CN105992743B - 用于可食用产品的胶囊和所述胶囊的使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于可食用产品的胶囊(1)，其具有至少配置成容器状的第一结构元件(2)，和配置成盖子状的第二结构元件(3)，其提供来包含一定剂量(4)的至少一种可食用物质，由此所述第二结构元件(3)具有多个结构增强元件(31)，其提供了与所述第一结构元件(2)更好的机械结合，降低了结构材料和加工能的需求，特别是当用于制备芳香饮料例如意式浓缩咖啡、茶和类似时更是如此。本发明进一步涉及使用所述胶囊(1)的方法，包括用于制备芳香饮料例如诸如意式浓缩咖啡、茶和类似物。
Description
发明领域
本发明涉及用于可食用产品的胶囊领域。
本发明进一步涉及胶囊的使用方法，包括依靠提取芳香可食用物质例如意式浓缩(espresso)咖啡、茶和类似物来制备饮料，和在所述饮料制备后分离各自的残留物。
发明背景
现有技术包括多种涉及单剂量容器的解决方案，所述容器在内部体积中含有一定量的至少一种芳香可食用产品，并且配置为以使得它们可以在各自的饮料制备机(例如用于意式浓缩咖啡的机器)的提取装置中处理。具体地，存在已知的实施方案的所述胶囊，其具有圆柱体或者截顶圆锥体容器的基本构造，并且是以基本上硬质的材料、特别是合成材料制成的。
在具有盖子状元件和容器状元件的胶囊的情况中，这些元件的外围结合在保持胶囊气密性方面特别重要。此外，结构性构造和材料通常形成所需尺寸，以确保胶囊封套对于氧气穿过的气密条件和抵抗胶囊在各自提取装置内部所受的压力，包括外压和当加压的水冲击芳香物质例如烘烤和研磨的咖啡时气体释放所产生的内压。特别是，在使用基本上硬质合成材料的胶囊的情况中，市场上通常所用的壁厚度大于1.0mm。
此外，胶囊的盖子状元件通常受到更大的压力，特别是当与饮料制备机器各自的提取装置结合时和当经历加压的水流注入到胶囊朝向上游流的一侧时更是如此。
相关的现有技术包括几个涉及合成材料中基本硬质容器的结构优化的解决方案(例如US 7,169,418B2，US 7,712,624B2)。
此外，存在着已知的涉及用于饮料制备机器中的提取的胶囊的解决方案，其能够用容器状结构零件来机械密封盖子状结构零件(例如EP 0584314B1，WO 2012/080814A1)。
特别是，文献FR 2970242A1公开了一种胶囊，其包括盖子状元件，所述元件在各自边缘中具有结合凹缩，用来与提供在容器状元件的侧壁的顶边中的各自的凸出结合元件结合。
此外，文献US2 013/0139699A1公开了一种胶囊，其具有盖子状和容器状元件的机械加压结合，所述结合沿着该盖子状元件的周边形成，并且具有在相对于周边降低的延伸的两个区域中的两个结合元件。该文献进一步公开了结构增强元件，其沿着容器状零件的部分的侧壁和底壁形成。
前述解决方案没有提供简单和有效的解决方案来用于胶囊的主要结构零件之间的耐久的机械结合和长期的充分的氧气密性，因此它的用途局限到填充和即时提取应用。
此外，现有技术公开的解决方案没有使得胶囊所用的材料量最小化，特别是考虑到胶囊在饮料制备机器中提取的情况中所受到的压力类型。
所以需要一种简单和可靠的解决方案，用于包含单个剂量的至少一种可食用物质(包括芳香物质例如咖啡)的胶囊，其适合制备不同类型的饮料，并且提供了充分的氧气密性，还使得结构材料和生产过程能量需求最小化和使得使用简单性最大化，包括在它们使用后咖啡残留物和胶囊残留物再循环的情况。
发明内容
本发明的目标是提供一种胶囊，用于收集一定剂量的至少一种可食用物质，包括咖啡、茶、巧克力和类似物，其是以基本上硬质通用结构和结构材料来提供的，并且特别适用于通过提取制备芳香饮料，其提供了通过机械结合装置封闭主结构元件，和同时更大的结构强度，特别是使得它耐受它在依靠提取制备饮料过程中所受到的压力，来使得结构材料的用量最小化，而不限制一般的长期氧气密性。
这个目标是依靠根据这样一种用于可食用产品的胶囊来实现的，其包含：
-第一结构元件，其配置成容器状，并且包括底壁元件和侧壁元件，
-第二结构元件，其配置成圆形盖子状，并且包括顶部元件和位于该顶部元件周边区域中的凹缩结合元件，其提供朝向胶囊内部的凹进，用于与所述第一结构元件的侧壁元件结合，
其中所述第一和第二结构元件被用于结合组装，来提供沿着对称轴形成的用于容纳一定剂量的至少一种可食用物质的内部体积，
特征在于所述第二结构元件具有至少三个结构增强元件，其提供在所述顶部元件朝向胶囊内部的表面中，沿着所述顶部元件的角度方向以基本上均匀的方式分布，并沿着径向方向延伸直至邻近所述凹缩结合元件的区域，来提供在所述第一结构元件的侧壁元件上的背压。
本发明的另一目标是提供一种胶囊、特别是本发明的胶囊的使用方法，其降低了胶囊组件中所用的能量和引起可食用物质和胶囊残留物的再循环。
这个目标是依靠这样一种胶囊的使用方法来获得的，该方法包括步骤：
-提供至少一个第一结构元件，
-将一定剂量的至少一种可食用物质提供到所述第一结构元件的内部，
-将具有多个结构增强元件的第二结构元件施加到所述第一结构元件上，来依靠机械结合封闭后者，
特征在于将所述第二结构元件施加到所述第一结构元件上是依靠沿着轴向施加机械压力，或者依靠施加轴向和旋转机械压力来进行的，无需施加热能或者粘附手段。
附图说明
现将基于优选实施方案和附图来更详细解释本发明。
附图以简化的图示来显示了：
图1：根据本发明的一种实施方案的胶囊(1)的侧剖图(左边)和俯视图(右边)；
图2：图1的细部图P01；
图3：根据本发明的两种实施方案的胶囊(1)的俯视图；
图4：根据本发明的两种实施方案的胶囊(1)的侧剖图(顶部)和俯视图(底部)；
图5：根据本发明的两种实施方案的胶囊(1)的侧剖图；
图6：根据本发明的使用方法中胶囊(1)组装步骤的主步骤；
图7：根据本发明的使用方法中由胶囊(1)制备饮料阶段的主步骤；
图8：根据本发明的使用方法中胶囊(1)的残留物分离阶段的主步骤。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一实施方案的胶囊(1)，其具有以容器状提供的第一结构元件(2)(其包括底壁元件(21)和侧壁元件(22))，和以盖子状提供的第二结构元件(3)(其包括圆盘形式的顶部元件(31))，并且用于沿着各自的周边区域机械结合，和使得它们一起限定出对称轴(XX)。具体地，所述结构元件(2，3)被用于依靠加压机械结合各自的边缘区来组装。在图2所示的细部P01中可以更好地观察到，所述顶部元件(31)具有处于外周边中的凹缩结合元件(32)，其提供了朝向胶囊(1)内部的凹进。
此外，根据本发明的第一方面以及可以在朝向胶囊(1)内部的顶部元件(3)的表面的俯视图中更好观察到的，所述顶部元件(31)进一步具有排列在顶部元件(31)朝向胶囊(1)内部的一侧、处于凹缩结合元件(32)附近的多个结构增强元件(33)。这些结构增强元件(33)为第二结构元件(3)提供了高的结构强度，以便能够降低至少第二结构元件(3)的壁厚(e31)，并且取决于结构材料，还能够降低至少部分所述第一结构元件(2)的厚度。此外，所述结构增强元件(33)与结合元件(23，32)一起运作，来共同增强结构元件(2，3)之间的机械结合的结构强度。
根据一种优选的实施方案，并且考虑到顶部元件(31)降低的壁厚(e31)，这里提供了至少三个结构增强元件(33)，优选在顶部元件(31)的边缘区附近及朝向胶囊(1)内部的一侧上沿着角度方向以均匀方式分布(右边的图)。可选择地，可以提供更多的结构增强元件(33)，例如4、5或6个。
如本领域技术人员将理解的，所述结构增强元件(33)更大的数目、延伸和厚度直接导致了第二结构元件(3)和通常胶囊(1)的更大的结构强度。在任何情况中，已经试验证实了当所述结构增强元件(33)具有三角形形式时是特别有利的，和证实了当它们具有小于顶部元件(31)半径的三分之一的延伸时是足够的。
如细部P01(图2)中以放大方式所示，所述第一结构元件(2)在其边缘提供的凸出结合元件(23)优选配置为楔形或类似形式，并且尺寸形成为能够以加压气密方式与提供于所述第二结构元件(3)边缘上的所述凹缩结合元件(32)内部结合。如可以观察到的，所述结构增强元件(33)具有楔形或类似类型的三角形形式，由此两个直角三角形边之一沿着所述顶部元件(31)半径值的至少三分之一形成，该两个直角三角形边中的另一个在接近所述顶部元件(31)周边的区域沿着垂直方向形成。此外，所述结构增强元件(33)朝向胶囊(1)外部的边缘设置于距凹缩结合元件(32)大于所述第一结构元件(2)的所述侧壁元件(22)的厚度的距离处。此外，优选所述结构增强元件(33)朝向胶囊(1)内部的边缘沿着胶囊(1)内部的方向不超过所述凹缩结合元件(32)。
余下的封闭组装随后通过在第二结构元件(3)上施加压力，以使得两个结构元件(2，3)产生基本封闭的结合来进行。
根据本发明的另一方面，如图3中更好地示出的，所述凹缩结合元件(32)具有沿着各自的周边可变的结合尺寸(e)，特别是具有较大尺寸的区域，其有利于所述结合元件(23)初始引入各自的周边区域。结构元件(2，3)的封闭组装因此可以依靠初始压力，随后旋转压缩来进行，以使得周边的大部分在另外的压力下形成封闭结合。这种实施方案在手工进行组装的简便性方面和在增强胶囊(1)对于氧的气密性方面是有利的。任选地，结合元件(23)还可以具有沿周边变化的结合尺寸(e)，包括基本上对应于凹缩结合元件(32)的变化。
此外，如顶部右边的图所示，当至少一个所述结构增强元件(33)具有减小的横截面以有利于结合元件(23)在各自的凹缩结合元件(32)中的初始结合时，是有利的。
图4示出了本发明两种实施方案的胶囊(1)，其是以基本上硬质的合成材料来提供的，并且具有圆柱或者截顶圆锥体类型的一般形式的第一结构元件(2)，其具有优化壁厚(e22)、特别是小于0.8mm的侧壁元件(22)。该第一结构元件(2)可以仅配置成容器壁的形式(顶部左边的图)，以便与各自的底壁元件(21)组装(顶部右边)。
该底壁元件(21)具有小于1.2mm、优选小于0.8mm的壁厚(e21)。
胶囊(1)进一步具有配置成盖子状的第二结构元件(3)，并且其包括顶部元件(31)，用于与所述第一结构元件(2)机械结合。同样对该顶部元件(31)进行以使其具有小于1.0mm的壁厚(e31)。
图5示出了本发明其他实施方案的胶囊(1)，由此在这种情况中该第一结构元件(2)是以具有容器形式的单件来提供的。
具体地，不同结构元件的壁厚可以变化，以便根据胶囊(1)的不同区域中的预期需求来优化结构强度。在一种优选的实施方案中(顶部左边的图)，侧壁元件(22)在上部区中具有壁厚(e22a)，在下部区中具有不同的壁厚(e22b)。在另一优选的实施方案中(顶部右边的图)，底壁元件(21)具有相对于对称轴XX不同斜角的区域(21a，21b)，并具有不同的壁厚(e21a，e21b)。
根据一种优选的实施方案，所述结构元件(2，3)以至少一种合成材料提供，包括热塑性材料，包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、多胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)，和生物聚合物，特别是具有生物可降解特性的，在顶部元件(31)的情况中优选具有不同的刚度，优选具有更大的刚度，由此它们优选以单件来生产。
根据另一优选的实施方案，至少部分的所述结构元件(2，3)是以生物可降解材料来提供的。
图6、7和8示出了使用本发明的胶囊(1)的方法的相关部分，特别是具有由优化结构强度和机械封闭组装所导致的较少使用结构材料的优点。
图6基本上示出了一种组装本发明的胶囊(1)的方法，包括步骤：提供第一结构元件(2)，其优选具有最大0.8mm的侧壁厚度(e22)，其中充入一定剂量(4)的至少一种可食用物质，包括至少一种芳香物质例如烘烤的和研磨的咖啡，和在所述第一结构元件(2)上封闭组装各自的第二结构元件(3)，其优选具有最大1.0mm的顶壁厚度(e31)。根据本发明的一方面，这种封闭组装是依靠施加轴向压缩和旋转的机械力来进行的，无需施加热能，包括依靠使用焊接方法或者其他来提供热能，或者粘附手段，包括胶水类型和类似物。
在本发明的胶囊(1)用于饮料制备机，特别是意式浓缩咖啡的情况中，胶囊(1)用于饮料制备机(未示出)中所含的提取装置(5)(仅仅以示意方式表示)。作为已知的，所述提取装置(5)通常具有两个动作零件(6，7)，其与胶囊(1)结合来将加压的热水流注入其内，并且收集所形成的饮料，通常从与注入侧相对的一侧收集，并且分别传递到饮料排出口。
图7示出了胶囊(1)在所述动作零件(6，7)之间的所述结合的两个主要时刻，特别是在初始开放位置(顶部图)和封闭位置。意式浓缩咖啡的制备代表了在胶囊(1)的结构强度方面的一种特别苛刻的情况。实际上，要注意这样的事实，即，它处于封闭位置过程中，特别是处于注入加压水流的过程中和处于由于咖啡的气体释放而导致内部压力增加的过程中，胶囊(1)的结构受到更多关注。不过，已可以通过试验来证实壁厚小于0.8mm的胶囊(1)的结构强度，以及依靠所述结构增强元件(33)来结构增强所述第一和第二结构元件(2，3)的边缘区。
图8示出了在已经例如如上所述制备了饮料之后，本发明的胶囊(1)的拆分。该方法因此基本上包括：提供事先组装的胶囊(1)，在所述第一和第二结构元件(2，3)之间的结合区中施加机械力以通过正闭锁除去各自的结合，和分离所述第一和第二结构元件(2，3)，现被视为用于再循环的合成材料残留物，并分离所述剂量(4)，现被视为有机废物残留物，例如咖啡残留物，用于进一步再利用。拆分胶囊(1)的简易性有利地使最终用户能够进行该操作。
根据本发明的一种特别优选的和有利的实施方案，提供所述结合元件(23，32)和/或结构增强元件(33)以使得胶囊(1)的拆分需要进行转动，其导致至少一个所述结构增强元件(33)的明显变形和/或破坏，以使得其不能再用于以后的组装。
Claims (16)
1.一种用于可食用产品的胶囊(1)，其包含：
-第一结构元件(2)，其配置成容器状，并且包括底壁元件(21)和侧壁元件(22)，
-第二结构元件(3)，其配置成圆形盖子状，并且包括顶部元件(31)和位于该顶部元件(31)周边区域中的凹缩结合元件(32)，其提供朝向胶囊(1)内部的凹进，用于与所述第一结构元件(2)的侧壁元件(22)结合，
其中所述第一和第二结构元件(2，3)被用于结合组装，来提供沿着对称轴(XX)形成的用于容纳一定剂量(4)的至少一种可食用物质的内部体积，
特征在于所述第二结构元件(3)具有至少三个结构增强元件(33)，其提供在所述顶部元件(31)朝向胶囊(1)内部的表面中，沿着所述顶部元件(31)的角度方向以均匀的方式分布，并沿着径向方向延伸直至邻近所述凹缩结合元件(32)的区域，来提供在所述第一结构元件(2)的侧壁元件(22)上的背压；以及
其中所述侧壁元件(22)的端部包含凸出结合元件(23)，其具有钩状形式，并且用来使得它能够在压力下结合于所述第二结构元件(3)的所述凹缩结合元件(32)中。
2.根据权利要求1的胶囊(1)，特征在于所述结构增强元件(33)具有直角三角形形式的楔形，由此该三角形的两个直角边之一在与所述顶部元件(31)的半径相应的至少三分之一延伸范围内沿着胶囊(1)的径向方向形成，并且该三角形的两个直角边的另一边在邻近所述顶部元件(31)的周边的区域中沿着胶囊(1)的轴向形成。
3.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述结构增强元件(33)朝向胶囊(1)外部的边缘位于距所述凹缩结合元件(32)大于所述第一结构元件(2)的所述侧壁元件(22)的厚度的距离，和特征在于所述结构增强元件(33)朝向胶囊(1)内部的端部沿着胶囊(1)的轴向不超出所述凹缩结合元件(32)。
4.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述凹缩结合元件(32)具有沿着各自的至少部分周边可变的结合尺寸(e)，以使得各自的结合组装提供各自周边表面对于氧气传送的气密封闭。
5.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于至少一个所述结构增强元件(33)在其相对于所述对称轴(XX)的远端区域横截面减小，来促进所述凸出结合元件(23)在各自的凹缩结合元件(32)中的初始结合。
6.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述凹缩结合元件(32)、所述凸出结合元件(23)和所述结构增强元件(33)具有较小的壁厚，并且各自的结合具有减少的间隙，以使得除去各自的封闭结合导致所述凹缩结合元件(32)和所述凸出结合元件(23)中的至少一个和/或结构增强元件(33)明显变形和/或破坏。
7.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述第二结构元件(3)具有顶部元件(31)，其壁厚(e31)沿着至少大部分的其延伸范围为最大1.2mm。
8.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述第二结构元件(3)具有顶部元件(31)，其壁厚(e31)沿着至少大部分的其延伸范围为最大0.8mm。
9.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述第一结构元件(2)的所述侧壁元件(22)的壁厚(e22)为最大0.8mm，所述底壁元件(21)的壁厚(e21)为最大1.2mm。
10.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述侧壁元件(22)具有沿着其延伸范围连续变化或分段变化的壁厚(e22)。
11.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述侧壁元件(22)的壁厚(e22)介于0.4mm-0.6mm之间。
12.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述底壁元件(21)的壁厚(e21)在各自的壁区域(21a，21b)中是可变的，由此所述底壁元件(21)的壁厚(e21)在相对于所述对称轴(XX)倾斜的壁区域(21b)中较大。
13.根据权利要求1或2的胶囊(1)，特征在于所述第一结构元件(2)以圆柱体或截顶圆锥形式的容器提供，其限定了至少20cm3的内部体积，具有介于0.5:1-4:1之间的宽度与高度的形式比。
14.根据前述权利要求1-13任一项的胶囊(1)的使用方法，其包括步骤：
-提供至少一个第一结构元件(2)，
-将一定剂量(4)的可食用物质提供到所述第一结构元件(2)的内部，
-将具有多个结构增强元件(33)的第二结构元件(3)施加到所述第一结构元件(2)上，来依靠机械封闭结合封闭后者，
特征在于将所述第二结构元件(3)施加到所述第一结构元件(2)上是依靠沿着轴向移动方向施加机械压力，或者依靠施加轴向机械压力和转动来进行的，无需施加热能或者粘附手段。
15.根据权利要求14的方法，特征在于它进一步包括步骤：
-除去所述第二结构元件(3)与所述第一结构元件(2)的机械结合，
-分离所述剂量(4)的可食用物质的残留物，
其中除去封闭结合是依靠手工或者用施加机械力的装置除去各自结合元件(22，32)之间的封闭结合来进行的。
16.根据权利要求15的方法，特征在于除去封闭结合是依靠转动来进行的，其导致至少一个所述结构增强元件(33)明显变形和/或破坏。
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