CN104411600B - 单胶囊及通过单胶囊生产饮料的方法 - Google Patents

单胶囊及通过单胶囊生产饮料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种生产饮料的单胶囊，该单胶囊包括胶囊体，所述胶囊体具有胶囊底部和盖子，其中，用于容纳粉状或者液体饮料底物的空腔形成在胶囊底部和盖子之间，其中，空腔中设置有过滤器元件。本发明进一步涉及一种用于生成单胶囊的方法和使用该单胶囊来生产饮料的工艺。

Description

单胶囊及通过单胶囊生产饮料的方法
技术领域
本发明涉及到一种生产饮料的服务胶囊，该服务胶囊包括带有胶囊基部和盖子的胶囊体，其中在胶囊底部和盖子之间具有用于容纳颗粒、粉末或液体饮料的底物的空腔，并且其中在饮料物质和胶囊底部之间设有过滤元件。此外，本发明涉及一种单胶囊的生产工艺以及用于制作饮料的单胶囊的用途。
背景技术
该单胶囊是公知的现有技术。例如，出版物EP 1792850 B1、EP 1344722 A1、WO2012/038063 A1和US 2003/0172813公开了用于制备咖啡和浓咖啡的一般的单胶囊。
用来生产饮料或食物产品的该单胶囊在形状上优选截头圆锥或圆柱形，并且利用热成型塑料膜或者塑料注塑工艺制成。该单胶囊典型地具有密封的胶囊底部和带有颈部边缘的敞开的填充侧，在单胶囊的空腔适配有过滤器元件并且填充有颗粒、粉末或液体饮料底物之后，盖膜被密封或者胶合。过滤元件优选地布置在饮料底物与胶囊底部之间并置于其上。这些过滤器元件由热塑性材料注塑模制或者由塑料膜热成型，或者由织物或非纺织材料制成或者压花，并防止饮料底物的颗粒进入正在生产的饮料。
关于饮料的制备，诸如咖啡饮料，单胶囊被置入制备装置的冲泡室中。在冲泡室关闭过程中或者之后，在冲泡室中所谓的穿刺针的帮助下，优选地在其底侧打开胶囊，并且在利用密封膜密封冲泡室之后，单胶囊的填充侧优选用穿刺针来刺破。在单胶囊被插在制备设备中之前，在至少一侧也存在已经被打开的单胶囊。随后，制备液，优选热水，在压力下进入单胶囊。制备液体流经饮料底物，提取和/或溶解 来自饮料底物的用于制备饮料的所需的物质。例如，对于制备浓咖啡，高达20巴的制备液体压力用于从咖啡粉提取必要的油。这种压力也影响位于咖啡粉末和胶囊底部之间且在刺破的容器出口前方的颗粒滤网。
然而，通过塑料注塑成型、深拉或压花工艺制成的过滤器元件的缺点是，为了保持咖啡颗粒，滤网孔的开口必须比最小的咖啡颗粒小。因为例如在咖啡研磨过程中特定精细的颗粒内容物是不可避免的，过大的滤网孔允许大的咖啡颗粒通过，而过小的滤网孔导致滤网堵塞，尤其是在高压力下。此外，在滤网和胶囊底部之间需要支撑元件以防止滤网由于冲泡水的高压力和温度而发生变形，并且也防止穿刺针穿透或者通过过滤元件。这些特殊的支撑元件缺点是，尤其是对于注塑成型的滤网组件，由于需要额外的材料，从而增加制造成本。
因此，带有滤网组件的单胶囊是已知的现有技术，其避免这些缺点。在US2778739、EP 1710173 A1和US 5352765中，公开了带有滤网组件的单胶囊，该单胶囊由具有相对大的开口的过滤器保持部组成，开口被过滤材料覆盖。这些配置的缺点是增加了额外的材料和制造成本，因为这些配置由稳定的过滤器保持部和过滤器保持部中的过滤材料组成，和/或可用的过滤区域太小，造成提取和溶解过程相对较长。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种带有过滤元件的单胶囊，相较于现有技术，该单胶囊的制造更具成本效益，并且同时能够避免现有技术中的相关缺点。
该目的通过生产饮料的单胶囊实现，该单胶囊包括带有胶囊底部和盖子的胶囊体，从而在胶囊底部和盖子之间提供由用于容纳粉末或者液体饮料底物的空腔，过滤器元件位于空腔中，该过滤器元件由塑性成形的非纺织纤维材料形成，优选深拉形成。
本发明的上下文中的深拉意味着先前平坦过滤器元件是3D形状，并且具有至少一个凹部或突起。
关于本发明的这些陈述同样和互惠地应用到本发明的其它实施例。
与现有技术相比，根据本发明的单胶囊具有以下优点，一种简单且便宜的过滤网用作为滤网。这种材料由塑性成形，优选深拉，不平坦，因而相比于平坦的过滤器元件具有相对较大的过滤面积，特别是大于其附接的胶囊体的横截面。
相比现有技术的塑性过滤器，由非纺织纤维制成的过滤器还具有以下优点，其具有显著较大的液体流入表面。此外，液体交叉流(平行于主过滤器平面)成为可能，从而提供较好的混合和排放性能。此外，显然滤网堵塞的风险通过过滤器的采用而显著减少或者几乎消除。出人意料的是，在相对较低的压力下以及相对较高的压力下，在制备饮料时，过滤网已证明具有高抗堵塞。此外，液体横流在过滤器元件中总是可靠地保持，保证了进入过滤网的液体流出到排放口。
根据本发明，单胶囊优选地包括气密密封单胶囊。这意味着，单胶囊中所包含的饮料或食用底物，比如：咖啡粉，汤粉末或茶，基本上紧密密封，与环境隔绝。然而，单胶囊不必进行气密密封，也可能被设置在气密密封的包装中，然后可手动打开。该单胶囊通常打开至少一侧，优选两侧，即：引起制备液体流经胶囊而胶囊不被刺破。
优选的是，非纺织纤维材料是网状物(mesh)。根据本发明的网状物是无序的，非纺织结构由纤维，特别是合成纤维制成。根据本发明的羊毛优选地不包含纸或纸状材料，但是完全由合成材料组成。
根据本发明被采用的另一个优选实施例，网状物包括由合成细纤维，如聚酯细纤维，组成的羊毛材料，并且最好是随机纤维和/或基于纤维的非纺织网状物。优选地，非纺织网状物每平方米20至140克的质量分布(也称为每单位面积的基重或重量)，更优选的是每平 方米60至80克，最优约为每平方米70克。该过滤器元件或非纺织网状物分别具有0.2至0.8毫米之间的厚度，优选介于0.3和0.35毫米之间，且最优选约为0.32毫米。形成该网状物，使得在100帕斯卡下的非纺织网状物的空气渗透率在1000和3000l/(m2s)之间，尤其优选的为在1500和2500l/(m2s)之间，最优选为2000l/(m2s)。出乎意料且不可预见的是，可实现这种非纺织网状物导致的最佳结果与提取效率、混合和排放性能以及堵塞性有关，并且仍然形成“咖啡脂”。
根据本发明的另一个优选实施例的另一方面，过滤器元件具有毛毡结构。特别是针毡结构。优选地，纤维材料由至少一个毛毡结构和载体结构组成，特别是纤维结构，在此，更优选地，体积的至少一部分由毛毡结构组成。优选地，毛毡结构延伸跨过载体结构的整个横截面，然而更优选地跨过仅高度的一部分。优选地，毛毡结构与载体结构互锁、力锁定或紧密结合。优选地，纤维材料包括两个或多个毛毡结构，毛毡结构优选通过载体结构彼此分离。两个毛毡结构的厚度可以是相同或不同的。优选面向粉末/或茶的毛毡结构比面向胶囊底部的毛毡结构薄，或者反之亦然。优选毛毡结构的表面是进行处理的，如热处理，以捕获例如松散纤维。优选地，设有毛毡结构的过滤器元件被仅插入到胶囊中，特别是其底部。然而，过滤器元件也可以与胶囊结合，特别是紧密地结合到其底部。穿孔装置可穿透该过滤器元件。优选地，具有括一个或多个毛毡结构和载体结构的多个过滤器元件被布置在胶囊内的彼此之上，如有必要，互相结合。
载体结构，特别是织物结构，和具有毛毡结构的过滤器元件，可例如通过利用包含水平和垂直线的纤维结构来生产。针对毛毡结构，特别是针毡，从0.8-7分特选择纤维单元。各个纤维相互的结合以优选通过针刺的制造过程所发生的形成毛毡和/或其在载体结构中的锚固。从而，针头利用反向倒钩快速插入制备的纤维包装中并撤回。通 过倒钩，纤维包括多个彼此形成和/或与载体织物彼此缠绕的环路。
具有一个或多个毛毡结构的支撑元件具有每平方米100和1200克之间的质量分布(也称为基重或基本重量)，更优选每平方米200至1150克的质量分布，最优选每平方米150-250克的质量分布(关于生产茶)和每平方米600-1200克的质量分布(关于生产咖啡、浓咖啡或类似物)。过滤器元件或非纺织纤维的厚度优选为0.8-3.3毫米之间的厚度，更优选为1.1-3.0毫米之间，并且最优选为1.2-1.4毫米之间(关于生产茶)和2.6-3.0毫米之间(关于生产咖啡)。
根据本发明，纤维材料被塑性成形用于过滤器元件的制造，特别是深拉。从而，平坦纤维材料被形成为三维形状，例如作为条、片、弓或板。塑性成形，特别是非纺织纤维材料的深拉，优选使用压力和/或温度处理下实施。出于本目的，优选地，印模将被压入模具。然后，位于印模和模具之间的纤维材料将会由此成型或例如深拉。塑性成形之后，过滤器元件保持其三维形状(3D形状)。通过塑性成形，特别是深拉，纤维材料形成可被饮料或可食物底物填充的空间。本领域的技术人感到惊讶的是，纤维材料可被塑性成形，特别是深拉，而不失去其过滤性能。根据本发明的另一优选实施例，平坦纤维被压花。然而，也可以通过本领域技术人员所公知的其他成形方法来进行塑性成形。
根据本发明的优选的或另一个实施例，在饮料底物被灌入胶囊体之前，过滤器元件，即，例如网状物或毛毡材料，特别是通过焊接，例如，使用超声或通过粘接，与单胶囊的侧壁或颈部边缘结合。
关于本发明的该实施例进行的陈述同样地且相互地适用于本发明的其它实施例，反之亦然。
根据本发明其它的或优选的实施例，过滤器元件与单胶囊的颈部边缘结合，即，优选从单胶囊的侧壁水平突出的凸缘，优选地通过焊接，并且还例如通过超声或粘接，优选在胶囊体填充有饮料底物之前。 优选地，为此目的，过滤器元件的外边缘也被设计成置于单胶囊的颈部边缘上的凸缘。过滤器元件的直径最好是相同或较小的，优选明显比颈部边缘的外径稍小。在本实施例中，优选的是，如，通过粘接或焊接，盖膜被附接到过滤器元件，特别是与其边缘区域附接。盖膜与过滤器元件的附接可在过滤器元件附接到单胶囊时同时或交错发生，其中优选地过滤器元件首先附接到单胶囊，然后盖膜被固定到过滤器元件。本领域的技术人尤其吃惊并且想不到的是，该实施例可气密密封。
关于本发明的该实施例进行的陈述相同地或相互地适用于本发明的其它实施例。
优选地，过滤器元件被设计为与距离胶囊底部分隔开，也就是，至少将液体应用到底物之前，过滤器元件不接触胶囊底部。尤其优选地，过滤器元件从不接触胶囊底部。这个实施例具有这样的优点，即该过滤器元件不能在单胶囊的穿刺过程损坏。
优选地，过滤器元件的侧壁基本上是圆柱形或截头圆锥形的，并且包括例如大体上平坦的、椭圆形或半球状的底部。优选地，特别是侧壁具有Z字型或波浪状。侧壁被设计成锯齿形或波浪形。优选的是，在液体注入到单胶囊之前，过滤器元件的侧壁不完全在单胶囊的侧壁上，尤其优选的是，液体的压力增加过滤器元件侧壁和单胶囊的侧壁之间的接触面积。由此优选提高过滤器元件的底部。
胶囊体优选形成的截头圆锥形或圆柱形，并且例如由塑料、天然物质和/或可生物降解的原料和/或金属原料制成，由热塑塑料箔制成，或使用塑料注塑成型工艺制成。用于制成该胶囊体的材料可以是多层的。优选或根据本发明，胶囊体包括填充侧上的颈部边缘，盖膜可被直接或间接地密封或胶合在其上。或者，可以想象该胶囊体和胶囊盖通过机械过程结合。单胶囊的底部最好是闭合的，优选通过穿孔装置首先在冲泡室中穿孔，穿孔装置从外部作用到单胶囊底部，以用 于产生排放开口。或者，也可以想象在生产的位置中，单胶囊的底部已经有排放口，其优选通过密封膜密封。然后，密封膜可以例如通过穿孔装置穿孔或者手动从胶囊底部移除。过滤器元件优选抗断裂。密封膜优选塑料膜，其包括至少屏蔽层，例如金属层，尤其是铝层或氧化铝层。或者，为了将制备的饮料的香气物质，带有屏蔽层的纯塑料膜可被用作密封膜。塑料膜优选在其面向胶囊的一侧包括“剥离层”，以方便相对容易地从胶囊底部除去塑料膜。
排放口优选大到可以容纳穿孔装置(如可适用的)而不接触。更优选地，排放口大到在成品饮料的排出过程中不会发生压力从成品饮料明显损失，并且不引起明显的湍流，这均可导致气体进入到饮料中并引起泡沫形成。
或者，在穿孔发生后，胶囊底部材料置于穿孔装置之上。成品饮料在穿孔装置和胶囊中的材料之间流动。从而，受控制的压力和/或预期的压力损失可产生咖啡情况下的“咖啡脂”。
根据本发明的进一步优选的实施例，过滤器元件被弹性地设计。当胶囊底部通过外部穿孔装置穿孔时，由于其弹性，过滤器元件能够在与穿孔接触时屈服或伸展。因此，过滤器元件将被穿孔装置被穿孔的风险和未过滤的饮料物质将从胶囊的未过滤部分流出的风险被消除。
过滤器元件与胶囊底部之间的固定间隙是优选的。
根据本发明的进一步优选的实施例，过滤器元件通过穿孔装置张紧、穿刺和/或穿透。
根据本发明的另一实施例或优选实施例，过滤器元件被固定到胶囊体或者颈部边缘上，从而过滤器元件特别地通过密封或粘合来附着。有利地，从而防止过滤器元件在单胶囊中打滑。此外，还防止液体无意中流到过滤器元件周围。此附着优选通过超声焊接实现。
根据本发明所的进一步优选实施例，胶囊底部包含在填充侧的相 反方向上的凹陷。有利的是，凹陷用于容纳穿孔装置，使得在插入穿孔装置时对胶囊底部的凹陷的区域进行穿孔，随后穿孔装置保持在凹陷的空腔中。从而，避免过滤器元件的穿孔。特别地在本实施例中，不需要通过穿孔装置来提升过滤器元件。
根据被本发明所使用的进一步优选实施例，该过滤器元件被设计成使得通过外部穿孔装置穿孔胶囊底部时，过滤器元件离开胶囊底部至少部分上升。这样，有效地防止过滤器元件通过穿孔装置被穿孔。
根据本发明的进一步实施例，胶囊底部具有预定断裂点，并旨在由于与外部穿孔装置的机械接触而撕开，其中，预定的断裂点优选布置在围绕该胶囊底部的中心点的多个辐射状断裂线。胶囊底部优选沿着断裂线设有降低的材料强度和/或沿着断裂线被穿孔。有利的是，当实现预定的断裂点时实现胶囊底部的穿孔。进一步有利的，因为不尖锐的穿孔尖端可用于穿刺胶囊底部，进一步降低了在提升过滤器元件期间过滤器元件受到损坏的风险。在这种情况下，钝的穿孔装置足以来穿刺胶囊底部。
根据进一步实施例，胶囊底部具有设有永久的排放口，优选由膜密封，所述膜优选具有剥离片以手动剥离箔。有利的是，此处不要求通过外部穿孔装置来穿刺胶囊底部。在单胶囊被插入到冲泡室之中前，通过剥离片膜被容易地从胶囊底部移除，可以启动冲泡过程。预制的组合，因此与过滤器元件具有相对大的排放口，该过滤器元件由网状物、毛毡、针刺毡、泡沫或者海绵材料制成，其都具有在高压下饮料液体不会从排放口流出的优点，由此防止泡沫形成(“咖啡脂”)，特别是在生产咖啡或茶方面。
根据本发明的进一步优选实施例或者实施例是单胶囊中的过滤器元件设有过滤器区和接合区，从而接合区与过滤区域呈角度。
关于本发明的这一目的所进行的解释也一样适用于其它的目的，反之亦然。
根据本发明，过滤器元件设有过滤器区和接合区。在接合区内，过滤器元件与胶囊体或者胶囊底部结合，特别是通过密封来结合。成品饮料流经过滤器区。根据本发明，过滤器区和接合区之间呈角度。例如：过滤器元件的接合区围在胶囊体的锥形内表面，过滤器区与单胶囊的底部平行或者弯曲。
这个实施例特别适合用于制备茶。
优选地，纸材料或纸状材料用作过滤材料，优选地为至少部分地涂覆有合成材料以确保密封性。
根据本发明的进一步优选目的是单胶囊包括过滤器元件，其中过滤器元件具有以弯曲的方式设置的过滤器区。
关于本发明的这一目的所进行的解释也一样适用于其它的目的，反之亦然。
该过滤器区优选设置在与胶囊底部有一定的距离，特别是从胶囊底部到过滤器区的这个距离不能使过滤器区被一个可能的现有针刺到或者穿刺，和/或过滤器区接触胶囊底部中的排放口。
这个实施例特别适合用于制备茶。
优选纸材料或纸状材料用作过滤材料，优选地为至少部分地涂覆有合成材料以确保密封性。
本发明的另一个优选实施例是单胶囊包括过滤器元件，其中该过滤器元件在其接合区至少有一个皱褶。
关于本发明的这一目的所进行的解释也一样适用于其它的目的，反之亦然。
根据本发明的实施例，过滤器元件在区域中具有至少一个，优选多个皱褶，在该区域中，过滤器元件与胶囊体或者胶囊底部接合，优选通过密封接合。优选这些皱褶在形状和/或尺寸和/或沿着过滤器元件区彼此间的距离不同的。在密封的过程中，优选地，皱褶的重叠区域弧形互相结合。优选地，皱褶位于过滤器元件的接合区上。
优选地，皱褶是通过平的过滤器元件被插入到胶囊体中而产生的，在这个过程中没有塑性变形。在接合区的过滤器元件与胶囊体紧密贴合是可以不损坏过滤器元件而实现的，尽管有皱褶和结合的重叠产生。
这个实施例特别适合用于制备茶。
优选纸材料或纸状材料用作过滤材料，优选地为至少部分地涂覆有合成材料以确保密封性。
根据本发明的另一个优选实施例是单胶囊包括过滤器元件，其中过滤器元件在其接合区设有多层区域。
关于本发明的这一目的所进行的解释也一样适用于其它的目的，反之亦然。
根据本发明的这一目的，过滤器元件在其接合区(即，在这个区域，过滤器元件与胶囊体或者胶囊底部优选通过密封接合)设有至少一个，但优选有众多的多层区域。优选多层区设有三层过滤材料。优选这些多层区在形状和/或尺寸不同和/或沿着过滤器元件的圆周彼此间的距离不规则。在密封的过程中，优选多层区域的层是彼此结合的。
优选的多层区是通过平坦的过滤器元件被插入到胶囊体中而产生的，在这个过程中没有塑性变形。在接合区的过滤器元件与胶囊体紧密贴合是可以不损坏过滤器元件而实现的，尽管有皱褶和结合的重叠产生。
这个实施例特别适合用于制备茶。
优选纸材料或纸状材料用作过滤材料，优选地为至少部分地涂覆有合成材料以确保密封性。
优选过滤器元件包括纸材料。
本发明的另一个目的是单胶囊包括过滤器元件，该过滤器元件设有多边形外围，最好是六边形。
优选过滤器元件被密封到胶囊底部，使得密封线更优选呈圆形方 式。优选的圆环的平均直径为22–25mm。
本发明的进一步目的是单胶囊制造的过程，该单胶囊具有由非纺织纤维材料制成的过滤器元件，过滤器元件由平坦材料塑性形成，优选由材料片材、片材或板等，特别是通过深拉而形成。
本发明的目的的公开同样适用于本发明的所有其它目的，反之亦然。
在成型前或者后，优选过滤器元件被切断或冲切，更优选通过刀片被插入到胶囊内，且优选与胶囊底部分隔开，附接到颈部边缘胶囊体或颈部边缘，然后将饮料或者可食用底物被填充到单胶囊并且然后用盖膜密封单胶囊。
尤其优选盖膜被附着到过滤器元件上。这发生在饮料或者可食用底物被填充到单胶囊内之后。
优选切取的过滤器元件被移动到的位置与切它的刀片或尤其是空心刀至少有一定距离的。优选切取的过滤器元件通过超声波焊接所需要的超声探头来移动和/或压靠在胶囊上，特别是它的侧壁或颈部边缘。
本发明的进一步目的是单胶囊制造的过程，该单胶囊具有由非纺织纤维材料组成的过滤器元件，该过滤器元件有平坦过滤器元件，该平坦过滤器元件通过冲压被插入到单胶囊中，从而成型，然后与胶囊体结合，尤其是通过密封。
本发明的目的的公开同样适用于本发明的所有其它目的，反之亦然。
根据本发明的这个过程，例如：圆盘状过滤器元件被冲压成胶囊体。在这个过程中，该过滤器元件以下列方式变形，过滤器元件的一部分与过滤器体接触。优选过滤器元件完全被按进单胶囊，但只能是过滤器元件和胶囊底部之间保持间隙的程度。在过滤器元件被按进容器中后，其与胶囊体或者颈部边缘结合，优选通过密封结合。优选在 密封之前，过滤器元件被释放。更优选压力在区域中被释放，这个区域稍后将会是过滤器区。从而例如可能通过在这个区域进行冲压，减少压力而实现。
本发明的进一步目的是使用单胶囊来生产饮料，优选生产咖啡、可可、茶和/或乳饮料，或可食用品，特别是汤。
关于本发明的这一目的所进行的解释也一样适用于其它的目的，反之亦然。
附图说明
本发明的实施例的实例在图中有举例说明，并在下面的说明中有详细地描述。图仅作为示例，并不限制本发明的一般范围。说明同样适用于本发明的所有目的。
图1根据本发明的第一实施例，描述了单胶囊的纵向切面，其为浓咖啡的制备做准备。
图2根据本发明的第一实施例，描述了位于闭合的冲泡室的单胶囊的纵向切面。
图3根据本发明的第二实施例，描述了位于闭合的冲泡室的单胶囊的纵向切面。
图4a、4b根据本发明的第三实施例，描述了单胶囊的示意性剖视图。
图5a、5b根据本发明的第四实施例，描述了单胶囊的示意性剖视图。
图6a、6b根据本发明的第七实施例，描述了单胶囊的胶囊底部的示意性平面视图。
图7根据本发明的第八实施例，描述了单胶囊的剖视图。
图8a-c描述了过滤器元件的不同实施例，其包括毛毡，特别是针刺毡。
图9a、b描述了深拉过滤器元件的实施例。
图10描述了深拉过滤器元件的另一实施例。
图11根据本发明，描述了过滤器元件的另一实施例。
相同的部件在所有附图中提供相同的附图标记，因而通常只会被命名或者曾经提到。
具体实施方式
图1描述了根据本发明的单胶囊1的第一实施例。单胶囊1包括带有闭合的底部3的截头圆锥形的胶囊体2以及在其填充侧4上布置的颈部边缘5，盖膜6被焊接或胶合其上。优选在胶囊底部3和盖膜6之间形成空气和香气密闭的闭合空腔100，空腔用粉末和粒状饮料物质101填充。饮料物质101可能含有例如咖啡、可可、茶和/或奶粉(或颗粒)。由非纺织纤维材料组成的过滤器元件7设置在胶囊底部3的内侧3a上，即在空腔100内。过滤器元件被深拉，即，不平坦。过滤器元件7松散地位于胶囊体底部3的内侧3a上，或者是固定的，即粘性地结合到胶囊底部3的内侧3a上。在第二个替代方案中，过滤器元件7仅尤其在胶囊底部3的边缘区域3'粘性地附着到胶囊底部3。过滤器元件优选包括细聚酯纤维。纤维优选通过热辊子(平压机)彼此热压光，例如许多挤出的聚酯纤维被布置在彼此之上并彼此相邻然后结合。网状物材料包括随机纤维和/或基于纤维的非纺织织物。网状物优选每平方米含有40至100克质量分布(也称为基重或表面积)，更优选的是每平方米含60至80克质量分布，最优选为基本上每平方米70克质量分布。过滤器元件或网状物的厚度优选在0.20-0.8毫米之间，更加优选0.25-和0.39毫米之间，最优选基本上0.32毫米。网状物被形成为使得在100帕斯卡下的其空气渗透率优选在1000-3000l/(m2s)之间，尤其优选的在1500-2500l/(m2s)之间，最优选的基本上为2000l/(m2s)。此外，网状物被构造为使得最大拉伸力在纵向方向上是每5厘米67牛顿，在横向方向是每5厘米110牛顿，此处的最大力在纵向方向上基本上是30％，在横向方向上是 38％。
图2根据图1所描述的本发明的第一实施例描述了单胶囊1，图2中的单胶囊1被放置在闭合的冲泡室8中。冲泡室8含有第一冲泡室元件9以及第二冲泡室元件10，其中第一冲泡室元件9用于一个单胶囊相对于第二冲泡室元件10可移动地插入，反之亦然。密封部11被置于两个冲泡室元件9、10之间。第一冲泡室元件9基本上含有夹具12、制备液体入口14以及密封部11，该夹具带有穿孔元件13a和13b以用来打开单胶囊1上的盖膜6。第二冲泡室元件10基本上含有冲泡室包夹15，在冲泡室包夹15的底部有冲泡针16，部分围绕在单胶囊1周围，设有排放槽17和饮料出口18。用于容纳单胶囊1，冲泡室8可以是未示出的开启状态，在这个状态下，第一和第二冲泡室元件9和10彼此分隔开以允许单胶囊1的插入，并且图示的关闭状态中，使用单胶囊1来生产饮料的制备过程是可能的。在关闭状态下，冲泡室8是耐压密闭的。在冲泡室8从打开状态到图示的关闭状态转移的过程中，盖膜6被穿孔元件13a和13b穿孔，这样在压力下，制备液体，特别是热冲泡水通过制备液体供应部14到达单胶囊1的空腔100。此外，闭合的冲泡室8引起胶囊底部3通过由冲泡针16来形成的穿孔工具来穿孔，因此形成单胶囊1中的排放口107，通过其所产生的饮料液体可能从单胶囊1中流向饮料出口18。冲泡针16的外表面上设有排放槽17以方便饮料液体的排出。在图示的例子中，单胶囊1的底部3位于冲泡室9和10中，通过第二冲泡室元件的冲泡针16穿孔，而过滤器元件7位于穿孔的上方，被冲泡针16的穿孔尖端19微微抬起，然而，没有穿透。特别的是，这是通过中心区7'来实现的，没有一体地结合到胶囊底部3，反而，过滤器元件7是在胶囊底部3的边缘区域3'与胶囊底部一体地结合，这样，随着与冲泡针16的尖端的机械接触，过滤器元件从胶囊底部3升起，因此，仍然没有穿孔(即，它不会通过冲泡针16来穿孔)。可替代地 或另外地过滤器元件是以这样的方式通过深拉形成的，在穿孔的时候，胶囊底部引起过滤器元件的抬起。在胶囊底部3的边缘区域3'或者过滤器元件7的边缘区域7'中，胶囊底部3和过滤器元件7保持接触，尤其是彼此互锁，这样没有饮料物质101穿过围绕滤器元件7周并且通过饮料出口18。胶囊底部3具有其中心点106，该处胶囊底部3被冲泡针16穿孔，可选地具有预定断裂点104，这样相对钝的冲泡针16足以完成胶囊底部3的穿孔，所以过滤器元件7无意被冲泡针16穿孔的风险被消除。
在图3中，说明根据本发明的第二实施例的单胶囊1，第二实施例基本上类似于第一实施例。单胶囊1同样显示为在封闭的冲泡室8所示。然而，与第一实施例相比，在冲泡针16穿孔时单胶囊3具有凸起21，其在冲泡室底部3a中指向凹部20(因此凸起21设置在填充侧4的相对方向上)，其中冲泡针16可以穿刺，而不会穿透过滤器元件7。过滤器元件7从胶囊底部3的上升也不是特别必要。用于生产饮料，在单胶囊1插入冲泡室8之后，冲泡室8再一次闭合。在盖膜6的闭合过程中，胶囊1的部分被穿孔元件13a、13b穿孔，在成功后合并并密封第一和第二密封室元件9、10(通过密封垫11)，冲泡水通过液体入口6注入。同样，在冲泡室的闭合操作过程中，冲泡针16穿刺胶囊1的底部3的开口。通过在厚度和对于冲泡针16的穿刺尖端19的穿透深度的调节，可以调节过滤器元件7的喷射上方的温度，从而过滤器元件不会被穿透。另外，过滤器元件7可位于胶囊底部3的凸起21上，该凸起21位于冲泡包夹底部23的凹部中，并且冲泡针16仅位于胶囊3的凸起21中并且底部不会达到过滤器元件7。此后，例如在咖啡的制备中，液体，例如热水流入胶囊1。在胶囊内，这种液体流经饮料底物101并且提取和/或溶解饮料生产所需的饮料底物101。液体流经饮料底部101由参考数字22描述。后来产生的饮料流经过滤器元件7的胶囊底部3的饮料底部101，这样 防止了饮料底物101的组分以颗粒形式进入产生的饮料中，冲泡针16穿刺胶囊底部3，并且饮料流经排出槽17进入例如杯子或者罐的容器中。
图4a和4b显示根据本发明的第三实施例的单胶囊1的示意性截面图视图。在本实施例中，过滤器元件优选地由非纺织纤维材料和更优选通过深拉而形成，即过滤器元件的最初的平坦纤维材料被提供为三维形式。在其边缘区域7'，根据本实施例，过滤器元件与胶囊体的颈部边缘5附着。这种附着能够通过例如密封或粘接完成。通过过滤器元件7固定到胶囊体的颈部边缘，在过滤器元件的中心区7”和底部3之间存在自由空间，在所述自由空间中，冲泡针16能够穿透单胶囊，而不会穿刺过滤器元件。在任何情况下，过滤器元件的中心区7”由于冲泡针的弹性而发生变形。优选地，单胶囊由盖膜6闭合，盖膜6优选地附着到过滤器元件的边缘区域，例如通过密封或者粘接。
在图5a和5b中，显示根据本发明的第四实施例的单胶囊1，其中，参考第三实施例(比较图4a、b)。在本实施例中，过滤器的边缘区域7'附着到胶囊体的侧壁，例如，通过密封或者粘接。在本实施例中，盖膜6直接附着到胶囊体的颈部边缘。另外，参考图4a、b的说明。在本实施例中，过滤器元件优选地被深拉。
在图6a和6b中，显示了根据了第六实施例的单胶囊1的胶囊底部3。其中，参考先前的每一个实施例。在图6中单胶囊6从“底部”显示。在该视图中，能够看到可选择的断裂点104，这里包括以星形径向设置在胶囊底部3的中心点106周围的三条断裂线105。沿着断裂线105，胶囊底部3具有减小的材料强度并且/或者胶囊底部3被预穿孔，以便更容易地在冲泡室8中穿孔。从而，即使利用预穿孔的胶囊底部3，饮料底物101能够被长时间地保存，胶囊底部3优选地由可以手动移除的穿孔膜或者箔来密封。膜108例如粘结到胶囊底部3的外侧，并且具有拉片109，该拉片109部粘结到胶囊底部3，并且 利用该拉片，可以手动地移除膜108。图6b以示例的方式描述了本实施例中的以胶囊底部3中的穿孔的形式的断裂线105和膜108。
在图7中，显示了根据本发明的第八实施例的单胶囊1的剖面图。第八实施例基本上与图1所示的第一实施例相同，但是可以与所述的任意其他实施例结合。第八实施例的单胶囊1在胶囊底部3中设置有永久排放口107，该排放口107在初始位置上由膜108密封。因而单胶囊1不具有预定的断裂电。膜108同样具有可以手动移除膜108的拉片109。在设计中，没有利用外部穿孔装置对胶囊底部3进行穿孔。而，一旦单胶囊1插入冲泡室8，利用拉片109可以容易地移除膜108，并且然后可以直接地启动冲泡过程，而不需要穿刺胶囊底部3。
图8a-8c显示具有毡质结构7.1的过滤器元件7，特别是针状毡质构造。过滤器元件7优选地具有载体结构7.2，例如织物结构。在面向咖啡粉或者茶的整个表面上的织物结构7.2上和/或中，存在例如通过针状毡质与织物连接的毡质结构7.1，如图8a所示。
图8b的实施例具有两个毡质结构7.1和7.3，其分别设置在载体结构上和/或中。两种结构优选地延伸跨过过滤器元件的整个横截面，即，跨过在过滤器元件的整个圆形表面。毡质结构7.1和7.3可以具有相同或者不同的厚度。优选地，毡质结构7.1比7.3更薄一点，或者反之亦然。基于厚度，载物层布置在过滤器元件的中心。毡质结构7.1和7.3可能由相同或者是不同的材料组成。这不仅影响其组成的材料，也影响包括组成毡质结构的线的直径或者长度。在两个结构7.1和7.3之间，载体结构7.2设置成没有或者只有一点毡质结构。这样可以更好的让液体交错流过。
图8c显示具有毡质结构的过滤器元件的另一实施例。在这种情况下，如图所示，具有毡质结构的两个过滤器元件7放置在彼此之上。过滤器元件7能够堆叠在彼此之上或者彼此连接。过滤器元件7也可能只是一个毡质结构，不配有载体结构。
所有毡质结构的过滤器元件都有以下优点，具有很小的压力损耗，或者沿着过滤器元件具有较小梯度的压降。因此，可以通过此方法制作无奶泡咖啡，和无泡沫茶。毡质结构的过滤器元件更适合直接放入胶囊中。优选地，毡质结构的过滤器元件的直径比胶囊底部的直径更大，因而过滤器抵靠胶囊的壁而按压边缘。
优选地，毡质结构的过滤器元件组件完全由PET组成。
本领域的技术人员认识到过滤器元件7不仅仅限于这里所述的形式，而是可以采用任何形状，特别是3D形状。特别地，根据图8a-8c的过滤器元件还能够被深拉。
在图9a和9b中，显示深拉的过滤器元件。在本实施例中，其具有圆锥形侧壁和能够与单胶囊体的颈部边缘5连接的在其边缘区域7'的凸缘形套环。单胶囊的盖膜6能够被粘附到边缘区域7'。在本实施例中，以通道形式的凹部103'雕刻在过滤器元件的侧壁中。在制备饮料时，过滤器元件在单胶囊的侧壁的方向上被按压并且至少部分地接触侧壁，或者过滤器元件的侧壁的至少部分从胶囊体的侧壁的开始处放置。单胶囊的侧壁和凹部103'包括通道，完成的饮料可以从这个通道流出。本领域的技术人员发现，这个凹部在整个过滤器元件的侧壁延伸，且优选地彼此之间的距离相等。这样可以产生波浪形和皱褶的103'。特别如图9b所示，通道103'可呈三角形或部分环形的横截面。
图10同样显示了深拉的过滤器元件的实施例。通常，可以参考根据图9的实施例，其中在本实施例中底部被设计为球形底部，并侧壁是圆锥形，其中优选地侧壁的锥度有所改变，朝过滤器元件的开口变大。如果必要，侧壁可能具有凹部103'。
图11显示根据本发明的另一实施例的侧视图和平面视图。再一次，单胶囊1包括具有闭合的胶囊底部3的除去顶部的圆锥胶囊体2和在填充侧4上的颈部边缘5，盖膜6焊接或者粘接到填充侧4。胶囊底部 具有相对较大的开口，特别是环形开口，其例如利用可剥离膜闭合。在单胶囊的内部中，存在过滤器元件7，其具有连接区域27和过滤区域28。在连接区域27内部，过滤器元件与胶囊体2相连接，通过特殊密封，也就是在热量和/或压力的影响下。完成的饮料流经过滤区域。可以清楚地看到，在胶囊底部与过滤器元件之间设置空隙，最好是尺寸较大，足以避免在压力和液体的影响之下过滤器元件与胶囊底部相接触。还有，空间较大，因而冲泡室(例如，图4b、5b)中的可能的开口针不碰触过滤器元件。在本实施例中，过滤区是弯曲的，由半径r表示。本领域的技术人员理解到弯曲区域没必要将其为圆弧。优选地，过滤器元件包括原材料，这些原材料主要是纸和纸类物质。材料或至少部分材料由可密封人工材料涂覆而成，因而过滤器元件可以通过密封的方式与胶囊体相连接。单胶囊优选被制造为使得所述过滤器元件是平坦的，例如圆形的圆盘，其可以通过冲头按压进入单胶囊，直到过滤器元件7的连接区域27位于胶囊体上。然而，过滤器元件被压入单胶囊不仅仅是实现过滤器元件和胶囊底部之间存在空隙。之后，过滤器元件在热量和压力的作用下例如通过加热的冲头密封到胶囊体。在密封之前，过滤器元件的过滤区域28中的负载最好被释放掉。这可以实现，例如使得冲头具有两部分，冲头的较小部分被在冲头的移动相反的方向上向上拉。从而可以移除过滤区域28上的负载，而不减少连接区上的压力。
图11的下部分显示在过滤器元件联接到胶囊体之后的根据本发明的单胶囊。可以清晰看到，在连接区域27中，存在多个皱褶24和/或多层区域25，其中，皱褶24或者多层区域25优选地在形状和/或尺寸上不同，并且优选地，彼此的间隔不同，其中，它们的形状是三角形。另外，可以看出，皱褶24和多层区域25分别与连接区域相接触，并且皱褶通过密封的方式与彼此相接触。
附图标记说明
1 单胶囊
2 胶囊体
3 胶囊底部
3a 胶囊底部内侧
3' 胶囊底部的边缘区域
4 填充侧
5 颈部边缘
6 盖、盖膜
7 过滤器元件
7' 过滤器元件的边缘区域
7” 过滤器元件的中心区域
7.1 毡质结构、针状毡质结构
7.2 载体结构
7.3 毡质结构、针状毡质结构
8 冲泡室
9 第一冲泡室元件
10 第二冲泡室元件
11 密封部
12 闭合活塞
13a 穿刺元件
13b 穿刺元件
14 制备液入口
15 包夹
16 穿孔装置/冲泡针
17 出口槽
18 出口
19 穿刺装置
20 凹部
21 凹部/凸起
22 制备液流
23 包夹底部
24 皱褶
25 多层区域
27 连接区域
28 过滤区域
100 空腔
101 饮料底物
102 侧壁区域
103’ 凹部、波浪形与皱褶区域
104 目标断裂点
105 断裂线
106 孔、输出孔
107 缺口，导流口
108 箔
109 拉片
r 过滤器元件表面弯曲率

Claims (39)

1.一种用于制备饮料的单胶囊(1)，其包括胶囊体(2)，所述胶囊体(2)具有胶囊底部(3)和盖膜(6)，其中在所述胶囊底部(3)和所述盖膜(6)之间，空腔(100)用于容纳形成在所述空腔中的粉状或者液体饮料底物(101)，并且其中，设置过滤器元件(7)，所述过滤器元件(7)由非纺织纤维材料制成，其特征在于，所述纤维材料塑性地深拉形成，
其中，过滤器元件在其连接区域中具有至少一个皱褶(24)。
2.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，与所述胶囊底部(3)隔开的所述过滤器元件被连接到所述胶囊体(2)。
3.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件与所述胶囊底部(3)隔开并且被连接到颈部边缘(5)。
4.根据前述任一项权利要求所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件包括过滤区域(28)和连接区域(27)，并且所述连接区域被设置与所述过滤区域呈一定角度。
5.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件包括弯曲的过滤区域(28)。
6.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件在其连接区域中具有至少一个多层区域(25)。
7.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件是多边形。
8.根据权利要求7所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件是六角形。
9.根据权利要求4所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件在连接区域中包括多个皱褶(24)，所述多个皱褶(24)是不规则的。
10.根据权利要求9所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件在连接区域中包括多个多层区域(25)。
11.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件的组分是纸张。
12.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤元件是毡质结构。
13.根据权利要求11所述的单胶囊(1)，其特征在于，非纺织纤维材料为网状物，所述网状物包括由聚酯细纤维组成的无纺织物，所述网状物具有每平方米40到100克的质量密度，和/或非纺织纤维材料的厚度在0.2到0.8毫米之间，更优选地和/或网状物透气性在100帕的压力下是1000到3000l/(m2s)之间。
14.根据权利要求13所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述网状物具有60到80克每平方米的质量密度。
15.根据权利要求13所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述网状物的质量密度为大概70克每平方米。
16.根据权利要求13所述的单胶囊(1)，其特征在于，非纺织纤维材料的厚度在0.25到0.39毫米之间。
17.根据权利要求13所述的单胶囊(1)，其特征在于，非纺织纤维材料的厚度为大概0.32毫米。
18.根据权利要求13所述的单胶囊(1)，其特征在于，网状物透气性在100帕的压力下在1500到2500l/(m2s)之间。
19.根据权利要求13所述的单胶囊(1)，其特征在于，网状物透气性在100帕的压力下为大概2000l/(m2s)。
20.根据权利要求13所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件(7)具有两个毡质结构(7.1，7.3)，是针状毡质结构，所述两个毡质结构被所述过滤器元件(7)的载体结构(7.2)隔开。
21.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件(7)是弹性的。
22.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，在所述胶囊体(2)或者在颈部边缘(5)上的过滤器元件(7)通过超声波密封被密封到胶囊。
23.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，盖膜(6)被密封到所述过滤器元件(7)上。
24.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件(7)的直径大于所述胶囊底部(3)的直径。
25.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件(7)具有边缘区域(7′)，所述边缘区域基本上在填充侧(4)的方向上突出，和/或在所述填充侧(4)的方向上弯曲。
26.根据权利要求25所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述边缘区域(7′)沿着所述胶囊体(2)的侧壁区域(102)至少部分延伸，其中所述侧壁区域在所述填充侧(4)和所述胶囊底部(3)之间延伸。
27.根据前述权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述胶囊底部(3)在填充侧(4)的方向上具有凹部(21)。
28.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述胶囊底部(3)形成为使得在通过外部穿孔装置(16)对所述胶囊底部(3)穿孔时，所述过滤器元件(7)保持不穿孔。
29.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件(7)具有皱褶的区域(103′)，其用作流体通道。
30.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述胶囊底部(3)具有预定断裂点(104)，所述预定断裂点(104)用于在与外部穿孔装置(16)的机械接触下发生断裂。
31.根据权利要求30所述的的单胶囊(1)，其特征在于，所述预定断裂点(104)形成多个断裂线(105)，所述断裂线从所述胶囊底部(3)的中心点(106)呈辐射状，其中所述胶囊底部(3)具有减小的厚度和/或被穿孔。
32.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述胶囊底部(3)具有由膜(108)密封的开口(107)，其中，所述膜(108)具有用于手动移除所述膜的拉带(109)。
33.根据权利要求1所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述过滤器元件被密封到所述胶囊底部，其中，密封线为圆形环。
34.根据权利要求33所述的单胶囊(1)，其特征在于，所述圆形环的平均直径为22-25mm。
35.一种制造具有由胶囊体和非纺织纤维材料制成的过滤器元件的单胶囊的方法，其中，所述过滤器元件被连接到胶囊体，然后由食物基质填充，胶囊体用盖箔封闭，其特征在于，所述过滤器元件(7)塑性地深拉形成，其中，利用冲头将平的过滤器元件插入到单胶囊中，从而模制，然后通过密封连接到胶囊体。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述过滤器元件被切割并且通过刀具引导到所述胶囊中，与所述胶囊底部隔开并且被连接到胶囊体或者颈部边缘，然后所述单胶囊由粉末填充并且所述胶囊然后由盖膜密封。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，盖膜被固定到过滤器元件。
38.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在密封之前，释放模制的过滤器元件。
39.根据权利要求1-34中任一项所述的单胶囊(1)的用途，其用于生成饮料，包括制备咖啡、可可、茶和/或牛奶类饮料。
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