CN110621470A - 用于制造设置有过滤器的胶囊的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造设置有主体的胶囊的方法，所述主体包含适合于接收用于制备饮料的产品的过滤元件，所述方法包括：根据供应方向(F2)将由热塑性材料制成的第一膜(6)以及由过滤材料制成的第二膜(8)供应至成形模具(1)，将所述第二膜(8)叠加于所述第一膜(6)上，所述成形模具(1)包括其中获得有多个空腔(3)的下半部模具(2)以及设置有多个拉伸元件(5)的上半部模具(4)，每个空腔(3)一个拉伸元件(5)，所述拉伸元件(5)可沿垂直于所述供应方向(F2)的方向(F1)运动；通过布置于所述成形模具(1)的上游的预先加热装置(10)将所述由热塑性材料制成的第一膜(6)预先加热至软化温度；使所述成形模具(1)闭合，使所述下半部模具(2)和所述上半部模具(4)朝向彼此运动，直至它们在彼此之间夹持所述由热塑性材料制成的第一膜(6)和所述由过滤材料制成的第二膜(8)；使用所述拉伸元件(5)在所述空腔(3)中同时形成所述胶囊的主体以及相应的过滤元件。另外，本发明涉及一种用于制造设置有主体的胶囊的设备，所述主体包含适合于接收用于制备饮料的产品的过滤元件，所述设备包括一个成形模具(1)，其包括其中获得有多个空腔(3)的下半部模具(2)以及设置有多个拉伸元件(5)的上半部模具(4)，每个空腔(3)一个拉伸元件(5)，所述拉伸元件(5)可沿方向(F1)运动；供应装置(11)，其可沿垂直于所述方向(F1)的前进方向(F2)运动，以将由热塑性材料制成的第一膜(6)以及由过滤材料制成的第二膜(8)同时供应至所述成形模具(1)并保持由热塑性材料制成的第一膜(6)以及由过滤材料制成的第二膜(8)绷紧；预先加热装置(10)，用于在所述由热塑性材料制成的第一膜(6)被供应至所述成形模具(1)之前预先加热至少所述由热塑性材料制成的第一膜(6)。

Description

用于制造设置有过滤器的胶囊的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于通过热成形制造胶囊或类似容器的方法和设备，所述胶囊或类似容器设置有适合于盛装用于制备饮料(例如咖啡、茶或其它饮料)的产品的内部过滤器。它们为已知的一次性的胶囊，用过滤元件或内部过滤器密封，包括外部容器或外壳，其由塑性材料制成，具有玻璃杯状或茶杯形状，设置有限定敞开的空腔的底壁和侧壁。敞开的空腔的开口由覆盖元件气密地封闭，以便将盛装从其获得饮料的产品的过滤元件密封于所述外壳的空腔内部。所述覆盖元件以及所述容器的底壁通常为可刺穿的，以容许在压力下引入通常为水的液体(通常通过所述覆盖元件)，以及取出通过使上述液体渗滤通过所述产品而获得的饮料(通常通过底壁)。
背景技术
过滤器(其被成形为构成用于盛装所述产品的相应的向上敞开的空腔)在容器的上周边边缘处密封至容器的侧壁。因此，过滤器将容器的内部分成一个第一上部腔室和一个第二下部腔室，所述第一上部腔室盛装所述产品并且可通过容器的上部开口接近(以容许填充)，所述第二下部腔室包括于所述过滤器与所述容器的底壁和/或侧壁之间，容许抽出从所述产品所获得的饮料。
所述由塑性材料制成的外壳以及所述过滤元件通常被单独地制造并且在一台包装机器中相关联，所述包装机器还提供用饮料制备产品进行填充以及用覆盖元件封闭所述胶囊。
可以在包括多个操作站的热成形设备中制造胶囊外壳，通过合适的前进装置使从卷筒展开的可热成形塑性材料片前进通过所述操作站。
所述操作站通常依次包括加热站、成形站以及剪切站。
在加热站中，将片状材料准备用于随后的成形操作，亦即对它进行加热直至它达到预定的软化温度，以便增加其可塑性和可变形性。成形站包括一个成形模具，其中一个或多个凸模将所述片推入凹模的相应的空腔内部以便制造所述外壳。在剪切站中，一个剪切元件使形成于所述塑性材料片上的外壳分离，根据预设的切割轮廓对塑性材料片进行剪切。
替代地，可以在包括一个封闭式模具的注射成形设备中制造胶囊外壳，其中在高压下注射处于熔融温度的塑性材料以制造单个胶囊或者例如成行或沿着二维阵列布置的多个胶囊。
由比如过滤纸或非织造织物的可渗透材料所构成的过滤元件通过适当地折叠从由上述材料所制成的、从卷筒展开的膜所切割的一部分材料以形成空腔(通常具有圆锥形或截头圆锥形形状)而制成。
所述过滤元件在包装机器中被引入胶囊的相应的外壳中并且通过熔接而固定至其。
上述生产方法为复杂且费力的并且要求包装机器设置有能够组装胶囊的站，换句话说，要求包装机器将过滤元件固定至相应的外壳。
由于过滤元件在被折叠和成形之后的脆弱性和不稳定性，抽出、移动以及插入过滤元件的步骤特别地关键。组装站装置必须非常精确和准确，以确保过滤元件不被损坏或变形或错误地定位于胶囊中，从而导致胶囊被丢弃并且因此降低包装机器的生产力。
因此，这样的机器比通常用来用比如咖啡、茶以及等等的产品填充胶囊的包装机器更复杂且昂贵。
从WO2013064988获知用于制造饮料胶囊的方法和设备，这样的胶囊包括杯状外部刚性主体，所述外部刚性主体包括封闭的底部以及与凹形截面的过滤器联接的上部开口，所述过滤器沿着刚性主体延伸以形成一定量的产品的盛装腔室；以及箔盖，以沿着胶囊的刚性主体的外边缘封闭刚性主体的上部开口。
所述方法的特征在于，它包括以下步骤：
-将扁平的过滤器片定位于所述刚性主体上；
-将所述扁平的过滤器片接合于至少所述刚性主体的边缘处；
-通过所述过滤器片的塑性变形使所述过滤器片向内成形至所述刚性主体，以限定盛装腔室；
-将一定量的产品填充于盛装腔室中；
-用箔盖封闭所述腔室和所述刚性外部主体。
所述方法还提供通过切割单元从连续的条切割过滤器片，使所述过滤器片运动于所述刚性主体的开口上方，以及随后通过接合装置将扁平的过滤器片熔接至其刚性主体的外边缘。
所述方法还提供的是，成形步骤包含第一预成形步骤，其中通过由第一环形凸模进行拉伸而使靠近于边缘的环形过滤器部分弹性地变形，以及第二完成成形步骤，其中通过第二凸模使过滤器的中央部分弹性地变形。
通过热凸模进行第一预成形拉伸步骤和第二完成成形拉伸步骤。
通过热熔接接合装置或使用胶接单元将扁平的过滤器片粘附至其刚性主体的外边缘。
在WO2013064988中所公开的方法中，将过滤器片定位于胶囊的主体上的步骤特别地关键，因为错误的定位可能损害过滤器至胶囊的边缘的结合并因此导致胶囊的丢弃以及生产力的下降。
根据WO2013064988所述的用于生产胶囊的设备相当复杂，因为它提供用于从连续的过滤材料条切割过滤器片的切割站，用于将过滤器定位并固定至胶囊的站以及用于形成过滤器的至少一个站。此外，所述设备必须与用于形成胶囊的主体的机器相关联。
从以本申请的申请人的名义的WO2013171663，已知用于制造设置有外壳的胶囊的方法和设备，所述外壳包含适合于接收用于制备饮料的产品的过滤元件。
所述方法提供以下步骤：
-将由过滤材料制成的膜施加至带有空腔的外壳，以便覆盖所述空腔的开口；
-将所述膜封堵至所述外壳；
-加热并拉伸所述膜的面对所述空腔并被封堵至所述外壳的一部分，以使得形成并获得过滤元件。
所述设备包括叠加装置，其用于将由过滤材料制成的膜施加至带有空腔的至少一个外壳以便覆盖所述空腔的开口；用于将所述由过滤材料制成的膜封堵于所述外壳上的封堵装置；包括于第一拉伸站中的第一拉伸装置，其用于加热和拉伸由过滤材料制成的膜的面对所述孔腔并被封堵于所述外壳上的一部分，以便获得过滤元件；以及包括于第二拉伸站中的第二拉伸装置，其用于进一步拉伸和稳定所述过滤元件。
WO2013171663中所公开的设备也相当复杂，因为它提供用于将由过滤材料制成的膜施加于胶囊主体上的站以及用于过滤器形成的两个单独的站。此外，WO2013171663中所公开的设备也必须与用于形成胶囊的主体的机器相关联。
发明内容
本发明的一个目的是简化用于形成饮料胶囊的方法和设备，所述饮料胶囊设置有过滤器、凹形截面，其在胶囊主体的空腔内部延伸以形成用于盛装一定量的用于生产饮料的产品的腔室。
本发明的另一个目的是提供一种方法和一种设备，其容许减少胶囊的生产成本以及使生产废品最小化。
附图说明
在下文中将参考附图描述根据本发明所述的方法和设备的一个非限制性实施例，其中：
图1为根据本发明的设备的示意图；
图2为像图1的视图一样的视图，其示出根据本发明所述的方法的第一步骤；
图3为像图2的视图一样的视图，其示出根据本发明所述的方法的第二步骤；
图4为像图3的视图一样的视图，其示出根据本发明所述的方法的第三步骤；
图5为示出根据本发明所述的方法的第四步骤的示意图；
图6为示出根据本发明所述的方法的变形的示意图；
图7为像图1的视图一样的视图，其与本发明的另一个变形有关；以及
图8为像图1的视图一样的视图，其与本发明的又一个变形有关。
具体实施方式
在图1中，示出用于制造设置有凹形截面的过滤元件13(图4)的饮料胶囊的成形模具1，所述过滤元件13在胶囊的主体12的空腔内部延伸，用以形成一定量的用于生产饮料的产品的盛装腔室。
模具1包括下半部模具2，其中获得有用来形成胶囊主体的多个空腔3，以及设置有多个拉伸元件5(例如凸模)的上半部模具4，每个空腔3一个拉伸元件5，所述拉伸元件5可沿双箭头F1所指示的方向运动并且用来通过分别拉伸热塑性材料和过滤材料而形成胶囊的主体12以及相应的过滤元件13，如将在下文中详细地解释说明的。在所示示例中，示出带有两个空腔3的模具1。应当理解的是，模具1中可以存在任意数量的空腔3。
模具1被供应以由可热成形塑性材料(其也可以为例如可堆积的塑性材料)制成的第一膜6，并且被供应以由过滤材料(特别地非织造组织)制成的第二膜8，并且由过滤材料制成的第二膜8被布置成叠加至由可热成形塑性材料制成的条。
可以将由可热成形塑性材料制成的第一膜6缠绕于第一卷筒7上，并且可以将由过滤材料制成的第二膜8缠绕于第二卷筒9上。替代地，可以将由可热成形塑性材料制成的第一膜6以及由过滤材料制成的第二膜8缠绕于同一卷筒上。
由可热成形塑性材料制成的第一膜6以及由过滤材料制成的第二膜8沿一定的方向以及沿由箭头F2所指示的前进方向一同前进于上半部模具4与下半部模具2之间，所述前进方向垂直于凸模5可沿其运动的方向F1。第一膜6和第二膜8的沿垂直于前进方向F2和方向F1的方向的横向尺寸优选地大致相同。相对于前进方向F2，在模具1的上游，布置有预先加热装置，其包括一对加热元件，包含例如加热板或加热灯，通过所述加热元件将第一膜6加热直至软化温度以容许用于形成胶囊主体的随后的变形。
在所示实施例中，仅仅由可热成形塑性材料制成的第一膜6穿过所述一对加热元件10。替代地，可以将第二卷筒9放置于加热元件10的上游，以使得由过滤材料制成的第二膜8也可以穿过加热元件10并且可以被预先加热，以便有助于在形成过滤元件13期间的变形(图7)。
如果膜都被缠绕于同一个卷筒16上(图8)，则该卷筒布置于加热元件10的上游，以使得膜都可以穿过加热元件以对它们进行预先加热。
相对于前进方向F2，在模具1的下游，定位有可沿前进方向F2以两种方式运动的夹持器元件11或悬链(catenary)，其被用来使第一膜6和第二膜8沿前进方向F2前进，并使它们保持绷紧。夹持器元件11或悬链充当第一膜6和第二膜8至成形模具1的供应装置，因为在沿前进方向F2运动时，它使第一膜6和第二膜8从它们的相应的卷筒展开。
如果由过滤材料制成的第二膜8尚未被预先加热，则预先加热的由热塑性材料制成的第一膜6在所述两种膜被供应至模具1时对由过滤材料制成的第二膜8进行加热，以便有助于在形成过滤材料13期间使由过滤材料制成的第二膜8变形。
在图1中，示出在开始形成胶囊主体以及它们的相应的过滤器之前处于打开位置中的模具1。
在图2中，示出形成胶囊主体12和过滤元件13的第一步骤，其中使下半部模具2和上半部模具4朝向彼此运动，并且使凸模5朝向下半部模具2运动直至它们接触由热塑性材料制成的第一膜6以及由过滤材料制成的第二膜8并使它们部分地变形以实现对第一膜6和第二膜8的第一拉伸，通过对热塑性材料和过滤材料执行所谓的“富集(enrichment)”工艺，在根据所期望的尺寸和体积形成胶囊的主体12(图6)以及过滤元件13所需的、之后的拉伸或深拉操作期间避免热塑性材料和过滤材料可能撕裂或过度地拉薄。
在图3中，示出根据本发明所述的方法的第二步骤，其中使模具1闭合，从而将第一膜6和第二膜8夹持于下半部模具2与上半部模具4之间，并且使凸模5在空腔3内部前进以同时获得胶囊的主体12的以及过滤元件13的预成形。
当由热塑性材料制成的第一膜6和由过滤材料制成的第二膜8被夹持于下半部模具2与上半部模具4之间时，由于已经由加热板10加热的热塑性材料处于软化状态(这与两个半部模具所施加的压力一同确定热塑性材料与过滤材料的熔接)中，热塑性材料和过滤材料在预设区域15中熔接在一起。应当注意的是，为了保证热塑性材料和过滤材料的熔接，不必加热两个半部模具，这容许节省大量的能量。
在图4中，示出根据本发明所述的方法的第三步骤，其中通过设置于例如上半部模具4中的入口通道14将压缩空气注射至模具1中。在图4中用箭头A指示空气的进入。穿过由过滤材料制成的第二膜8的压缩空气使由热塑性材料制成的第一膜6与由过滤材料制成的第二膜8分离，并使热塑性材料和过滤材料都变形直至它们在每个空腔3中呈现相应的胶囊主体12的以及过滤元件13的最终形状。
在压缩空气进入至模具中期间或之后，当由热塑性材料制成的第一膜6已经与由过滤材料制成的第二膜8分离时，可以提供凸模5的向下的额外的行程，以增加过滤元件13在胶囊的主体12内部的深度。
在图5中，示出形成胶囊主体12与它们的相应的过滤元件13的最后的步骤，其中将模具1打开并且将所形成的胶囊主体12与相应的过滤元件13从模具1中取出，模具1准备进行随后的成形周期。
在图6中，示出根据本发明所述的方法的变形，其中省略了材料的“富集”工艺。在根据本发明所述的方法的该变形中，在图6中所示的第一步骤中，使模具闭合，以便在预设区域15中将由热塑性材料制成的第一膜6以及由过滤材料制成的第二膜8熔接在一起。如先前所解释说明的，不必加热两个半部模具以获得热塑性材料与过滤材料的熔接。
此后，在第二步骤中，使凸模5在空腔3内部前进以获得胶囊的主体12的以及过滤元件13的预成形，与图3中所示例说明的类似。
在第三步骤中，与图4中所示例说明的类似，将压缩空气引入至上半部模具4中，以便使由热塑性材料制成的第一膜6与由过滤材料制成的第二膜8分离，以及使热塑性材料以及过滤材料都变形直至它们在每个空腔3中呈现相应的胶囊主体12的以及过滤元件13的最终形状。
最后，将模具1打开以从其取出所形成的胶囊主体12与相应的过滤元件13，如已经在图5中示出的。
胶囊主体12与相应的过滤元件13在被从成形模具1取出之后被朝向剪切站(未示出)传送，在所述剪切站中，通过剪切使胶囊主体12彼此分离。剪切可以在热塑性材料6和过滤材料8被熔接在一起的区域中进行，或者可以在所述两种材料未被熔接在一起的区域中进行。在后一种情况下，可以容易地使剪切碎料中的热塑性材料与过滤材料分离，从而有助于碎料的处置。
由于本发明，显著地简化用于形成胶囊主体12与相应的过滤元件13的工艺以及成形设备，因为在单个模具中同时地形成胶囊主体12和过滤元件13，从而显著地降低生产时间和设备成本，因为不再需要提供用于形成胶囊主体12和过滤元件13的单独的站。
此外，相对于现有技术中已知的方法和设备，同时形成胶囊主体12和相应的过滤元件13将生产废品降至最低。应当注意的是，如果由热塑性材料制成的第一膜6以及由过滤材料制成的第二膜8被一起加热，则可以使用加热板10来通过由加热板10施加压力而在两种膜到达成形模具1之前将它们熔接在一起。
因此，接合在一起的由热塑性材料制成的第一膜6以及由过滤材料制成的第二膜8在形成胶囊主体12和过滤元件13期间经历由于凸模的作用以及压缩空气的作用所引起的相同的变形。因此，可以获得大致上具有与胶囊主体12相同的形状和尺寸的过滤元件13。

Claims (17)

1.一种用于制造设置有主体(12)的胶囊的方法，所述主体(12)包含适合于接收用于制备饮料的产品的过滤元件(13)，其特征在于，所述方法包括：
-根据供应方向(F2)将由热塑性材料制成的第一膜(6)以及由过滤材料制成的第二膜(8)供应至成形模具(1)，将所述第二膜(8)叠加于所述第一膜(6)上，所述成形模具(1)包括其中获得有多个空腔(3)的下半部模具(2)以及设置有多个拉伸元件(5)的上半部模具(4)，每个空腔(3)一个拉伸元件(5)，所述拉伸元件(5)能沿垂直于所述供应方向(F2)的方向(F1)运动；
-通过布置于所述成形模具(1)的上游的预先加热装置(10)将所述由热塑性材料制成的第一膜(6)预先加热至软化温度；
-使所述成形模具(1)闭合，使所述下半部模具(2)和所述上半部模具(4)朝向彼此运动，直至它们在彼此之间夹持所述由热塑性材料制成的第一膜(6)和所述由过滤材料制成的第二膜(8)；
-使用所述拉伸元件(5)在所述空腔(3)中同时形成所述胶囊的主体(12)以及相应的过滤元件(13)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述成形模具(1)闭合之前，使所述拉伸元件(5)朝向所述下半部模具(2)运动，直至它们与叠加至所述由热塑性材料制成的第一膜(6)的所述由过滤材料制成的第二膜(8)接触并且使所述由热塑性材料制成的第一膜(6)以及所述由过滤材料制成的第二膜(8)部分地变形。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述形成包括使所述拉伸元件(5)在所述下半部模具(2)的空腔(3)内部前进，以同时获得所述胶囊的主体(12)以及相应的过滤元件(13)的预成形。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一膜(6)和所述第二膜(8)通过相对于所述前进方向(F2)位于所述模具(1)的下游的至少一个供应装置(11)沿所述前进方向(F2)前进并保持绷紧。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，在所述闭合期间，在预设区域(15)中将所述第一膜(6)和所述第二膜(8)熔接在一起。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，将压缩空气递送至所述成形模具(1)，以使所述由热塑性材料制成的第一膜(6)与所述由过滤材料制成的第二膜(8)分离以及使所述热塑性材料和所述过滤材料都变形，直至它们在每个空腔(3)中达到相应的胶囊主体(12)的以及与其相关联的过滤元件(13)的最终形状。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将压缩空气递送至所述成形模具(1)期间或之后，当所述由热塑性材料制成的第一膜(6)与所述由过滤材料制成的第二膜(8)分离时，所述拉伸元件(5)向下执行额外的行程以增加所述过滤元件(13)在所述胶囊的主体(12)内部的深度。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述由热塑性材料制成的第一膜(6)和所述由过滤材料制成的第二膜(8)均通过所述预先加热装置(10)预先加热并压在彼此之上，以便在被供应至所述成形模具(1)之前被熔接在一起。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将压缩空气递送至所述成形模具(1)以使熔接在一起的热塑性材料和过滤材料变形，直至它们在每个空腔(3)中达到相应的胶囊主体(12)的以及与其相关联的过滤元件(13)的最终形状。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，进一步包括在形成所述胶囊主体(12)以及相应的过滤元件(13)的最后将所述模具(1)打开，以及借助于所述供应装置(11)从所述模具(1)取出所述胶囊主体(12)与相应的过滤元件(13)。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述热塑性材料(6)为可堆积材料。
12.一种用于制造设置有主体(12)的胶囊的设备，所述主体(12)包含适合于接收用于制备饮料的产品的过滤元件(13)，所述设备包括成形模具(1)，所述成形模具(1)包括其中获得有多个空腔(3)的下半部模具(2)以及设置有多个拉伸元件(5)的上半部模具(4)，每个空腔(3)一个拉伸元件(5)，所述拉伸元件(5)能沿方向(F1)运动，其特征在于，所述设备进一步包括：
-供应装置(11)，其能沿垂直于所述方向(F1)的前进方向(F2)运动，以将由热塑性材料制成的第一膜(6)以及由过滤材料制成的第二膜(8)同时供应至所述成形模具(1)并保持由热塑性材料制成的第一膜(6)以及由过滤材料制成的第二膜(8)绷紧，
-预先加热装置(10)，用于在所述由热塑性材料制成的第一膜(6)被供应至所述成形模具(1)之前预先加热至少所述由热塑性材料制成的第一膜(6)。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述成形模具(1)设置有导管(14)，能够通过所述导管(14)将压缩空气递送于所述成形模具(1)内部。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述供应装置包括夹持器元件(11)或悬链元件。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的设备，其特征在于，所述预先加热装置包括加热板(10)或加热灯。
16.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述由过滤材料制成的第二膜(8)被布置成与所述由热塑性材料制成的第一膜(6)一起通过所述预先加热装置(10)预先加热。
17.根据从属于权利要求15的权利要求16所述的设备，其特征在于，所述加热板(10)被布置成在所述由热塑性材料制成的第一膜(6)以及所述由过滤材料制成的第二膜(8)的预先加热期间在所述由热塑性材料制成的第一膜(6)以及所述由过滤材料制成的第二膜(8)上施加压力，以使得所述第一膜(6)和所述第二膜(8)被熔接在一起。
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