CN104395194A - 用于制作饮料胶囊的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制作饮料胶囊的方法，包括下述步骤：提供第一壁构件(103)，该第一壁构件界定一腔室(106)并具有一凸缘(109)，该凸缘布置在与所述腔室(106)相通的开口端(108)周围；在所述腔室(106)中提供一定量可食性颗粒(107)；在所述第一壁构件(103)的所述开口端(108)和所述凸缘(109)上定位第二壁构件(112)；在所述凸缘(109)的至少两个区域处将所述第二壁构件(112)附接至所述凸缘(109)，由此将所述凸缘(109)沿周向分成至少两个被附接的区域和至少两个未被附接的区域；在所述第一和第二壁构件(103,112)之间施加真空(119)，在所述腔室(106)中形成真空(119)；和沿着所述凸缘(109)密封所述第一和第二壁构件(103,112)，由此维持所述腔室(106)中的所述真空(119)。

Description

用于制作饮料胶囊的方法和设备
技术领域
本发明总体上涉及一种用于制作要用在饮料机中的饮料胶囊的方法。还涉及一种用于执行所述方法的设备，以及如此制成的饮料胶囊。特别地，本发明涉及适用于咖啡饮料的这种胶囊。
背景技术
将易腐烂的食物产品包装在密封包装或容器中，这在本领域中是已知的。这从未开启的容器中除去了空气和湿气，改善了内部产品的口味并延长了保质期。该方法对于包装研磨咖啡是特别有利的。
烘烤过程是通过使绿咖啡豆膨胀并发生颜色、香气和密度的变化而产生咖啡的独特口味的过程。在烘烤过程中包含和/或逐渐产生的油和香气挥发物造成了由此制成的咖啡饮料的香气和口味，但是在暴露于周围空气中的氧气中时也容易发生品质变差。将咖啡包装在密封容器中将保护其远离周围空气，从而延长保质期并在消耗期间获得最佳的口味和香气。
近来，将咖啡和其它这种饮料成分包装在单人份胶囊中是常见的，该胶囊适用于根据需要从这种胶囊制备饮料的饮料系统中。这些胶囊容纳预定份量的精细可食性颗粒形式的饮料配料。这种饮料胶囊可以被气密地密封，从而防止其中的饮料配料在消耗之前发生品质变差。
尽管本申请主要涉及容纳研磨咖啡的饮料胶囊，但是应理解，在这种胶囊中可以使用其它食物。作为非限制性示例，这种可食性颗粒可包括研磨烘烤咖啡、速溶咖啡、奶粉、可可粉、散装茶叶和/或其它药草、肉汤或其组合物。
为了制备饮料，将饮料胶囊放置在饮料生产机器中，该机器向饮料胶囊中引入热水并将获得的饮料分配到容器中以供消耗。尽管本申请提到“胶囊”，但是应理解，可以使用其它术语例如“易理包”、“料盒”或“袋”来代替。
为了进一步保护可食性颗粒以免在消耗之前发生品质变差，在经调节的气氛下(例如在充满氮气或二氧化碳的气氛下)或者在真空下密封饮料胶囊是已知的。特别地，可以在胶囊被填充以饮料配料时对胶囊施加真空以从中除去空气。该饮料胶囊由气密包装材料形成，并被气密地密封以保持其内部的真空。这样，胶囊中存在的任何氧气在密封之间被除去，由此保护了可食性颗粒以免在消耗之前发生品质变差。
但是，通过真空密封来密封饮料胶囊带来了额外的复杂问题。由于可食性颗粒通常具有小尺寸和轻重量，因此，施加真空可能会将它们从胶囊中吸出。这种可食性颗粒可能被吸入施加真空装置中，导致真空密封设备损坏并增加其维护成本。
可食性颗粒还可能被滞留在胶囊的密封壁之间，例如在本体与胶囊密封装置之间，从而防止后者被适当地联结到前者上。这降低了饮料胶囊密封的强度和美感，并因此减少了对饮料胶囊密封中的可食性颗粒的保护。
由于饮料制备过程期间在胶囊中的压力增加，可食性颗粒的滞留还可能导致饮料胶囊的密封的撕毁。这会导致胶囊破裂并且湿咖啡粉通过破损的密封被释放出来，从而污染饮料机并生产出不当口味的饮料。
密封容纳有研磨咖啡的真空下的饮料胶囊在本领域中是已知的，例如在US专利5,472,719和欧洲专利EP 1 866 942中所述。后一文献公开了容纳有一定量咖啡的饮料胶囊，该咖啡被压制成片剂，从而减小了胶囊的尺寸并且避免了其中对于过滤器的需要。在胶囊中形成真空并通过柔性盖密封胶囊，从而防止其中的咖啡片剂品质变差。
WO2008129350涉及一种也是在真空下和/或在受控气氛中包装胶囊的机器。在填充以咖啡之后，胶囊部分地由密封膜封闭。然后在胶囊内形成真空并通过热密封真空装置进行密封。
US3775932涉及一种在有产品被容纳在两块叠置的膜之间的情况下通过将这两块叠置的膜密封在一起来制作产品的真空包装的包装设备。在部分地被密封的包装中，通过真空管连接抽真空，由此使包装膜的边缘被夹持在密封头与弹性条之间，而叠置的膜的边缘保持自由。
WO2010007633涉及一种用于包装产品的机器，该产品特别是供用于输送浸泡饮料的机器所使用的胶囊。真空钟罩在每个待焊接的胶囊周围提供真空。同时，真空补偿装置关注每个胶囊内的置入的气体、特别是氮气，从而补偿真空的存在。随后，焊接装置在各胶囊的边缘上焊接铝薄片。
US4069349涉及一种用于在袋子中真空包装烘烤好的研磨咖啡的方法。该袋子被部分地密封，具有蜿蜒曲折的未密封的通道，然后将袋子存贮预定时间段以允许气体从袋子散发出来，然后密封袋子以防止进一步有气体传输至产品和从产品传送气体。
但是，现有技术文献没有解决可食性颗粒的吸入和滞留的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于制作饮料胶囊的方法，其中可食性颗粒可在真空下被密封在饮料胶囊中，同时减少或避免了这种可食性颗粒的吸入并由此产生出完整性高的密封。
因此，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于制作饮料胶囊的方法，包括下述步骤：提供第一壁构件，所述第一壁构件至少部分地界定了一腔室并具有一凸缘，该凸缘在与所述腔室相通的开口端周围沿周向布置；在所述第一壁构件的所述腔室中提供一定量的可食性颗粒；在所述第一壁构件的所述开口端和所述凸缘上定位第二壁构件；在所述凸缘的至少两个区域处将所述第二壁构件附接至所述凸缘，由此将所述凸缘沿周向分成至少两个被附接的区域和至少两个未被附接的区域；在所述第一壁构件与第二壁构件之间施加真空，由此通过凸缘的所述至少两个未被附接的区域从所述腔室和所述可食性颗粒中排出气体，并在所述腔室中形成真空；和沿着所述凸缘密封所述第一壁构件和第二壁构件，由此维持所述腔室中的所述真空。
沿着至少两个区域将第二壁构件附接至第一壁构件的凸缘防止了在施加真空时第二壁构件沿着凸缘在任意方向上移动。这是有利的，因此为将第二壁构件附接至第一壁构件的凸缘的至少两个区域将减少或避免施加真空期间吸入可食性颗粒。这也防止了第二壁构件在密封步骤之前发生移位(例如偏心移动)、变形或折叠，从而防止在第二壁构件中形成皱褶、折痕、折皱或其它不希望的形状。因此能够在生产线上以更快的速度生产胶囊，而同时保证高真空度下的质量。
根据一特征，第二壁构件在所述凸缘的多个区域上被附接至所述凸缘，从而将凸缘沿周向分成多个被附接的区域和多个未被附接的区域；真空被施加在所述第一壁构件与第二壁构件之间，从而通过凸缘的所述多个未被附接的区域而从所述腔室和所述可食性颗粒中排出气体，由此在所述腔室中形成真空。
术语“多个”在本申请中是指两个以上。
这是有利的，因为将第二壁构件附接至第一壁构件的凸缘的多个区域将减少或避免在施加真空期间吸入可食性颗粒。特别地，被附接的区域防止了可食性颗粒离开胶囊。但是，腔室和可食性颗粒中的气体还可被去除，因为其仍然可在未被附接的区域处流过凸缘与第二壁构件之间的间隙。
这样，由于在施加真空期间可食性颗粒可被限制于第一壁构件，因此，大大减少了被吸入真空密封设备的这种可食性颗粒的数量。可食性颗粒对设备的密封和真空装置造成的损害量和随之导致的维护和维修成本得以减少或避免。因此，该方法的执行变得更加成本有效且更加可靠，与此同时还改善了如此制成的饮料胶囊的品质。
类似地，减少或避免了可食性颗粒在第二壁构件与第一壁构件的凸缘之间的滞留。由于可食性颗粒不再妨害壁构件之间的接口，因此改善了两者间的密封的强度和美感。因此优化了饮料胶囊的物理性质，对可食性颗粒提供了更有效的保护并更好地保存了由此制成的饮料的口味和香气。
最后，该方法允许在实现上述优点的同时逐个地对饮料胶囊提供真空和密封。将第二壁构件在施加真空之前附接至第一壁构件的凸缘和密封饮料胶囊，这使得能够快速地施加真空而同时仍然在密封好的饮料胶囊中保持高的强度和美感水平。由于一次仅向一个饮料胶囊施加真空，因此可以分别地监测和控制对于每个饮料胶囊的密封。因此，可以使该密封过程是可调节的，从而对每个胶囊实现最高可能品质的密封。这样，该方法的效率被最大化，而同时确保了如此制作的饮料胶囊具有最高可能的品质。
根据另一特征，该方法的特征在于，所述第一壁构件是自立式胶囊本体，所述第二壁构件是柔性膜。
这是有利的，因为自立式胶囊本体和柔性膜形式的第一和第二壁构件有助于在胶囊本体中提供咖啡和将膜密封到凸缘上。另外，自立式胶囊本体将使未被密封的饮料胶囊具有结构强度，从而在制造过程期间方便操控。可以最少的力量和花费实现本发明的优点。
根据再一特征，通过热密封来执行用于将所述第二壁构件附接和密封到所述凸缘上的步骤。
这是有利的，因为热密封过程能够快速地形成通常/大体上是气密、持久、灵活和卫生的密封。热密封装置也可结合在实施该方法的设备中，例如通过结合热空气喷射器、电阻加热器等。热密封过程还可适配成对多种材料起作用，从而提高了该方法的兼容性。
另外，附接步骤期间在第二壁构件与第一壁构件的凸缘之间形成的联结将与密封步骤期间形成的密封基本相同。由此得到了在其整个表面上一致的密封，而不会存在任何强度减小或有其它不希望的变化的区域。另外，该特征是有利的，因为第一和第二壁构件只需要适合于单一类型而非两种类型的联结过程即可，从而增加了对于饮料胶囊部件的可能的材料的选择。因此，该特征使得本发明更为简单和容易实施，同时产生了改善的结果。
在可能的替换方案中，通过超声焊接来执行用于将所述第二壁构件附接和密封到所述凸缘上的步骤。
这是有利的，因为与热密封一样，超声焊接能够快速地形成通常/大体上是气密、持久、灵活和卫生的密封。超声焊接是有利的，原因还在于，其不需要为了形成密封而对第一和第二壁构件进行加热，从而允许用可能不适合于热密封的材料来制作这些部件。从而提高了本发明的通用性。
根据又一特征，在所述第一壁构件的所述凸缘的总密封表面的介于25％至90％之间、优选介于30％至75％之间的面积上将第二壁构件附接至所述凸缘。
这是有利的，因为在上述给定的范围上将第二壁构件附接至凸缘将使得能以最大速度和向饮料胶囊中吸入最少可食性颗粒的情况下施加真空。结果，提高了该方法的效率和成本有效性。
根据再一特征，可食性颗粒以松散形式被提供在腔室中。
这是有利的，因为以这种方式提供可食性颗粒使得不再需要压实饮料胶囊中的可食性颗粒。相反，只要将可食性颗粒插入并密封在腔室中即可，不需要任何时间或额外的设备来对其进行压实。由此使得过程更快、更有效且更经济。
根据又一特征，在将第二壁构件附接至凸缘和将凸缘分成至少两个或多个被附接的区域与未被附接的区域之后，立即执行施加真空和在维持腔室中的真空的同时进行密封的步骤。“立即”是指不存在超过数秒而允许可食性颗粒显著释放气体和随之释放香气的停顿。
根据第二方面，本发明涉及一种如上所述制作的饮料胶囊。
这是有利的，因为如此制作的饮料胶囊将体现本发明如上文详细说明的优点。
根据第三方面，本发明涉及一种用于制作饮料胶囊的设备，包括：附接装置，所述附接装置构造成将第一壁构件在沿周向布置于所述第一壁构件的开口端周围的凸缘处附接至第二壁构件，所述附接位于所述凸缘的至少两个区域上，并由此将凸缘分成至少两个被附接的区域和至少两个未被附接的区域，所述第一壁构件至少部分地界定与所述开口端相通的腔室，并在所述腔室中被提供以一定量可食性颗粒；施加真空装置，所述施加真空装置设有适于与所述第一和第二壁构件气密连通的接纳部，并还构造成通过凸缘的所述至少两个未被附接的区域而从所述第一壁构件和可食性颗粒中排出气体，由此在所述腔室中形成真空；和密封装置，所述密封装置构造成沿着所述凸缘在所述第一和第二壁构件之间形成密封，由此维持所述腔室中的所述真空。
这是有利的，因为这种设备体现了上文说明的用于制作饮料胶囊的方法。本发明的优点因此在饮料胶囊中有所体现，该饮料胶囊的生产更加高效、适应性强、具有一致性和更加经济。
在优选的方式中，第一壁构件是限定有所述腔室和所述凸缘的自立式的胶囊本体，第二壁构件是柔性膜。该膜可具有介于10至250微米之间、优选介于30至100微米之间的厚度。该膜包含至少一个由具有气体阻隔性能的材料(例如铝)制成的层。该膜还优选地包括包含诸如聚丙烯等材料的密封层。
根据一特征，该设备的特征在于，附接装置在凸缘的多个区域上将所述第二壁构件附接至所述凸缘，从而将凸缘分成多个被附接的区域和多个未被附接的区域；施加真空装置构造成通过凸缘的至少一个未被附接的区域而从所述第一壁构件和可食性颗粒中排出气体。
术语“多个”在本申请中是指两个以上。
这是有利的，因为其使得能够优化附接和施加真空装置，如上所述。
根据另一特征，附接装置包括垂直于所述附接装置的轴线并关于该轴线径向对称布置的多个面，并且构造成在与所述多个面相对应的多个区域上将所述第二壁构件附接至所述第一壁构件的所述凸缘。
这是有利的，因为这种附接装置将会以均匀、对称的构型将第二壁构件附接至第一壁构件的凸缘，从而提供多个相等对称且一致的未被附接的区域。由此使得产生的附接结果更加一致和可靠。这进一步减少了施加真空期间可食性颗粒的吸入和滞留，并生产出具有进一步改善的密封性的饮料胶囊。由此提高了该设备的效率和成本有效性。
根据再一特征，所述施加真空装置和所述密封装置关于纵轴线同轴布置，所述真空发生装置适于相对于所述密封装置沿所述纵轴线平移。
这是有利的，因为密封装置可布置在施加真空装置内。这节省了设备中的空间，有效地将两个装置置于一个空间中。这是有利的，原因还在于，可以如上所述同时执行施加真空和密封的步骤。因此，该特征提高了设备的产量和效率，同时使得其更紧凑和节省空间。
根据又一特征，该设备还包括用于切割所述第二壁构件以基本匹配于所述第一壁构件的开口端和所述凸缘的轮廓的装置。
这是有利的，因为其允许以批量形式提供制作第二壁构件的材料，例如片材或带材，从而便于对所述第二壁构件的操作处理并减少设备的整体复杂性。另外，将所述第二壁构件切割成基本匹配于所述第一壁构件的开口端和所述凸缘的轮廓将产生出不需要在制作出饮料胶囊之后再被修剪的第二壁构件。这使得不需要额外的用于修剪的装置。这样可以提供本发明的效率和速度。
根据再一特征，用于切割所述第二壁构件的所述装置布置在所述附接装置周围，所述附接装置和用于切割所述第二壁构件的装置关于纵轴线同轴，并且所述切割装置适于相对于所述密封装置沿所述纵轴线平移。
这是有利的，因为两个装置可以布置成使得附接装置位于用于切割第二壁构件的装置内。这节省了设备中的空间，有效地将两个部件置于一个空间中。施加真空和密封装置可适配成同时地作用在第一和第二壁构件上，从而减少执行附接和切割步骤所需的时间。因此，该特征将提高设备的产量和效率，同时使得其更紧凑和节省空间。
附图说明
本发明的其它特征和优点也将从下文的说明中显现出来。
在以非限制示例方式给出的附图中：
-图1是示出了附接装置、切割装置、施加真空装置和密封装置的一系列正剖视图；
-图2是处于四种不同构型下的附接设备的一系列视图；
-图3是示出了本发明的方法在被结合到用于制造饮料胶囊的过程中时的流程图，所述过程包括一系列步骤。
具体实施方式
将参照上面提及的附图作出下面的描述。
图1是一系列剖视图，示出了根据本发明的饮料胶囊的密封。图1在视图A至D中示出了附接和切割步骤，并在视图E至H中示出了施加真空和密封步骤。为了清楚起见从各视图中省去了设备的部分。
视图A示出了在开始附接步骤之前布置在第一位置的附接装置100和切割装置101。附接装置100和切割装置101大体上是管状的并关于第一纵轴线102同轴。优选地，切割装置101将围绕附接装置100布置并且能够相对于附接装置100平移，如这里所示的。
胶囊本体103定位在基板104中，该基板设有胶囊座部105，胶囊本体103定位在该胶囊座部中。基板104优选构造成可动的，以有助于高效率地生产饮料胶囊。该可动的构造可包括例如是传送带系统或转塔等的装置。在优选实施例中，胶囊本体103定位在附接装置100和切割装置101下方，从而关于第一纵轴线102与之同轴。
胶囊本体103限定了腔室106，其中提供有预定量烘烤和研磨咖啡粉末107。胶囊本体103基本为杯状的，并提供有与所述腔室106相通的开口端108。胶囊本体103还设有凸缘109，该凸缘围绕胶囊本体103的周边布置在开口端108处。
胶囊本体103优选由可成型的材料例如铝、塑料、淀粉、纸板、或其组合制成。在胶囊本体自身并非不能渗透气体的情况下，可在其中结合有气体阻隔层以防止氧气进入。该气体阻隔层可包括涂层、薄膜、或铝层、乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰胺、铝或硅的氧化物、或其组合。
例如，在一个实施例中，胶囊本体103由深拉后的铝形成。在另一实施例中，胶囊本体103由深拉后的聚丙烯和铝形成。在第三实施例中，胶囊本体103由聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯的组合热形成。
在优选实施例中，凸缘109和胶囊座部105构造成使得，胶囊本体103穿过胶囊基板104突出，并使凸缘109直接止靠在基板104上，而基本上整个饮料胶囊103都布置在基板104下方。在一个替换构造中，胶囊座部可以构造成杯座，而胶囊本体就位于该杯座中。
膜材料110的一部分布置在切割装置101和基座104之间。所述膜材料110优选以连续的片材或织物(web)的形式被提供，可以通过材料处理领域中已知的技术将该连续的片材或织物输送到设备中。膜材料110优选是柔性的，允许中等程度的弹性形变。膜材料110可具有介于10至250微米之间、优选介于30至100微米之间的厚度。
在优选实施例中，膜材料110包括至少一个由铝、聚酯(例如PET或PLA)、聚烯烃、聚酰胺、淀粉、纸、或其任意组合制成的基层。该基层优选由层压体形成，该层压体包括两个或多个包含这些材料的子层。如果所有其它子层都不是由不能渗透气体的材料构成的话，该基层可包括用作气体阻隔层的子层。该气体阻隔层子层由可渗透气体的材料例如铝、乙烯-乙烯醇聚合物、聚酰胺、铝或硅的氧化物、或其组合制成。膜材料110优选还包括密封剂层、例如聚丙烯，其布置成用于与胶囊本体103形成密封。
例如，在一个实施例中，膜材料110是介于25至40微米之间的铝层。在另一实施例中，膜材料110包括具有两个子层的基层：由PET制成的外部子层和由铝制成的内部子层。该铝子层起到防止不希望的光、潮气、和氧气透过的作用。在另一实施例中，膜材料110包括三个子层：5至50微米厚的由PET制成的外部子层，5至20微米厚的由铝制成的中间子层，和5至50微米厚的由聚丙烯铸膜制成的内部子层。
视图B示出了在切割步骤期间该设备处于第二位置。切割装置101沿着第一纵轴线102向下行进至膜材料110中。在优选实施例中，切割装置101沿着其周缘111是尖锐的，从而在被压入膜材料110中时切割该膜材料110。但是，对于某些包含热敏膜材料的组成，替换构型例如热切刀设备可能是优选的。切割装置101行进通过膜材料110，从而从膜材料110切割出膜112。
视图C示出了在附接步骤期间该设备处于第三位置。在附接装置100的下端113处布置有多个面，这些面基本垂直于纵轴线102布置，并被压入膜112中。附接装置100行进成使得，下端113在与上述面对应的多个区域上将膜112压入凸缘109中。
附接装置100构造成，在所述下端113的面将所述膜112压入胶囊本体103的凸缘109的区域上将膜112附接至凸缘109。在本实施例中，通过热密封实现膜112与胶囊本体103的凸缘109的附接；尽管在其它实施例中替换技术例如超声波焊接可能是优选的。
因此，附接装置100优选装配有用于在附接步骤期间将膜112附接至凸缘109的适当的装置。例如，这种装置可包括电阻加热器、热空气喷射器、或超声焊接变幅器。这将使得设备更加紧凑和节省空间。
凸缘109的与附接装置100的下端113的面对应的所述区域将包括凸缘109的全部表面的一部分。因此，在膜112未被附接至凸缘109处，胶囊本体103的腔室106经由凸缘109与膜112之间的间隙保持与周围大气相通。
视图D示出了在完成附接步骤之后该设备处于第四位置。附接装置100和切割装置101从胶囊本体103和膜112撤回。可以除去废弃的膜材料110，同时使基板104沿方向114行进，以同时将当前饮料胶囊放置在用于真空密封的位置上和使下一饮料胶囊进入用于附接和切割步骤的位置上。
优选地，如视图B所示的用于切割膜112的步骤和如视图C所示的用于将所述膜112附接至凸缘109的步骤相继进行，但切割和附接装置101、100连续地降落运动。在切割和附接步骤期间，还通过附接装置施加些许真空，以保持膜112沿轴线102处于同轴位置。这是有利的，因为减少了制造胶囊花费的时间并因此提高了胶囊的生产速率。
视图E示出了在开始密封步骤之前该设备处于第五位置。为了清楚起见，这里省去了在前面步骤中示出的切割和附接装置；但是，切割和附接装置有利地紧邻施加真空装置115和密封装置116布置或布置在其附近，使得设备更加紧凑和节省空间。
在一优选实施例中，施加真空装置115和密封装置116优选是管状的，并关于第二纵轴线117同轴布置。密封装置116的形式是中空圆筒体，具有与饮料胶囊103的凸缘109近似相同的宽度和直径。施加真空装置115的形式也是中空圆筒体，并设有用于在其中形成真空的装置。优选地，施加真空装置115构造成使得能够相对于密封装置116沿着它们共有的第二纵轴线117平移。
基板104沿方向114行进，直到胶囊本体103和膜112也与施加真空装置115和密封装置116关于第二纵轴线117同轴。胶囊本体103和膜112因此被定位在直接位于施加真空装置115和密封装置116下方的中心位置上。
视图F示出了在施加真空步骤期间该设备处于第六位置上。该施加真空装置115已经行进成在施加真空装置115的口部118与胶囊本体103的凸缘109之间形成气密密封。通过施加真空装置115向胶囊本体103施加真空119，从而将胶囊本体103的腔室106中的压力降低至大气压力以下。
真空119导致通过凸缘109与膜112之间的多个间隙将胶囊本体103的腔室106中的气体抽出，所述多个间隙是由所述膜112未被附接至所述凸缘109的区域所限定的。气体可以是空气或任何不活泼气体例如氮气、CO2或其任意组合。这样，胶囊本体107的腔室106被排空气体且在其中形成真空。
施加真空步骤优选地配置成使得可以快速地向胶囊本体103施加真空、而同时避免从腔室106吸取咖啡粉末107。已知向饮料胶囊快速施加真空可能导致内部一些咖啡粉末被吸出，这会造成设备由于吸入的咖啡粉末而损坏。咖啡粉末也可能被滞留在饮料胶囊的密封表面之间，从而削弱密封并降低其美感性能。施加真空还可能导致密封装置移动，从而进一步削弱了密封的完整性。
这里，在多个区域上将膜112附接至胶囊本体103的凸缘109将防止咖啡粉末107被吸入和滞留在凸缘109与膜112之间，同时防止在施加真空119期间该膜相对于胶囊本体移位。因此，即使是在非常快速地施加真空的情况下也保持了饮料胶囊密封的完整性和密封设备的可靠性，从而允许以更快的速率制造更高品质的饮料胶囊。
施加真空的步骤还优选配置成使得，在施加真空119时能够监测胶囊内部的情况。具体地，施加真空装置允许向单个胶囊本体103快速地施加真空119，而不是向真空室中的一组胶囊本体较慢速地施加真空。因此，通过使用本领域中已知的数据收集和/或控制环路方法，人们可以连续地改变真空密封过程的参数以最优化每个胶囊的密封，而同时仍保持整体较高的生产速率。
视图G示出了在密封步骤期间该设备处于第七位置。施加真空装置115的口部118保持接触胶囊本体103的凸缘109，从而保持胶囊本体103的腔室106中的真空。
密封装置116优选设有用于在膜119与胶囊本体103的凸缘109之间形成密封的装置，类似于如上所述的附接装置。与附接装置一样，其可包括诸如电阻加热器、热空气喷射器或超声焊接变幅器。
密封装置116行进至与膜112接触，沿着布置在所述密封装置116的端部处的密封边缘120压入该膜中。通过密封装置116将膜112压入凸缘109中，从而将膜112的尚未被附接的区域联结至凸缘109的表面并将膜112严密地密封至胶囊本体103的腔室106。在联结该膜的尚未被附接的区域时，可以更新在附接步骤期间形成的附接区域的联结。因此，在凸缘109与膜112之间形成的严密的气密密封将保持胶囊本体103的腔室106中的真空，保护咖啡粉末107免于暴露至空气中并由此损失口味和香气。
视图H示出了在密封步骤完成之后的密封好的饮料胶囊。密封装置116被撤回以允许联结固化。然后停止真空装置中的真空，使胶囊本体103和膜112暴露于大气压力下，并使膜112采取如图所示的凹面形状。最后撤回施加真空装置115。在先前步骤中被施加至胶囊本体103的真空由于凸缘109与膜112之间的密封而被保持在其中。然后沿方向114移去基板104，从而除去要被包装和分配的胶囊并使下一胶囊进入用于真空密封的位置。
除了通过本发明实现的上述有益效果，当像在本实施例中一样可食性颗粒是容易散发气体的物质时,还实现了额外的有益效果。这种物质明显包括如这里所述的烘烤咖啡、尤其是研磨烘烤咖啡粉末。
由于烘烤过程所致的化学过程的发生，饮料胶囊中的咖啡粉末107将在完成烘烤过程之后散发气体一段时间，该过程在本领域中被称作“脱气(degas)”。当饮料胶囊中的咖啡粉末107发生脱气时，散发出的气体由于膜112、胶囊本体103、以及两者之间的气密密封而被保持在饮料胶囊的腔室106中。
所散发的气体的这种积聚将会导致饮料胶囊中的压力增加，直到达到平衡压力。在平衡时，饮料胶囊中将会处于正压，即大气压力以上的压力，从而导致膜112向外偏转。
因此，被密封在饮料胶囊中的真空部分地抵消了从咖啡粉末107散发出的气体所产生的压力。在不同实施例中，真空抵消散发气体的程度可发生改变，这依赖于饮料胶囊的体积、其中提供的咖啡量、和咖啡粉末自身的类型和烘烤程度。在任何情况下，饮料胶囊中的真空都对脱气进行补偿，其程度至少是防止了散发的气体损坏饮料胶囊的结构完整性及其密封性能。
在一优选实施例中，在刚完成密封步骤后，胶囊的起始真空压力将介于300至600mbar之间、优选介于400至500mbar之间。在饮料胶囊密封好之后，咖啡粉末在脱气期间散发的气体将继续积聚在饮料胶囊的腔室106中，导致饮料胶囊的内部压力在大约5小时内升高至大气压力以上,而在大约72小时内达到介于1050至1600mbar之间、最优选介于1050至1350mbar之间的平衡。
此外，该方法优选配置成使得，在饮料胶囊密封好之后全部或几乎全部的脱气都发生在该饮料胶囊中。尽管在密封时饮料胶囊中的压力将是负压，但是散发的气体将会使胶囊中的压力快速增加。在优选实施例中，胶囊将在短于5小时内升高至大气压力以上并在约72小时内保持稳定。
图2是示出了附接装置的多种构型的一系列正视图。如上所述，附接装置包括位于其底端的多个面，这些面被压入膜中，以在与所述面对应的多个区域上将其附接至胶囊本体的凸缘。
图2A和2B分别示出了附接装置200的正视图和透视图。如上所述，附接装置200的形式基本上是中空圆筒体。在附接装置200中设有两个槽201，结果使得附接装置200的端部被分成两个面202和两个缺口203。
当在如上所述的附接步骤期间被压入膜中时，该膜将在凸缘表面的与第一类型的面202相对应的部分上被附接至胶囊本体的凸缘。该膜将通过膜与凸缘间的由第一类型的缺口203所限定的未被附接的区域而在胶囊本体的腔室与周围大气之间保持未被附接和允许流体连通。
图2C示出了包括第二类型的四个面204和第二类型的四个缺口205的附接装置替换构型的正视图。这种附接装置将会在与第二类型的四个面204中的每一个相对应的多个区域上把膜附接至胶囊本体的凸缘，同时使与第二类型的四个缺口205相对应的膜区域未被附接。
图2D示出了设有第三类型的八个面206的附接装置的另一替换构型的正视图，这些面由第三类型的八个缺口207分隔开。与上面类似，第三类型的面206将限定膜被附接至胶囊本体的凸缘的区域，而第三类型的缺口207限定了其未被附接的位置。
图2E示出了设有第四类型的八个面208的附接装置的再一替换构型的正视图，这些面由第四类型的八个缺口209分隔开。与图2D所示的附接装置相比，第四类型的面208明显小于第三类型的面206，同时第四类型的缺口209明显大于第三类型的缺口207。结果，通过图2E中的附接装置将膜附接至胶囊本体凸缘的比例明显小于通过图2D的附接装置所能实现的情况，而膜保持未被附接至凸缘区域的尺寸相应地增加。
以这种方式，附接装置可以被构造成最佳地适应于要采用该附接装置的具体应用。在前述实施例中是通过调整其数量和尺寸来改变附接装置的；然而，在其它实施例中，改变其形式和几何形状的其它要素(例如形状、厚度、或关于附接装置下端的布置)可能是有利的。
以这种方式，可以构造附接装置以减少向胶囊本体施加真空所需的时间，而同时减少咖啡粉末或胶囊本体中包含的其它可食性颗粒的吸入和滞留。由此可以优化饮料胶囊的密封来以最小的成本获得最大的产出。
图3是示出了用于制作饮料胶囊的过程的流程图，所述操作包括一系列要素/元件。该操作的第一步骤是胶囊本体卸垛300。在使用前被存储时，空的胶囊本体通常是彼此叠置堆垛进行存储的，因此，在被进一步处理之前，这些胶囊本体必须先被分开。在用于胶囊本体卸垛300的步骤中，将胶囊本体彼此分开并放置到合适的取向上以继续该过程。
同时，咖啡制备过程301提供用以包装在饮料胶囊中的咖啡粉末供给。在咖啡制备过程301中，咖啡豆被烘烤至希望的烘烤程度，然后被研磨至希望的细度。
如上所述，烘烤期间在咖啡豆中产生的气体从咖啡中散发出来。一些脱气过程将发生在烘烤咖啡与密封咖啡胶囊之间。然而，优选将用于制作饮料胶囊的过程配置成使得在胶囊外部发生脱气的情况最少，从而脱气过程基本上发生在饮料胶囊被密封好之后。在一优选实施例中，研磨咖啡与将其供入饮料胶囊之间的时间间隔少于10分钟；这样，最佳地保存了最终从饮料胶囊制成的饮料的香气和口味。
另外，由于咖啡在密封过程之前未被脱气，因此，不再需要事先对咖啡进行脱气所需的基础结构。这导致饮料胶囊密封操作更加紧凑、经济和灵活。
在产品填充和增密302期间，由咖啡制备过程301提供的一部分咖啡粉末被放入胶囊本体中并被增密，从而咖啡被沉积在胶囊本体中并且由此使得其中的气体量最少。在一替换实施例中，可以在咖啡制备过程301步骤期间将饮料粉末压缩成片剂，然后在产品填充和增密302步骤期间将该片剂定位在胶囊本体中。
理想地，每个操作要素都通过用于输送303的步骤相关联，在该输送步骤中，在用于执行每个操作要素的装置之间传输胶囊本体。此外应理解，用于执行每个操作要素的元件可以相互邻近地进行布置，或者甚至被相互整合到一起，从而使得在要素/元件之间传输饮料胶囊所需的时间最短。由此使得该过程更加节省空间和更经济。
此后是在图1的视图A-D中示出的膜附接和切割305。在该步骤中，在凸缘的多个区域处将膜附接至胶囊本体的凸缘，也在所述凸缘上留出多个未被密封的区域。该膜还被切割成将会覆盖胶囊本体的凸缘和开口端的尺寸。
在膜附接和切割305之后是施加真空和密封306，如图1的视图E-H所示。向胶囊本体施加真空，从而通过多个未被密封的凸缘区域而从中移除气体。然后将膜密封在整个凸缘表面上，从而保持胶囊中的真空。
在这里所示的容纳有烘烤、研磨咖啡的饮料胶囊中，特别有利的是，胶囊中的真空是大小足以抵消咖啡在胶囊中脱气时散发的气体所产生的压力的减压。因此，正常配置的饮料胶囊将会耐受密封胶囊中由于散发的气体而积聚的压力。
最后将胶囊传输至分配308，此时可以将胶囊包装在盒子、筒体、袋子或类似物中并进行配售。
当然，本发明不限于上文和附图中所述的实施例。仍然可以做出改变，特别是关于各元件的构造或者是通过等同技术方案的替换，因此这些改变不偏离于本发明的保护范围。
特别地，应理解，本发明可适合于制作用于制备各类食物的饮料胶囊，这些食物例如是肉汤、可可、咖啡、婴儿配方、牛奶、茶、汤药或其任意组合。还应理解，可以各种形式和尺寸来提供包含所述食物的可食性颗粒，例如是薄片、细粒、颗粒、弹丸、粉末、或碎片及其任意组合。尽管前面描述的具体实施例涉及容纳有一定量烘烤和粉状咖啡的饮料胶囊，但是，这不应被认为是将本发明的范围限制于如此构造的饮料胶囊。
另外，尽管附图所示的实施例示出了一种构造成用于在多个区域上将膜附接至胶囊本体的凸缘的附接装置，但是应理解，仅在胶囊本体的凸缘的一个区域上如此做的附接装置可以同样是可行的。
因此，在不偏离本文所述的本发明的原理的情况下，在实践中本发明的真实构型和操作可能与前述描述中的不同。因此，本公开内容的范围应被理解成是示例性的而非限制性的，并且本发明的范围由至少部分地来源于本公开内容的任意权利要求进行限定。

Claims (15)

1.一种用于制作饮料胶囊的方法，包括下述步骤：
-提供第一壁构件(103)，所述第一壁构件(103)至少部分地界定了一腔室(106)并具有一凸缘(109)，该凸缘在与所述腔室(106)相通的开口端(108)周围沿周向布置；
-在所述第一壁构件(103)的所述腔室(106)中提供一定量的可食性颗粒(107)；
-在所述第一壁构件(103)的所述开口端(108)和所述凸缘(109)上定位第二壁构件(112)；
-在所述凸缘(109)的至少两个区域处将所述第二壁构件(112)附接至所述凸缘(109)，由此将所述凸缘(109)沿周向分成至少两个被附接的区域和至少两个未被附接的区域；
-在所述第一壁构件与第二壁构件(103,112)之间施加真空(119)，由此通过所述凸缘(109)的所述至少两个未被附接的区域从所述腔室(106)和所述可食性颗粒(107)中排出气体，并在所述腔室(106)中形成真空(119)；和
-沿着所述凸缘(109)密封所述第一壁构件和第二壁构件(103,112)，由此维持所述腔室(106)中的所述真空(119)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
-所述第二壁构件(112)在所述凸缘(109)的多个区域上被附接至所述凸缘(109)，从而将所述凸缘(109)沿周向分成多个被附接的区域和多个未被附接的区域；以及
-在所述第一壁构件与第二壁构件(103,112)之间施加所述真空(119)，从而通过所述凸缘(109)的所述多个未被附接的区域从所述腔室(106)和所述可食性颗粒(107)中排出气体，由此在所述腔室(106)中形成真空(119)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一壁构件(103)是自立式的胶囊本体，所述第二壁构件(112)是柔性膜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过热密封来执行用于将所述第二壁构件(112)附接和密封到所述凸缘(109)上的步骤。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过超声焊接来执行用于将所述第二壁构件(112)附接和密封到所述凸缘(109)上的步骤。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一壁构件(103)的所述凸缘(109)的总密封表面的介于25％至90％之间、优选介于30％至75％之间的附接面积上，将所述第二壁构件(112)附接至所述凸缘(109)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述可食性颗粒(107)以松散形式被提供到所述腔室(106)中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述第二壁构件附接至所述凸缘和将所述凸缘分成至少两个或多个被附接的区域与未被附接的区域之后，立即执行施加真空和在维持腔室中的真空的同时进行密封的步骤。
9.一种饮料胶囊，该饮料胶囊是通过权利要求1至8中任一项所述的方法制作的。
10.一种用于制作饮料胶囊的设备，包括：
-附接装置(100,200)，所述附接装置(100,200)构造成将第一壁构件(103)在一凸缘(109)处附接至第二壁构件(112)，所述凸缘沿周向布置于所述第一壁构件(103)的开口端(108)周围，所述附接是在所述凸缘(109)的至少两个区域上进行的，并由此将所述凸缘(109)分成至少两个被附接的区域和至少两个未被附接的区域，所述第一壁构件(103)至少部分地界定与所述开口端(108)相通的腔室(106)，并在所述腔室(106)中提供有一定量的可食性颗粒(107)；
-施加真空装置(115)，所述施加真空装置(115)设有适于与所述第一和第二壁构件(103,112)气密连通的接纳部(118)，并还构造成通过所述凸缘(109)的所述至少两个未被附接的区域从所述第一壁构件(103)和可食性颗粒(107)中排出气体，由此在所述腔室(106)中形成真空(119)；和
-密封装置(116)，所述密封装置(116)构造成沿着所述凸缘(109)在所述第一和第二壁构件(103,112)之间形成密封，由此维持所述腔室(106)中的所述真空(119)。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，
a.所述附接装置(200)在所述凸缘(109)的多个区域上将所述第二壁构件(112)附接至所述凸缘(109)，从而将所述凸缘(109)分成多个被附接的区域和多个未被附接的区域；以及
b.所述施加真空装置(115)构造成通过所述凸缘(109)的所述多个未被附接的区域从所述第一壁构件(103)和可食性颗粒(107)中排出气体。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述附接装置(200)包括垂直于所述附接装置(100,200)的轴线(102)并关于该轴线(102)径向对称布置的多个面(202,204,206,208)，并且构造成在与所述多个面(202,204,206,208)相对应的多个区域上将所述第二壁构件(112)附接至所述第一壁构件(103)的所述凸缘(109)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述施加真空装置(115)和所述密封装置(116)关于纵轴线(117)同轴布置，所述施加真空装置(115)适于相对于所述密封装置(116)沿所述纵轴线(117)平移。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的设备，还包括用于切割所述第二壁构件(112)以基本匹配于所述第一壁构件(103)的开口端(108)和所述凸缘(109)的轮廓的装置(101)。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，用于切割所述第二壁构件(112)的所述装置(101)布置在所述附接装置(100)周围，所述附接装置(100)和用于切割所述第二壁构件(112)的所述装置(101)关于纵轴线(102)同轴，并且用于切割所述第二壁构件(112)的所述装置(101)适于相对于所述附接装置(100)沿所述纵轴线(102)平移。
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