本发明涉及用于在自动分配机器中制备产品(例如饮料)的胶囊或容器。具体地，本发明涉及一种密封的单剂量一次性胶囊，其含有能够通过与加压液体相互作用而制成最终产品的初始产品。
背景技术：
已知用于分配机器的胶囊，其由一次性单剂量容器组成，该容器包括由液体和气体不可渗透的塑料制成并且具有大口杯或杯子形状的外部壳体。壳体具有底壁和限定上部开口的侧壁，产品可以从该开口插入以从中获得饮料。上部开口由覆盖元件密封地闭合，所述覆盖元件通常是铝或塑料膜，以便将产品密封在容器内部。覆盖元件通常固定到壳体的周边和环形凸缘形状底部，该覆盖元件与底壁相对并围绕上部开口布置。
在底壁中，获得下部开口，饮料通过该下部开口分配。下部开口由闭合元件密封地封闭，闭合元件通常为铝或塑料薄膜，和上部开口的覆盖元件一样。
胶囊是可穿孔的，以使加压液体(通常为水)能够被输送到胶囊内部。具体地，覆盖元件可通过分配机器的合适装置来穿孔以使加压液体能够被输送到胶囊中。
取决于闭合元件的机械阻力，通过打破闭合元件来分配饮料，这在胶囊内部的压力超过预设值时发生。
这种类型的胶囊产生的一个问题是由于闭合元件的破裂导致胶囊内部的压力突然变化这一事实，这可能引发所谓的“水锤”，这可能导致胶囊爆炸并且损坏分配机器的液压回路，原因在于由水锤产生的压力波可以在将加压液体输送到胶囊的喷嘴中传播并且从喷嘴传播到分配机器的整个液压回路。
这种类型的胶囊出现的另一个问题是由于这样的事实：当闭合元件破裂时，加压液体以高速离开胶囊，并且到达用于接收饮料罐的容器会导致离开容器的喷射，弄脏分配机器和容器周围的区域。
为了克服上述问题，已经设计了胶囊，其在下部开口的下游设置有一个或多个迷宫路径，其目的是降低离开胶囊的饮料的速度，以避免当饮料到达用于接收饮料的容器时形成喷射，并且产生负载损失，该负载损失使得在下部开口的闭合元件破裂时胶囊内部的压力下降不那么突然，即更加渐进。
尽管如此，制造这些迷宫路径仍然很昂贵并且极大地增加了胶囊的制造成本，此外还不能充分保证当闭合元件破裂时不会发生水锤。
从同一申请人的专利申请102014902241964进一步已知一种胶囊，其中在下部开口的下方获得腔室，在腔室中布置有阻尼元件以控制饮料的离开速度。
当闭合元件破裂时，阻尼元件能够减小但不能完全消除水锤发生的风险。
技术实现要素：
本发明的一个目的是制造可用于已知分配机器中的胶囊，其防止当胶囊的下部开口的闭合元件破裂时发生水锤现象并且防止在饮料分配期间形成喷射。
另一个目的是获得便宜且制造简单的胶囊。
根据本发明，根据权利要求1及其从属的一个或多个权利要求提供用于饮料的胶囊。
附图说明
参考以非限制性示例的方式说明本发明一些实施例的附图，可以更好地理解和实施本发明，其中：
图1是根据本发明的胶囊的第一实施例的示意性横截面，其在饮料的分配开始之前插入到饮料分配机器的座部中；
图2是在开始分配饮料之后的与图1类似的截面；
图3是图2的放大细节；
图4是仅胶囊本体的横截面；
图5是胶囊内部的示意图，其中突出显示了下部闭合元件的固定的第一实施例；
图6是类似于图5的视图，突出显示了通过输送到胶囊中的液体的压力的作用的下部闭合元件的撕裂线；
图7是根据本发明的胶囊的第二实施例的横截面，其在饮料的分配开始之前插入到饮料分配机器的座部中；
图8是在开始分配饮料之后的与图7类似的截面；
图9和10是类似于图5的视图，分别示出了下部闭合元件的固定的第二和第三实施例；
图11是根据本发明的胶囊的第三实施例的横截面，其在饮料的分配开始之前插入到饮料分配机器的座部中；
图12是在开始分配饮料之后的与图11类似的截面；
图13是图12的放大细节；
图14是根据本发明的胶囊的第四实施例的横截面，其在饮料的分配开始之前插入到饮料分配机器的座部中；
图15是在开始分配饮料之后的与图14类似的截面；
图16是图15的放大细节；
图17是图15的截面xvii-xvii；
图18是根据本发明的胶囊的第五实施例的横截面；
图19是图18的截面xix-xix；
图20是图18的胶囊的局部透视和局部剖视图；
图21是图18的胶囊的另一个局部透视图和局部剖视图；
图22是图18的胶囊的另一个局部透视图；
图23、24和25是来自图18的细节的不同视点的透视图；
图26是图18的放大细节。
具体实施方式
在图1至图6中示出了根据本发明的用于饮料的胶囊1的第一实施例，其可用于自动分配机器中，通过向其中注入热的加压流体(例如水)来生产最终产品，具体是热饮料，例如咖啡、大麦、凉茶、茶、巧克力等。胶囊1被插入到用于制备饮料的系统的自动分配机器的座部2中。
根据本发明的胶囊1包括外部壳体或容器3，所述外部壳体或容器又包括基部壁4和侧壁5的第一部分，基部壁和侧壁的第一部分限定腔体6，该腔体是开口的并且适于容纳初始产品p，例如可溶性或可渗透性食品，其将与流体(通常为水)结合以获得饮料形式的最终产品。基部壁4和侧壁5的第一部分限定了基本上为大口杯形或杯状的胶囊1的本体。
基部壁4包括连接到侧壁5的第一部分的环形第一肩部4a，并且包括环形第二肩部4b。如图所示，环形第二肩部4b具有比环形肩部4a的尺寸小的尺寸，并且被放置在环形第一肩部4a下方并与环形第一肩部连接。
壳体还包括连接到侧壁5的第一部分并从该第一部分延伸的为凸缘形状的上边缘7，该上边缘围绕腔体6的与基部壁4相对的第一开口8布置。上边缘7也与基部壁4相对并且相对于腔体6面向外部。
在基部壁4中获得第二开口9，由初始产品p制备的饮料通过该第二开口可以离开腔体6。
实际上，壳体3通过形成可热成型塑料材料片材而制成，该片材适合于从初始产品制备最终产品的过程，例如能够在不变形的情况下耐受高达100℃的温度和高达5巴的压力。
该塑料片材可以具有15微米至1400微米之间的厚度，具体是350微米至1200微米之间的厚度，并且由聚烯烃制成，例如由聚丙烯pp和/或聚乙烯pe和/或聚酰胺pa制成。
详细地，片材可以包括：第一层材料，具体适用于接触和/或保存初始产品p，例如由不透湿的聚丙烯pp制成；第二层材料，不接触初始产品p，由不透气材料制成，具体是不透氧气和可选地也不透湿的材料制成，也称为阻挡层；以及第三层外部材料。
插入在第一和第二层之间的阻挡层确保了腔体6的外部环境的完全绝缘，尤其是在第一层随时间而可渗透氧气的情况下。阻挡层具有2微米至100微米之间的厚度，尤其是15微米至70微米的厚度，并且例如由仅对氧气不透气的乙烯乙烯醇(evoh)或者对氧气和湿气都不透气的聚偏二氯乙烯(pvdc)制成。
根据片材材料的第一实施例(其未示出)，第一和第三层由相同的材料制成，例如聚丙烯pp，并且与插入在第一和第三层之间的阻挡层联接。这样的层可以具有相同的厚度(例如350微米)或不同的厚度(例如，第一层可以具有500微米的厚度，而第三层可以具有300微米的厚度)。
根据第二实施例(未示出)，第一层是支撑件并且由聚丙烯pp制成，第二层是阻挡层(evoh或pvdc)，并且第三层是聚丙烯pp或聚乙烯pe的挤出层，其厚度等于15微米，在生产片材材料的过程期间与第一和第二层联接。
然后根据第一和第二实施例选择片材材料，以便随时间保护包含在胶囊中的初始产品p免受湿气和氧气的影响。
胶囊还包括覆盖元件10，该覆盖元件固定至壳体3的上边缘7，以用于密封地闭合腔体6的第一开口8。覆盖元件10包括铝膜或塑料膜，其设置有可通过注射装置(未示出)穿透的阻挡层，借助于该注射装置将加压液体(例如水)注入到腔体6内以产生饮料。
覆盖元件10通过加热或超声波焊接或者通过胶合而固定到壳体3的上边缘7。优选地，覆盖元件10通过热焊接固定到壳体3。
在基部壁4中优选为圆形的第二开口9也由与覆盖元件10类似的闭合元件11密封地闭合。闭合元件11的周边区域11a通过第一热或超声波焊接部s1或者通过胶合在腔体6内部固定到基部壁4的第二肩部4b。
覆盖元件10和闭合元件11密封地闭合腔体6并且保持容纳在腔体中的初始产品p。
根据制成闭合元件11的材料的机械阻力，当在将加压液体输送到腔体6中之后腔体6内的压力超过预设值时，闭合元件11将被撕裂。撕裂闭合元件11使得饮料离开腔体6并且随后将其分配到用于接收饮料的容器中，例如杯子或玻璃杯，如下面将更详细地解释的。
在腔体6的下部部分中布置有第一过滤元件20和第二过滤元件21，第一过滤元件例如由纸制成，并例如通过胶合而固定到基部壁4的第一肩部4a，第二过滤元件例如由非织造织物制成，在闭合元件11上方搁置在基部壁4的第二肩部4b上。当产品p不是可溶产品，例如咖啡粉时，第一过滤元件20和第二过滤元件21防止产品p的颗粒能够与饮料一起分配。
第二过滤元件21有利地具有很强的抗变形能力，使得当将加压液体输送到腔体中以制备饮料时，第二过滤元件不会因腔体6中产生的压力的作用而显著变形。
如图所示，在基部壁4的下方限定腔室12，该腔室可通过第二开口9与腔室6连通。腔室12由侧壁的第二部分13和底壁14限定，在该底壁的中心处形成第三开口15。腔室12具有优选为圆形的横截面，但也可具有与圆形截面不同的截面，例如椭圆形截面或多边形截面或波瓣形截面。
在腔室12内部布置有阻尼元件16，其功能是控制饮料的离开速度，具体是防止在闭合元件11撕裂时的水锤现象，防止由上述现象产生的压力波的形成，这可能导致胶囊爆炸并且也损坏分配机器的液压回路。
阻尼元件16还执行防止在将饮料分配到容器期间形成喷射的功能。
阻尼元件16包括具有优选矩形横截面的盘形上部部分17，其尺寸被确定为在其外边缘18与侧壁13的第二部分之间限定第一通道19(图3)，该第一通道的宽度足以使阻尼元件16能够在腔室12内滑动，但是显著减慢通过其中的饮料的速度并且在通道19的入口和出口之间产生显著的压力差。优选地，通道19的宽度不大于1mm。
阻尼元件16还包括也为盘形的下部部分22，该下部部分具有优选矩形的横截面，其尺寸确定为使得在其外边缘23和侧壁13的第二部分之间限定第二通道24，该第二通道的宽度明显大于通道19的宽度，足以使饮料通过而不会产生显著的负载损失。阻尼元件16的上部部分17和下部部分22通过例如柱形的第一连接元件25连接在一起。
阻尼元件16还包括分配元件26，利用包含在胶囊1的腔体6中的产品p制备的饮料通过该分配元件分配。
分配元件26通过第二连接元件27固定在下部部分22的下方，该第二连接元件例如也是柱形的。
分配元件26包括中空圆柱形本体28，其上方设置有突出到中空圆柱形本体28外部的环形边缘29。
中空圆柱形本体28设置有饮料可以从其中进入的入口开口32和饮料可以通过其离开胶囊1的出口开口33。中空圆柱形本体28插入到胶囊1的底壁14的中心中的第三开口15中。
中空圆柱形本体28的外直径选择为使得中空圆柱形本体28与第三开口15轻微干涉地联接，从而确保密封防止液体在中空圆柱形本体28和胶囊1的底壁14之间泄露，但是如果对阻尼元件16施加的推力足以克服中空圆柱形本体28与底壁14之间的摩擦阻力，则不阻止中空圆柱形本体28滑入第三开口15中。
阻尼元件16的下部部分22在下面设置有长形突起30，该突起在分配元件26的中空圆柱形本体28内部延伸并且引导饮料的流动以防止分配期间的喷射。
如已经描述的那样，闭合元件11沿周边固定到基部壁4的第二肩部4b，在其中心区域11b处通过第二焊接部s2(优选热焊接)进一步固定到阻尼元件16的上部部分17。第二焊接部s2形成在中心区域11b的整个表面上。在周边区域11a和闭合元件11的中心区域11b之间可以限定环形区域11c，该环形区域没有焊接部并且跨过阻尼元件16的上部部分17和侧壁13的第二部分之间的第一通道19。环形区域11c的宽度也可以基本上与第一通道19的宽度相同。
为了利用容纳在胶囊1中的产品p制备饮料并将饮料分配到容器中，其中插入胶囊1的分配机器的注射器穿透覆盖元件10并且将例如水的加压液体输送到胶囊的腔体6中，该加压液体与产品p混合。
加压液体在闭合元件11和下面的阻尼元件16上施加推力。当所述推力的值超过中空圆柱形本体28和胶囊1的底壁14之间的摩擦阻力时，阻尼元件16向下移动，从图1所示的初始位置移动至如图2所示的最终位置，在该最终位置中，分配元件26的环形边缘29搁置在胶囊1的底壁14上。
在上述移动期间，阻尼元件16自身向下拖曳固定到阻尼元件16的上部部分17的闭合元件11的中心区域11b，同时周边区域11a不移动，固定基部壁4。这产生逐渐增加的拖曳应力，该拖曳应力导致闭合元件11沿着断裂线31破裂。
在闭合元件11破裂之后，容纳在腔体6中的加压饮料进入腔室12并开始通过第一通道19过滤，然后穿过第二通道24并进入中空圆柱形本体28，穿过入口开口32，并且通过出口开口33离开胶囊1。
当饮料开始通过通道19过滤时，其压力决定了胶囊1的侧壁的第二部分13上的推力。在胶囊被插入其中的分配机器的座部2中，提供空间34，该空间围绕侧壁的第二部分13，以使得第二部分13能够逐渐向外变形，从而加宽通道19以便在不会引起胶囊5的腔室6内的压力突然下降的情况下使得饮料的运输更容易，从而可靠地避免水锤现象。
当腔体6内的压力通过饮料逐渐进入腔室12内的作用而开始减小时，侧壁的第二部分13的变形开始减小，并且第一通道19开始收缩，直到它返回到初始尺寸。此时，通常腔室6中的压力不再足以克服第一通道19中的负载损失，这会导致饮料的分配结束。
在图7至10中示出了根据本发明的胶囊的第二实施例，由附图标记1a表示。
在该第二实施例中，在阻尼元件16的上部部分17中，在大致中心位置设置有通孔35。此外，闭合元件11的中心区域11b通过点焊s3固定到阻尼元件16的上部部分17。
对于其余部分，胶囊1a与根据图1至6所示的第一实施例的胶囊1相同。
当阻尼元件16被腔体6中的饮料的压力向下推动时，闭合元件11的中心区域11b的不受点焊s3影响的部分与阻尼元件16的上部部分17分离以形成通道，当闭合元件11发生断裂时，该通道使得饮料也能够通过通孔35进入腔室12。这使得能够完全排空腔体6，因为即使腔体6内的压力不再足以使饮料通过第一通道19时，饮料也可以继续从腔体6通向腔室12。
在图10中示出了闭合元件11固定到阻尼元件16的上部部分17的版本。在该版本中，闭合元件11的中心区域11b通过多个基本上径向的焊接部s4固定到所述上部部分17。
当阻尼元件16被腔体6中的饮料的压力向下推动时，闭合元件11的中心区域11b的不受径向焊接部s4影响的部分与阻尼元件16的上部部分17分离以形成通道，当闭合元件11发生断裂时，该通道使得饮料也能够通过通孔35进入腔室12，从而可以完全排空腔体6，如上所述。
在图11至13中，示出了根据本发明的胶囊的第三实施例，其由附图标记1b表示。
该第三实施例与图1至10中公开的第一和第二实施例的不同之处在于，代替第一过滤元件20和第二过滤元件21，提供单个过滤元件36，其由例如由塑料制成的盘构成，在该盘中制成有多个通孔，这些通孔的尺寸选择为使得饮料能够通过，但是防止固体颗粒(例如咖啡粉)通过以防止后者能够与饮料一起分配。
对于其余部分，胶囊1b与图1至6所示的胶囊1或图7至10所示的胶囊1a相同。
在图14至17中示出了根据本发明的胶囊的第四实施例，由附图标记1c表示。
该第四实施例与图1至13中所示的其他实施例的不同之处在于，侧壁的第二部分13具有带有向外突出的多个部分37的波瓣形状。在这些突出部分37处，第一通道19和第二通道24具有各自的加宽部38，在含有固体或半固体元素的饮料(例如汤)的情况下，这些加宽部使得这些固体元素能够通过并与饮料一起分配和/或基本防止泡沫的形成。
对于其余部分，胶囊1c与图1至6所示的胶囊1或图7至10所示的胶囊1a或图11至13所示的胶囊1b相同。
在根据本发明的胶囊的未示出的另一实施例中，闭合元件11不固定到阻尼元件16的上部部分17。
在这个进一步的实施例中，当加压液体被输送到腔室6中时，闭合元件11在阻尼元件16的方向上变形，并且使阻尼元件在所述第一位置和所述第二位置之间移动，以保持搁置在阻尼元件16的第一部分17上。闭合元件11的变形导致元件上的拉应力，当超过制造闭合元件11的材料的机械阻力时，该拉应力导致闭合元件11撕裂。闭合元件11的第一位置和第二位置之间的距离被选择成使得闭合元件11可以在阻尼元件16到达所述第二位置之前发生撕裂。
在闭合元件11发生撕裂之后，如前所述地分配饮料。
在图18至26中，示出了根据本发明的由附图标记1d表示的胶囊的第五实施例。
类似于根据本发明的胶囊的其他实施例，根据本发明的胶囊1d包括外部壳体或容器3，所述外部壳体或容器又包括基部壁4和侧壁5的第一部分，基部壁和侧壁的第一部分限定腔体6，该腔体是开口的并且适于容纳初始产品p，例如可溶性或可渗透性食品，其将与流体(通常为水)结合以获得饮料形式的最终产品。基部壁4和侧壁5的第一部分限定了基本上为大口杯形或杯状的胶囊1d的本体。
底壁4包括连接到侧壁5的第一部分的环形第一肩部4a，并且包括环形第二肩部4b。如图所示，环形第二肩部4b可以具有比环形肩部4a的尺寸小的尺寸，被放置在环形第一肩部4a下方并与环形第一肩部连接。
壳体还包括连接到侧壁5的第一部分并从该第一部分延伸的凸缘形状的上边缘7，其布置在腔体6的与基部壁4相对的第一开口8内。上边缘7也与基部壁4相对并且相对于腔体6面向外部。
在基部壁4中获得第二开口9，由初始产品p制备的饮料通过该第二开口可以离开腔体6。
胶囊还包括覆盖元件10，该覆盖元件固定至壳体3的上边缘7，以用于密封地闭合腔体6的第一开口8。覆盖元件10包括铝膜或塑料膜，其设置有可通过注射装置(未示出)穿透的阻挡层，借助于该注射装置将加压液体(例如水)注入到腔体6内以产生饮料。
覆盖元件10通过加热或超声波焊接或者通过胶合而固定到壳体3的上边缘7。优选地，覆盖元件10通过热焊接固定到壳体3。
在基部壁4中优选为圆形的第二开口9也由与覆盖元件10类似的闭合元件11密封地闭合。闭合元件11的周边区域11a通过加热或超声波焊接或者通过胶合在腔体6内部固定到基部壁4的第二肩部4b。
覆盖元件10和闭合元件11密封地闭合腔体6并且保持容纳在腔体中的初始产品p。
根据制成闭合元件11的闭合元件的机械阻力，当在将加压液体输送到腔体6中之后腔体6内的压力超过预设值时，闭合元件11将被撕裂。闭合元件11的撕裂决定了饮料从腔体6中离开并随后将其分配到用于接收饮料的容器中，例如杯子或大口杯。
在腔体6的下部部分中布置有第一过滤元件20，该第一过滤元件例如由纸制成，该第一过滤元件例如通过胶合固定在基部壁4的第一肩部4a上。可以提供未示出的第二过滤元件，其与上面公开的第二过滤元件21类似，布置在第二过滤元件21的相同位置中。当产品p不是可溶产品，例如咖啡粉时，第一过滤元件20和可能的第二过滤元件21防止产品p的颗粒能够与饮料一起分配。
在基部壁4的下方限定腔室12，该腔室可通过第二开口9与腔室6连通。腔室12由侧壁的第二部分13和底壁14限定，在该底壁的中心处形成第三开口15。腔室12具有优选为圆形的横截面，但也可具有与圆形截面不同的截面，例如椭圆形截面或多边形截面或波瓣形截面。
在腔室12内布置有阻尼元件16a，该阻尼元件是图1至17所示的阻尼元件16的版本。
类似于之前所示的，阻尼元件16a的功能是控制饮料的离开速度，具体是防止在闭合元件11撕裂时的水锤现象，防止由上述现象产生的压力波的形成，这可能导致胶囊爆炸并且也损坏分配机器的液压回路。
阻尼元件16a还执行在将饮料分配到容器期间防止喷射的功能。
阻尼元件16a包括具有优选矩形横截面的盘形上部部分17，其尺寸设计为使得在其外边缘18与侧壁的第二部分13之间限定第一通道19(图26)，该第一通道的宽度足以使阻尼元件16a能够在腔室12内滑动，但是例如显著减慢通过其中的饮料的速度并且在通道19的入口和出口之间产生显著的压力差。优选地，通道19的宽度不大于1mm。
阻尼元件16a还包括也为盘形的下部部分22，其在外边缘23上具有优选为矩形的横截面，该外边缘的第二通道39以所述外边缘23的凹部的形式获得，这些凹部的尺寸被设计成允许饮料通过而不产生显著的负载损失。在图18至26所示的实施例中，开口39的数量为四个，沿着下部部分22的外边缘23有规律地分布。尽管如此，开口的数量可以少于或多于四个，并且沿着外边缘23布置，而不超出本发明的范围。
阻尼元件16a的上部部分17和下部部分22通过第一连接元件40、41和两个侧向连接元件41连接在一起，该第一连接元件包括大致沿着上部部分17和下部部分22的直径布置的呈柱状的中心连接元件40，所述两个侧向连接元件也具有柱或肋的形状，平行于第一连接元件40并且布置在与第一连接元件40相对的侧上。上部部分17和下部部分22还通过第三连接元件44连接在一起，该第三连接元件与第一连接元件40、41相交，例如其大致垂直于第一连接元件40、41。第一连接元件40、另外的连接元件41和第三连接元件44优选地具有小于阻尼元件16a的上部部分17和下部部分22的直径的长度，例如以使饮料能够在所述上部部分17和所述下部部分22之间自由循环。
在阻尼元件16a的上部部分17和下部部分22之间限定了空间42，饮料流入该空间中，以便在进入第二通道39之前穿过第一通道19。
阻尼元件16最后包括分配元件26，利用包含在胶囊1的腔体6中的产品p制备的饮料通过该分配元件分配。
分配元件26通过第二连接元件27固定在下部部分22的下方，该第二连接元件例如也具有柱形的形状。
分配元件26包括中空圆柱形本体28，其上方设置有突出到中空圆柱形本体28外部的环形边缘29。
中空圆柱形本体28设置有饮料可以从其中进入的入口开口32和饮料可以通过其离开胶囊1的出口开口33。中空圆柱形本体28插入到胶囊1的底壁14的中心中的第三开口15中。
中空圆柱形本体28的外直径选择为使得中空圆柱形本体28能够与第三开口15轻微干涉地联接，从而确保密封防止液体在中空圆柱形本体28和胶囊1的底壁14之间泄露，但是如果对阻尼元件16a施加的推力足以克服中空圆柱形本体28与底壁14之间的摩擦阻力，则不阻止中空圆柱形本体28滑入第三开口15中。
在中空圆柱形本体28的内部布置有挡板43，该挡板的宽度l(图24)大约等于中空圆柱形本体28的内半径r(图19)，并且延伸中空圆柱形本体28的大致整个长度。挡板43显著减小了离开胶囊1d的饮料的湍流，从而避免了在将饮料分配到合适的容器中时的喷射。
根据图18至26中所示的第五实施例的胶囊1d的操作与图1至17中公开的根据本发明的胶囊的其他实施例的操作相同。