CN102245065A - 用于在饮料制备设备中利用离心作用制备饮料的胶囊和由此适用的设备 - Google Patents

用于在饮料制备设备中利用离心作用制备饮料的胶囊和由此适用的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种胶囊(1)，该胶囊可插入饮料生产设备(23)中以从容纳与该胶囊内的物质制备饮料，该饮料通过将液体引入胶囊并利用离心力使液体经过该物质以生产饮料而制备，该饮料在胶囊内相对于胶囊的中心轴线(A)朝向周边受到离心作用，该中心轴线对应于离心操作期间的旋转轴线，该胶囊包括：容纳有预定量的饮料物质的外壳，杯形本体(2)，用于封闭本体的上壁(3)，其中胶囊包括从本体向外延伸的包括环形凸起部分(8)的凸缘状边缘(4)，该环形凸起部分在与饮料生产设备的加压表面接合时对受离心作用的液体的流动路径形成限制。

Description

用于在饮料制备设备中利用离心作用制备饮料的胶囊和由此适用的设备
技术领域
本发明涉及一种胶囊和设备，该胶囊和设备利用离心力使液体通过容纳在胶囊内的饮料物质而由该饮料物质制备饮料。
背景技术
已知制备饮料的方法，其中由煮泡的咖啡和咖啡末组成的混合物利用离心力被分离。这种混合物是通过使热水和咖啡末在一起混合规定时间而获得的。然后迫使水通过筛网，该筛网上存在粉末料。
现有的系统包括将咖啡末放入储器，该储器通常是机器的不可拆卸部分，例如在EP 0 367 60081中所述。这种设备有很多缺点。首先，咖啡末必须由人工将适当的剂量投配入储器。其次，受离心作用的咖啡废弃物变干并且必须通过刮擦储器的表面来除去。结果，制备咖啡需要大量人工操作并因此非常费时。由于咖啡通常来自散装，或者咖啡是在储器内从咖啡豆研磨的，因此咖啡的新鲜度也常会差异很大，而这会影响单杯的质量。
另外，根据咖啡的人工调配量和煮泡条件(例如，离心速度，储器尺寸)，单杯质量会差异很大。
因此，这些系统从未获得重要的商业成就。
在德国专利申请DE 102005007852中，这种机器包括可拆卸保持器，储器的开口杯形部分放置在该保持器内；另一部件或盖附接至机器的驱动轴。但是，一个缺点是密集的人工操作。另一缺点是由于缺少对粉末调配量的控制和缺少对咖啡末新鲜度的控制而导致难以控制咖啡质量。
在WO2006/112691；FR2624364；EP0367600；GB2253336；FR2686007；EP0749713；DE4240429；EP0651963；FR2726988；DE4439252；EP0367600；FR2132310；FR2513106；FR2487661；DE3529053；FR2535597；WO2007/041954；DE3529204；DE3719962；FR2685186；DE3241606和US-A-4545296中说明了其它用于利用离心力煮泡咖啡的系统。
但是，用于煮泡咖啡或制备其它食品物质的离心力的作用相较于利用压力泵的常规煮泡方法表现出很多优势。例如，在“特浓咖啡(espresso)”的咖啡类型煮泡方法中，要精通所有的影响到所输出的咖啡提取物的提取质量的参数是非常困难的。这些参数典型地为压力、随压力而减少的流量、咖啡末的密实度(同样影响流动特性，并取决于咖啡的研磨粒度)、温度、水流分布、等等。
WO 2006/045537涉及到一种胶囊，该胶囊在其凸缘状边缘处包括弹性偏压装置。这种胶囊设计成用在咖啡机中并在压力下提供液体而没有涉及到离心作用。弹性偏压装置设置在侧壁和边缘之间以便与机器的注入部件形成液压紧密设置。但是，偏压装置并未设计成与机器形成阀装置，所述阀装置在受离心作用液体的力下选择性开启。相反，它用来在饮料的提取过程中保持该边缘和机器的注入部件之间的液密结合。
因此，有必要提出一种由此改装的新的胶囊系统，对于该系统，提取参数可被更好和更独立地控制，以改善所输出的食品液体的质量。
也有必要提供一种解决方案使得可利用离心作用的原理改善现有系统(例如咖啡制备设备)的提取特性，例如，总固体含量(Tc)、泡沫/浮沫水平。
同时，需要一种制备饮料的方法，该方法较先前技术的离心式咖啡制备设备更方便和清洁，具体地，需要一种解决方案，该方案没有从离心式储器除去咖啡废弃物的麻烦。
发明内容
为此，本发明涉及一种胶囊，该胶囊可插入饮料生产设备以由容纳在该胶囊内的物质制备饮料，所述饮料通过将液体引入胶囊并利用离心力使液体经过物质以生产饮料而制备，所述饮料在胶囊内相对于胶囊的中心轴线朝向外围受到离心作用，所述中心轴线对应于离心操作期间的旋转轴线。胶囊包括外壳，该外壳容纳有一定量的饮料物质，并包括杯形本体和用于封闭该本体的上部外壁。胶囊还包括从本体向外延伸的凸缘状边缘，该凸缘状边沿包括环形凸起部分，所述环形凸起部分在与饮料生产设备的加压表面接合时对受离心作用液体的流动路径形成限制。
环形凸起或力设定部分与饮料生产设备的加压表面形成对饮料流动的限制性阀装置。更具体地，该凸起部分构造成选择性地阻断和/或限制受离心作用液体的流动路径，以延缓其从胶囊的释放并调节释放时的流动。更具体地，当受离心作用的液体在阀装置处达到足够压力(即受离心作用的液体抵靠在凸起部分上施力)时，阀装置开启，即设备的加压表面离开胶囊的凸起部分而提供了受限的流动间隙，或反之亦然。在受离心作用液体的压力到达之前，阀装置保持关闭或被限制在一最小间隙。因此，凸起部分阻断或限制了受离心作用液体的流动路径。
由此，环形凸起部分确定了受离心作用的液体必须在阀装置处克服从而以一定流量通过阀的背压。
此外，应注意阀装置的开启可取决于驱动胶囊在饮料生产设备内旋转的驱动装置的旋转速度。对于离心式提取，要制备的饮料的质量取决于对参数的控制，尤其是对通过阀装置释放饮料的流量的控制。由此，流量受两个参数影响：胶囊的旋转速度和在阀装置上游施加在受离心作用液体上的背压。对于由胶囊边缘的力设定或凸起部分设定的给定背压，旋转速度越高，流量越大。相反，对于给定的旋转速度，背压越高，流量越小。
此外，当阀装置选择性地阻断受离心作用的液体的流动路径时，可实现饮料物质(例如研磨咖啡)的预润湿步骤，因为尚未有液体大量地从设备排出。作为预润湿和饮料延迟释放的结果，物质的彻底润湿成为可能，并且液体和饮料物质(例如咖啡末)之间的相互作用时间充分增加，提取物的特性(例如咖啡固体含量和饮料产量)可以显著改善。
在本发明的一个实施方式中，环形凸起部分沿与凸缘状边缘延伸的横向平面大体垂直的方向延伸。凸起部分的朝向由此构造成当胶囊绕其中心周线旋转时选择性地阻断受离心作用的饮料沿着凸缘状边缘离开胶囊的流动。
优选地，环形凸起部分朝着与本体的底部相反的方向向外延伸超过凸缘状边缘的内侧/朝里的、相对较低的环形部分。
凸起部分从边缘的内里部分延伸出一定的高度。边缘的内侧部分优选为平坦的。在一些实施例中，它可形成内侧部分的增加的厚度。较低的环形部分与侧壁并接/结合，并且可与上壁对齐，或可选地，在胶囊中设置成离开上壁一定距离。环形凸起部分由此形成从边缘的这种(优选为平坦的)内侧环形部分延伸所述距离的台阶或突起部，以确保不受胶囊本体厚度影响的增高高度。结果，对增高高度的控制不受本体或边缘其余部分厚度的影响成为可能；因此为在设备内设定期望的背压提供了灵活性，同时不影响胶囊的整体设计、其刚度和/或影响与上壁(例如上部膜)的密封强度。
在一个实施方式中，内侧较低环形部分与上壁形成密封表面。因此，当胶囊处于设备内时，在胶囊的上部外壁和凸起部分的受压面或受压线之间获得了一间隙，以确保受离心作用的液体在其通过上壁(例如，通过贯通所述壁的穿孔)后可更易朝向阀环流。
在一个具体实施方式中，环形凸起部分被上壁(例如封闭膜)覆盖，具体地，通过与上壁形成至少一部分密封表面而被覆盖。
在一个具体实施方式中，环形凸起部分优选为刚性的。在此，对刚度的评估与其抗压紧能力有关，该压紧力由在胶囊被插入饮料制备设备时向该环形凸起部分施加闭合力的该饮料生产设备的加压表面施加。换句话说，凸起部分在饮料制备操作期间在设备内保持相对恒定的尺寸，从而使环形凸起部分起到限制饮料流动路径的作用并确保有可靠的开口。
在一个具体实施方式中，环形凸起部分与凸缘状边缘制成整体。因此，出于重要的经济的原因，环形凸起部分可与杯形本体一起加工成单件。
优选地，胶囊的凸缘状边缘具下表面，该下表面与本体的所述侧壁并接，并在与凸起部分正好反向/相对的区域中形成与胶囊保持器的环形支承表面互补的形状。
为此，边缘的下表面可在与环形凸起部分正好反向/相对的区域中没有任何突起。例如，下表面形成环形平坦表面，该环形平坦表面沿着大致平行于边缘的密封上表面的平面延伸。由此它可提供稳定的定位支承部，例如，边缘相对于胶囊保持器的完全平坦的位置，该定位支承部对于在高速离心期间避免形成质量不平衡是重要的。
凸缘状边缘还可在其表面上与环形凸起部分正好反向之处包括环形槽。该环形槽可用来接纳饮料生产设备的、尤其是设置在胶囊保持器中的形状互补的锯齿结构。其优点是机械支撑并保持环形凸起部分的刚度，并且防止它在饮料生产设备的加压表面施加的负载下变形。它也可形成胶囊的位置定位器以确保胶囊在胶囊保持器内的正确配合，以避免质量不平衡，万一胶囊未完全与胶囊保持器对齐，会在离心期间产生噪音和/或振动。因此，胶囊的凸缘状边缘可保持相对较薄。例如，边缘的厚度可在0.5至1.5毫米之间。
有利地，环形凸起部分在凸缘状边缘中被模压加工而成。例如，环形凸起部分和槽在杯形本体在例如通过深冲压或热成型时的相同操作中制成。模压加工也可在本体的空腔加工成型之后的后续操作中完成。
杯形本体还可通过热塑性塑料的注射成型来生产，而凸起部分被结合在已注射成型的本体中或在已注射成型的本体上包覆成型。
优选地，凸起部分具有排气装置。该排气装置使得气体能够在液体注入外壳期间从胶囊的外壳逸出。没有这种装置时，胶囊中会形成气穴，该气穴会阻止配料被恰当润湿。为此，环形凸起部分可设置有至少一个径向凹口、优选若干径向取向的凹口，以供气体沿朝向胶囊外部的方向逸出。所述至少一个径向凹口的尺寸优选确定为允许选择性地释放气体但将液流保持在外壳内或至少形成仅一小的液体泄漏量。例如，在凸起部分的周边可设置5至10个高度约为10至200微米(例如约50微米)、宽度为1至5毫米的小的径向狭槽以提供合适的气体出口。当然，在凸起部分内也可设置若干个径向凹口。
凸起部分还可被形成为从边缘凸出的、环形的、在与上壁(例如膜)进行密封布置时部分熔融的能量导引器(energy director)。
在另一种可能的实施方式中，环形凸起部分是附接至凸缘状边缘的单独元件。例如，该部分可例如通过超声密封或热密封被密封至凸缘状边缘，，或被夹入设置在凸缘状边缘内的环形接纳座或槽内。
在这种情况下，环形凸起部分可由可压缩材料制成，例如橡胶弹性材料或软的塑料材料。
胶囊的环形凸起部分可采取倒转的V或U或W形或者L形的形状。
在本发明的上下文中，杯形本体可包括铝和/或塑料。杯形本体还可仅由塑料制成。胶囊还包括用于封闭杯形本体的盖膜。胶囊可由气体阻隔材料制成，并由膜以不透气的方式封闭，使得饮料物质(例如烘焙咖啡颗粒)的新鲜度被维持至一段持续很长的时间。
膜至少包括周边可穿孔区域，该区域靠近膜的被密封至本体的凸缘状边缘上的密封部分。因此，可穿孔区域可被饮料生产设备的穿孔构件刺穿以在胶囊内提供一系列的液体出口。由此，在胶囊内被离心的液体可经由这一系列出口离开胶囊，然后，它可施加压力至胶囊的环形凸起部分上。当达到开启压力时，阀装置开启或扩大以形成流动限制间隙，而液体可被离心至胶囊外并被收集以供分送。
在一种可能的可选方案中，本发明的胶囊包括可渗透液体(至少在其周边处可渗透液体)的盖以代替可穿孔膜。可渗透的盖可由纸、塑料和/或铝制成。
杯形本体和/或盖还可由纸、纸板或另一种可生物降解材料制成。
对于大体刚性的可生物降解材料，胶囊本体可选自PLA(聚乳酸polylactic acid)、基于淀粉和树脂的材料以及它们的组合。
在一个实施例中，上部外壁由外部的可穿孔的非渗透膜和内部的可渗透层构成。膜和层可共同形成叠层。内部的可渗透层可以是过滤层，例如聚丙烯或聚氨酯弹性体。可穿孔的不透液体膜可以是铝和/或塑料。可渗透层可确保在上壁的中央区域中注入针周围的液体密封/液密性，并在穿孔的出口处改善清洁度以防止固体离开胶囊。
在另一可能的实施方式中，胶囊包括插入杯形本体的内部过滤元件。胶囊可由覆盖内部过滤器的盖膜封闭。盖膜可以是可穿孔的或可剥离的。例如，内部过滤元件可以是带有过滤孔或槽以过滤受离心作用的液体的塑料件，例如在专利公开WO 2008/148646中所述。
本发明的胶囊可包括一种物质，该物质是可提取的(例如研磨咖啡)或可溶解的(例如即溶咖啡或奶粉)。具体地，该物质可以选自研磨咖啡、即溶咖啡、巧克力、可可粉、叶茶、即泡茶、草药茶、奶精/增白剂(creamer/whitener)、营养混合物(例如婴儿配方奶粉)、脱水水果或植物、烹饪粉以及它们的组合。
胶囊可包括随食品配料一起的气体，例如氮和/或二氧化碳，该气体可预防配料的氧化。该气体可在将上壁密封至本体上之前例如通过吹气被加入胶囊。
优选地，胶囊包括封住配料隔室的气体阻隔材料。但是，在胶囊自身不是气密性的情况下，可使用外包装将单个胶囊或几个胶囊一组包裹起来。在这种情况下，在胶囊被插入设备前包装被除去。
本发明还涉及上文所述的胶囊在饮料制备设备中的使用，其中所述胶囊在设备内受到离心作用。
本发明还涉及一种从上文所述的胶囊制备饮料的设备，该饮料通过使液体经过容纳于该胶囊内的饮料物质而制备，该设备包括：
用于在胶囊内注入液体的液体注入头，
用于将胶囊保持在设备中的胶囊保持器，
用于驱动胶囊进行离心作用的装置，
其中，该设备包括加压表面，该加压表面用于施加一确定的闭合力至凸缘状边缘的环形凸起部分上，以基本上关闭饮料的流动路径。
闭合力可被确定成在受离心作用的液体在所述部分的直接上游处达到足够的压力之前，维持环形凸起部分和加压表面(即阀装置)之间的闭合。这种压力(高于大气压力)可在0.1至18巴之间的范围内，优选为0.5至4巴，例如约为1.5-2巴。
加压表面和/或胶囊保持器联接至弹性加载装置，以使受离心作用液体的流动限制间隙能够通过加压表面相对远离/背离环形凸起部分移动而开启。应注意，该流动限制间隙可在加压表面和胶囊之间通过彼此之间的相对运动而被开启。这一相对运动可通过加压表面背离胶囊移动或胶囊背离加压表面移动(例如通过胶囊保持器作为可动元件)而获得。第三种选择是让注入头的加压表面和支承胶囊保持器的表面都移动以抵抗弹性偏压装置的力。
在该装置的一种优选实施方式中，加压表面形成阀部件的一个表面，该阀部件可关于注入头的注入部件单独移动。结果，阀装置可独立于由注入头的注入部件施加的接触压力而起作用。在一种优选的设计中，注入部件包括用于在胶囊内注入水和从胶囊提取受离心作用液体两者的穿孔构件。
更具体地，注入部件包括出口穿孔构件，当出口穿孔构件在胶囊内进行刺穿接合时形成了用于容纳在胶囊中的受离心作用的液体的过滤装置。
因此，通过使阀部件独立于注入头的其余部件，阀可开启而不影响穿孔构件与胶囊的相对位置。
在一个具体实施方式中，加压表面形成相对平坦的环形表面，胶囊的环形凸起部分可加压至该环形表面上。因此，通过以环形密封线的形式接合在阀装置处，促成了闭合动作。优选地，该表面大致平行于胶囊的凸缘状边缘。当然，加压表面也可具有相对于离心轴线沿径向方向稍凹或稍凸的曲率线。
根据该设备的另一特征，胶囊保持器可包括用于支承胶囊的凸缘状边缘并包括环形锯齿结构的支承表面，该环形锯齿结构设计用于配合到凸缘状边缘的环形槽中。如上文所述，当注入头抵靠胶囊的凸缘状边缘压紧接合时，胶囊保持器的支承表面的这种构型避免胶囊在设备内变形。
根据该设备的另一特征，注入头包括中央注入针。该针构造成刺穿胶囊的盖膜。针的末端可具有一个或多个液体入口以将液体注入胶囊。优选地，针设置在中央，即与旋转轴线对齐。若胶囊在其上壁内具有中央进入端口，则针可省略。
本发明还涉及一种系统，该系统包括一个或多个如前文所述的胶囊与如前文所述的设备的组合，或插入如前文所述的设备的胶囊。
附图说明
本发明的其它特征将出现在对下文附图的详细说明中，其中：
图1是根据本发明系统的已密封胶囊的俯视透视图；
图2是图1所示胶囊的底视图；
图3是图1和图2所示胶囊的剖视图；
图4是本发明的饮料生产设备的透视图；
图5是内部带有胶囊的饮料生产设备的剖视图；
图6是图5所示视图的细部剖视图，其中阀装置处于闭合构型；
图7是图6所示视图的放大剖视图，其中阀装置处于闭合构型；
图8是图6所示视图的放大剖视图，其中阀装置处于开启构型；
图9是详细示出的装置的盖部件的底视透视图；
图10是根据另一实施例的胶囊的剖视图；
图11A示出图10所示视图的放大剖视图，其中阀装置处于闭合构型；
图11B示出图10所示视图的放大剖视图，其中阀装置处于开启构型；
图12是根据另一实施例的胶囊的剖视图；
图13是根据另一实施例的胶囊的剖视图；
图14是根据另一实施例的胶囊的剖视图，在该胶囊中上壁由包括上部膜和下部可渗透层的叠层构成；
图15是根据另一实施例的胶囊的剖视图，在该胶囊中膜被密封在凸起或力设定部分的顶部；
图16是本发明胶囊的另一变型的剖视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明优选的一次性使用的胶囊1通常包括凹盘形的本体2，在该本体2上密封有可穿孔膜3。膜3在内侧的环形密封部分5处被密封至本体的周缘4上。边缘4可向外延伸形成约2-10毫米的小的环形密封部分5。凹盘形的本体包括底壁6和侧壁7，所述侧壁7优选朝向本体的与底壁相对的大开口端扩宽。凹盘形的本体优选为刚性或半刚性的。它可由具有气体阻隔层(例如EVOH等)的食品级塑料(例如聚丙烯)或铝合金或塑料及铝合金的叠层或可生物降解材料(例如PLA或淀粉及纤维为基料的合成树脂)制成。膜3可由较薄的材料例如也包括阻隔层的塑料膜层或铝合金或塑料与铝合金的组合制成。例如，膜的厚度通常在20和250微米之间。膜可被穿孔以形成入水口，如后文所述。膜还包括可穿孔的周边区域。
优选地，该胶囊形成围绕中心轴线A的旋转对称形状。然而，应注意，该胶囊并非必需具有围绕轴线A的圆形截面，而是可采用另一种形式，例如正方形、矩形或其它多边形形式。
根据本发明的一个方面，本发明的胶囊包括环形凸起部分8，该环形凸起部分8从凸缘状边缘4向上延伸并在被插入饮料生产设备时形成阀装置的力设定装置，如后文所述。更具体地，凸起部分8从沿着平面P延伸的凸缘状边缘的密封部分5处凸起地延伸。密封部分5由此相对于部分8形成了边缘的内侧较低的环形部分。凸起部分由此朝着与本体的底部6相反的方向延伸。凸起部分8形成了阀装置的一部分以便选择性地阻断受离心作用的液体离开胶囊的流动，如本说明书中稍后所述。
部分8并非必须形成连续的环形部分。具体地，它可以是部分或完全断开的或由至少一个排气通道80形成凹口/锯齿状。通道80沿径向取向成建立通路，该通路形成穿过该部分以允许容纳在胶囊外壳内的气体在胶囊充入液体期间被排出胶囊的气体连通。代替通道，凹口可由众多足以使凸起部分能够透气的微小褶皱构成。应注意，如果由凸起部分导致的压力损失仍然足以造成外壳内的压力上升以及随后在阀装置开启时的移动，可允许有一定的液体泄漏量通过这些排气装置80。
包括本发明的胶囊和饮料制备设备的系统的第一实施在图4至图8中示出并在此说明。
该系统包括如前所述的胶囊1和饮料制备设备23。该设备具有模块24，胶囊能插入该模块中。胶囊容纳用于进行煮泡的食品物质并且胶囊在使用后从模块被去除以便丢弃(例如，作为废弃物或用于有机和无机原材料的再循环)。模块24与水供应源(例如储水器25)流体连通。流体输送装置(例如泵26)设置在模块与水供应源之间的流体回路27中。还设置有水加热器28以在水进入模块之前加热流体回路中的水。该水加热器可被插入流体回路中以加热来自储器的新鲜水。或者，水加热器可被布置在储水器自身之中，在这种情况下该储水器成为水煮沸器。当然，水也可经由水插头连接从家用水供应源直接取得。该设备还可包括控制装置和用于激活饮料制备方法的激活装置(未示出)。
水可在低压或甚至重力压力下被供给到模块24内。例如，可设想在模块的进水口处的高于大气压力的介于0到2bar之间的压力。如果利用例如活塞泵的压力泵，则也可传送处于高于2bar的压力的水。
煮泡模块24可包括两个主胶囊封包子组件29、30；主要包括注水子组件或注水头以及包括胶囊保持器的液体接收子组件。这两个子组件在设备中形成用于胶囊的定位和定心装置以作为胶囊在设备内旋转的基准。这两个组件例如由卡口型连接系统31或任何其它适当的闭合装置(如基于夹爪式封闭原理的结构)以将胶囊封包在其中。液体接收子组件30包括液体管道32，该液体管道32例如在子组件的一侧上突出以便将从胶囊离心分离出来的液体引导到服务用容器(如杯子或玻璃杯)。液体管道与液体接收器33连通而形成U形或V形环状剖面，该环状剖面环绕由旋转筒34形成的胶囊保持器，胶囊被插入该旋转筒34中，如图4所示。液体接收器33限定如后文将说明的用于收集液体的收集腔63。在液体接收子组件30下方安设有用于驱动胶囊接纳筒34在子组件内部旋转的装置。
该驱动装置优选包括旋转马达40，该旋转马达可被供以电力或气体动力。
注水子组件包括进水侧，该进水侧包括在上游与水流体回路27连通的进水口35。
旋转筒34本身通过旋转轴37轴向延长，该旋转轴38通过旋转引导装置39(如滚珠轴承或滚针轴承)保持相对于液体接收器33的外基部38旋转。因此，旋转筒被设计成围绕中间轴线I旋转，而接收器的外基部38相对于设备被固定。机械联接器可安设在筒的旋转轴37与马达40的轴42之间的连接处。
关于注水子组件29，其包括居中设置的注水器45，该注水器相对于设备的纵向轴线I被固定。该注水器包括用于将水从入口35传输到出水口47的中央管状构件46，该出水口47突出到胶囊120的外壳14内。中央管状构件由空心针90延伸以便刺入胶囊并向其中注入液体。为此，出水口由穿刺装置48(如锋利的管状梢端)形成，该穿刺装置能够形成穿过胶囊的膜盖3的刺穿孔。
围绕注水器安装有旋转接合部件或盖部件49。该接合部件49具有中央孔，该中央孔用于接纳注水器和转动引导装置，例如插入部件49和注入器45之间的滚珠或滚针轴承50。密封装置89设置在滚珠轴承50和注入针90之间以防止液体从胶囊进入轴承内部。
胶囊接合子组件29还可包括管状罩筒62，当两个子组件在胶囊周围相对于彼此闭合时，该管状罩筒62突出到液体接收子组件30的环状腔室63内。该管状罩筒62形成冲击壁，该冲击壁用于受离心作用的离开被离心的胶囊的液体。该部件62优选固定在子组件29上。该子组件还包括有助于连接在液体接收子组件30上的握持部64。该握持部64可具有用于握持的滚花外周面。该握持部可通过螺钉67固定在子组件29的固定基部上。
该部件当然可由杆机构或类似的握持装置代替。
根据本发明的一个方面，旋转接合部件包括位于该部件的周边的穿刺构件53。该穿刺构件设置成在胶囊的膜3的周边、尤其是在胶囊的顶部膜3的环形周边区域中刺穿该膜。更具体地，该穿刺构件由从接合部分的下表面突出的锋利突起部构成。该膜优选在设备闭合期间(即，两个子组件29，30围绕胶囊闭合期间)，当胶囊在下部子组件30的胶囊保持器内的适当位置时，且当喷水子组件29相对于胶囊被移动时，该膜优选至少部分地被刺穿。
穿刺构件53优选沿该部件的至少一个(或多个)环形路径分布。
在一个优选实施方式中，穿刺构件53的梢端是实心的(即，没有液体供应管道穿过)。
阀装置51在系统内设置在受离心作用的液体的流动路径中，位于穿刺构件的下游。该阀装置可以是任何合适的阀，所述阀设置成当液体压力达到给定的阈值时开启或扩大受离心作用的液体离开胶囊的流动路径。该阀装置因此被校准成在给定的过压下开启。例如，开启压力为约0.5至4巴之间、优选1.5至2.5巴、例如约2巴的压力。重要地，这种校准取决于胶囊的力设定部分8的距离″d″。主要是该距离通过自动调整阀的预载来设定阀装置背压，如后文所述。因此阀的校准将决定在给定转速下所输出的饮料的流量。
在该优选实施方式中，如图所示，阀装置包括接合部分即胶囊的凸起部分8，该接合部分从胶囊的凸缘状边缘4、更具体地从密封部分5的外表面突出。该接合部分8形成了从边缘的大致平坦表面或从边缘的相对较低的内侧密封部分5向上延伸的突起。该部分8可由凸缘状边缘整体地形成。在这种情况下，包括凸缘状边缘的胶囊本体2优选由塑料和/或铝制成。在相对一侧，阀装置包括旋转式盖部件49的接合表面83。如图7所示，在膜3和凸起部分8之间留下了供液体流通的间隙，由此使液体能够朝着阀装置沿径向穿过膜，而不会被盖的下表面54过多阻碍或阻塞在胶囊内。接合表面83可根据突起8的具体形状包括多种外形。在一种优选实施方式中，接合表面83是大致平坦的表面，例如环形平坦表面。接合表面可在盖部件49的下表面54的周边处形成为表面的环形凹入部分，由此允许穿孔构件的基部低于突起8的梢端或受压上表面。
在本发明的所有实施例中，如图7所示，凸起部分相对于沿着平面(P)延伸的凸缘状边缘的内里部分5的高度(d)可在0.2至10毫米之间，更优选在0.5至5毫米之间，最优选在0.8至2毫米之间。
应注意，除了平坦的形状以外，接合表面83可采取很多不同的形状，例如凹的或凸的形状。
如图8所示，胶囊的凸缘状边缘在该边缘的与突起8相对的表面82(即凸缘状边缘的下表面82或朝向本体底部6的表面)上可具有环形槽81。设备的胶囊保持器包括支承部分，该支承部分包括支承表面，环形锯齿结构92从该支承表面延伸，该环形锯齿结构92匹配于胶囊的环形槽81的形状。因此，锯齿结构92可用来在设备内定位和校准胶囊，并在被旋转部分49压迫时支承阀装置的环形突起8。锯齿结构92可以是锋利的环形连续突起或由分布在胶囊保持器表面的环形路径上的不连续突起形成。例如，突起及其对应形状(counter-shape)81可例如利用模压、深冲压、注塑成型或热成型的制造操作在胶囊本体成型期间形成。
阀装置51设计成在弹性闭合载荷的力下闭合，该载荷由包括弹性偏压元件71的载荷发生系统70实现。弹性偏压元件71向旋转盖板49上施加弹性载荷。该载荷主要分布至接合表面83上，该接合表面抵靠着胶囊的凸起部分8执行闭合动作。因此，在受离心作用的液体通过由穿孔元件形成的孔离开时在突出部上施加了足够的压力之前，阀通常关闭了受离心作用液体的流动路径。液体由此在膜3和旋转式盖部件49的上表面54之间流动，并通过向上推动整个盖部件49以对抗弹性偏压元件71的力来迫使阀51开启，如图8所示。受离心作用的液体由此可高速喷射在冲击面62上。
载荷发生系统70可制成为可调整的(如图5或图6所示)以便控制阀装置的开启压力。具体地，系统70可包括基座55，弹性偏压元件71的第一端部配合在该基座55中。在弹性偏压元件71的相对一端固定有邻接构件56，该邻接构件还连接至螺旋/螺丝元件57。基座55、元件71和邻接部件56被装入管状框架58。螺旋元件57和管状框架58共同形成了致动装置，该致动装置包括互补螺纹73，互补螺纹73使得能够调整弹性偏压元件71作用在接合部分49上的压缩载荷。
应注意，用于在阀装置上施加负载的弹性装置可不同地设计。例如，弹性装置71(如弹簧或橡胶弹性元件)可例如利用单独的环形块直接联接至表面83而独立于表面54，或可联接至阀装置的环状突起8。
如图8和图9所示，盖部件49的下表面54包括以圆形方式分布在该表面的周边区域的一组穿孔元件或突出部53。每个穿孔元件53会在胶囊的上部膜中产生一个穿孔，并由此产生通道以供受离心作用的液体离开处于旋转中的胶囊。穿孔元件的数量可以通过取下盖板并代之以具有更多穿孔元件的板而改变。优选地，该表面可包括由设置在表面54中的一组通道85构成的通道装置84，以确保在膜和盖部件之间并且在穿孔元件和阀装置之间保持有一受控的流动间隙。通道85可由形成间隔结构的凸出元件86、87构成。例如，在穿孔元件53之间可设置一组凸出元件87以确保膜不会塌陷在穿孔元件之间，这种塌陷会导致液流的阻塞。此外，在穿孔元件53和阀装置之间的流动路径内可设置另一组凸出元件86以进一步确保在表面54和胶囊的凸缘状边缘4之间存在通道，从而使液体的流动被适当地引向阀装置。应注意，用于保持流动间隙的间隔结构(例如一组不连续的凸出元件86、87)可形成在胶囊的凸缘状边缘上。例如，凸缘状边缘可包括相对于环状突起8分布在内侧的一组小的同心布置的突起(未示出)。
在本发明的另一实施方式中，在胶囊表面上的环形突起8由一元件构成，该元件由不同于胶囊的凸缘状边缘材料的材料制成。该元件可由可压缩材料制成。这种材料可以是弹性或非弹性材料。具体地，该元件可由塑料制成或可以是密封至凸缘状边缘上的橡胶O形圈。这种圈可以例如通过加热或超声来密封，或以液体——例如液体硅橡胶(LSR)——沉积并允许在边缘上硬化。突起元件8也可通过其它方式(例如通过粘合剂或通过夹在胶囊的环形槽中)联接至胶囊。
图10和11A、11B示出本发明的另一实施例，在该实施例中凸起部分8形成为从凸缘状边缘的较低的密封部分5升起的台阶。该台阶具有大致平坦的上表面，该上表面与设备的盖部件49的下接合表面83压接合地配合以形成阀装置。该台阶的宽度(w)可大于凸起部分的高度(d)。此外，凸起部分的宽度(w)还可等于或甚至大于密封部分5的宽度。如图11B中所示，在胶囊的上部外壁3和凸起部分的顶表面之间保持有一间隙，该间隙允许液体朝向阀装置51环流而不会被显著阻碍。
在这种实施方式和本发明的其它实施方式中，设备可包括分成内部穿孔块49a和外部阀块49b的盖部件49。阀块49b是环形的，且抵抗弹性装置710(例如弹簧)的力相对于块49a独立地安装。盖部件49的这种分离式构型使得由阀装置51产生的压力载荷独立于由穿孔块施加的压力载荷。因此，在离心作用期间阀装置51根据胶囊转速进行的开启或扩大可以更可靠地受控。另外，在阀装置51开启时出口穿孔构件53相对于胶囊的位置不受影响。在构件53和膜3之间被提取的液体的过滤通过将部件49a封闭至胶囊上来控制，由此保持恒定且有效，而与阀装置51的相对位置无关。
图10所示的胶囊还可包括以液密方式与设备的针接合的产生液体密封性的构件91(同样示于图1的胶囊中)。该构件91确保液体不能通过由针在膜内形成的穿孔漏出胶囊。产生密封性的构件91可设置在上壁3的外表面上或该壁的内表面上。产生密封性的构件优选地由橡胶弹性材料和/或纤维材料制成。它也可沿壁3的整个外表面延伸。包括中央密封构件的胶囊的其它等同变型描述在共同待未决的、标题为“用于通过离心作用制备饮料的胶囊”的欧洲专利申请No.09169679.9中有所说明。
图12中的胶囊示出另一实施例，在该实施例中构成外壁的可穿孔膜被可渗透壁/多孔壁36代替。由此上壁形成了将饮料配料保持在胶囊内但允许受离心作用的液体离开胶囊而无需穿孔的壁。此外，液体也可通过该壁被引入胶囊而不是必须由中央针穿孔。该壁可以是仅部分地沿着壁可渗透液体，例如，仅在出口区域或内部区域或这两个区域。该壁可包括尺寸在50至500微米之间、优选在80至300微米之间的孔隙。用作壁36的合适材料为过滤纸、机织的或非纺织的聚合物、具有尺寸受控的孔的高分子膜以及它们的组合。
图13所示胶囊的不同之处在于胶囊本体由具有不同刚度的至少两个部件43、52构成。本体的第一部件43形成凸缘状边缘4，而本体的第二部件52形成实质部分：侧壁7和底部8。第二部件52具有优选比第一部件更具柔性的材料。第二部件可为例如薄的叠层和/或聚合物箔片，而第一部件43可为较硬的塑料。边缘部件43由连接部分59延伸，柔性较低的部件52密封至该连接部分59上。当然，上壁可为如图12所示的实施例中的可渗透壁或如前述实施例中的可穿孔膜。
图14所示胶囊与任何其它实施例的不同之处至少在于封闭在胶囊本体上的上壁3由至少两个层37、38形成；分别为外部的可穿孔的不透液体层41和内部的可渗透液体层68。该多层优选形成一叠层，即结合的分层布置，该叠层可能包括位于中间的密封剂层。内层68可由弹性塑料(例如聚丙烯或聚氨酯弹性体)制成。上层41可由铝或铝-PP复合物形成。内层68也可在一个或多个离散的区域内(例如仅在中央区域内)被密封至上层，并可在所述区域之外相对于上层松散。这能够实现确保在装置的中央注入针周围的液密性布置以避免水在胶囊的顶侧从旁路绕过，并确保在通过离心作用提取液体所在的壁3的周边处的过滤功能。图14的胶囊可选自尤其是对于本体2和外膜41附加地具有气体阻隔特性的包装材料。
图15的胶囊与任何其它实施例的不同之处在于封闭胶囊本体的上壁3被密封至凸起部分8的顶部。胶囊的凸缘状边缘4包括环形较低部分5，该部分5的一端与本体的侧壁7结合，另一端与台阶状的力设定部分8结合。但是，较低部分5距离上壁3有一距离″d″，该距离″d″代表了凸起部分8的高度。较低部分5具有厚度″d1″，该厚度″d1″小于边缘在凸起部分8处的总厚度″d+d1″。厚度d1可以基本上等于侧壁的厚度。优选地，内侧部分5的宽度大于其厚度″d1″。
图18的胶囊表示另一实施例，在该实施例中力设定部分8由部分熔融的能量导引器构成，上壁3密封至所述能量导引器上。在超声密封上壁3之前能量导引器89具有大于″d″的初始高度(以虚线示出)，但随后在密封后减少至较低高度″d″。
作为本发明的其它显而易见的变形，本发明的胶囊还可为具有上壁的可反复充填式容器，该上壁可被打开以便将一剂量饮料配料充入外壳。例如，上壁通过压配合连接至本体。为了在上壁和本体之间保持连接，这两个元件可由局部柔性塑料铰接件连接。

Claims (24)

1.一种胶囊，该胶囊可插入饮料生产设备以由容纳在该胶囊内的物质制备饮料，所述饮料通过将液体引入胶囊并利用离心力使液体经过所述物质以生产该饮料而制备，所述饮料在胶囊内相对于胶囊的中心轴线朝向周边受到离心作用，所述中心轴线对应于离心操作期间的旋转轴线，所述胶囊包括：
容纳有一定量饮料物质的外壳，
包括侧壁(7)的杯形本体(2)，
用于封闭所述本体的上部外壁(3)，
其中，该胶囊包括从所述本体向外延伸的凸缘状边缘(4)，所述凸缘状边缘(4)包括环形凸起部分，在所述环形凸起部分与所述饮料生产设备的加压表面接合时，所述环形凸起部分对受离心作用的液体的流动路径形成限制。
2.根据权利要求1所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分(8)朝着与所述本体的底部(6)相反的方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分(8)从所述边缘(4)的相对平坦的环形内侧部分(5)延伸一定高度(″d″)，所述环形内侧部分(5)与所述侧壁结合。
4.根据权利要求3所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分(8)形成所述内侧部分(5)的厚度的增加(″d+dl″)。
5.根据权利要求3或4所述的胶囊，其特征在于，所述环形内侧部分(5)形成用于所述上壁(3)的密封部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分沿基本上垂直于所述凸缘状边缘延伸的横向平面的方向延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分是刚性的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分与所述凸缘状边缘制成整体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述凸缘状边缘的与所述本体的所述侧壁(7)结合的下表面(82)没有任何朝着与所述环形凸起部分(8)相反的方向的凸起。
10.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述凸缘状边缘在其与所述环形凸起部分正好相反的表面上包括环形槽(81)。
11.根据权利要求10所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分在所述凸缘状边缘内模压加工而成。
12.根据权利要求10或11所述的胶囊，其特征在于，所述杯形本体包括铝和/或塑料。
13.根据权利要求1所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分是附接至所述凸缘状边缘的单独元件。
14.根据权利要求13所述的胶囊，其特征在于，所述环形凸起部分由橡胶弹性材料制成。
15.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述凸起部分包括排气装置(80)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊在饮料制备设备中的使用，其中，所述胶囊在所述设备内受到离心作用。
17.一种饮料制备设备，所述饮料从根据前述权利要求中任一项所述的胶囊、通过使液体经过容纳在所述胶囊内的饮料物质而制备，所述饮料制备设备包括：
用于在所述胶囊内注入液体的液体注入头，
用于将所述胶囊保持在所述设备内的胶囊保持器，
用于驱动所述胶囊进行离心作用的装置，
其中，所述饮料制备设备包括加压表面，所述加压表面用于将确定的闭合力施加在所述凸缘状边缘的所述环形凸起部分上以基本上关闭饮料的流动路径。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述加压表面和/或所述胶囊保持器联接至弹性加载装置，以使得能够通过所述加压表面相对离开所述环形凸起部分而为受离心作用的液体打开限制性流动路径。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述加压表面形成阀部件(49b)的表面，所述阀部件(49b)能关于所述注入头(49)的注入部件(49a)单独移动。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述注入部件(49a)包括出口穿孔构件(53)，所述出口穿孔构件(53)在所述胶囊中进行穿刺接合时形成用于容纳在胶囊内的受离心作用的液体的过滤装置。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的设备，其特征在于，所述加压表面形成相对平坦的环形表面。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的设备，其特征在于，所述胶囊保持器包括支承表面，所述支承表面用于支承所述胶囊的所述凸缘状边缘并包括环形锯齿结构，所述环形锯齿结构用来配合到所述凸缘状边缘的环形槽中。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的设备，其特征在于，所述注入头包括中央注入针。
24.一种胶囊系统，所述胶囊系统包括用于制备饮料的根据权利要求1至15中任一项所述的胶囊，以及根据权利要求17至23的任一项所述的设备，其中所述胶囊的所述环形凸起部分(8)抵靠所述设备的加压表面(83)接合以提供阀装置(51)，所述阀装置(51)起延迟和/或限制受离心作用的液流离开所述胶囊的作用。
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