CN104583098B - 用于食品制备机器中的胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于容纳食品配料的胶囊(11)，所述胶囊适于功能性地插入食品制备机器(1)的腔体中，其特征在于，所述胶囊(11)包括能在所述胶囊插入机器的腔体内时和/或在所述腔体关闭时变形的至少一个弹性部分(17,19,20,21,22,23,25,26,27,29,31,33,34,35,38)，并且至少一个机器操作数据根据所述弹性部分的弹性变形特性而变化。

Description

用于食品制备机器中的胶囊

技术领域

本发明涉及一种用于食品制备机器中、例如液态食品制备机器中的配料胶囊。

背景技术

饮料制备机器在食品科学和消费品领域是众所周知的。这类机器允许用户在家中制备给定类型的饮料，例如咖啡饮料，如浓缩咖啡或冲煮式咖啡。

如今，大部分用于家用饮料制备的饮料制备机器包括由一机器构成的系统，该机器可容纳用于饮料制备的分成份的配料。这样的分份配料可以是软的荚状容器或易理包，或包袋，但是越来越多的系统使用半刚性或刚性的分份配料诸如刚性易理包或胶囊。在下文中，本发明的饮料机将认为是使用刚性或半刚性胶囊的饮料制备机器。

机器包括用于容纳所述胶囊的容座(容器，receptacle)或腔体和用于在压力下将流体(优选水)注入所述胶囊中的流体注入系统。对于根据本发明的咖啡饮料的制备而言，在压力下注入胶囊的水优选是热的，即处于高于70℃的温度。然而，在一些特殊的情况下，也可以处于环境温度，或甚至冷冻温度。在对胶囊内容物的提取和/或溶解期间，胶囊腔室内的压力通常对于溶解产品而言为约1巴至约8巴，对于提取烘焙和研磨咖啡而言为约2至约12巴。这种制备过程与饮料制备的所谓的“冲煮”过程(特别针对茶和咖啡)大有不同，其中冲煮需要用流体(例如热水)浸泡配料很长的时间，然而饮料制备过程允许用户在几秒钟内制备饮料，例如咖啡。

在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的内容物的原理是已知的，该原理通常包括将胶囊插入到机器的容座或腔体中，通常在使用刺穿注入件诸如安装在机器上的流体注入针刺穿胶囊表面之后，将一定量的加压水注入胶囊中，从而在胶囊内产生加压的环境，以提取该物质或溶解该物质，然后穿过胶囊释放提取物或溶解物。允许应用该原理的胶囊已经例如在申请人的欧洲专利EP 1472156 B1和EP 1784344 B1中有所描述。

允许应用这种原理的机器已经例如在专利CH 605 293和EP 242 556中有所描述。根据这些文献，机器包括用于胶囊的容座或腔体和以空心针形式制成的穿孔-注入件，穿孔-注入件在其远端区域包括一个或多个液体注入孔。该针具有双重作用，一方面，该针用于打开胶囊的顶部部分，另一方面，该针构成了水进入胶囊的入口通道。

机器还包括用于储存流体(在大多数情况下，该流体是水)的流体储槽，该流体用于在压力下溶解和/或浸泡和/或提取胶囊中所含的配料。机器包括诸如煮器或热交换器的加热元件，该加热装置能够将其中所使用的水加热至工作温度(传统地高达80-90℃的温度)。最后，机器包括用于使水(可选择地通过加热元件)从储槽流通至胶囊的泵元件。水在机器中流通的方式例如通过选择阀装置，如在申请人的欧洲专利申请EP 2162653 A1中所述类型的蠕动阀来选择。

当要制备的饮料是咖啡时，制备咖啡的一种引人关注的方式是向用户提供含有烘焙和研磨咖啡粉的胶囊，用注入胶囊中的热水来提取烘焙和研磨咖啡粉。

在许多情形中，该机器包括用于保持胶囊的胶囊保持器，所述胶囊设计成插入机器的对应腔体或容座中和从所述腔体或容座中移除。当胶囊保持器装有胶囊并以可工作/起作用的方式插入机器内时，机器的注水装置可以与胶囊流体连接以将水注入到该胶囊中用于食品制备，如上所述。胶囊保持器例如在申请人的欧洲专利EP 1967100 B1中有所描述。

已经开发了用于上述食品制备且尤其饮料制备应用的胶囊，在申请人的欧洲专利EP 1784344 B1或欧洲专利申请EP 2062831中描述了并要求保护该胶囊。

总之，该胶囊典型地包括：

-中空主体和注入壁，该注入壁是不透液体和空气的，并附接至主体且适于例如通过机器的注入针刺穿，

-容纳有待提取的烘焙和研磨咖啡层，或可溶配料或可溶配料的混合物的腔室，

-设置在胶囊底部的铝膜，该铝膜封闭胶囊，以保持腔室中的内部压力。

该铝膜设计成使用与胶囊成一体的或位于所述胶囊的外部、例如机器的胶囊保持器内的穿刺装置刺穿。

所述穿刺装置适用于在腔室内的内部压力达到某一预定值时刺穿铝膜形成分配孔。

此外，可选地，所述胶囊还包括配置成用于打断流体射流从而降低注入胶囊中的流体射流的速度并且以降低的速度横穿物质层分配流体的装置。

现有技术的胶囊特征在于具有注入壁或膜(称为顶膜)，该注入壁或膜将由饮料制备机器的作为流体系统的一部分的流体注入元件(例如针)刺穿。当流体被注入到胶囊隔室中时，逐渐形成压力，该压力用作如上所述的用于提取和/或溶解容纳在胶囊内的配料的提取手段。这种配料可例如为烘焙和研磨咖啡层。替换性地或与烘焙和研磨咖啡相结合，所述配料可包括可溶配料，例如饮料预混合物。

目前若干系统用于由机器进行的胶囊识别，但现存方案的主要缺点是识别系统的较高成本和/或适于这种识别的胶囊的复杂性和成本。此类识别系统包括但不限于：颜色辨识、条形码、位于胶囊表面处的突起、凹槽或其它人工制品的辨识、导电率、电阻率和通常已知用于借助电流或磁场来检测或识别胶囊的所有手段。

因此，本发明的目的是提供一种包括改进和简化的装置的胶囊，所述改进和简化的装置带有与用于从所述胶囊中制备出食品的至少一个制备参数对应的数据。

发明内容

上述目的通过一种用于容纳食品配料的胶囊来实现，所述胶囊适于功能性地(起作用地，可工作地，可操作地；functionally)插入食品制备机器的腔体中，其特征在于，所述胶囊包括能在所述胶囊插入机器的腔体内时和/或在所述腔体关闭时变形的至少一个弹性部分，并且至少一个机器操作数据根据该弹性部分的弹性变形特性而变化。

胶囊的“至少一个可变形的弹性部分”是指胶囊的至少一部分具有一定形状或由一定材料制成，使得该部分可在向其施加载荷时弹性地或塑性地机械变形。胶囊的至少一部分的该机械变形由所述机器在胶囊插入机器腔体内时和/或在机器腔体被关闭以功能性地封闭所述胶囊时施加在胶囊上的机械载荷引起。将在下面的详细说明中描述若干实施例。

“变形特性”是指每个物体——在本示例中为胶囊的可变形的弹性部分——的取决于其形状和制成它的材料的特定材料特性。可变形的材料特性定律规定了当在胶囊上施加使它从平衡位置移动的载荷时胶囊的可变形部分反推/回推的力为所述榫舌距离该平衡位置的距离的函数。换言之，根据材料类型、各物体的尺寸和几何形状以及所施加的力，可引起各种类型的变形。

“操作数据”是指与操作机器功能性地相关的任何数据，即，可由机器的电子设备使用的用以设定饮料制备参数的任何数据。更具体地，操作数据对应于饮料制备参数的设定值，例如，如果饮料制备参数为水温，则操作数据将为编程写入机器电子板/电路板中使得所述电子板促使热水器以一定的对应温度加热水的、对应于该水温的值。在本发明的食品或饮料制备机器的示例中，与前体配料混合以制得最终食品或饮料产品的水所用的温度通常在4℃至100℃的范围内、优选在12℃至85℃的范围内。作为更具体的示例，取决于待制备的饮料类型，市场上的大部分饮料制备机器使用两种不同温度。这种情况下，与水温对应的机器操作数据可具有值“热”或“冷”，这取决于冲煮哪一类型的饮料(这种值当然可作为数值编码在机器电子程序中)。

在本发明的第一实施例中，弹性部分包括一系列榫舌形的突起。

在本发明的第二实施例中，弹性部分包括螺旋弹簧部。

在本发明的第三实施例中，弹性部分包括胶囊侧壁的波纹管部分。

有利地，所述弹性部分可位于所述胶囊外表面的外周处，优选在所述胶囊的上部中。

在本发明的一个可能的替换方案中，胶囊的外部尺寸中的至少一个可大于腔体的对应内部尺寸，并且其中可变形的弹性部分定位成允许所述胶囊在所述腔体关闭以处于功能构型时弹性地压缩并配合在所述腔体内。

在本发明的第二可能的替换方案中，胶囊的外部尺寸中的至少一个可小于腔体的对应内部尺寸，并且其中可变形的弹性部分定位成允许所述胶囊在所述腔体关闭以处于功能构型时弹性地扩张并配合在所述腔体内。

在任何情况下，弹性部分优选可在0.1mm到20mm、优选在0.15mm到10mm、更优选在0.5mm与5mm的幅度内变形。

此外，弹性部分可有利地定向成使得它沿与所述胶囊的竖直轴线基本平行的轴线D变形。

优选地，弹性部分可通过在0.5N到50N之间、更优选在5N到45N之间、最优选在16N到22N之间的力的作用而变形。

在本发明的另一方面，本申请涉及一种食品制备系统，该食品制备系统包括：

-根据本发明且特别是如上所述的配料胶囊，和

-适于与所述胶囊功能性地协作的食品制备机器，所述机器包括腔体，该腔体用于接纳所述胶囊以使得可通过将流体从所述机器注入到所述胶囊中而在所述胶囊中制备食品，其特征在于，所述腔体包括压力感应部，该压力感应部适于与胶囊的可变形的弹性部分协作以将操作数据从所述胶囊传输到所述机器，所述数据根据所述弹性部分的弹性变形特性而变化。

在本发明的一个优选实施例中，压力感应部与所述机器的控制板关联，使得当胶囊的弹性部分将机械变形传递到所述压力感应部时，所述机器的感应部与所述胶囊的弹性部分之间的协作能够触发所述机器内的操作，所述操作识别为接通或切断所述机器，和/或设定下列清单内的食品制备参数，但不限于这些参数：待分配的食品的体积、温度和/或粘度、注入到胶囊内的流体的压力、和/或浸泡/混合时间。

在本发明的第一实施例中，所述压力感应部是与电气开关连接的压力传感器。

在本发明的第二替换性实施例中，所述压力感应部是机械开关。

在任何情况下，该食品优选为通过在0.5巴到30巴、优选在1巴到20巴、更优选在2巴到15巴之间的压力下注入待与封装在胶囊中的配料混合的流体而在胶囊内制得的液态或半液态产品。

作为本发明所包含的一般原理，施加至胶囊的可变形的弹性部分的变形遵守材料特性定律，使得由所述可变形的部分的变形所产生的力是所述变形的直接函数，而不论变形的类型(压缩、弯曲或扭曲)如何。在所有类型的变形中，材料特性定律规定了弹簧或榫舌或扭曲部分反推的力为离它的平衡长度的距离的函数，如下式：

F＝f(x)

其中

“x”为位移矢量——弹性部分从其平衡长度变形的距离和方向。

“f(x)”为弹簧施加的回复力的大小和方向。

螺旋弹簧和其它普通弹簧通常遵守胡克定律。存在不遵循该定律的有用的弹簧：基于梁弯曲的弹簧例如可产生随着位移而非线性地变化的力。

在本发明的示例下，假设胶囊的可变形的弹性部分是复杂的弹簧元件；该元件在变形时产生不一定与变形幅度线性相关的力。

“食品”是指任何类型的可食用的产品。这涵盖但不限于：具有或多或少的粘度的糊状、半液态、液态产品，例如液体饮料(例如茶、咖啡、基于巧克力的饮料、汤)、果泥、冰淇淋或冰糕、软冰淇淋、酸乳制品、婴儿营养品例如婴儿奶、基于谷类的制品。

在本发明的一个优选实施例中，所述食品是液态或半液态的，且特别是冷的、常温的或热的饮料。在以下说明中，将考虑根据本发明的胶囊供液体饮料制备机器使用的示例。

附图说明

本发明的附加的特征和优点将在下文参考附图给出的对当前优选实施例的说明中描述和显见，其中：

图1是适合与根据本发明的配料胶囊联用的食品/饮料制备机器的示意性透视图；

图2A和2B分别为插入到食品/饮料制备机器的打开和关闭容座中的根据本发明的胶囊的示意性透视图；

图3至9是根据本发明的胶囊的七个实施例的示意性透视图；

图10A和10B是根据本发明的胶囊的第八实施例的示意性透视图；

图11是根据本发明的胶囊的第九实施例的示意性透视图；

图12A和12B是根据本发明的胶囊的第十实施例的示意性透视图；

图13A和13B是根据本发明的胶囊的第十一实施例的示意性透视图；

图14A和14B是根据本发明的胶囊的第十二实施例的示意性透视图；

图15A至15C是根据本发明的胶囊的第十三实施例的示意性透视图；

图16A至16C分别示意性地且图形地表示了在线性压缩或伸展、弯曲和扭曲(即扭转)期间实心的弹性机械元件的弹性变形随施加至该元件上的力的演变；

图17示意性地且图形地表示了实心的弹性机械元件的弹性和塑性变形随施加至该元件上的力的演变(实线)，以及该弹性和塑形变形在所施加的力被释放时的恢复(虚线)。

具体实施方式

根据本发明的胶囊旨在供图1所示的饮料制备机器使用，从而形成饮料制备系统。

如图1所示，机器1包括机器主体2、可从机器主体2移除以重新注满的储水器3。主体2包括开/关按钮4。机器1还包括提取头5。该头5包括针对热水或冷水的水温选择器6、锁定杆7和供胶囊保持器9插入的开口8。机器1还包括用于使杯子保持在提取头下方的杯托10。

胶囊保持器9适于接纳胶囊11。胶囊保持器9的剖视图在图2A和2B中示出，其中配置有胶囊11，所述保持器9和胶囊11插入提取头的对应容座内。胶囊保持器9包括设计成用作胶囊11的容座的主体部分12，并且还包括手柄13。

胶囊11包括胶囊主体，该胶囊主体具有大体呈截头圆锥形的主体，胶囊主体在其底部由底壁封闭，该底壁与主体侧壁一体形成。底壁中央包括一孔，该孔用作分配孔，以使在胶囊中制备的饮料从所述胶囊流出并流入放置在该胶囊下方的杯子中。胶囊在靠近底壁处还包括被密封在胶囊中的可刺穿的铝膜，并包括用于在胶囊内的压力增加时刺穿所述铝膜的穿刺板。穿刺板定位在胶囊的铝膜和底壁之间。最后，胶囊在其顶部通过可刺穿的膜封闭。胶囊制作成使得能阻隔水分和氧气。

更具体地，图2A示出装载在胶囊保持器9内的胶囊11，胶囊11和胶囊保持器9两者在提取头5处于打开位置时插入该提取头中。在该打开位置，锁定杆7处于未锁定的朝上位置。提取头5包括带有针15的可动针板14，所述针适于刺穿胶囊的壁并且将处于压力下的水(或另一种流体)注入到胶囊内。处于压力下的水由机器的泵从储水器3泵送通过管道系统(未示出)和提取头5的流体连接器16。当提取头5处于打开位置时，针板和针15设置成离开胶囊保持器，所述针15远离胶囊，如图2A所示。

当用户如图2B所示向下致动锁定杆7时，针板14向下移动并且提取头5关闭。在该位置，针15刺穿胶囊的顶壁，并处于适于将处于压力下的水注入到其中的构型。

换言之，如可以理解的，该机器的提取头5包括具有与胶囊的外部体积和形状基本相似的体积和形状的胶囊容座。所述提取头的胶囊容座由胶囊保持器9和位于胶囊保持器上方的针板14限定。该针板可基本竖直地朝向和远离所述胶囊保持器移动，以分别关闭和打开胶囊容座。当针板被提起而离开胶囊保持器时，即，当提取头处于打开位置时，可通过像抽屉一样滑动该胶囊保持器来使其移入或移出提取头。图2B示出了由插入其中的装有胶囊的胶囊保持器和处于关闭(即，向下移动)位置的针板封闭的提取头。如图2B中显而易见的，在该关闭位置，胶囊的外部体积和形状与由胶囊保持器和针板限定的容座的体积和形状大致对应和匹配。

如上所述，本发明旨在提供一种简单、成本效益好和可靠的方式将数据集成到胶囊的结构中。该数据可对应于容纳在胶囊中的配料的类型，和/或它可对应于用于从胶囊制备食品或饮料的一个或若干参数。可通过胶囊与机器之间的交互来使用集成在胶囊机械结构中的数据，但并非一定如此。例如，这种数据可由机械读取装置40例如在工厂安装的压力传感器读取，以读取和控制在生产线上生产的胶囊的品质。

压力传感器28可在允许所述传感器在胶囊导入机器的胶囊容座中时或在所述胶囊容座关闭时感测胶囊的弹性和/或塑性变形的任何合适的位置处安装在所述机器内。例如，传感器28可如图2A和2B所示集成到针板14，且按如下进行工作：一旦胶囊被导入机器的胶囊保持器内，传感器28将能够感测在如图2B所示的机器的胶囊接纳腔体关闭且所述针板14与胶囊的可变形的弹性部分接触时胶囊的变形。在该位置，如图2B所示，胶囊的可变形的弹性部分(下文将给出此可变形的部分的若干替换性实施例)弹性地变形，这产生了在传感器28与胶囊接触并压在胶囊上时可由机器感测到的变形力。感测到的机械变形值由存储在机器电子芯片中的程序转换成机器操作数据，例如水温值或待从机器储器泵送通过胶囊的水的体积。

根据本发明的胶囊对于品质控制特别有利，因为它提供了一种廉价且可靠的用以读取和比较源于胶囊机械特性的数据的方式。通常，可以将多种配料封装在具有相同外观的胶囊中。根据本发明，可以使一个充填参数与胶囊的机械特性适配，例如以确保胶囊内足量地存在有一种特定类型的配料。在这种情况下，工厂生产线将配备有对每个胶囊称重的秤，和感测胶囊的弹性部分的弹性的压力传感器。这种方法可靠、快捷而且便宜。此外，在材料的弹性变形范围内对包含在胶囊结构中的数据进行检测，这保证了不损伤胶囊，同时证明了较大规模的可能的编码值。

替换性地，或除工厂品质控制外，本发明在将胶囊插入饮料制备机器内时也可以是有用的。通常，包含在所述胶囊的可变形的弹性部分中的数据可由集成在饮料制备机器中或替换性地集成在胶囊保持器中的压力传感器读取。该压力传感器实际上可集成在机器或胶囊保持器的任何部位，只要当所述胶囊功能性地插入机器和/或胶囊保持器内时所述传感器能与胶囊、特别与胶囊的可变形的弹性部分接触。

由于弹簧效应，胶囊向机器且更准确地向集成在所述机器中的压力传感器施加反作用力。

根据由压力传感器测得的反作用力，机器读取与容纳于胶囊中的配料有关的至少一个饮料制备数据和/或用以从所述配料制得饮料的参数。利用集成在机器内的计算机芯片来执行反压力测量值到数据的换算，所述计算机芯片将感测到的压力解译(interpret)为饮料制备参数代码，或任何其它类似的数据例如插入的胶囊的类型、或容纳于胶囊内的饮料配料的类型。

胶囊11的可变形的弹性部分可表现为多种形式、形状和尺寸，现在将参考附图更详细地描述其中的作为示例的一部分。

在图3所示的第一实施例中，胶囊11的可变形的弹性部分可表现为位于胶囊上边缘18的外周处的一系列波形突起17的形式。根据本发明的原理，在胶囊上边缘18的外周上的波形突起17的数量可根据携带数据所需的力(反压力)而变化。如图4所示，如果有需要的话，波形突起17的数量可相比于图3所示的胶囊中波形突起数量有所减小。

当根据该第一实施例的胶囊被置于胶囊保持器中并且功能性地插入饮料制备机器的对应凹部中时，波形突起17的顶表面突出到胶囊保持器的上表面的高度之上。胶囊因此比胶囊保持器高，使得当用户如上文参考图2B所述关闭机器头时，针板14的下表面与各突起17的末端部/顶部接触。当向下按压锁定杆7以完全关闭机器头时，针板14在波形突起17上施加压力，这引起所述突起17的弹性变形。该变形导致该突起在针板上机械地施加反作用力。所述针板包括压力传感器(图中未示出)，该压力传感器感测由变形的突起17施加的反作用力。所产生的反作用力根据突起17的机械特性、更具体地根据它们的构成材料、它们的形状、特别是它们的厚度和它们的曲率而变化。而且它还根据突起的数量而变化，该数量可如上所述变化。较多数量的突起将在由所述突起的变形产生的弹簧效应中提供较高的能量，也就是说较大的反作用力。

在图5所示的第二实施例中，胶囊11的可变形的弹性部分包括多个榫舌19。榫舌的数目和宽度可以变化，并且例如，图6示出了一种胶囊，其中榫舌比图5的实施例中所示的榫舌数量少但宽度宽。图5和6所示的榫舌从胶囊的上边缘18向外延伸，并以相对于水平面0-70度的角度向下定向。这种情况下，榫舌的末端在胶囊11如图2A所示插入胶囊保持器9中时搁靠在胶囊保持器9的顶表面上，使得当用户关闭饮料机器提取头5时，向下移动的针板14与胶囊的上边缘18接触并在机器头5的关闭移动期间向下按压胶囊，这引起榫舌19弹性地变形并且它们的末端向上移动以允许头5的关闭。当提取头关闭时，榫舌19被压紧在胶囊保持器9的上表面与针板14的下表面之间，使得所述榫舌如例如在图2B中所示大致与胶囊上边缘18的其余部分定向在相同的平面内，即大致水平地定向。当提取头再次打开并且针板14向上移动时，榫舌19再次回移至如图5或6所示的向下定向，并使得整个胶囊从胶囊保持器9自动向上移动。如图2B所示，在该位置，胶囊的弹性部分——即榫舌19——变形并且该机械变形在机器提取头的元件上、特别在针板和集成在针板中的压力传感器上形成反作用力。该机械变形由传感器感测并由机器电子芯片转换成机器操作数据，例如待通过机器输送到胶囊中的水的体积、压力或温度设定参数值。榫舌19的机械变形可以是弹性的(即可逆的)或塑性的(即永久的)。此外，该传感器可被编程为在一特定时刻(例如在机器提取头完全关闭时)感测一变形力值，或替换性地，传感器28可被编程为在机器提取头正在被关闭时感测和存储胶囊的多个变形力值。在后一种情况下，机器可建立胶囊的变形分布图(profile)，其取决于用于制造胶囊的可变形的部分的材料(在本实施例中，用于制造榫舌19的材料)。当感测胶囊的机械变形分布而非单个变形力值时，可对机器编程以计算若干操作数据。换言之，胶囊内的设定参数的编码变得更加复杂并且多于一个信息被编码在胶囊结构内。例如，通过感测变形分布而非单个变形值，可以对待注入到胶囊内的水的水温、还有体积进行编码。可根据胶囊结构并且还根据应嵌入到每个胶囊结构中的不同的操作数据的多少来改变且适当地选择编程写入到机器的芯片中的具体算法。

例如，可以仅将一个操作数据编码在胶囊结构内，该操作数据例如为水温。如果仅需编码两种类型的温度(热或冷)，则将制造两种不同类型的胶囊，其各自具有不同类型的可变形的弹性部分。在本实施例中，第一类型的胶囊可具有如图5所示的小榫舌。小榫舌在由于提取头如图2B所示完全关闭而水平地变形时将产生例如为0.5N的变形力。该数值0.5N由集成在针板中的传感器感测，并且将通过适当的算法转换为操作数据，例如关于水温的值“热”，使得机器加热器将起动以产生待输送到胶囊的热水。在具有较大榫舌19(如图6所示)的胶囊插入机器内时，由传感器感测到的变形力将由于胶囊的可变形的弹性部分的不同的机械结构(即这种情况下更大的榫舌)而不同。例如，当提取头关闭时，随着榫舌越大，它们的机械阻力越大并且将产生的变形力也越大，例如1N。这种情况下，测得的变形力将由机器转换为关于待注入到胶囊中的水的水温的值“冷”。

替代水温，可将感测到的胶囊的弹性部分的弹性或塑性变形转换为其它机器操作数据。

此外，不仅胶囊的一部分例如榫舌19可以是可变形的，而且整个胶囊可以由可变形的材料制成。这种情况下，结果是相同的，并且嵌入在机器中的、用以在关闭期间和/或提取头关闭时与胶囊接触的传感器将能够感测到机械变形，使得机器程序可将该变形转换为机器操作数据(待注入到胶囊内的水的水温设定值或压力或体积)。

作为替换，榫舌19可如图7和8所示相对于水平面0-70度的角度向上定向。在此实施例中，榫舌19在机器提取头的关闭期间的变形移动与上文参照图5和6所述的变形移动相对/相反。更具体地，当针板14在提取头5关闭期间向下移动时，图7和8所示的榫舌的末端与针板14的下表面接触，针板14按压所述榫舌19并使其向下移动，直至所述头关闭。在提取头的关闭位置，榫舌同样地与胶囊上边缘18的其余部分大致定位在相同的平面内，即如图2B所示大致水平地定位。然后，在提取之后当用户再次打开提取头5时，针板14再次向上移动，这释放了榫舌。所述榫舌向上回移以恢复它们如图7或8所示的正常形状。

作为图5至8所示和上文描述的直榫舌的替换方案，胶囊可包括具有如图9所示的更复杂的形状的可变形的弹性榫舌。这种情况下，各榫舌19包括大致水平的第一下部20，该第一下部20将榫舌连结至胶囊的其余部分。该榫舌还包括向上地定向的第二中间部分21和与第一部分20一样基本水平的第三上部22。第三部分22在提取头5关闭时与针板14的下表面接触，而各榫舌19的第一下部20搁靠在胶囊保持器9的上表面上。当针板14由于提取头5正被关闭而向下移动时，各榫舌的中间部分21弹性变形以使上部22处于与第一部分20相同的平面上。当提取头关闭时，各榫舌被压平并且所述弹性变形使所述榫舌产生趋于分离针板和胶囊保持器的反作用力。该反作用力可由例如位于针板中的压力传感器测得。

在上文参考图3至9所述的第一和第二实施例中，胶囊的可变形的弹性部分使得胶囊的上部在胶囊插入胶囊保持器时从胶囊保持器突出。因此，压力传感器将适当地定位于针板中，从而将在针板与上述波形突起17或榫舌19接触并开始使它们变形时测得由胶囊的变形部分产生的反压力。

重要的是，显然优选地，并且如上文参考第一和第二实施例所述，胶囊的体积大于饮料机器的提取头中的容座的体积。如上所述，提取头内的胶囊与其容座之间的该体积差导致胶囊在所述提取头关闭时变形，以适应较小的体积。该变形主要涉及/指向所述胶囊的可变形的弹性部分。该原理视为本发明的优选选择。然而，可考虑使胶囊的可变形的弹性部分变形的其它可能方案，下文将参考第三实施例以及图10A和10B说明这些可能方案。

在图10A和10B所示的第三实施例中，胶囊的可变形的弹性部分结合胶囊上边缘18的凹部表现为胶囊的顶膜的可变形区域23的形式。如图10A所示，可变形区域23位于顶膜24的最外部区域内，其中顶膜24密封在胶囊上边缘18上。胶囊的该可变形区域23包括如图10A所示在区域23的中间部分径向地延伸的狭缝25。狭缝25在顶膜的区域23内形成弱化部，从而在该顶膜中形成弹性柔性部分。此外，图10B示出了胶囊上边缘的凹部26，该凹部保证了当从胶囊上方在顶膜的切除区域23上施加压力时所述区域23可向下弯曲进入到所述凹部26中。

图10B中用虚线示出的机器针板14的最外部包括一系列向下延伸的销形突起27，这些突起定位成在机器提取头关闭并且针板朝向胶囊向下移动时与可变形区域23接触。在该位置，胶囊在胶囊保持器9内定位成使得上边缘18搁靠在所述胶囊保持器的顶面上并从该顶面突出，并且使得可从所述胶囊上方直接接近可变形区域23。在机器的提取头的关闭期间，当针板14朝向胶囊保持器9和插入其中的胶囊向下移动时，销形突起27压在顶膜的可变形区域23上，并且使该可变形区域向下弯曲进入到凹部26中。销形突起27与位于针板14中的压力传感器28连接或作为该传感器的一部分，该压力传感器感测和测量由顶膜的弹性变形区域23产生的反作用弹性力。

如上文已经描述的，测定的由胶囊的弹性变形部分施加至传感器的力对应于一预定值，该预定值取决于顶膜24的机械特性，特别取决于胶囊的可变形的弹性部分的力常数“k”。该测定的力与对应于待在机器中设定的饮料制备参数的数据值直接相关。饮料机器的计算机芯片将测得的力解译为用于饮料制备参数的特定值，所述饮料制备参数例如为将注入到胶囊内的流体的特定温度，和/或特定的流体注入压力，和/或待注入到胶囊内的流体的特定体积。

例如，如果由传感器测得的弹性力为0.02N，则机器将把它解译为将60ml处于83℃的水注入到胶囊内。如果测定值为0.06N，则机器将注入180ml的常温水。

根据本发明，胶囊的可变形的弹性部分的机械特性且特别是弹性变形特性通过谨慎选择用于胶囊的可变形部分的结构参数(取决于使用了哪种类型的可变形的弹性部分)而预先确定，所述结构参数例如为：所使用的材料的类型、可变形部分的形状，例如上述第三实施例中顶膜24的厚度以及预切的狭缝25的宽度和长度，或上述第一或第二实施例中的可变形榫舌19的长度、厚度和角度，等等。然后对机器进行编程使得能够将测定的力转换为特定的饮料制备参数(例如注入到胶囊中的流体的体积、压力和/或温度)。

根据胶囊的可变形的弹性部分的各特定实施例，机器或胶囊保持器中的压力传感器将相应地适配成能够(在工厂，或在使用期间的机器中)感测由胶囊在所述可变形部分变形时所产生的弹性变形力。

在图11所示的第四实施例中，胶囊的可变形的弹性部分包括向下定向的一系列弯曲突起29，这些突起从胶囊11的底部边缘30延伸。各突起30的弯曲度/曲率给胶囊11提供足以在压力下弯曲的柔性。在使用中，当胶囊被导入胶囊保持器中时，突起30搁靠在胶囊保持器的对应边缘(图中未示出)上，使得整个胶囊相比于不具有这些突起的胶囊而言处于提起状态，并且胶囊的上边缘18被提到胶囊保持器上表面的高度之上。当机器的提取头关闭时，针板14压在向下移动的胶囊的上表面上，直至上边缘18与胶囊保持器的上表面接触并搁靠在该上表面上。在提取头的该关闭位置，即，当上边缘18被压紧在胶囊保持器与针板之间时(如例如在图2B中所示)，胶囊的弯曲突起29向内弹性变形(即，突起29在胶囊内部弯曲)成使得胶囊的外部体积减小以与机器的提取头内的胶囊容座的容积匹配。在该位置，弹性变形的突起29产生竖直指向胶囊顶部的反作用力。该反作用力可由位于针板内的或与针板接触的压力传感器28测得。当机器的提取头再次打开时，针板被提起而离开胶囊和胶囊保持器。此时，突起29弹回至它们的正常位置使得胶囊从胶囊保持器提起/提升。除本发明提供的优点(即，胶囊在由突起29产生的预定弹性变形力内包含有饮料制备参数数据)外，此实施例的有用之处还在于胶囊的弹性变形效应提供了提升效应(lifting effect)，该提升效应有利于在制备完饮料并且处置胶囊时操作已经用过的胶囊且从胶囊保持器移除该胶囊：由于胶囊的上边缘18位于胶囊保持器以上，用户更容易抓住所述上边缘以从胶囊保持器移除该胶囊。

在图12A和12B所示的第五实施例中，胶囊11的可变形的弹性部分包括基本位于胶囊的中间高度处的一系列水平榫舌31。这些榫舌31优选通过注射成型与胶囊主体的其余部分一体形成，水平榫舌31的数量可改变，但存在至少三个、优选至少四个、更优选至少十个榫舌，这些榫舌等同地分布在胶囊外周周围。它们如图12A所示向外延伸到胶囊主体的外侧。

当胶囊11如图12B所示功能性地插入胶囊保持器9内时，胶囊底部由于水平榫舌31搁靠在胶囊保持器的中间高度边缘32上而不与胶囊保持器接触。在该位置，整个胶囊——水平榫舌31除外——从胶囊保持器提起且不与该胶囊保持器接触，如图12B所示。

当机器的提取头5关闭时，针板14朝向胶囊11和胶囊保持器9向下移动。该针板与胶囊的上边缘18接触并使整个胶囊向下移动，直至上边缘18和针板根据例如图2B中示出的原理与胶囊保持器的上表面接触。当胶囊通过由针板施加的压力移动到胶囊保持器中时，榫舌31向上弯曲。榫舌31的弹性变形产生竖直和向上地指向针板的反作用力。与上述的本发明的前述替换性实施例相似，该反作用力可由与胶囊的上边缘18直接或间接接触的压力传感器测得。

至此，如此描述本发明：在机器的提取头关闭期间，施加至胶囊的可变形的弹性部分的弹性变形由机器的针板施加。然而，应该清楚的是，该变形能以另一种方式施加，而不论胶囊的可变形的弹性部分的类型如何。例如，针板可由作为工厂中胶囊生产线的一部分的测压板替代。这种情况下，由胶囊的可变形的弹性部分的变形而产生的弹性变形反作用力可例如用作质量控制工具，或用于区分工厂中不同类型的胶囊(每种不同类型的胶囊容纳有不同的饮料制备配料)的跟踪工具。这种情况下，各胶囊保持就位在生产线、充填线和/或密封线上，如各胶囊通过胶囊保持器保持而保持就位在饮料制备机器内一样。然后，测量板从胶囊上方移动以向下按压在胶囊的上边缘上，并使胶囊的可变形的弹性部分弹性地变形，如上文针对各个已描述的实施例所述的。测量板包括压力传感器或与压力传感器直接或间接连结。测得的力——其作为各胶囊的基本特征——可用于使所述胶囊适当地充填特定和预定类型和/或数量的饮料配料。

在图13A和13B所示的第六实施例中，胶囊的可变形的弹性部分不与胶囊主体12的其余部分一体地制成。所述可变形的弹性部分包括具有一系列弯曲的柔性弓形物34的环形件33，所述弓形物从环形件33的最下部内表面朝向所述环形件的中心向内和向上延伸，如图13A所示。

各柔性弓形物34的末端35定位成使得当该环形件组装在胶囊内部并且胶囊在其上侧由顶膜24封闭时(如图13B所示)，该柔性弓形物34的末端35与顶膜24接触并提起/顶起顶膜24。

当胶囊插入胶囊保持器中并且提取头关闭时，针板14与顶膜24接触并压在顶膜24上。结果，顶膜连同柔性弓形物34一起向下弯曲，该柔性弓形物向下弹性变形。因而由弹性变形的弓形物34产生的反作用力可由例如位于针板中或与针板直接或间接接触的压力传感器根据上文已经描述的原理进行感测。在该实施例中，弓形物的数量、长度、曲率和截面可适于获得合适的预定弹性变形特性，特别是特定的和预定的力常数“k”。如上所述，预定系数“k”根据饮料制备参数、或胶囊和/或其内含物特有的其它数据而变化。

作为本发明的此实施例的一个替换方案，弓形物34可从环形件33的最上部内表面朝向所述环形件的中心延伸，如图14A所示。工作原理保持与上文参考图13A和13B所述的工作原理相同。这种情况下，同样，弓形物与顶膜24的下表面接触，并在如图14B所示的向上凸起的位置处提起所述顶膜。

在图15A、15B和15C所示的本发明的第七优选实施例中，胶囊主体由半刚性骨架结构36(图15A中所示)构成，该半刚性骨架结构36由氧气阻隔膜37覆盖。膜37例如通过使用模内贴标工艺与半刚性结构36共注射成型，如例如在申请人的欧洲专利申请EP AN 11178061中所描述的。

半刚性骨架结构36包括至少一个形成波纹管部分38的弱化区域。例如，除了该波纹管部分38是柔性的以外，该结构的剩余部分可以是刚性的。该部分38在结构中的柔性优选地通过相比于该结构的剩余部分较小的横截面实现。该柔性还可通过与结构36的剩余部分共注射的(作为较小的横截面的一个替代或附加于该较小的横截面的)较柔软的材料实现。

在图15A中所示的实施例中，波纹管部分38定位在半刚性结构的垂直区域的顶部部分处，使得胶囊能够沿大体垂直的轴线变形，例如当在所述胶囊上施加垂直的压缩力时。

当胶囊放置在胶囊保持器中并且机器的提取头打开时，如图15B中所示，除了所述胶囊的上边缘18以外，胶囊的整个外表面与胶囊保持器接触，上边缘18被提至胶囊保持器的上表面的高度以上。换句话说，胶囊高度比胶囊保持器的胶囊凹部大。图中用箭头示出了该高度差。

当机器的提取头关闭时，图15C中用一系列箭头示意性地示出了针板按压在胶囊上并压缩胶囊，从而使胶囊功能性地配合在胶囊保持器和所述针板之间限定的体积中。如图15C中所示，胶囊在其结构36的柔性波纹管部分38的区域弯曲，直到所述胶囊的上边缘18被压紧在胶囊保持器的上表面和针板的下表面之间。在该位置，胶囊功能性地就位在机器的提取头中，注水针(未在图15C中示出)已经刺穿了胶囊的顶膜，并且能以密封的方式开始冲煮循环。

波纹管部分38内产生的反作用力可由位于针板内的传感器测量，所述传感器感测由胶囊施加在所述针板上的竖向力。

当机器的提取头再次打开时，胶囊弹回到它如图15B所示的原始位置。

作为本发明所包含的一般原理，施加至胶囊的可变形的弹性部分的变形遵守材料特性定律，使得由所述可变形的弹性部分的变形所产生的力为所述变形的直接函数，而不论变形的类型(压缩(如图16A中)、弯曲(如图16B中)或扭曲(如图16C中))如何。在所有类型的变形中，材料特性定律规定了弹簧或榫舌或扭曲部分反推的力为离它的平衡长度的距离的函数，如下式：

F＝f(x)

其中

“x”为位移矢量——弹簧从其平衡长度变形的距离和方向。

“f(x)”为弹簧施加的回复力的大小和方向。

在简单的弹簧元件的情况下，材料内产生的弹性变形力是变形幅度的直接、线性函数(F＝k·x)，并且两者通过称为“弹簧常数”或“杨氏模量”的常数“k”关联，所述常数“k”是材料的固有特性。

如上所述，本发明的一般原理在于各胶囊的系数“k”由饮料制备机器测量并解译为饮料制备参数或其它数据，并且解译为当胶囊在工厂中时由生产线进行辨识的辨识数据。

在本发明的情况下，假设胶囊的可变形的弹性部分是复杂的弹簧元件；该元件在变形下产生不一定与变形幅度线性相关的力。

此外，根据本发明的胶囊最优选为不可重复使用的胶囊。这种情况下，用户非常希望胶囊的可变形的弹性部分不仅在其弹性变形幅度内变形，而且超出其弹性变形极限而处在其塑性变形区域内。换言之，胶囊的可变形的弹性部分优选变形成使得它到达其塑性变形区域，并且所施加的变形将改变材料的固有机械特性。这种情况下，当机器的冲煮头在食品或饮料冲煮循环之后打开时，胶囊的可变形的弹性部分中包含的变形能量被释放，使得所述弹性部分回移到接近其初始位置的位置。然而，这种情况下，由于材料的塑性变形，并且如图17中用虚曲线所示，变形曲线与初始变形曲线(图17中的实曲线)不同。当用过的胶囊再次插入机器内时，机器将检测到机器的弹性变形特性与崭新的胶囊的变形特性不对应。这种情况下，机器将停止并且可选地向用户发送她/他应该用未经用过的胶囊来替换此胶囊的警告信号。机器可检测变形曲线变化/不同的方式(例如如图17所示)为针对多个变形幅度(例如在如图17所示的两个点)感测和测量胶囊的可变形的弹性部分内产生的力，在所述两个点中：第一个点在构成可变形的弹性部分的材料的弹性变形区域内测得，然后第二个点针对更大的变形并且在构成胶囊的可变形的弹性部分的材料的塑性变形区域内测得。如图17所示，对于相同的伸长率而言，胶囊的可变形的弹性部分的材料内产生的力在胶囊为新的/未经用过的情况下(平坦曲线)或在胶囊已经用过或胶囊受损的情况下(虚曲线)是不同的。

类似地，如果胶囊在工厂制造期间受损，则可以从生产线检测到该损坏的胶囊并将其从生产线中移除。

在所有上述实施例中，弹性部分可在0.1mm到20mm、优选在0.15mm到10mm、更优选在0.5mm到5mm的幅度内变形。

应理解，对本文所述的目前优选的实施例的各种改变和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。可作出这些改变和修改而不脱离本发明的精神和范围并且不削弱其附带的优点。因此，旨在使这些改变和修改由所附权利要求涵盖。

Claims (21)

1.一种用于容纳食品配料的胶囊（11），所述胶囊适于功能性地插入食品制备机器（1）的腔体中，其特征在于，所述胶囊（11）包括能在所述胶囊插入所述机器的腔体内时和/或在所述腔体关闭时变形的至少一个弹性部分（17, 19, 20, 21, 22, 23, 25, 26, 27, 29,31, 33, 34, 35, 38），

其中，所述至少一个弹性部分构造成在其变形期间施加反作用力至食品制备机器上，所述反作用力能通过压力传感器测量，所述至少一个弹性部分具有预定的弹性变形特性，使得所述反作用力对应于一预定值，以使得至少一个机器操作数据根据所述弹性部分的弹性变形特性而变化，所述至少一个机器操作数据因而被编码在胶囊结构内。

2.根据权利要求1所述的胶囊（11），其中，所述至少一个机器操作数据根据所述弹性部分的弹性和塑性变形特性而变化。

3.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分包括一系列榫舌形的突起（19, 20, 21, 22）。

4.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分包括螺旋弹簧部分。

5.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分包括胶囊侧壁的波纹管部分（38）。

6.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分位于所述胶囊的外表面的外周处。

7.根据前述权利要求6所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分位于所述胶囊的上部中。

8.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述胶囊的外部尺寸中的至少一个大于所述腔体的对应内部尺寸，并且其中，可变形的弹性部分定位成允许所述胶囊在所述腔体关闭以处于功能构型时弹性地压缩并配合在所述腔体内。

9.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述胶囊的外部尺寸中的至少一个小于所述腔体的对应内部尺寸，并且其中可变形的弹性部分定位成允许所述胶囊在所述腔体关闭以处于功能构型时弹性地扩张并配合在所述腔体内。

10.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分能在0.1mm到20mm的幅度内变形。

11.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分能在0.15mm到10mm的幅度内变形。

12.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分能在0.5mm到5mm的幅度内变形。

13.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分定向成使得它沿与所述胶囊的竖直轴线基本平行的轴线D变形。

14.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分能通过在0.5N到50N之间的力的作用而变形。

15.根据前述权利要求1或2所述的胶囊（11），其中，所述弹性部分能通过在16N到22N之间的力的作用而变形。

16.一种食品制备系统，包括根据前述权利要求1至15中任一项所述的胶囊（11）和适于与所述胶囊功能性地协作的食品制备机器（1），所述机器包括腔体，所述腔体用于接纳所述胶囊以使得能通过将流体从所述机器注入到所述胶囊中而在所述胶囊中制备食品，所述食品制备系统的特征在于，所述腔体包括压力感应部，所述压力感应部适于与所述胶囊的可变形的弹性部分协作以将操作数据从所述胶囊传输到所述机器，所述数据根据所述弹性部分的弹性变形特性而变化。

17.根据权利要求16所述的食品制备系统，其中，所述压力感应部与所述机器的控制板关联，使得当所述胶囊的弹性部分将机械变形传递到所述压力感应部时，所述机器的感应部与所述胶囊的弹性部分之间的协作能够触发所述机器内的操作，所述操作识别为接通或切断所述机器，和/或设定下列清单内的食品制备参数，但不限于这些参数：待分配的食品的体积、温度和/或粘度、注入到所述胶囊内的流体的压力、和/或浸泡/混合时间。

18.根据权利要求16或17所述的食品制备系统，其中，所述压力感应部是与电气开关连接的压力传感器。

19.根据前述权利要求16或17所述的食品制备系统，其中，所述食品为通过在0.5巴到30巴之间的压力下注入待与封装在胶囊中的配料混合的流体而在所述胶囊内制得的液态或半液态产品。

20.根据前述权利要求16或17所述的食品制备系统，其中，所述食品为通过在1巴到20巴之间的压力下注入待与封装在胶囊中的配料混合的流体而在所述胶囊内制得的液态或半液态产品。

21.根据前述权利要求16或17所述的食品制备系统，其中，所述食品为通过在2巴到15巴之间的压力下注入待与封装在胶囊中的配料混合的流体而在所述胶囊内制得的液态或半液态产品。