CN1842290B - 利用容纳物质的胶囊来制备饮料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过将水注射入容纳待溶解和/或待提取物质的胶囊(3)来制备饮料的设备(1)。该设备包括至少一个用于将水引入胶囊的水注射系统(2)。该注射系统可变换以便在至少两个不同的物质润湿模式之间进行选择，从而可根据胶囊的类型和/或胶囊内容纳的物质的性质进行润湿。根据本发明，可实现一种用于利用待提取物质和/或可溶的物质来制备有泡沫或无泡沫的宽范围的饮料的设备。

Description

利用容纳物质的胶囊来制备饮料的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于使用容纳食品物质例如待提取和/或待溶解的物质的胶囊来制备饮料的方法和设备。本发明更具体地涉及一种用于以最佳方式用不同类型的物质制备各种饮料的方法和设备。
背景技术
使用容纳物质的胶囊以便通过在压力下提取或混合来制备饮料是公知的-特别是在Espresso型咖啡和速溶咖啡领域，并因卫生、咖啡的存储新鲜性以及易于使用而尤其有利。
已有多种机器用于使用容纳待提取的物质-例如咖啡粉、茶叶或者待溶解或分散的物质-例如速溶咖啡、巧克力、奶或这些物质的混合物或简单组合的“胶囊”来制备饮料。
胶囊可以是封闭的胶囊，其用作注入水用的室，并通过胶囊的与凸起的元件相接触的面的破裂而打开以便释放超过特定的压力阈值的液体。通常，使用针或刺针刺破胶囊来注入水。专利EP 0512470 B1或者EP 0870457中说明了这种提取系统的一个示例。在还未出版的欧洲专利申请No.02000943.7中，说明了具有自释放装置的胶囊，该自释放装置用于在胶囊内部已达到压力阈值时使胶囊薄膜或膜破裂并从而释放液体提取物。
胶囊还可以是过滤器型的渗透室，或者是包括过滤器元件的半透室。
已知可将同一机器用于待混合的物质(速溶或可分散的物质)和待在压力下提取的物质，以便提供较多种类的饮料。例如，在同样一个机器中，当胶囊容纳咖啡粉或热巧克力时、当物质是可可粉和奶粉的混合物时，可制备“Espresso”咖啡。但是，可知如果要获得例如在气味、口味和/或泡沫量方面的品质好的饮料，则向胶囊填充不同类型的物质是不能满足的。
具体地，注射、混合或润湿条件可对产生的饮料的质量产生很大的影响。根据是否涉及到通过研磨得到并被压入胶囊内的物质，或者是否涉及到待在液体中溶解或分散的物质-例如速溶咖啡或诸如卡布奇诺、巧克力等的奶基物质，水通过胶囊循环的方式会影响提取或混合条件，从而影响饮料的最终质量。因此，产品例如咖啡或巧克力必须迅速并完全地溶解或分散，优选地产生泡沫；另一方面，溶性茶优选地必须溶解而不会产生泡沫。溶解或分散必须完全、均匀并且迅速，而不会产生结块或渣滓。在待提取的产品例如咖啡粉的情况下，最佳的润湿条件是不同的。产品必须被彻底润湿，由此在不创建用于使水通过咖啡层的优选路线的情况下最优化水/咖啡的接触表面。尽管提取时间不充足并且部分咖啡还未被适当地润湿，但创建通过咖啡层的特定路线会导致压力过于迅速的增加，并且提取物会过快地释放。
尽管这仅对应于特定问题或与特定物质有关，但可改进注射条件。例如，专利申请EP 1299022 A1涉及一种包括刀片和分离的入水口的胶囊盒，以用于分配通过胶囊的水并消除注水针阻塞和生水垢的问题。例如，申请EP 1203554 A1涉及刺针的形状，以用于提升胶囊内的水流条件并防止在胶囊外产生固体残留物。
但是，目前还不知道用于满足在用水提取或混合胶囊内容纳的物质的情况下的不同的、经常矛盾的、产生润湿条件的设备。因此，已知设备不能较好地适用于以每种情况都适合的方式用不同类型的物质制备宽范围的饮料。
发明内容
本发明旨在解决这个问题并提出一种能够令人满意地实现用多种物质适应性地制备更宽范围的饮料的设备。
为此，本发明主要涉及一种用于通过将一定量的水注射(喷射)入容纳(含有)待溶解和/或待提取的物质的胶囊(碗杯)来制备饮料的设备，该设备包括用于将一定量的水引入胶囊的至少一个水注射系统，其特征在于该注射系统可变换(切换)以便在至少两种不同的物质润湿模式之间进行选择，从而根据胶囊的类型和/或胶囊内容纳的物质的性质进行适当的润湿。
术语“胶囊”在广义上应理解为任何类型的容纳物质的填充件而不限制该元件的形状或构成材料。具体地，胶囊可以是非渗透型的、渗透型的或部分渗透型的。
该注射系统可被致动以根据至少两种可能的模式更改注射构型，这两种模式之间具有一个或多个区别特征，所述区别特征包括注射方向、注射刺针的数量和向胶囊注射的径向和/或深度位置。
这样，该设备就能产生对应于随胶囊类型和/或胶囊内容纳的物质的性质变化的条件的注射条件。因此，可与胶囊内容纳的每种物质的特定性质以及每种饮料的固有的质量标准相适应地使用同一设备生产不同的饮料。
在优选实施例中，该注射系统包括至少一个穿孔及注射元件，该穿孔及注射元件可在胶囊内移动到可以胶囊的穿透表面为参照限定的至少两个不同的位置。穿孔及注射元件的具体移动与所需的润湿模式有关。
可通过机械、液压、电动或者其组合型的手动控制的或自动的致动装置来使该穿孔及注射元件移动。
在某些实施例中，该穿孔元件可按照两个不同深度在胶囊内移动。
在第一实施例中，穿孔及注射元件可移动到胶囊内的高的第一位置以便经由顶部润湿胶囊内容纳的物质，并可移动到胶囊内的较深或较低的第二位置以便从胶囊的底部润湿胶囊内容纳的物质。经由顶部的润湿模式很适合待提取的物质，因为其满足所有溶液应通过层/床的需求，从而形成通过层的水柱塞，这满足提取条件以及胶囊打开的适当瞬间。
另一方面，经由底部的润湿模式促进待溶解物质例如速溶咖啡或奶基饮料的溶解，并从而消除固体积聚区，该固体积聚区易于形成在胶囊的底部内，例如沿内脊部或边缘形成。
在第二实施例中，穿孔元件可移动到胶囊内的高的第一位置和胶囊内的较低的第二位置，在该第一位置至少一个注射刺针显露在胶囊内，在该第二位置更多的注射刺针显露在胶囊内。由于在第二实施例中注射点的数量增加，所以注射变得更加扩散或分散并且注射流体通过胶囊的速度降低，与待混合的物质相比，这更适合于待提取的物质。
在另一实施例中，注射系统包括至少一个第一穿孔及注射元件以及至少一个与该第一穿孔及注射元件不同的第二穿孔及注射元件，所述(第一和第二)元件可彼此相对地移动，从而各提供一种对胶囊内物质的不同润湿模式。因此，每个穿孔及润湿元件专用于一种润湿模式，该润湿模式适合一种或多种物质和/或用于通过一种相同的物质来形成具有不同特性的饮料。
在优选实施例中，第一和第二元件可相位彼此相对地(或移动方向相对地)移动到至少一个第一位置和相对的第二位置，在该第一位置第一元件接合在胶囊中而第二元件从胶囊缩回，在该第二位置第一元件从胶囊缩回而第二元件接合在胶囊中。这种设置可迅速从一种润湿模式转换到另一种润湿模式。其优点具体地为选择合适的润湿模式的速度以及简单性。
元件的相对移动可由例如摇杆型或肘节型控制装置或者任何机械的或电的等效装置例如具有螺线管的装置来控制。其优点是能够迅速并可靠地随本设备内的物质和/或胶囊的变化来选择最合适的润湿模式。
根据本发明的注射元件可优选地包括胶囊内形式为射流的至少一个注射点，该射流可在胶囊内生成使液体与物质混合的涡流运动。
优选地，该元件可相对于胶囊的轴线偏心，该元件的形式为例如具有注射孔口的刺针，该注射孔口的注射方向相对于胶囊的径向轴线倾斜。注射孔口的从注射点开始的轴线与连接注射点和胶囊中心的直线形成一在20°和60°之间优选在35°和45°之间的角。
这种润湿模式具有产生至少一个液压力矩的效果，该液压力矩以旋转运动带走物质，从而在胶囊内围绕胶囊的中心轴线形成涡流效应。优选地，注射方向朝向胶囊的底部以便产生内部湍流运动，其不仅具有涡流效应而且还在基本垂直于涡流方向的方向上例如自上而下运动。
对于待溶解或分散的物质例如巧克力基和/或奶基物质而言，一个注射刺针就足够了。
可偏心地设置多个注射刺针以便更好地在胶囊内分配液体。这种构型对于某些物质是有利的，尤其是对于形成在待提取的物质例如咖啡粉等的层内充分分配的液体的混合。
在优选实施例中，所述两个注射元件之一是用于当与胶囊接合时在多个部位刺穿胶囊的表面的多刺针板。这种装置在研磨的物质例如咖啡的情况下是有利的，其中有利地增加进水区域，以在胶囊内在胶囊横截面的大部分上乃至在整个胶囊横截面上分配水，从而减慢水通过物质层的速度，由此避免优选路线通过物质并从而确保所有物质被完全、逐渐润湿。
在另一个优选实施例中，所述两个元件之一注射刺针，该注射刺针实质上(显著地，基本上)位于胶囊的中心并且构造成可产生形式为至少一个薄的水层的多方向的、发散的喷洒。
可存在在刺针的周向上连续延伸的并且环绕地喷洒胶囊内容纳的物质的单个层，或者以充分分配的方式在刺针的周向上延伸的多个不连续的水层。薄的水层的厚度小于或等于0.5mm，优选地小于0.3mm。在优选的但非限制性的实施例中，刺针可因克服弹性件的水压而打开，以便留出(放出)其厚度根据压力确定的通道并从而产生所述水层。这种构型的优点是可自清洗并能保证水层的均匀而又不存在阻塞等问题。在另一实施例中，刺针包括用于产生多个水层的形式为狭缝的固定开口，所述水层相互组合以分配水并且确保覆盖大约360°。
在另一实施例中，产生形式为一个或多个薄的水层的发散喷洒的注射刺针可以是该设备仅有的注射装置，并且能够根据至少两个不同的润湿深度在胶囊内在深度方面移动。根据多个深度的移动使得既能处理设置成待提取的层状体的研磨物质又能处理待溶解的物质，该待提取的物质优选地必须通过使水完全、缓慢地通过所述层而被润湿，在待溶解的物质的情况下可有利的在较大的深度注射水以便逐渐打碎待溶解的块状体以及将其移走而不会形成结块。
优选地，设置致动装置以便通过识别胶囊的尺寸和/或几何形状来使所述穿孔及注射元件选择性地移动到所述两个位置。致动装置可呈现各种形式而不会背离本发明的基本原理。例如，该致动装置可包括至少一个与所述穿孔及注射元件成一体的支承件，该支承件可相对于头部基部弹性地移动，该致动装置包括至少一个探测装置以用于通过与胶囊的边缘的互补接合来移动该致动装置。该致动装置可相对于该设备的参考元件例如头部基部移动，该参考元件放置在胶囊的注射表面侧并在闭合时与胶囊支承件相互作用以便接纳该胶囊并将胶囊保持就位。
在本发明的特定实施例中，注射系统包括与致动装置成一体的形式为偏心注射刺针的第一注射及穿孔元件和形式为通过摇摆式操纵装置连接到该致动装置的多刺针板的第二注射及穿孔元件，并安装成可相对于头部基部移动，从而当该致动装置的探测装置遇到并接合胶囊的互补边缘时，所述多刺针板被操纵到用于刺穿胶囊表面的位置；而如果该探测装置没有遇到胶囊的互补边缘，则所述多刺针板被操纵到相对于胶囊的表面缩回的位置，随后允许注射刺针进入胶囊。
在另一个特定实施例中，注射系统包括与致动装置成一体的形式为偏心注射刺针的第一注射及穿孔元件，以及被安装成贯穿致动装置和头部基部的导向件的形式为中心注射刺针的第二注射及穿孔元件，当该致动装置的探测装置遇到并接合胶囊的互补边缘时，所述偏心注射刺针处于从胶囊的表面缩回的位置；而如果该探测装置没有遇到胶囊的互补边缘，则所述多刺针板处于胶囊中的穿孔位置。
根据另一特征，本发明的设备的注射系统包括用于根据物质的性质和/或注射类型将水保持在一定的注射温度的装置。这种装置可包括水加热器和用于监控注射系统中的水的温度的装置，所述水加热器例如热单元、加热电阻盒或者(烧水的)水壶，所述监控温度的装置例如恒温器。该用于保持水温的装置是可变换的，以便根据第一温度范围和与该第一温度范围不同的第二温度范围加热水，反之亦然，这与物质的性质和/或胶囊的类型有关。因此，当胶囊容纳可产生泡沫的产品例如奶时，该注射系统可变换以便使注射时的水的温度在不会影响物质的泡沫的温度范围内。例如，在奶粉的情况下，该温度降低到低于80℃并优选在50℃至75℃之间。如前文所述，所述变换可通过连接到胶囊的致动装置实现。
类似地，水注射系统具有用于根据物质的性质和/或胶囊的类型来调节水流量的装置。在优选方式下，该装置包括泵，该泵的力可被调节，而如前所述该调节通过与胶囊相连的致动装置实现。
本发明还涉及用于通过将水注射入容纳有待溶解和/或待提取的物质的胶囊来制备饮料的方法，在该方法中根据至少两种不同的注射模式将液体注射入胶囊，可根据胶囊的类型和/或所述胶囊内容纳的物质的性质来选择各注射模式。
在另一个实施例中，根据其中注射点的空间不同和/或数目不同的至少两种模式来注射液体。
例如，根据限定胶囊中的两种不同注射深度的两种注射模式来注射液体。
在另一个实施例中，根据至少两种模式注入液体，在该模式中注射点的空间不同和/或数目不同。
例如，根据限定胶囊中的两个不同注射深度的两种注射模式注入液体。
根据另一变型，根据其中液体引入胶囊的速度不同的至少两种模式来注射液体。更具体地，可通过增加从一个且相同的加压液体源将液体引入胶囊的注射点来减慢液体引入胶囊的速度。在待提取物质的情况下，引入速度比在待混合的可溶或可分散物质的情况的速度慢是有利的。因此，在待提取的物质的情况下，优选地设置多个注射点，从而能以较低的速度引入液体以便避免通过物质层形成优选路线。
例如，根据第一模式注射液体以便在所述胶囊中产生所注入液体的涡流运动，从而与所述物质混合。
类似地，根据第二模式注射液体以便通过胶囊内的多个进入点形成注射速度比第一模式慢的喷洒。
附图说明
根据下面参照附图对示例性但非限制性的示例的说明，可清楚地了解本发明的其它特性和优点，在附图中：
-图1到5示出本发明的设备的第一实施例；
-图1是打开的根据第一实施例的设备的剖视图；
-图2是根据第一实施例的设备处于第一润湿位置的围绕胶囊封闭的的剖视图；
-图3是根据第一实施例的设备处于第二润湿位置的围绕胶囊封闭的的剖视图；
-图4A是第一实施例的注射系统的透视图；
-图4B是沿图4A的线A-A的剖视图；
-图5是通过水压工作注射系统的打开的详细视图；
-图6到12示出根据本发明的设备的第二实施例；
-图6是打开的根据第二实施例的设备的顶部的剖视图；
-图7是图6的设备的顶部的分解视图；
-图8是根据第二实施例的设备处于第一润湿位置的围绕胶囊封闭的的剖视图；
-图9是根据第二实施例的设备处于第二润湿位置的围绕胶囊封闭的的剖视图；
-图10仅是该设备的顶部沿图9的B-B的另一个剖视图；
-图11仅是该设备的顶部与图8的视图垂直的另一个剖视图；
-图12是图6-11的实施例的两个穿孔及注射元件之一的详细视图；
-图13是示出图6-12的实施例的另一个穿孔及注射元件的注射构型的简化仰视图；
-图14是根据本发明的用于将液体注入胶囊制备饮料的设备的另一实施例的剖视图，该制备设备示出处于闭合位置并且根据第一使用模式；
-图15是图14中所述的制备设备的图解视图，该制备设备示出为处于闭合位置并根据第二使用模式；
-图16和17分别是可与图14-15的制备设备的实施例一起使用的制备和注射元件的透视图和剖面透视图；
-图18和19分别是可与图14-15的制备设备的实施例一起使用的制备和注射元件的变化实施例的透视图和剖面透视图。
具体实施方式
参照图1-3，其示出制备设备1的第一优选实施例的剖视图，该制备设备1包括用于注入加压流体优选地为冷的或热的加压水的系统2，该系统可根据胶囊3内的至少两个不同的注射深度位置变换。该设备包括形式为胶囊支承件或“胶囊保持器”40的第一、下部子组件，该子组件的形状和尺寸适于至少部分地接纳胶囊3。该胶囊可以是封闭的、打开的或部分打开的胶囊。
根据优选实施例，胶囊包括容纳待提取和/或待溶解物质的封闭室，以及保持部例如膜35，该保持部通过在该室内的压力升高的作用下与接合装置例如凸起式元件/释放型元件37相接触而打开。该接合装置可形成胶囊本身的一部分或形成胶囊保持器40的一部分。该胶囊还优选地包括用于收集混合物或所提取的液体的装置31，以及导管装置或流动孔口32，这两者都属于胶囊。这样的好处是通过与一体的开启装置组合可输送产品，而产品不会直接接触该装置尤其是胶囊支承件40。这确保饮料不会交叉污染、更卫生、对制备设备的清洗较少并且制备设备的实际设计更简单。更具体地说，胶囊可包括由塑料等制成的用于形成或容纳功能元件即凸起式元件的盘33、密封的开口膜30和导管装置32。可利用在胶囊的密封边缘36上密封的第二入口膜30来封闭盘33以便形成室34。当然，在不脱离本发明的内容的情况下，胶囊的构型可采取许多其它的设计和/或形式。例如，胶囊可包括以同等方式插入该装置的主要由柔性材料形成的体部(袋子)。
2003年1月13日提交的欧洲专利申请PCT/EP03/00384中详细说明了一种优选胶囊，该专利申请的全部内容结合在此以作参考。
该设备包括第二子组件或注射系统2，在闭合时该系统与胶囊保持器40相互作用以便限定封闭该胶囊的注射室。在此第一实施例中，第二子组件或注射系统2由中心穿孔及注射元件5和致动装置6形成，该中心穿孔及注射元件的结构将在下文详细说明，该致动装置与元件5形成一体以便根据多种润湿方式在胶囊内移动实际注射点。为此，使穿孔及注射元件通过在闭合时相对于胶囊支承件40移动的头部基部7。应理解，头部基部可相对于固定支承件40移动，或反之；或者，这两者在闭合时都可移动。形式为可移动支承件的致动装置安装在头部基部7上，该可移动支承件的形式为在本发明的其它部分称为“可移动的钟形部件6”的钟形部件。
可移动的钟形部件6借助于头部基部的多个导向管70、71以及插在该头部基部的上端壁79和该可移动的钟形部件6之间的弹簧72、73来相对于头部基部7被弹性引导而平移，从而在设备的打开位置，头部基部7在弹簧压缩的作用下主要作用在可移动的钟形部件的底部。为此，将上端壁79通过任何合适的连接装置例如螺杆790固定地连接到头部基部的导向管上。
头部基部7还包括诸如弹性体密封件的周向密封装置74，以便在闭合时支靠胶囊保持器40的周向边缘41。因此，头部基部7包括在闭合时紧密地作用于胶囊的入口表面的部分。这使得能引导中心穿孔及注射元件5穿过胶囊，更精确地说是穿过胶囊的入口膜30。还可使辅助密封件75围绕穿孔及注射元件以便防止流体通过该注射系统再上升并流出该设备。
所示的发明实施例基于以下原理：即注射件制动装置或可移动的钟形部件6与元件5形成一体使得可根据该部件相对于胶囊支承件的相对位置修改穿孔及注射元件在胶囊中的位置，从而改变容纳在胶囊封闭室内的物质的润湿构型。更具体地说，可移动的钟形部件6具有用于根据胶囊的实际类型进行探测的装置，该装置由接合边缘60形成，该接合边缘60能够接合胶囊的互补边缘360并从而能随着胶囊边缘的宽度的变化将钟形部件6相对于头部基部7沿方向A向后推(如图2中所示)。因此，根据胶囊是具有接合钟形部件6的边缘60的宽的边缘或边缘延伸部360b，还是具有不会碰撞钟形部件的边缘的窄构型的边缘360a，穿孔元件的引入位置可采用两个不同的位置。
因此，图2示出胶囊具有延伸部或宽边缘360以便能向后推钟形部件6并因此使穿孔及注射元件停在接近胶囊入口的引入位置P1的构型。这种位置使得可基本在物质层的入口高度处注入流体，所述物质例如待提取的合适的粉状产品。
图3示出胶囊具有较窄的边缘360a的构型，该较窄的边缘允许钟形部件6在设备闭合时经过胶囊支承件而不会被向后推。在此情况下，穿孔及注射元件能够到达在胶囊内更深的位置P2。这种位置的优点是可经由物质的底部润湿物质，从而可逐渐打碎物质块。例如，在可溶物质的情况下，此种润湿模式尤其有效。
图4A、4B和5详细地示出穿孔及注射元件5的优选构型。穿孔及注射元件5具有可连接到该制备设备的加压流体供给源的套接管56。该套接管包括用于传送流体的通孔560并在其下端直接连接到细长的空心注射部57。空心部57终止于开口管570，该开口管被中心针件58通过拉力弹簧59的作用以受控的方式封闭，该拉力弹簧容纳在该空心部内并且连接到该空心部的固定点571。中心针件58具有使该中心针件能够以居中的方式在该管部内滑动而不会堵塞并同时为流体留有通道的内翼。该针件具有封闭表面582，加压流体作用在该表面上以便将针件向后推并放开圆形且深度受控的开口或通道560(图5)。该深度由所选弹簧59的力控制。因此，优选该开口的深度至多等于2mm，优选小于1mm，更优选小于或等于0.5mm。开口的深度小的作用是不仅产生基本覆盖物质的表面区域的喷淋层而且具有足够的速度以便形成通过物质的射流效果。
图6到13的实施例是本发明的设备的变型，其中特别是注射系统2B与前述系统实质上不同，而该设备的其它装置保持相同或类似。此实施例与前述实施例的一个不同之处主要为本实施例包括两个不同的穿孔及注射元件，所述穿孔及注射元件可彼此相对地移动以便为胶囊中的物质实现至少两种不同的润湿模式。
结合图7说明注射系统的细节。从图7中可见，第一穿孔及注射元件的形式为多刺针板50，该多刺针板50可与固定地安装在已知为“可移动的钟形部件6B”的致动装置上的偏心刺针51相对地移动。
多刺针板50具有用于刺穿胶囊的入口表面30并允许流体通过由此产生的多个孔进入的多个刺穿件(图9)。此板安装在头部基部7B上，该头部基部还包括压力分配格栅700和内部盖710，该内部盖可通过卡扣配合或任何等效方式连接到该格栅。如果选择其它润湿模式并使胶囊处于液体压力下，则此压力分配格栅尤其用于保持胶囊的表面与刺针不接触。
设置其形式为环的周向密封垫720以便包围盖710并从而限定内部室730，该内部室用于填充加压流体并允许流体通过多刺针板和格栅等压分配。头部基部还包括固定的钟形部件735，该钟形部件连接在元件700、710、720上并通过弹性导向与可移动的钟形件6形成链接。为此，固定的钟形部件735包括导向管731，可移动的钟形部件6B可经由所述导管滑动。导向管通过螺栓或任何其它等效连接装置连接到头部基部的上端壁79。在可移动的钟形部件6和端部79之间沿管732布置有弹簧736，以便产生相对于固定的钟形部件735弹性地反向移动可移动的钟形件6所必需的弹力。
可移动的钟形部件6B支承相对于注射系统的中心轴线I偏心设置的注射刺针51，该中心轴线I与胶囊的轴线重合。该刺针可通过旋拧在钟形部件6B的壳体内的套筒510连接并经由空心针件512延伸贯穿头部基部，该空心针件包括终止于注射口513的倾斜部分。注射口513的定向使得当致动这种注射模式时该注射口在胶囊内产生流体的涡流或“漩涡”。这使液体与胶囊内容纳的物质混合。为此，如图13所示，注射方向相对于胶囊的直径轴线倾斜，并且优选向下倾斜。
注射元件50、51彼此相对地布置以便在胶囊内被交替致动。更具体地，多刺针板通过摇杆型操纵系统一方面铰接到头部基部7B，另一方面铰接到可移动的钟形部件6B。为此，多刺针板经由杆55延伸穿过头部基部7并且通过中心的、共用铰接部734连接到两个杠杆80、81的第一端。杠杆80、81在各自的中心处连接在头部基部的铰接部738、739上，而它们的第二端连接到可移动的钟形部件6B的铰接部600、601上。所述铰接部可由简单的转动销或能转动且平移的销形成-例如为椭圆形铰接部，以便有助于移动并防止堵塞。
下面，结合图8、9、10和11详细说明注射系统的工作方式。
如图8所示，当将具有窄边缘360a的胶囊3A引入胶囊支承件并且闭合该设备时，接合边缘60没有探测到互补的胶囊边缘。这意味着可移动的钟形部件不会被向上推回，从而可部分地覆盖该支承件。在此位置，偏心注射刺针51然后与可移动的钟形部件成一体地被拖动，并占用胶囊内的注射位置P3。头部基部然后在弹簧736的作用下在内部继续支靠可移动的钟形部件，该弹簧保持这两个元件的弹性内聚力。多刺针板55然后相对于分配格栅700的表面并从而还相对于胶囊的表面保持在缩回位置(图8)。因此，偏心注射刺针是唯一与胶囊接合的元件。此位置对应于图13中所示的位置，在该位置，当通过该唯一的注射刺针将加压流体引入胶囊内时，会通过流体的特定方向在胶囊内产生涡流效应或漩涡。
如图9和10中所示，当将具有边缘延伸部的胶囊3B引入本设备并且闭合本设备时，可移动的钟形部件的接合边缘60则接触胶囊的边缘360b。此接触的效果是将可移动的钟形部件沿方向A向后推，该移动则致动摇杆型装置8(杠杆80、81)以便沿相反方向B向多刺针板施力。该多刺针板然后占用胶囊内的注射位置P4。与可移动的钟形部件成一体的偏心注射刺针51则相对于胶囊的表面保持在缩回位置。
水是经由注射刺针从供给源518注入的，该注射刺针向室供应流体水并穿过多刺针板，该供给源例如为在上游连接到泵的进水软管。
这类实施例的优点是将单个给水源用于两个分开的且可沿相对的运动方向变换的元件。
图12示出多刺针板50的优选实施例的详细视图。该多刺针板可包括金属板部52，在该板部中切割并折弯有多个单独的条带53，所述条带足够细但其刚性足以在多次循环中有效且可复制地刺穿胶囊的表面。垂直折弯每个条带使得可限定开孔54以便使来自所述室的水经板部52流过。如果需要的话可添加额外的开口。
在图13中，所示制备设备处于润湿模式，其中将液体注入胶囊以便尤其是通过从胶囊的内壁反射的多次射流来围绕相关胶囊的中心产生液体的涡流运动。可见，穿孔及注射元件512更精确地说是注射孔口513与胶囊中心(由系统的内表面700上的点C指示)隔开一定距离布置，从而相对于胶囊的垂直轴线偏心。由此形成的注射流的方向J因此定向成一方面在偏离中心C的轴线上，另一方面在朝向胶囊底部的第二轴线上。注射孔口513在胶囊中的位置以及注射方向J的具体定向的这种构型通过胶囊内壁的多次射流反射产生围绕相关胶囊的中心的涡流运动。这样产生的总体运动可使液体与胶囊内容纳的物质有效地混合，并将物质完全溶解或润湿。
图14和15示出根据本发明的用于通过将液体注入胶囊来制备饮料的设备的又一实施例。这两个附图中示出的制备设备处于闭合位置，但在图14中为第一润湿模式，而在图15中为第二润湿模式。在本发明的上下文中，“润湿模式”应理解为所希望的对胶囊2内容纳的物质的润湿类型，润湿类型基本上依赖于所述物质的性质。
在图14中，如上文结合图1和2说明的，制备设备处于第一润湿模式，在该模式中将液体注入胶囊以便尤其是通过胶囊内壁的多次反射射流产生围绕相关胶囊的中心C的液体的涡流运动。这种润湿模式尤其适合于容纳可溶物质的胶囊，因为该模式可使这种物质完全迅速溶解。
在图15中，制备设备处于第二润湿模式，在该模式中将液体注入胶囊以便除了产生围绕胶囊中心C的液体涡流运动之外，还借助于形式为液体薄层的发散射流来润湿胶囊的上部，以便润湿胶囊中容纳的物质的顶部。这种润湿模式尤其适合容纳有待提取物质的胶囊，因为该模式可使这种物质完全迅速溶解。
根据本发明的第二实施例，制备设备包括穿孔及注射元件500，该穿孔及注射元件包括第一注射孔口513和第二注射装置515，该第一注射孔口以与结合图8-11说明的穿孔及注射元件的注射孔口513相同的方式布置和定向，该第二注射装置的注射轴线基本水平地延伸以便产生形式为薄液体层的发散射流。还参照图16和17，可见在所示实施例中，穿孔及注射元件500的形式为包括经由第一注射装置513和第二注射装置515在第一端部向外开口的通道513a的空心针件。通道513a还在其中部经由开口21与供给通道20连通。穿孔及注射元件在与注射装置513、515相对的端部通过指状致动件22延伸，该指状致动件与由变换装置(未示出)操纵的杠杆23相互作用，该杠杆23与头部2C形成一体。穿孔及注射元件500在中部包括直径较大的部分，开口21形成在该部分中，并且穿孔及注射元件经由该部分可平移地安装在带肩部的通道24内-该通道平行于形成在芯部25内的注射头部的垂直轴线延伸，在该通道的底部和该穿孔及注射元件500的肩部之间插置有复位弹簧26。在穿孔及注射元件500的开口21的两侧设有两个O型环密封件270、271，以便与通道24的内表面相互作用。
在此实施例中，穿孔元件500可在两个不同的位置-即第一位置(图14)和第二位置(15)-之间移动，在该第一位置仅有第一孔口513通向胶囊3内，这对应于第一润湿模式；在该第二位置第一孔口513和第二注射装置515都通向胶囊3内，这对应于第二润湿模式。从第一润湿模式到第二润湿模式的转变通过经由杠杆23作用在穿孔及注射元件500上以抵抗复位弹簧26的变换装置来实现。可以理解，供给通道20的直径、开口21的直径以及用于从第一润湿模式变换到第二润湿模式的穿孔及注射元件的路径515设置成使得开口21一直至少部分地与供给通道20连通而不管选择的润湿模式如何。
优选地，并且从图16和17可见，可产生形式为薄液体层的发散射流的第二注射装置515包括在穿孔及注射元件500的周壁的一部分上分布的多个孔口515a。由于穿孔及注射元件500偏心地设置在胶囊内并更精确地说在胶囊的侧壁附近，所以孔口515a朝向胶囊的中心。出于与元件500的制造相关的原因，有利地使孔口515a的高度彼此相对偏移。从而，这些孔口515a产生多个交叠的发散射流以便形成喷淋并润湿胶囊的上部所容纳的物质的薄液体层。
当然，还可考虑使用如图18和19中所示的单个孔口515b来形成薄液体层，该单个孔口的形式为横向于元件500的纵向延伸的狭缝。在这种情况下，发散射流在足够宽的圆形扇区延伸以便充分润湿位于胶囊的上部内的所有物质。
应指出，孔口515a和孔口515b分别设置成使得可基本连续地在90°至180°的并优选约160°的角扇区产生薄液体层。此外，这些孔口515a、515b设置成使得可产生厚度小于或等于0.5mm并优选小于0.3mm的液体层。为此，将每个孔口515a的直径优选选定为约0.5mm，而将孔口515b的直径优选选定为约0.7mm。
根据此第二实施例的有利的变型，限定液体射流的方向的第二注射装置515的轴线-即孔口515a和515b的轴线-形成相对于水平面在0°至25°之间的并优选约15°的角γ。从而，由这些孔口注射的液体朝向上并在第一阶段朝盖的下表面反射，而在第二阶段朝物质层反射，从而被更好地分散。这样，提高了对物质润湿的均匀性。

Claims (21)

1.用于通过将水注射入容纳待溶解和/或待提取的物质的胶囊来制备饮料的设备，包括至少一个用于将水引入胶囊的水注射系统，该注射系统可变换以便在至少两种不同的物质润湿模式之间进行选择，该注射系统可被致动以根据至少两种可能的模式更改注射构型，这两种模式之间具有一个或多个区别特征，所述区别特征包括注射方向、注射刺针的数量和/或向胶囊注射的径向位置，从而根据胶囊的类型和/或胶囊内容纳的物质的性质进行适当的润湿，
其特征在于，该注射系统包括至少一个第一穿孔及注射元件以及至少一个与该第一穿孔及注射元件不同的第二穿孔及注射元件，所述元件能相对于彼此移动，从而各提供一种对胶囊内的物质的不同润湿模式，以及
所述第一和第二穿孔及注射元件能移动方向相对地移动到至少一个第一位置以及相对的第二位置，在该第一位置所述第一穿孔及注射元件接合在胶囊中而所述第二穿孔及注射元件从胶囊缩回，在该第二位置所述第一穿孔及注射元件从胶囊缩回而所述第二穿孔及注射元件接合在胶囊中。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，该第二穿孔及注射元件是用于在与胶囊接合时在多个部位刺穿胶囊的表面的多刺针板。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，该第二穿孔及注射元件是注射刺针，该注射刺针位于胶囊的中心并构造用于产生形式为至少一个薄的水层的多方向的、发散的喷洒。
4.根据权利要求1的设备，其特征在于，该第一穿孔及注射元件包括在胶囊内的形式为射流的至少一个注射点，该射流可在胶囊内产生使液体与物质混合的涡流运动。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，设有致动装置以便通过识别胶囊的尺寸和/或几何形状来至少使所述穿孔及注射元件选择性地移动到所述两个位置。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，该致动装置包括至少一个与所述穿孔及注射元件成一体的支承件，该支承件可相对于头部基部弹性地移动，该致动装置包括至少一个探测装置以用于通过与胶囊的边缘的互补接合来相对于所述头部基部移动该致动装置。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于，该注射系统包括与所述致动装置形成一体的单个的居中的注射刺针，从而当所述探测装置未遇到胶囊的互补边缘时该刺针位于胶囊内的低的位置，而当探测装置遇到并接合胶囊的互补边缘时该刺针位于胶囊内的高的位置。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于，该居中的注射刺针构造成可产生形式为至少一个薄的水层的多方向的、发散的喷洒。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，所述薄的水层在刺针的周向上连续延伸并且环绕地喷洒胶囊内的物质。
10.根据权利要求8的设备，其特征在于，多个不连续的水层在刺针的周向上充分分配地延伸。
11.根据权利要求8的设备，其特征在于，该薄的水层的厚度小于或等于0.5mm。
12.根据权利要求6的设备，其特征在于，该注射系统包括与所述致动装置成一体的形式为偏心注射刺针的第一注射及穿孔元件和形式为通过摇杆型操纵装置连接到所述致动装置的多刺针板的第二注射及穿孔元件，并且该注射系统安装成可相对于所述头部基部移动，从而当该致动装置的探测装置遇到并接合胶囊的互补边缘时，所述多刺针板被操纵到用于刺穿胶囊表面的位置；而如果该探测装置没有遇到胶囊的互补边缘，则所述多刺针板被操纵到相对于胶囊的表面缩回的位置，随后允许该偏心注射刺针进入胶囊。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，该头部基部形成用于引导所述多刺针板的空心组件，并具有封闭在用于接纳胶囊的收集器上的密封凸边，该偏心注射刺针与所述组件连通以便穿过多刺针板或在多刺针板的高度处在该空心组件内分配水。
14.根据权利要求1的设备，其特征在于，胶囊内的注射温度或者注射流速是可变换的。
15.用于通过将水注射入容纳待溶解和/或待提取的物质的胶囊来制备饮料的设备，包括至少一个用于将水引入胶囊的水注射系统，该注射系统可变换以便在至少两种不同的物质润湿模式之间进行选择，穿孔元件能以胶囊的穿透表面为参照而按照两个不同的深度在胶囊的室(34)内移动，其特征在于，该穿孔元件可移动到胶囊的室内的高的第一位置以便经由顶部润湿胶囊内容纳的物质，并可移动到胶囊的室内的低的第二位置以便经由底部润湿胶囊内容纳的物质。
16.根据权利要求15的设备，其特征在于，该穿孔元件可移动到胶囊内的高的第一位置和胶囊内的较低的第二位置，在该第一位置至少一个注射刺针显露在胶囊内，在该第二位置更多的注射刺针显露在胶囊内。
17.用于通过将水注射入容纳待溶解和/或待提取的物质的胶囊来制备饮料的方法，其中根据至少两种不同的注射模式将液体注射入胶囊，可根据胶囊的类型和/或容纳在所述胶囊内的物质的性质来选择各注射模式；根据其中注射点的空间不同和/或数目不同的至少两种模式来注射液体，其特征在于，根据限定胶囊的室(34)内部的两个不同注射深度的两种注射模式来注射液体：胶囊的室内的用于从顶部润湿胶囊内容纳的物质的高的第一注射深度，以及胶囊的室内的用于从底部润湿胶囊内容纳的物质的低的第二注射深度。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，根据所述至少两种不同的注射模式中的第一注射模式注射液体以便在所述胶囊中产生注入液体的涡流运动，从而与所述物质混合。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，根据所述至少两种不同的注射模式中的第二注射模式注射液体以便从胶囊内的多个进入点形成注射速度比第一注射模式慢的喷洒。
20.根据权利要求17的方法，其特征在于，通过识别胶囊的尺寸和/或几何形状来自动选择合适的注射模式。
21.根据权利要求20的方法，其特征在于，根据两种状态来选择注射模式，所述两种状态取决于胶囊是否具有接合边缘。
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