘的边缘204。
[0038]
更详细地，侧壁202从底壁201向一端发散，带凸缘的边缘204从这一端以基本上径向的方式延伸。
[0039]
腔体203适合于容纳初始产品(未示出)以接合到流体(未示出)以获得最终产品(未示出)(例如饮料)。优选地，流体是在压力下的热或冷液体，将其在注射流体的步骤中引入腔体203中以获得饮料。
[0040]
如以上提到的，初始产品是例如一种可溶的、冷冻干燥的、脱水的、浓缩的、可渗滤的、粉末形式的食品产品-例如咖啡或巧克力；可替代地，初始制剂能够是例如一种叶类食品产品-例如茶。流体优选地是热的并且加压的水，这使得可以获得一种例如咖啡、大麦咖啡、茶、或草药茶的饮料。
[0041]
胶囊1包括覆盖元件3，该覆盖元件固定到带凸缘的边缘204，以便关闭腔体203。覆盖元件3可以通过热或超声焊接或胶合固定到带凸缘的边缘204，并且定位在相对于底壁201的相对侧上。
[0042]
注射装置包括：三个刀片(未示出)，配置成在关闭配置中利用相应的切口对底壁201穿孔；以及中心注射导管503，独立于刀片并且与刀片分离，配置成将加压流体供给到胶
囊1。
[0043]
覆盖元件3能够由分配机5的分配装置穿孔。
[0044]
事实上，如已经提到的，分配机5的分配装置包括配备有多个尖头元件的分配板(未示出)，该多个尖头元件配置成当腔体203内的流体的压力增大时对覆盖元件3穿孔并且在其中获得多个穿孔，使得饮料能够流经这些穿孔并且供给到容器中以由消费者拾取。
[0045]
当机器在关闭配置中时，胶囊1的带凸缘的边缘204夹在壳体元件501与分配装置之间。
[0046]
密封元件与带凸缘的边缘204相关联，以用于与分配机5形成流体密封，并且也就是说，与分配机5的密封边缘502形成不透流体的密封。
[0047]
更详细地，带凸缘的边缘204的密封元件夹在密封边缘502与分配装置之间。
[0048]
密封元件成形为定位在底壁201上的环形本体401，该环形本体由纤维素基材料制成，并且因此制成为由纸、或纸板、或天然纤维、或用包括这些材料的组合的组合物制成的环。
[0049]
为了简单起见但不限制本发明的范围，环形本体401将被称为纤维素基，例如纸和/或纸板。
[0050]
由于包括纤维素基环形本体401的事实，密封元件易于制造。
[0051]
如果外壳2由铝制成，则带凸缘的边缘204可以包括环形珠缘(annular bead)205，该环形珠缘定位在带凸缘的边缘204的外端处，如附图所示。
[0052]
在图3a、图4a以及图5a中更详细地示出的外壳2的边界2’实际上折叠在环形珠缘205中，使得其定位在环形珠缘205内部。
[0053]
带凸缘的边缘204包括：第一部分211，包括环形珠缘205；以及第二部分207，与侧壁202邻接，是环形的并且位于第一平面中。
[0054]
第一部分211容纳在半空间中，该半空间由第一平面形成并且面向底壁201，并且该第一部分在平行于轴线z的方向上朝向底壁201延伸直到环形珠缘205的自由边缘205’(图2)。
[0055]
换句话说，环形珠缘205的自由边缘205’是最靠近环形珠缘205的底壁201的端部。
[0056]
由于环形珠缘205代表带凸缘的边缘204的外端，因此自由边缘205’也代表第一部分211的最靠近底壁201的端部。
[0057]
可以注意到，第一部分211由外壳2的边缘2’通过环形珠缘205到第二部分207无间断地限定。
[0058]
因此，在第一部分211与面向第一部分的侧壁202之间可能存在凹部210，环形本体401容纳在该凹部中，环形珠缘205的自由边缘205’所处的距离使得第一平面大于或等于环形本体401的厚度，使得凹部210能够完全容纳环形本体401。
[0059]
这允许以简单且便宜的方式限定凹部210。
[0060]
另一方面，如果外壳2可替代地并且以未示出的方式由不同于铝的材料制成(例如它由pla或纤维素基植物材料制成)，则环形珠缘205可以不存在，因为带凸缘的边缘204可以是基本上是平面的并且仅在相关端部处具有突起以用于在分配机5中居中的目的。
[0061]
如在图1和图1a中以及更详细地在图4a和图5a中可以注意到，密封边缘502设置有多个径向凹槽504和径向脊部505。
[0062]
更详细地，凹槽504径向地打开并且与脊部505周向交替。换句话说，密封边缘502以波状方式成形。
[0063]
有利地，根据本发明，在关闭配置中，径向凹槽504和径向脊部505在分配之前穿透或接触环形本体401的密封区域402，如图4和图4a所示。
[0064]
应当注意的是，事实上，密封边缘502不仅在径向脊部505处(如图4的截面所示，该图示出了穿透到环形本体401中的密封边缘502的径向脊部505)而且在径向凹槽504处(如图4a的放大图所示，该图利用前视图示出了密封边缘502与环形本体401之间的接触)周向接触密封区域402。
[0065]
因此，有利地，当分配机5在关闭配置中时，不透流体的密封在分配之前已经存在，因为在密封边缘502与环形本体401之间(在径向凹槽504中和在径向脊部505两者中)存在完全的周向接触。当径向脊部505穿透到环形本体401中时，径向凹槽504确保与环形本体401接触，并且任选地它们也能够穿透到其中。
[0066]
在分配期间，如图5和图5a所示，当环形本体401与通过注射装置注射的水接触软化时，径向凹槽504和径向脊部505甚至更深地穿透到密封区域402中，以便改进不透流体的密封。
[0067]
应当注意的是，当分配机在关闭配置中时，水在分配期间填充壳体元件501与壳体2之间的空间直到密封区域402，并且由密封区域与密封边缘502之间的接触界定，防止水逸出引起的流体泄漏。
[0068]
当水润湿由纤维制成的纤维素基材料的表面时，水能够穿透到纤维中并且因此能够软化环形本体401，由于环形本体能够变形更多并且变得更加柔性，这可以允许密封边缘502甚至更多地穿透到环形本体401的厚度中。
[0069]
由于本发明，因此可以改进包括胶囊1和分配机5的系统的不透流体的密封，因为由纤维素基材料制成的环形本体401的软化进一步增强了不透流体的密封，允许密封边缘502在环形本体401中更深地穿透。
[0070]
事实上，环形本体401的外表面可以在密封区域402中甚至更多地封闭密封边缘502的外表面，确保密封边缘502与环形本体401之间的甚至更大的接触。
[0071]
根据本发明的一个方面，环形本体的克重是在300gr/m2与900gr/m2之间，优选地在600gr/m2与800gr/m2之间，优选地等于700gr/m2。
[0072]
术语“克重”用于表示纸和/或纸板密度的值，其表示为克/平方米的值。
[0073]
尽管纸和/或纸板具有通常取决于所使用的克重的厚度，纸和/或纸板的厚度可以根据各种因素而变化，例如，诸如在纸和/或纸板的生产期间进行的加工的类型或其中存在的木纤维的量。
[0074]
事实上，对于相同的克重，可能存在具有预定厚度的高密度纸和/或纸板以及比预定厚度更厚的低密度纸和/或纸板。
[0075]
因此，尽管用于制造由纸制成的环形本体401的优选克重落在如以上提到的基本重量的范围内，但环形本体401的厚度也将在下文指示。
[0076]
环形本体401可以包括层状结构(未示出)，该层状结构至少包括纤维素基外层以及配置成允许该层状结构接合到带凸缘的边缘204的接合层。
[0077]
换句话说，由纸或纸板制成的环形本体401制成密封元件，可以借助于单层纸和/
或纸板制成，如图2到图7所示，并且通过干涉或者另外任选地借助于接合层固定到带凸缘的边缘204。
[0078]
可替代地，环形本体401可以借助于由多个层制成的层状结构制成，也就是说，纤维素基外层定位成朝向外部来接触分配机，接合层配置成允许将层状结构接合到带凸缘的边缘204、纤维素基材料的内层以及另一接合层，该另一接合层将外层和内层接合在一起。内层通过接合层连接到带凸缘的边缘204。
[0079]
换句话说，环形本体401可以利用双纤维素基层制成。
[0080]
接合层可以由粘合剂材料制成或由诸如聚乙烯、或聚烯烃、或聚乳酸(pla)的材料制成，当将接合层施加到带凸缘的边缘204上时，材料变成粘性的并且接合单层(如果环形本体401由单层纤维素基材料制成)，或者将外层和内层接合在一起并且还接合到带凸缘的边缘204。
[0081]
相同的考虑也应用于配置成将纤维素基外层和纤维素基内层接合在一起的另一接合层。
[0082]
接合层以及任选地另一接合层还可以借助于热熔胶制成，该热熔胶利用热通过激活或通过超声密封激活时起作用。
[0083]
然而，应当注意的是，任选地，环形本体401可以通过与侧壁202和/或与环形珠缘205干涉而保持与外壳2相关联，而无需通过接合层进一步固定到带凸缘的边缘204，无论环形本体401由纸制成还是纸板制成，或者由通过另一接合层接合在一起的两个层的层状结构制成。
[0084]
每个纤维素基层，即外层和内层，可以优选具有350gr/m2的克重，总计700gr/m2。
[0085]
然而，由于环形本体401可以使用彼此接合的一对纤维素基层来制成的事实，可以以关于克重和/或厚度和/或亲水性程度的适合方式来选择每个层。
[0086]
例如，外层可以选择为具有不同于内层的克重/厚度/组成，使得环形本体401具有不透流体的密封所要求的特征以及确定水的吸收的相关外表面的亲水特性。
[0087]
该对层中的每个层优选地是平面的并且在环形本体401中具有恒定的厚度。
[0088]
根据本发明的一个方面，环形本体的厚度是在0.55mm与1.10mm之间，甚至更优选地在0.70mm与1.00mm之间、优选0.90mm。
[0089]
事实上，本技术人已经借助于实验测试注意到，由于流体损失导致的分配的缺陷在环形本体401的厚度在所指示的范围内具有相当大的改进。
[0090]
术语“流体损失”是指由于密封元件与分配机5之间的不透流体的密封缺陷，水从分配机的前部和/或后部泄漏，其中，环形本体401的厚度所指示的尺寸和/或与纤维素基材料的克重一起可能会大大减少。
[0091]
根据本发明的一个方面，通过本技术人进行的测量，在关闭配置中，径向脊部505在分配之前在环形本体401中穿透至少0.10mm。
[0092]
这保证了径向凹槽504至少与环形本体401完全接触，并且即使在分配之前也保证了不透流体的密封。
[0093]
如附图所示，壳体元件501包括自由边缘506，该自由边缘在外部并且是环形的，并且包围密封边缘502的外部。自由边缘506沿着轴线z比密封边缘502突出更少，并且不参与壳体元件501与环形本体401之间的不透流体的密封。
[0094]
还应当注意的是，在密封边缘502与自由边缘506之间存在凹部507，该凹部是环形的并且具有底部507a，在关闭配置中，该底部在分配之前在距带凸缘的边缘204第一距离处。
[0095]
通过在分配结束时再次进行测量，可以注意到，底部507a与带凸缘的边缘204之间的第二距离小于第一距离。
[0096]
换句话说，受到分配机5的弹性本体的作用的壳体元件501在分配期间随着其继续压缩由纤维素、纸和/或纸板制成的环形本体401，移动靠近分配机的分配装置，因为环形本体已经软化。
[0097]
有利地，为了不透流体的密封的目的，申请人已经发现第一距离和第二距离之间的差在0.010mm与0.200mm之间。
[0098]
图4a和图5a示出了当密封边缘502的径向脊部505和径向凹槽504在分配之前穿透或接触密封区域402时，该密封区域被压缩并且进而作用在环形的自由区域403中，该自由区域在密封区域402外部，并且包围密封区域402。
[0099]
由于密封区域402的压缩，自由区域403被迫变形，并且膨胀用于制成环形本体401的材料从密封区域402移动到自由区域403。
[0100]
由于环形本体401的材料是纤维素基的，例如具有以上指示的厚度和/或克重的纸或纸板，并且由于在这些纤维素纤维之间存在空隙，密封区域402由自由密封边缘502压缩的体积的一部分移动到自由区域403，并且因此可以注意到自由区域403的轻微膨胀。
[0101]
以已知的方式，自由边缘506包括：在沿着轴线z的恒定位置处的第一环形部分，相对于密封边缘502突出更少；以及至少一个第二部分(未示出)，包括多个径向中断部。
[0102]
实验上，本技术人已经能够检查到，在关闭配置中，自由边缘506的第一环形部在分配之前远离自由区域403，如图4a所示，但另一方面，当壳体元件501进一步穿透到环形本体401中时，第一环形部分在分配期间还可以接触自由区域403。
[0103]
然而，还已经发现，这些径向中断部从未与环形本体401发生接触，并且因此它们与环形本体401的自由区域403保持间隔开。因此，尽管在径向中断部与环形本体401之间总是存在打开间隙，但壳体元件501的自由边缘506不会有助于不透流体的密封。
[0104]
由于根据本发明的系统，本技术人已经实验性地示出了可以获得一种不透流体的密封，尽管在关闭配置中该密封在分配之前是有效的，因为密封边缘502的径向凹槽504和径向脊部505至少与环形本体401接触，径向凹槽504接触或穿透环形本体401，径向脊部505穿透环形本体401。因此，在分配期间，由于环形本体401由软化并且因此允许径向凹槽504和径向脊部505甚至更多地穿透到环形本体401中的纤维素基材料制成的事实，分配机5与容纳在其中的胶囊1之间的不透流体的密封进一步改进。
[0105]
此外，由于制成环形本体401的材料，就克重和/或厚度和/或组成和/或亲水性程度而言，可以进一步改进流体密封，以适合的方式选择环形本体401。