CN111674736B - 胶囊以及用于由这种胶囊制备饮用饮料的系统 - Google Patents

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Abstract

一种容纳用于制备饮料的物质的胶囊具有铝胶囊主体和密封地封闭胶囊的盖板。所述胶囊主体具有凸缘，该凸缘具有可变形的密封环部分，该密封环部分具有：内壁部分，从凸缘的内基部部分延伸并与其连续；外壁部分，从凸缘的外基部部分延伸并与其连续；以及桥接部分，使内壁部分和外壁部分互连。桥接部分定位成与凸缘的基部部分轴向隔开。在径向截面图中，桥接部分的在轴向上与凸缘的基部部分相距最远的顶部是平坦的或者具有弯曲的中心平面，该中心平面的曲率半径大于桥接部分的顶部的壁厚的两倍。

Description

胶囊以及用于由这种胶囊制备饮用饮料的系统
本申请是申请日为2016年5月13日、申请号为201680041061.X的中国专利发明申请“胶囊、由这种胶囊制备饮用饮料的系统以及这种胶囊在饮料制备装置中的用途”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种胶囊。
本发明还涉及一种用于制备饮用饮料的系统。
背景技术
从EP-B-1 700 548中已知这种胶囊和这种系统，其公开了一种胶囊，该胶囊设置有具有阶梯形状的密封结构，即，胶囊的侧壁的直径突然增大，并且该已知系统的封装构件具有作用在密封结构上的密封表面，以提供密封结构的挠曲，密封表面倾斜使得密封结构的挠曲是该阶梯的向内和向下变形。而且，在已知的系统中，封装构件包括胶囊保持器以及用于封装构件和胶囊保持器的相对移位的手动操作或自动机构。当封装构件在胶囊保持器上封闭时，手动操作或自动机构对胶囊的密封结构施加力。这个力应该确保封装构件与胶囊之间的液密密封。由于手动操作或自动机构设置为相对于基部移动，所以系统的密封能力可以取决于由流体注入装置注入的流体的压力。如果流体的压力增加，则胶囊的密封结构与封装构件的自由端之间的力也增加，从而胶囊的密封结构与封装构件的自由端之间的力也增加。进一步描述这种系统。胶囊的密封结构必须设置成使得在达到封装构件中的最大流体压力时，密封结构仍然应该在封装构件与胶囊之间提供流体密封接触。然而，密封结构也必须被设置成使得在胶囊外面的封装构件中的流体的压力相对较低时冲泡之前或开始冲泡时，密封结构还在封装构件与胶囊之间提供密封接触。如果在冲泡开始时，胶囊与封装构件之间不存在密封接触，则会发生泄漏。然而，如果发生泄漏，则真正有可能的是，如果手动操作或自动机构使封装构件朝向胶囊保持器移动，则封装构件内的和胶囊外部的压力不会充分地增加，以用于通过封装构件的自由端增加密封结构上的力。只有在具有足够的初始密封时，封装构件中的压力将增加，由此封装构件的自由端作用于胶囊的密封结构上的力也将增大，以用于在增加的流体压力下提供充分的密封接触。而且，胶囊外部的这种增加的流体压力也提供了胶囊内部的增加的流体压力，如果胶囊设置有盖，则该增加的流体压力是必不可少的，该盖被设置成在胶囊中的流体压力的影响下在饮料制备装置的胶囊保持器(也称为提取板)的释放构件上撕开。
由此可见，密封结构是在设计上非常关键的构件。如果通过封装构件的自由端仅将相对较小的力施加在密封结构上，则应该能够在相对较低的流体压力下在封装构件与胶囊之间提供密封接触，但是如果通过封装构件的自由端将相对较高的力施加到胶囊的密封结构，则也应该在胶囊外部的封装构件中在高得多的流体压力下提供密封接触。特别是当封闭构件的环形端面设置有径向延伸的开口槽(一旦封闭构件与胶囊保持器之间的力被释放使得用户更容易取出胶囊，该开口槽也用作空气入口通道)时，密封结构也必须能够“封闭”径向延伸的开口槽，以提供有效的密封。
从WO2012/120459中已知一种胶囊，其中，密封结构包括胶囊主体的向外突出的凸缘的可变形部分。然而，为了确保密封环部分对封装构件的环形端面提供密封接触，当在该环形表面与封闭构件之间变形时，封闭构件的环形端面具有在环形表面的周向方向上延伸的浅圆形槽的形式的变形装置。在操作中，浅圆形槽确保可变形部分的直立肋部向内折叠。因此，确保这种胶囊的可靠功能仅用于在特定的饮料制备装置中使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种胶囊，如果所述胶囊定位在饮料制备装置的封装构件中且封装构件通过饮料制备装置的封闭构件(例如，饮料制备装置的提取板)封闭，则该胶囊可靠地对饮料制备装置的封闭构件的环形端面进行密封，胶囊的向外延伸的凸缘和胶囊的密封结构的一部分被夹持在封装构件的环形端面与饮料制备装置的封闭构件之间，甚至在该封闭构件的环形端面设置有径向延伸的开口槽且该封闭构件仍然可以以低成本制造并且在胶囊使用后丢弃之后是环保的且容易再循环的情况下。在许多已知的胶囊中，密封构件由弹性材料制成，诸如橡胶弹性材料，更具体地诸如硅材料，其在使用之后应该与铝基部和盖分离以用于回收目的。
通过提供一种胶囊，来实现该目的。所述胶囊容纳用于制备饮用饮料的物质，所述饮用饮料通过将压力下的流体供应至所述胶囊中而提取和/或溶解所述物质来制备，所述胶囊包括：铝胶囊主体，具有中央胶囊主体轴线，所述铝胶囊主体包括底部、侧壁、向外延伸的凸缘和在所述凸缘处的密封结构；以及盖板，附接至所述凸缘并密封地封闭所述胶囊；其中，所述密封结构是能变形的，以用于如果所述胶囊定位在饮料制备装置的封装构件中且所述封装构件通过所述饮料制备装置的封闭构件封闭，所述封闭构件诸如为所述饮料制备装置的提取板，则提供与所述封装构件的环形端面的流体密封接触，所述凸缘和所述密封结构的至少一部分被夹持在所述环形端面与所述封闭构件之间，所述环形端面可选地设置有多个径向延伸的开口槽；其中，所述密封结构包括所述凸缘的能变形的密封环部分，所述密封环部分在与所述盖附接的所述凸缘的基部部分的与所述盖相反的一侧上从所述基部部分轴向突出，能变形的所述密封环部分包括：内壁部分，从所述凸缘的内基部部分延伸并与所述内基部部分连续；外壁部分，从所述凸缘的外基部部分延伸并与所述外基部部分连续，所述外壁位于所述内壁部分的径向外侧并与所述内壁部分径向隔开；支撑构件，位于所述内壁部分与所述外壁部分之间；以及桥接部分，使所述内壁部分和所述外壁部分互连，所述桥接部分定位成与所述凸缘的所述基部部分轴向隔开；其中，在径向截面图中，所述桥接部分的在轴向上与所述凸缘的所述基部部分相距最远的顶部是平坦的或者具有弯曲的中心平面，所述中心平面的曲率半径大于所述桥接部分的所述顶部的壁厚的两倍。
因为密封结构包括凸缘的可变形密封环部分，该密封环部分在基部的与盖相反的一侧上从凸缘的基部部分轴向突出，所以密封结构一体形成在胶囊的凸缘中，因此胶囊可以以低成本快速制造，并且铝胶囊主体可以容易地再循环。在本文中，“铝”的含义理解为也包括铝合金。
因为桥接部分的在轴向上与凸缘的基部部分相距最远的顶部是平坦的或者具有弯曲的中心平面，该中心平面的曲率半径大于桥接部分的所述顶部的壁厚的两倍，所以当夹持在封装构件的环形端面与封闭构件之间时，桥接部分可容易在低夹紧压力下局部变形，以适应封闭构件的环形端面的形状。甚至在封闭构件的环形端面设置有径向延伸的开口槽的情况下，密封结构也可以适应由封装构件的环形端面形成的在周向方向上的一系列凸起和凹陷，并且在当封装构件和封闭构件彼此挤压的夹紧压力相对较低时的封装构件的封闭的早期阶段，也已经对环形端面的凹陷表面部分进行有效的密封。
要注意的是，为了使在封闭构件的环形端面与凸缘的密封环部分之间的密封有效地确保胶囊中的物质上的压降足以用于期望的饮料制备过程，在任何情况下都不必密封地流体密封。在通过胶囊泵送的液体体积的高达4％(优选不超过2.5％)的液体泄漏下，该密封对于允许饮料制备装置在物质上产生期望的压降仍然是有效的。因此，允许这种泄漏的密封构成有效的密封。
本发明还可以在一种用于使用在压力下供应至胶囊中的流体从所述胶囊制备饮用饮料的系统中体现。所述系统包括：饮料制备装置，包括用于接收所述胶囊的封装构件，其中，所述封装构件包括用于将压力下的流体供应至所述胶囊中的流体注入装置，其中，所述饮料制备装置还包括封闭构件，诸如，提取板，以用于封闭所述饮料制备装置的所述封装构件，其中，所述封装构件具有环形端部，所述环形端部具有环形端面，所述环形端面可选地设置有多个径向延伸的开口槽；胶囊，容纳用于制备饮用饮料的物质，所述饮用饮料通过将压力下的流体供应至胶囊中而提取和/或溶解所述物质来制备，所述胶囊包括：铝胶囊主体，具有中央胶囊主体轴线，所述铝胶囊主体包括底部、侧壁、向外延伸的凸缘和在所述凸缘处的密封结构；以及盖板，附接至所述凸缘并密封地封闭所述胶囊；其中，所述密封结构是能变形的，并且如果所述胶囊定位在所述封装构件中且所述封装构件通过所述封闭构件封闭，则所述密封结构与所述环形端面进行流体密封接触，所述凸缘和所述密封结构的至少一部分被夹持在所述环形端面与所述封闭构件之间；其中，所述密封结构包括所述凸缘的能变形的密封环部分，当所述胶囊处于所述封装构件中时，所述密封环部分在与所述盖附接的所述凸缘的基部部分的面向所述封装构件的一侧上从所述基部部分轴向突出，能变形的所述密封环部分包括：内壁部分，从所述凸缘的内基部部分延伸并与所述内基部部分连续；外壁部分，从所述凸缘的外基部部分延伸并与所述外基部部分连续，所述外壁位于所述内壁部分的径向外侧并与所述内壁部分径向隔开；支撑构件，位于所述内壁部分与所述外壁部分之间；以及桥接部分，使所述内壁部分和所述外壁部分互连，所述桥接部分定位成与所述凸缘的所述基部部分轴向隔开；其中，在径向截面图中，所述桥接部分的在轴向上与所述凸缘的所述基部部分相距最远的顶部是平坦的或者具有弯曲的中心平面，所述中心平面的曲率半径大于所述桥接部分的所述顶部的壁厚的两倍。在这种系统的操作中以及在这种用途中，当夹持在封装构件的环形端面与封闭构件之间时，桥接部分容易局部地变形，从而适应封装构件的环形端面的形状。更具体地，密封结构适应于由封装构件的环形端面形成的周向方向上的一系列凸起和凹陷，并且在当封装构件和封闭构件彼此挤压的夹紧压力相对较低时的封装构件的封闭的早期阶段，也已经对环形端面的凹陷表面部分进行有效的密封。
如果桥接部分的顶部的至少一部分具有比内壁部分和外壁部分的壁厚小的减小的壁厚，则可以实现与环形端面的形状的良好符合性，并且因此在低密封压力下可以实现已经特别有效且可靠的密封。
如果胶囊主体在至少一侧具有涂层，则至少在桥接部分的顶部的具有减小的壁厚的部分中省去涂层降低了在当在制造期间壁厚减小时发生相对大的变形期间涂层被损坏或变得松脱的风险。例如，如果减小壁厚涉及去除壁材料，则在制造期间还可以去除涂层，同时减小壁厚。
如果桥接部分的未涂覆部分位于凸缘的与盖相反的一侧上并且具有纹理表面，则可以实现进一步增强的密封效果。当密封压力仍较低时，表面中的纹理可以进一步改进在夹紧的早期阶段期间的符合性，这是仅经由纹理的凸起部分传递夹紧力，使得在凸起部分处施加的接触压力比在整个光滑的接触表面上施加的接触压力更高。
如果纹理表面包括在凸缘的周向方向上延伸的脊部和谷部，则可以实现特别改进的密封效果，这是因为在主要在周向方向上延伸的大致环形区域或环形部分中实现了与环形端面的形状的早期符合性。
在减小壁厚之前或在减小壁厚期间，从凸缘的壁厚待减小的部分中有效地去除涂层。
如果在用于去除壁材料以减小壁厚的材料去除步骤期间从凸缘的壁厚待减小的部分去除涂层，则可以实现特别有效的制造减小的壁厚。
然而，在桥接部分的顶部部分上的涂层(与胶囊主体的外表面的剩余部分上的涂层相同的涂层，或者与胶囊主体的外表面的剩余部分上的涂层不同的涂层)也可以改进密封，例如通过减小封装构件的环形端面和与环形端面接触的密封环部分的表面部分之间的摩擦，这便于使与环形端面接触的密封环部分适应环形端面的形状。
如果内壁部分和外壁部分中的一者与内壁部分和外壁部分中的另一者相比以相对于凸缘的基部部分的不同角度定向，则在密封期间，可以实现密封结构精确且可靠地变形成预定形状。特别地，由此抵消了变形成不同端部形状的周向部分之间的过渡的出现，该过渡增加泄漏风险。
如果内壁部分和外壁部分中的一者相对于凸缘的相关联的连续基部部分的平面以倾斜角度(优选地20-60°，更优选30-50°)延伸，并且内壁部分和外壁部分中的另一者相对于凸缘的相关联的连续基部部分的平面以较陡的或相反的角度(优选地60-160°，更优选70-150°)从凸缘的相关联的连续基部部分延伸，则可以特别有效地实现该效果。
为了平滑、准确和可靠地变形成预定形状，有利的是，在截面图中，内壁部分和外壁部分中的至少一者的至少一部分具有弯曲的中心平面，特别是内壁部分和外壁部分中的至少一者的弯曲部分与所述桥接部分的顶部的曲率连续，并且在截面图中，可变形部分是Ω形的。Ω形状的另一优点在于，在凸缘的内基部部分与外基部部分之间仅留有小间隙，使得留下用于盖体与凸缘粘附的大表面积。
为了在密封结构的变形的最后阶段期间获得高的反压，可以在内壁部分与外壁部分之间设置支撑构件。
如果当密封环部分被夹持在环形端面与兼容的饮料制备装置的封闭构件之间时，桥接部分的顶部定位成与环形端部首先接触，则可以实现特别简单地适应环形端面的形状。
桥接部分的顶部形成围绕胶囊的中心线周向延伸的圆形或平坦的峰部。通过规定由桥接部分的顶部形成的峰部的直径为29-33mm，更优选为30.0-31.4mm，且最优选为30.3-31.0mm，桥接部分的顶部相对于环形端面居中地定位，以用于当密封环部分被夹持在环形端面与广泛使用的市售可得的饮料制备装置(诸如，Citiz、Lattisima、U、Maestria、Pixie、Inissia以及Essenza)的封闭构件之间时与环形端面的中央部分首先接触。
当在胶囊的一个实施例中，胶囊填充有5-20克、优选5-10克、更优选5-7克的可提取产品(例如，焙炒磨碎的咖啡)时，本发明特别有利。
在根据本发明的特别容易制造的胶囊的实施例中，胶囊的向外延伸的凸缘的外径大于胶囊的底部的直径。优选地，向外延伸的凸缘的外径约为37.1mm，并且胶囊的底部的直径约为23.3mm。
当在胶囊的一个实施例中，铝胶囊主体的厚度为20至200微米(优选100微米)时，本发明特别有利。
当在胶囊的一个实施例中，铝盖的厚度为15至65微米、优选30-45微米、且更优选39微米时，本发明特别有利。
在根据本发明的胶囊的实施例中，铝盖的厚度小于铝胶囊主体的厚度。
在根据本发明的胶囊的另一实施例中，铝盖设置成在胶囊中的流体压力的影响下在饮料制备装置的封闭构件(诸如，饮料制备装置的提取板)上撕开。
在根据本发明的特别容易制造的胶囊的实施例中，铝胶囊主体的侧壁具有与底部相对的自由端，向外延伸的凸缘从侧壁的所述自由端沿与中央胶囊主体轴线至少基本上垂直的方向延伸。优选地，向外延伸的凸缘包括卷曲的外边缘，这有利于获得与设置有径向延伸的开口槽的环形端面的令人满意的密封。向外延伸的凸缘的卷曲的外边缘的内边缘的围绕中央胶囊主体轴线的半径优选地至少是32mm，使得确保与封装构件的环形端面的间隙。然后，优选地，密封结构定位在铝胶囊主体的侧壁的自由端与向外延伸的凸缘的卷曲的外边缘的内边缘之间，以获得更加令人满意的密封。
为了确保卷曲的外边缘不干扰各种市售的和将来的饮料制备装置的操作，向外延伸的凸缘具有约1.2毫米的最大径向截面尺寸。
本发明特别有益于胶囊，该胶囊的铝胶囊主体的侧壁的自由端的内径为约29.5mm。铝胶囊主体的侧壁的自由端与向外延伸的凸缘的最外边缘之间的距离可以是约3.8毫米。铝胶囊主体的优选高度约为28.4mm。
在根据本发明的在使用之后用户更容易从饮料制备装置中取出的胶囊的一个实施例中，该铝胶囊主体是截顶的，其中，优选地，铝胶囊主体的侧壁与垂直于所述中央胶囊主体轴线的线形成的角度为约97.5°。
在根据本发明的胶囊的有利实施例中，铝胶囊主体的底部具有约23.3mm的最大内径。优选地，所述铝胶囊主体的底部是截顶的，优选具有约4.0mm的底部高度，并且底部还具有与盖相对的大致平坦的中央部分，该中央部分具有约8.3mm的直径。
在实际上所有情况下，在根据本发明的胶囊的一个实施例中可以获得令人满意的密封，其中，密封结构的轴向高度为至少约0.1mm，更优选为至少0.2mm且最优选为至少0.8mm，并且为至多3mm，更优选为至多2mm且最优选为至多1.2mm。
本发明特别适用于根据本发明的系统，其中，在使用中，饮料制备装置的封装构件中的最大流体压力在6-20巴的范围内，优选在12巴至18巴之间。甚至在这种高压下，也可以在胶囊与饮料制备装置之间获得令人满意的密封。
优选地，该系统被设置为使得在使用中，在冲泡期间，饮料制备装置的封装构件的自由端在胶囊的密封结构上施加力F2，以在胶囊的向外延伸的凸缘与饮料制备装置的封装构件之间提供密封接触，其中，当胶囊外部的饮料制备装置的封装构件中的流体压力P2在6-20巴的范围内，优选在12巴至18巴之间时，F在500-1500N的范围内，优选地在750-1250N的范围内。特别地，该系统被设置为使得在使用中，在冲泡之前或在开始冲泡时，饮料制备装置的封装构件的自由端在胶囊的密封结构上施加力F1，以在胶囊的向外延伸的凸缘与饮料制备装置的封装构件之间提供密封接触，其中，当胶囊外部的饮料制备装置的封装构件中的流体压力P1在0.1-4巴，优选0.1-1巴的范围内时，F1在30-150N，优选40-150N，更优选50-100N的范围内。
在根据本发明的系统的一个实施例中，其中，多个径向延伸的开口槽在饮料制备装置的环形端面的切向方向上相对于彼此均匀地隔开，使得用户更容易取出胶囊，同时在胶囊与饮料制备装置之间仍然可以提供令人满意的密封。
在根据本发明的系统的有利实施例中，每个槽的最长切向宽度(从顶部到顶部，即，等于槽到槽节距)为0.9-1.1mm，优选为0.95mm至1.05mm，更优选为0.98mm至1.02mm，其中，在饮料制备装置的封装构件的轴向方向上的每个槽的最大高度为0.01-0.09mm，优选为0.03mm至0.07mm，更优选为0.045mm至0.055mm，最优选为0.05mm，并且其中，槽的数量为90至110，优选为96。在槽的位置处的环形端面的径向宽度为0.05-0.9mm，优选为0.2-0.7mm，且更优选为0.3-0.55mm。
当应用于根据本发明的系统的实施例时，本发明尤其合适，其中，在使用期间，当饮料制备装置的封闭构件封闭饮料制备装置的封装构件时，饮料制备装置的封装构件可以在饮料制备装置的封装构件中的流体压力的朝向所述料制备装置的封闭构件的作用下相对于饮料制备装置的封闭构件移动，以用于在胶囊的凸缘与饮料制备装置的封装构件的自由端之间施加最大力。
附图说明
现在将参考附图中所示的非限制性示例，进一步描述本发明的其他方面、效果和细节，附图中，：
图1示出了根据本发明的系统的实施例的示意图；
图2以立体图示出了根据本发明的系统的饮料制备装置的实施例，其示出了具有多个径向延伸的开口槽的饮料制备装置的封装构件的环形端面；
图3A以截面图示出了在使用之前的根据本发明的胶囊的实施例；
图3B示出了图3A的胶囊的放大细节，其示出了向外延伸的凸缘和密封结构；
图3C示出了在使用之后的图3A和图3B中的胶囊的向外延伸的凸缘的放大细节；
图4A至图4H示出了根据本发明的胶囊的向外延伸的凸缘处的密封结构的几个实施例。
具体实施方式
图1以截面图示出了用于使用在压力下供应到胶囊中的流体从胶囊制备饮用饮料的系统1的实施例的示意性表示。系统1包括：胶囊2，其被密封成密封的；以及饮料制备装置4。装置4包括用于保持胶囊2的封装构件6。装置4还包括封闭构件，诸如，提取板8，以用于支撑胶囊2。
在图1中，为了清楚起见，在胶囊2、封装构件6和提取板8之间产生间隙。可以理解的是，在使用中，胶囊2可以与封装构件6和提取板构件8接触。通常，封装构件6具有与胶囊2的形状互补的形状。装置4还包括流体注入装置10，以用于在6-20巴的范围内，优选在12-18巴之间的压力下向可更换的胶囊2供应一定量的流体，诸如水。
在图1所示的示例中，可更换的胶囊2包括具有中央胶囊主体轴线12A的铝胶囊主体12，以及铝盖14。在该示例中，铝胶囊主体12包括侧壁16、在第一端处封闭侧壁16的底部18、以及在与底部18相对的第二端处从周壁16向外延伸的向外延伸凸缘20。侧壁16、底部18和盖14包围内部空间22，该内部空间包括通过提取和/或溶解物质来制备饮用饮料的物质。优选地，该物质是5-20克，优选地5-10克，更优选地5-7克的可提取产品，诸如，用于制备单一饮料的焙炒磨碎的咖啡。胶囊最初是密封的，即在使用之前密封。
图1的系统1包括底部刺穿装置24，用于刺穿胶囊2的底部18，以在底部18中产生至少一个入口25，以用于通过入口25将流体供应到可提取产品。
图1的系统1还包括盖刺穿装置26，其在此体现为封闭构件8的突起，用于刺穿胶囊2的盖14。盖刺穿装置26可以设置成，一旦内部空间22内的(流体)压力超过一阈值压力并以足够的力将盖14压向盖刺穿装置26，就撕开盖14。因此，铝盖14设置成在胶囊中的流体压力的影响下在饮料制备装置的封闭构件8上撕开。
胶囊2还包括密封结构28，该密封结构在图1、图3A和图3B中表示为一般的盒，但是参考图4A至图4H更详细地描述，该密封结构28设置在向外延伸的凸缘20处，以用于如果胶囊2位于封装构件6中并且封装构件6通过提取板8封闭，则提供与封装构件6的流体密封接触，使得胶囊2的向外延伸的凸缘20和封装构件6的至少一部分密封结构28密封地接合在封装构件6与提取板8之间。
如图2所示，饮料制备装置的封装构件6包括具有中央环形构件轴线41A和自由环形端面30的环形元件41。环形元件41的环形端面30设置有多个径向延伸的开口槽40。多个径向延伸的开口槽40在环形元件41的环形端面30的切向方向上相互均匀地间隔开。每个槽40的最长切向宽度为0.9-1.1mm，优选为0.95-1.05mm，更优选为0.98-1.02mm，其中，每个槽40在封装构件6的轴向上的最大高度为0.01-0.09mm，优选为0.03至0.07mm，更优选为0.045至0.055mm，最优选是0.05mm。槽40的数量在90至110的范围内，优选为96。在槽位置处的环形端面的径向宽度例如可以为0.05-0.9mm，优选为0.2-0.7mm，更优选为0.3-0.5mm。
在图3A和3B中更详细地示出了根据本发明的胶囊的一个实施例。在所示实施例中，向外延伸凸缘20的外径ODF大于胶囊2的底部18的直径DB。在所示实施例中，向外延伸凸缘20的外径ODF约为37.1mm，并且底部18的直径DB约为23.3mm。在本示例中，铝胶囊主体12的壁厚为100微米。通常，取根据各种考虑，20至200微米的壁厚是优选的。
在所示实施例中，铝盖14的厚度为39微米，优选厚度在15-65微米的范围内，且更特别在30-45微米的范围内。优选地，铝盖14的厚度小于铝胶囊主体12的厚度。
铝胶囊主体12的侧壁16具有与底部18相对的自由端42。铝胶囊主体12的侧壁16的自由端42的内径IDF约为29.5mm。向外延伸的凸缘20从该自由端42沿至少基本上垂直于中央胶囊主体轴线12A的方向延伸。向外延伸的凸缘20包括卷曲的外边缘43，其有利于获得胶囊与封装构件之间的密封。在所示的实施例中，向外延伸的凸缘20的卷曲的外边缘43具有约1.2毫米的最大尺寸。铝胶囊主体12的侧壁16的自由端42与卷曲的外缘43的内缘43A之间的距离DIF约为2.7mm，而铝胶囊主体12的侧壁16的自由端42与向外延伸的凸缘20的最外边缘43B之间的距离DOF约为3.8毫米。
如图3A和3B所示，密封结构28位于铝胶囊主体12的侧壁16的自由端与向外延伸的凸缘的卷曲的外边缘42的内边缘43A之间。密封结构28表示为一般的盒，但将在下面更详细地描述。不管密封结构28的实施例如何，密封结构的高度优选为至少约0.1mm，更优选为至少0.2mm，并且最优选为至少0.8mm，并且至多3mm，更优选为至多2mm，并且最优选为至多1.2mm，以用于提供正确的密封。
从图3A中可以看出，铝胶囊主体12是截顶的。在所示的实施例中，铝胶囊主体12的侧壁16与垂直于中央胶囊主体轴线12A的线形成约97.5°的角度A。铝胶囊主体12的底部18具有约23.3mm的最大内径DB。铝胶囊主体12的底部18也是截顶的，并且在所示实施例中，具有约4.0mm的底部高度BH。底部18还具有与盖14相对的大致平坦的中央部分18A，该中央部分18A具有约8.3mm的直径DEE，并且在该中央部分18A中，可以形成入口25。也可以在中央部分18A与侧壁16之间的截头部分中形成入口。胶囊的铝胶囊主体12的总高度TH约为28.4mm。
图1所示的系统1如下操作，以用于制备一杯饮用饮料，在本实施例中，胶囊中的物质咖啡是焙炒磨碎的咖啡。
胶囊2放置在封装构件6中。使提取板8与胶囊2接触。底部刺穿装置24刺穿胶囊2的底部18，以用于形成入口25。流体(在此处是在压力下的热水)通过入口25供应到内部空间22中的可提取产品。水将浸湿磨碎的咖啡并提取期望的物质，以形成咖啡饮料。
在将处于压力下的水供应至内部空间22期间，胶囊2内的压力将升高。压力的升高将导致盖14变形并压靠在提取板的盖刺穿装置26上。一旦压力达到一定水平，将超过盖14的撕裂强度，并且盖14将相对于盖刺穿装置26破裂，从而产生出口。所制备的咖啡将通过提取板8的出口和排出口32(参见图1)从胶囊2中排出，并且可以供应至容器，诸如杯子(未示出)。
系统1被设置成使得在冲泡之前或在开始冲泡时，封装构件6的自由端30在胶囊2的密封结构28上施加力F1，以在胶囊2的向外延伸的凸缘20与饮料制备装置的封装构件6之间提供密封接触，其中，当胶囊外部的饮料制备装置的封装构件中的流体压力P1在0.1-4巴的范围内，优选为0.1-1巴的范围内时，力F1在30-150N的范围内，优选为40-150N的范围内，更优选为50-100N的范围内。在冲泡期间，封装构件6的自由端30在胶囊2的密封结构28上施加力F2，以在胶囊2的向外延伸的凸缘20与封装构件6之间提供密封接触，其中，当胶囊2外部的饮料制备装置的封装构件6中的流体压力P2在6-20巴的范围内，优选为在12到18巴之间时，力F2在500-1500N的范围内，优选地在750-1250N的范围内。在所示的实施例中，封装构件6的部分6B可以在封装构件6装置中的流体的压力的作用下相对于提取板8朝向提取板8移动，以用于在向外延伸的凸缘20与封装构件6的自由端30之间施加最大力。可以在使用期间(即，在冲泡开始时和在冲泡期间)发生该移动。封装构件6具有第一部分6A和第二部分6B，其中，第二部分包括环形端面30。第二部分6B可以相对于第一部分6A在第一位置与第二位置之间移动。第二部分6B可以在封装构件6中的流体压力的影响下，沿封闭构件8的方向从第一位置朝向第二位置移动。如果第二部分6B处于具有流体压力P1的第一位置，则可以达到如上所述的力F1。如果第二部分6B在封装构件6中的流体压力P2的影响下朝向第二位置移动，则可以达到如上所述的力F2。
由于所施加的力，根据本发明的胶囊的密封结构28经受塑性变形并与环形端面30的槽40紧密符合，并因此在冲泡开始期间以相对较低的流体压力在封装构件6与胶囊3之间提供密封接触，而且还在冲泡期间，在胶囊外部的封装构件中以高得多的流体压力提供密封接触。图3C中示出了封装构件的槽40的这种紧密符合性，其示出了在使用之后的本发明的胶囊2，并且清楚地表明向外延伸的凸缘20包括变形部40'，该变形部40'符合封装构件的槽40。
现在，将参考图4A至图4H更详细地描述根据本发明的在胶囊2的向外延伸的凸缘20处的密封结构28的示例性实施例。
在图4A中，示出了具有密封结构28的凸缘20在密封结构28变形之前与封装构件6的环形端面接触的第一示例。密封结构为凸缘20的可变形密封环部分28的形式。盖14附接至凸缘20的基部部分44、45，该基部部分限定垂直于胶囊主体轴线的凸缘20的平坦基部平面。密封环部分28在基部44、45的与盖14相反的一侧(即，面向环形端面30的一侧)从凸缘20的基部44、45轴向突出。
可变形密封环部分28具有从凸缘20的内基部部分44延伸并与其连续的内壁部分46以及从凸缘20的外基部部分45延伸并与其连续的外壁部分47。外壁部分47位于内壁部分46的外部并与内壁部分隔开。可变形密封环部分28还包括将内壁部分46和外壁部分47互连的桥接部分48。桥接部分48与凸缘20的基部部分44、45轴向隔开。在所示的截面图中，轴向最远离凸缘44、45的基部部分的桥接部分的顶部49具有弯曲的中心平面，其曲率半径大于桥接部分48的顶部49的壁厚的两倍。因为曲率半径相对较大，所以当环形端面30压靠在可变形密封环部分28上使其变形时，可以相对容易地变形，以适应环形端面30的形状。由于可变形密封环部分28是胶囊主体的一体部分，所以可以有效地制造并且具有与胶囊主体的剩余部分相同的材料，在使用和处理胶囊之后，可以与胶囊主体的剩余部分一起回收。
内壁部分46与外壁部分47相比以相对于凸缘44、45的基部的不同角度定向。这导致密封结构28在密封期间准确和可靠地变形成预定的形状。特别地，避免了在变形期间形成变形为不同端部形状的周向区段之间的过渡。这种过渡带来了更大的泄漏风险。
在本示例中，特别有效地实现这种效果，这是因为外壁部分相对于凸缘的相关的连接基部部分的平面以倾斜角度延伸，并且内壁部分从凸缘的相关的连续基部部分以相反的角度延伸，使得其与外壁部分47平行。倾斜角度优选为20-60°，更优选为30-50°，并且相对于凸缘44、45的相应连续基部部分的平面的相反角度优选为120-160°，更优选为110-150°。
在图4B所示的示例中，外壁部分147大约垂直于与之相邻的凸缘的基部部分。除了包括顶部部分149的弯曲部分之外，桥接部分148还具有倾斜的大致平坦部分150。为了平滑、准确和可靠地变形成预定形状，内壁部分146具有与所述桥接部分顶部的曲率连续(contiguous)的弯曲的中心平面。弯曲的内壁部分146的相对容易的可压缩性通过桥接部分的平坦部分150围绕其与外壁部分147的连接部的大致铰接挠曲来适应。因此，避免了内壁部分146和桥接部分148的相邻部分平坦地折叠到一侧，并确保由这些部分形成的弯曲部分在变形期间自身折叠，由此确保在变形期间施加相对恒定的反作用力。
在图4C中，示出了桥接部分248的顶部249是平坦的(即，具有无限大的曲率半径)的示例。而且，这种平坦的壁部分可相对容易地变形，以用于平滑地适应环形端面30的形状。内壁部分246和外壁部分247定向成垂直于凸缘244、245的相邻基部部分，使得获得桥接部分248的特别刚性的支撑，这防止由于环形端面30施加的压力而引起的桥接部分整体移位，因此变形至少首先集中在桥接部分248本身中。进而，这有利于使密封环部分228的形状适应环形端面30的形状。如果桥接部分248的顶部249的至少一部分具有比内壁部分247和外壁部分246的壁厚小的减小的壁厚(在图4C中未示出减小的壁厚)，则可以实现在低密封压力下的特别有效且可靠的密封。在该实施例和其他实施例中，桥接部分的至少顶部部分的减小的厚度例如可以是10-95微米，更优选为30-70微米，最优选为40-50微米。
在图4D所示的示例中，可变形密封环部分是Ω形的，内壁部分346、具有顶部349的桥接部分348和外壁部分347具有基本恒定的曲率半径。这种形状对于平滑、准确和可靠地变形成预定形状是特别有利的。这种形状的另一个优点在于，在凸缘344、345的内基部部分和外基部部分之间仅留有小间隙，使得留有用于将盖14粘附到凸缘的大表面积。
同样在图4D所示的示例中，可变形密封环部分428是Ω形的，但是具有更大的曲率半径，使得Ω形部分的宽度至少与环形端面30的宽度一样宽。这允许环形端面压入(原始的)Ω形部分内，其宽度在变形期间增加，使得在环形端面30的外边界区域和内边界区域处实现特别有效的双重密封。
在图4F所示的示例中，在内壁部分546与外壁部分547之间并且在桥接部分548的下面设置有相对弹性材料的支撑构件551，以用于在密封结构的变形的最后阶段期间获得高的反压。如果如在本示例中那样，可变形密封环部分528具有相对平坦的构造，则这种支撑构件是特别有利的。
如果如图4G所示的示例那样，桥接部分648的顶部649的至少一部分具有比内壁部分647和外壁部分646的壁厚小的减小的壁厚，则可以实现对环形端面30的形状特别良好的符合性并且因此可以实现在低密封压力下已经特别有效和可靠的密封。
桥接部分649可具有面向环形端面30的未涂覆表面，而胶囊主体材料的剩余部分可涂覆在同一侧或两侧上，以避免在减少壁厚期间或通过在减小壁厚的同时去除涂层来损坏涂层。当去除涂层时，可以将纹理施加到去除涂层的表面。由于夹紧力仅通过纹理的凸起部分传递，所以在密封压力仍较低时，这种纹理(优选地包括在凸缘的周向方向上的脊部和谷部)可以进一步改进在夹紧的早期阶段期间的符合性，使得在凸起部分处施加比在整个光滑接触表面上施加的接触压力更高的接触压力。
在图4H中，示出了一个示例，其中，壁部分746、747中的一个(在这种情况下是外壁部分747)相对于凸缘744、745的基部部分比壁部分746、747中的另一个(在这种情况下是内壁部分747)更陡峭地定向，壁部分中的该另一个相对于凸缘744、745的基部部分倾斜地定向。而且，在该示例中，随着遵循桥接部分748和陡壁部分747的变形而枢转的倾斜壁部分746防止变形最大的陡壁部分747折叠。陡峭的外壁部分747定位成使得其当封装构件压靠在桥接部分的顶部749上时挠曲到环形端面30的外侧。当遵循向下推动并由枢转的内壁部分746径向保持的桥接部分748时，陡峭的外壁部分747的顶端的壁材料然后以滚动的方式变形，如如图4H所示的可变形的密封部分728的变形状态728'和728”所示。因此，当环形端面30压靠在顶部部分749上时，首先实现了适应环形端面30的形状的局部变形。随后，以滚动方式的变形允许在大的轨迹上平滑的轴向变形。
在图4A-图4H所示的每个示例中，当密封环部分夹持在环形端面与兼容的饮料制备装置的封闭构件之间时，桥接部分的顶部被定位成首先与环形端部30接触。此外，桥接部分的顶部的直径使得桥接部分的顶部相对于环形端面30居中地定位，以用于当密封环部分夹持在环形端面与兼容的饮料制备装置的所述封闭构件之间时，首先与该环形端面的中央部分接触。
在前面的说明书中，已经参照本发明的具体实施例描述了本发明。然而，显而易见的是，在不背离所附权利要求书中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种修改和改变。

Claims (26)

1.一种胶囊，容纳用于制备饮用饮料的物质，所述饮用饮料通过将压力下的流体供应至所述胶囊中而提取和/或溶解所述物质来制备，所述胶囊包括：
铝胶囊主体，具有中央胶囊主体轴线，所述铝胶囊主体包括底部、侧壁、向外延伸的凸缘和在所述凸缘处的密封结构；以及
盖板，附接至所述凸缘并密封地封闭所述胶囊；
其中，所述密封结构是能变形的，以用于如果所述胶囊定位在饮料制备装置的封装构件中且所述封装构件通过所述饮料制备装置的封闭构件封闭，则提供与所述封装构件的环形端面的流体密封接触，所述凸缘和所述密封结构的至少一部分被夹持在所述环形端面与所述封闭构件之间；
其特征在于，所述密封结构包括所述凸缘的能变形的密封环部分，所述密封环部分在与所述盖板附接的所述凸缘的基部部分的与所述盖板相反的一侧上从所述基部部分轴向突出，能变形的所述密封环部分包括：
内壁部分，从所述凸缘的内基部部分延伸并与所述内基部部分连续；
外壁部分，从所述凸缘的外基部部分延伸并与所述外基部部分连续，所述外壁部分位于所述内壁部分的径向外侧并与所述内壁部分径向隔开；
支撑构件，位于所述内壁部分与所述外壁部分之间；以及
桥接部分，使所述内壁部分和所述外壁部分互连，所述桥接部分定位成与所述凸缘的所述基部部分轴向隔开；
其中，在径向截面图中，所述桥接部分的在轴向上与所述凸缘的所述基部部分相距最远的顶部是平坦的或者具有弯曲的中心平面，所述中心平面的曲率半径大于所述桥接部分的所述顶部的壁厚的两倍，
其中，所述桥接部分的所述顶部的至少一部分具有比所述内壁部分和所述外壁部分的壁厚小的减小的壁厚。
2.根据权利要求1所述的胶囊，其中，当所述密封环部分被夹持在所述环形端面与兼容的所述饮料制备装置的所述封闭构件之间时，所述桥接部分的所述顶部定位成与所述环形端面首先接触。
3.根据权利要求2所述的胶囊，其中，所述桥接部分的所述顶部形成围绕所述胶囊的中心线周向延伸的峰部，所述峰部的直径为29mm至33mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述胶囊的向外延伸的所述凸缘的外径大于所述胶囊的所述底部的直径。
5.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述铝胶囊主体的厚度为20微米至200微米。
6.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述铝胶囊主体的壁厚大于所述盖板的壁厚。
7.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述铝胶囊主体的所述侧壁具有与所述底部相对的自由端，向外延伸的所述凸缘从所述侧壁的所述自由端沿与所述中央胶囊主体轴线至少基本上垂直的方向延伸。
8.根据权利要求6所述的胶囊，其中，向外延伸的所述凸缘包括在所述密封环部分的径向外侧的卷曲的外边缘。
9.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述铝胶囊主体是截顶的，其中，所述铝胶囊主体的所述侧壁与垂直于所述中央胶囊主体轴线的线形成的角度为97.5°。
10.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述密封结构的在轴向方向上的高度为至少0.1mm并且为至多3mm。
11.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述密封环部分是能变形的，使得如果在冲泡期间，所述环形端面在所述胶囊的所述密封结构上施加力F，以在所述凸缘与所述环形端面之间提供密封接触，则所述密封环部分对所述环形端面进行有效地密封，其中，当所述胶囊外部的所述封装构件中的流体压力在6巴至20巴的范围内时，F在500N至1500N的范围内。
12.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述密封环部分是能变形的，使得如果在使用中，在冲泡之前或在开始冲泡时，所述环形端面在所述胶囊的所述密封结构上施加力F1，以在所述凸缘与所述环形端面之间提供密封接触，则所述密封环部分对所述环形端面进行有效地密封，其中，当所述胶囊外部的所述饮料制备装置的所述封装构件中的流体压力P1在0.1巴至4巴的范围内时，所述力F1在30N至150N的范围内。
13.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述环形端面设置有多个径向延伸的开口槽，并且其中，所述密封环部分是能变形的，使得所述密封环部分对所述环形端面进行有效地密封，并且其中，所述多个径向延伸的开口槽在所述环形端面的周向方向上相对于彼此均匀地隔开。
14.根据权利要求13所述的胶囊，其中，所述密封环部分是能变形的，使得如果所述槽中的每一个的最大宽度为0.9mm至1.1mm，则所述密封环部分对所述环形端面进行有效地密封，其中，在所述饮料制备装置的所述封装构件的轴向方向上的所述槽中的每一个的最大高度为0.01mm至0.09mm，并且其中，所述槽的数量为90至110。
15.根据权利要求1、2或3所述的胶囊，其中，所述密封环部分和所述胶囊主体的剩余部分由相同的板材制成。
16.根据权利要求1所述的胶囊，其中，所述封闭构件为所述饮料制备装置的提取板。
17.一种用于使用在压力下供应至胶囊中的流体从所述胶囊制备饮用饮料的系统，包括：
饮料制备装置，包括用于接收所述胶囊的封装构件，其中，所述封装构件包括用于将压力下的流体供应至所述胶囊中的流体注入装置，其中，所述饮料制备装置还包括封闭构件，以用于封闭所述饮料制备装置的所述封装构件，其中，所述封装构件具有环形端部，所述环形端部具有环形端面；
根据前述权利要求中任一项所述的胶囊。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，当所述密封环部分被夹持在所述环形端面与所述封闭构件之间时，所述环形端面被定位成与所述桥接部分的所述顶部首先接触。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，在截面图中，所述桥接部分的所述顶部相对于所述环形端面居中地定位，以用于当所述密封环部分被夹持在所述环形端面与所述封闭构件之间时与所述环形端面的中央部分首先接触。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，在使用中，所述饮料制备装置的所述封装构件中的最大流体压力在6巴至20巴的范围内。
21.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，所述系统被设置成使得在使用中，在冲泡期间，所述环形端面在所述胶囊的所述密封结构上施加力F2，以在所述凸缘与所述环形端面之间提供密封接触，其中，当所述胶囊外部的所述封装构件中的流体压力P2在6巴至20巴的范围内时，F2在500N至1500N的范围内。
22.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，所述系统被设置成使得在使用中，在冲泡之前或在开始冲泡时，所述环形端面在所述胶囊的所述密封结构上施加力F1，以在所述凸缘与所述环形端面之间提供密封接触，其中，当所述胶囊外部的所述饮料制备装置的所述封装构件中的流体压力P1在0.1巴至4巴的范围内时，F1在30N至150N的范围内。
23.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，所述环形端面设置有多个径向延伸的开口槽，并且其中，多个径向延伸的所述开口槽在所述环形端面的周向方向上相对于彼此均匀地隔开。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，每个所述槽的最大宽度为0.9mm至1.1mm，其中，在所述饮料制备装置的所述封装构件的轴向方向上的每个所述槽的最大高度为0.01mm至0.09mm，并且其中，所述槽的数量为90至110，在所述槽的位置处的所述环形端面的径向宽度为0.05mm至0.9mm。
25.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，在使用期间，当所述饮料制备装置的所述封闭构件封闭所述饮料制备装置的所述封装构件时，所述封装构件的包括所述环形端面的至少一部分可以在所述饮料制备装置的所述封装构件中的流体压力的朝向所述封闭构件的作用下相对于所述饮料制备装置的所述封闭构件移动，使得所述环形端面将最大夹紧力施加至所述胶囊的所述凸缘。
26.根据权利要求17所述的系统，其中，所述封闭构件为提取板。
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