由铝合金制成的用于制备饮料的胶囊

技术领域

本发明涉及一种胶囊，其包括食品产品，诸如用于制备饮料的饮料制备成分。具体而言，本发明关于由金属材料(诸如铝)制成的胶囊。更具体而言，本发明涉及由金属材料(诸如铝)制成的单次使用胶囊。

本发明还涉及由特定金属铝材料制成的胶囊的用途，用于改良用于制备饮料的单次使用胶囊的持续性。

背景技术

已知通过使用在分配饮料机器中的含有咖啡的胶囊制备饮料，特别是咖啡饮品。该胶囊具有内部容积，研磨咖啡储存在其中，且在当水引入内侧时，在其中产生饮料或饮品。

此类胶囊(指定来用于在注入液体至胶囊中时制备饮料)包括杯形主体及通过其分配饮料的闭合盖。

闭合盖经密封在主体上，用于在其间限定用于容纳饮料制备成分(诸如，研磨咖啡)的内部容积。

用于制备食品产品(诸如饮料)的胶囊在市场上广为所知。通常，这些胶囊是单次使用且由铝制成。更具体而言，这些胶囊现在至多由铝合金制成，其本身大部分主要由(初炼)铝制成，其中添加小百分比的合金元素。

铝胶囊的制造程序使用平坦、涂漆(lacquered)铝箔，其使用深拉程序形成为胶囊的形状。此制造程序为所属领域技术人员所熟知。

即使在市场上存在数种类型的铝胶囊，尽管形状不同，这些胶囊全都使用一特定的铝等级，合金8011A，如标准DIN EN 602:2004及DIN EN 573-3:2013中所定义。

此特定铝合金允许成形性的良好性能(在制造程序期间容易形成胶囊)。关于在分配饮料机器中的胶囊的可穿孔性(容易将胶囊穿孔)而用于将液体注入至胶囊中，其还是适当的。

合金8011A是相当纯的铝合金，其具有低量的合金元素。使用回收消费后的废料源制造此类铝合金是相当困难的，使得继而相当难以使用此类回收源来制造铝胶囊。

在大多数情况下，在使用的后所收集的胶囊与其他较不纯的铝废料结合，且因此用于制造胶囊的合金8011A的回收铝在市场上几乎无法获得。

实际上，一旦发生合金的混合，所得的材料实际上来说再也无法再转换为目前制造胶囊所需的较纯铝合金，诸如8011A。

因此，本发明的一目的是提供一种改良的胶囊，其克服背景技术解决方案的缺点。

更具体而言，本发明旨在于通过限制用于制造此类胶囊的材料量而以生态负责(eco-responsible)且持续性的方法提供胶囊。

此目的是通过权利要求书独立项来解决。权利要求书附属项限定本发明的进一步优选的实施方案。

发明内容

本发明关于一种胶囊，其被设计用于通过饮料机器在注入液体至胶囊中时制备饮料，该胶囊包括杯形主体以及通过其来分配饮料的闭合盖，该闭合盖密封在该主体上且在其间限定用于容纳饮料制备成分(诸如，研磨咖啡)的内部容积。

所提出的胶囊是由3xxx系列的铝合金制成，且优选的是由铝合金3004或3104制成。

因此，通过从目前的铝合金8011A转换至3xxx系列的铝合金，胶囊的制造使用世界上广泛使用的铝合金，特别是用于饮料罐的合金3104。

由于此材料的改变，我们针对饮料胶囊的生产而利用广大的回收铝市场，特别是来自饮料罐者。

另一个好处将在于，也可能回收自相同饮料罐回收流中的用过胶囊所获得的铝，且使用现存广大的铝罐收集系统。

可执行现存铝的收集系统及回收，前提是胶囊内容物(饮料成分)与胶囊主体分离。

所有这些益处均会通过减少其环境冲击而改善铝胶囊的持续性。

实际上，胶囊的主体具备侧壁及通过其来引入液体的底部。

优选地，铝合金在主体的底部和侧壁中的厚度包括在50微米至100微米之间，且优选在60微米和90微米之间。

以有利的方式，铝合金的厚度包括在90微米和100微米之间。

由于3xxx系列的铝合金的较高量值，有可能将铝减薄(downgauge)，从目前的胶囊主体的厚度的大约100微米减薄至小于95微米的较小厚度，且优选地小于90微米。

因此，通过在饮料机器中保持相同或优选的性能，有可能使用较低的铝量，而通过在运输期间减少损坏(如痕迹与凹痕)而且在产品运输期间有较少胶囊主体或底部的变形。

这会减少胶囊的铝材料消耗、成本及环境冲击。

在实务上，闭合盖的厚度包括在20微米和60微米之间。

增加量值的另一个优点在于，当减薄铝时，不需要将波纹或凸条添加至胶囊主体以达成胶囊的足够劲度。

即使没有波纹或凸条，该胶囊在该分配饮料机器中的操作饮料期间具有足够的劲度以耐抗萃取程序，且在运输及配送成品的期间避免损坏。

在一个实施方案中，主体的形状为截头圆锥状，具有倾斜的侧壁和穹顶形状的底部。在所提出的实施方案中，可保持目前标志性的

在一实施方案中，该主体包括凸缘，该闭合盖密封在凸缘上。

优选地，闭合盖是平坦的。

可因此保持熟知的胶囊截头圆锥状设计，而没有在主体上的凸条或波纹。

在一实施方案中，凸缘包括密封构件。

在一进一步的实施方案中，密封构件与凸缘一体形成。

实际上，胶囊的主体例如通过冲压或拉伸而由独特的铝合金箔制成。

优选地，胶囊是由回收铝合金制成。

因此，不仅用于制造胶囊的铝合金是可回收的，且也可由回收的铝合金制造胶囊。

改良了从胶囊制备饮料(且特别是咖啡饮品)的全球系统的持续性。

附图说明

在以下参考说明书附图所载明的当前优选实施方案说明中，本发明的附加特征及优点经描述且是显而易见的，说明书附图中：

图1是根据本发明的第一实施方案的胶囊的透视侧视图；

图2是根据本发明的第二实施方案的胶囊的侧视图；并且

图3A和图3B是根据图2的胶囊与饮料制备机器的啮合部件协作、在彼此啮合的前及的后的部分放大的截面侧视图。

具体实施方式

在以下详细说明中，参照随附说明书附图。然而，详细说明与说明书附图中描述的说明性实施方案并非意味是限制性的。可利用其他实施方案，且可进行其他变化，而不脱离本文所呈现的所请求目标的范围。

将易于理解的是，本揭露的方面(如本文中所大致上描述及说明书附图中所示出)可经配置、经取代、组合、及指定成广泛各式不同构型，所有构型都明确设想并成为本揭露的部分。

在说明书附图中，类似的符号及参考一般识别类似组件，除非上下文另有说明。

在本说明书的用法中，不应将字词“包括(comprise/comprising)”、及类似字词解释成排他或详尽列举的意思。换句话讲，其意在代表“包括但不限于”。

图1示出根据本发明的第一实施方案的胶囊1。

胶囊1包括杯形主体10及闭合盖11。

闭合盖11密封于主体10上，使得胶囊完全闭合。

主体10与闭合盖11形成内部容积，饮料制备成分(具体而言为咖啡)储存在内部容积中。

主体10具有三维形状。三维形状应意指该主体“成形(formed)”，或换句话讲，该主体是非平坦的。主体10具有绕着垂直旋转轴Y延伸的截头圆锥形状。主体10具有底部101和侧壁102。侧壁102相对于垂直旋转轴Y略微倾斜。该倾斜角度低于45°且优选地低于30°。

最后，图1中所呈现的胶囊具有截头圆锥形状，且呈现标志性

在另一实施方案中，侧壁102可实质上垂直于底部101延伸。

此处，底部101为穹顶形状。当然，底部101可为平坦的。

如所知，底部101可在饮料制备程序期间作为注入面，该注入面可通过饮料制备机器的专用注入部件(刀、针)打开。

主体10包括环绕侧壁102并形成凸缘103的周边边缘。

闭合盖11是平坦的。换句话讲，闭合盖11实质上在一个平面中延伸。闭合盖11在与底部101相对的端处密封于凸缘103上。

闭合盖11紧密地适配主体10，使得确保胶囊1的完全密封。胶囊1对液体及湿气不渗透。优选地，胶囊1还对气体不渗透。

可通过(但不限于)热密封或超音波密封而获得主体10与闭合盖11的接合。

此外，为了在萃取饮料期间在胶囊1与饮料制备机器之间获得有效流体紧密度，已知连同密封构件在与闭合盖相对的面上提供凸缘103。

在图1的实施方案中，凸缘103具备位于侧壁102与凸缘103之间的周边密封件(未呈现)。

周边密封件是呈聚合密封件(诸如橡胶或聚硅氧环)的形式。

图2、图3A、及图3B示出根据本发明的另一实施方案的胶囊。

以下比较所述的第一实施方案，在此第二实施方案中，胶囊1具有经强化的一体形成的密封部件，避免在凸缘103上使用橡胶或聚硅氧密封件。

如第一实施方案，胶囊1包括杯形主体10。主体10包括底部101和侧壁102。

如图2所示，胶囊1进一步包括凸缘103，该凸缘优选地经配置在与底部101相对的主体10的开放端处。凸缘103自主体10的侧壁102径向向外延伸。凸缘103优选地横向于胶囊1的垂直旋转轴Y配置，且在其相对于主体10的末端处呈现卷曲外部边缘103c。

在胶囊主体10的开放端处，可配置闭合盖11。闭合盖11优选地连接至凸缘103。如图3A及图3B所呈现，闭合盖11优选地连接至凸缘103的至少一下环形表面103b，该表面103b被导向远离胶囊主体10。

替代地，可将闭合盖11连接至主体10，或连接至主体10及凸缘103两者。

凸缘103包括一体地形成的密封部件104，该密封部件经配置在凸缘103之上环形表面103a处。环形表面103a经配置成相对于闭合盖11连接至其的表面103b。因此，环形表面103a背对胶囊1的主体10的开放端。

密封部件104经定位在胶囊主体10与凸缘103之间。其包括专用表面104，该专用表面位于主体10的侧壁102与凸缘103之间的接面处。

在此实施方案中，专用表面104包括从侧壁102延伸于凸缘103上方的梯级104a，梯级104a实质上平行于凸缘方向。梯级104a是与凸缘103及主体10一体地形成。此意指其由与凸缘状外缘103及主体10相同的材料所形成。

在此实施方案中，杯形主体10、凸缘103、及密封部件104是一体地形成，即通过由相同材料制成的一个单一件。因此，可通过熟知的形成程序由相同材料制造杯形主体10、凸缘103、及密封部件104。具体而言，主体10、凸缘103、及一体地形成的密封部件104可在深拉程序中形成。深拉程序可能需要多于一个深拉步骤，以适当地从一平坦材料片(优选地是金属片材)形成胶囊的主体及密封部件。

如在图3A及图3B中可见，梯级104a经配置以与饮料制备机器的胶囊啮合部件21的密封表面21a啮合(未呈现整个机器，在图3A及图3B中仅可见啮合21的一部分)。

如所知，饮料制备机器经设计以将经加热和/或加压的液体提供至该胶囊中，用于在该液体与容纳在该胶囊内的成分交互作用的后制备饮料。

该饮料制备机器优选地包括泵、加热和/或冷却构件、液体供应器(诸如水槽和/或饮料冲煮室)，用于选择性地接收胶囊以自该胶囊制备饮料。

该冲煮室包括胶囊啮合部件，该胶囊啮合部件经设计以在胶囊如果提供/引入至该机器中时容纳该胶囊，且具体来说容纳该胶囊主体。

在萃取程序期间，如图3A及图3b中所呈现的饮料制备机器的啮合部件21与胶囊1啮合。啮合部件21优选地包括用于在其中接收胶囊主体10的基本上中空的钟形啮合部件。当将胶囊1置于饮料制备机器中时，啮合部件21将通过专用闭合力降低至胶囊1上。

啮合部件21包括密封轮廓，其呈现数个密封表面21a、21b、及21c。密封表面是位于啮合部件21的内部部分上，在啮合部件21与胶囊1接触的一部分上。例如，密封表面可呈环形下表面的形式，该环形下表面具有圆化的内部及外部周向边缘，平坦表面在使用时是平行于胶囊1的侧壁102。

图3A及3B呈现饮料制备机器的密封部件104及啮合部件21在彼此啮合的前及期间的实施方案的部分放大截面侧视图。

具体地，当啮合部件21通过闭合力而自图3A中所示的位置下降至密封部件104上时，环形密封表面21a与梯级104a啮合。

由于在密封部件104上施加在啮合部件21与密封部件104之间的重迭区域中的力，密封部件104的梯级104a在该啮合期间进行塑性变形。

塑性变形是归因于下列所施加的力：

-在该咖啡机器通过该啮合部件21闭合时，通过夹持系统施加；及

-在萃取程序期间，通过水压透过啮合部件21施加在胶囊上。

然后，梯级104a紧密适形于啮合部件21的密封表面21a、21b、21c，使得在萃取程序期间，凸缘103的表面适形于重迭部分上的密封轮廓(具有密封表面21a、21b、及21c)的形状。

图3B显示在使用期间发生的密封表面21a、21b、21c与凸缘103之间的此紧密适形，其中梯级104a及凸缘103经变形，导致适形于密封部件21的结构。

适形于密封部件21的此结构在胶囊1与饮料制备机器之间产生有效的流体紧密度。

因为经变形的凸缘103适形于对应于密封表面21a、21b、21c的形状，胶囊凸缘103与啮合部件21之间的密封增加。

因此，当用于饮料制备机器中时，密封部件104经塑性变形，使得胶囊1包括凸缘103，该凸缘具有对应于胶囊啮合部件21的密封轮廓的形状的新轮廓。新轮廓在凸缘103与啮合部件21的密封部件之间产生有效的紧密度。

根据此第二实施方案的胶囊实现由单一整合件制成的有效、可靠、且耐受的密封结构，且因此省略任何附加材料(诸如橡胶)。

当然，可设想胶囊的其他实施方案。

此胶囊及饮料制备机器整合至其中的系统是如以下操作，用于制备一杯饮料，例如咖啡。将胶囊1置于饮料制备机器中，且当饮料制备机器闭合时，胶囊啮合部件21与胶囊1接触。胶囊在其底部101上通过刺穿构件(注入针或刀片或刀，未呈现)刺穿，以用于建立在压力下的诸如水的流体(热或冷)通过底部101进入胶囊1的入口。水润湿储存在胶囊内部的咖啡并萃取所欲物质以形成咖啡饮料。

在压力下的水供应至胶囊期间，压力升高导致闭合盖11破裂(例如通过将闭合盖11压在一些盖体刺穿构件上)，而咖啡饮料通过将咖啡饮料自胶囊排出而递送至杯子。因此，通过闭合盖11分配饮料。

提供于该胶囊中的此类饮料制备成分优选地是选自由下列所组成的群组：烘焙研磨咖啡、茶、速溶咖啡、烘焙研磨咖啡与速溶咖啡的混合物、浆料浓缩物、水果萃取物浓缩物、巧克力产品、基于奶的产品、或任何其他脱水的可食用物质(诸如脱水存料)。用于饮料制备的液体优选地是任何温度的水。

本发明寻求提供用于如上文所述的饮料成分的胶囊，该胶囊可回收且可由回收材料制成。

因此，胶囊是根据标准DIN EN 573-3由3xxx系列的铝合金制成。

优选地，整个胶囊(即为主体10与闭合盖11)是由铝合金3004或3104制成。

例如，主体10是由独特的铝合金箔制成，且闭合盖11是由与用于生产胶囊1的主体10的相同材料所制成。

根据标准DIN EN 573-3，3xxx系列的铝合金是具有锰作为主要合金元素的合金。

优选地，胶囊由广泛用于制造饮料罐的铝合金3104制成。

铝合金3104用于饮料罐的主体，例如，用于啤酒及软性饮料。

由于常见铝合金(如用于饮料罐)的使用，以回收铝作为生产胶囊的来源是可行的。

因此，胶囊(主体及闭合盖)可由回收铝合金制成。

此外，其还允许从与用于饮料罐的相同流中的用过胶囊回收铝。

因此，使用后的胶囊可通过相同金属产品收集系统收集，且以与针对饮料罐所执行者相同的方式分类且回收，前提是饮料成分(例如咖啡)首先与胶囊分离。

此外，铝合金3104具有比合金8011A更高的量值。

因此，减小用于生产胶囊的铝合金的厚度是可能的，其低于以合金8011A所制造的标准胶囊的100微米的一般厚度。

即使有此减薄，该胶囊在饮料制备机器中使用期间及在胶囊的运输及配送期间具有足够的劲度以具有良好的机械性能。

对于此最后一个顾虑，已执行比较性测试以验证在运输期间的产品耐抗性。

该胶囊的耐抗性可针对对应于一消费单位的单一封装单元(例如，具有10个对齐胶囊的套筒)运输及包括数个单一封装单元的组合箱(例如，用于在托板上运输)运输两者进行测试。

例如，一个常见的测试是模拟邮局运输的落下测试。该落下测试是由以下组成：使单一封装单元自预定高度及根据不同的定向坠落数次；及检测此类胶囊在坠落后的形状的损坏。

预定高度可包括在例如600mm与800mm之间。

使用标准胶囊及新胶囊的比较性落下测试是如下执行：

标准胶囊：利用铝合金8011A，厚度为100微米。

新胶囊：利用铝合金3104，厚度为90微米。

使具有10个标准胶囊的一个套筒并具有10个新胶囊的一个套筒落下7次，而落下高度为610mm，而在连续的7次落下之间不打开或修整套筒。

针对各次落下，在使套筒自预定高度落下地面上的前，选择不同的套筒定向：特定面(套筒的侧向面、套筒的端部面)、或特定隅角或特定边缘经定向成面向地面。

相同的连续落下对具有10个标准胶囊的套筒并具有10个新胶囊的套筒进行。

在连续落下的后，自各套筒移除胶囊，且验证各胶囊的底部和侧壁的损坏。

可将损坏分成3种类别：

-无损坏

-低损坏(小于3mm的变形)

-高损坏(大于3mm的变形)

结果如下：

因此，特别是关于胶囊壁的损坏，相较于具有100微米厚度的利用铝合金8011A的标准胶囊，甚至具有限于90微米的厚度的利用铝合金3104的新胶囊较不易遭受在套筒中的运输损坏。

优选地，胶囊1的主体10的侧壁102和底部101中的铝合金的厚度可包括在50微米至95微米之间，且优选在60微米和90微米之间。

最佳的是，铝合金具有介于90和100微米之间的厚度。

此外，铝合金是由漆覆盖，其在胶囊的主体上形成外部层。漆的厚度包括在5微米和15微米之间。

还利用铝合金3104制造闭合盖11，且该闭合盖包括在20微米至60微米之间的厚度。

此外，新胶囊在饮料制备机器中萃取期间的机械性能是与利用铝合金8011A所制造的标准胶囊相同或甚至更优选。

由于劲性增加，新胶囊需要比利用铝合金8011A制造的标准胶囊更多的力来塑性变形。

以下我们给出用于使胶囊底部变形所需的压缩力的比较例。

因此，当新胶囊的底部被饮料机的刀刺穿，相较于该标准胶囊，此类孔周围由此类刀所造成的底部的变形减少。

其他事项相等，接着维持胶囊高度，且可将刀引入更深地穿过底部至胶囊中：由刀所刺穿的孔可更大，促进在饮料的萃取期间将水引入至胶囊中。

因此，使用3xxx系列(诸如3004或3014)的铝合金允许维持胶囊劲度，且因此甚至在减薄的后维持胶囊的形状及设计，而无需在胶囊表面上引入波纹。

该胶囊可保持截头圆锥形状，其具有穹顶形状的底部和倾斜的平滑侧壁，而没有波纹或凸条。

因此，目前胶囊的影像及设计可维持不变，而在主体侧壁或底部上没有凸条或波纹。

应理解，对本文所述的目前优选实施方案的各种变更及修改将为所属领域技术人员明显易懂的。可在不偏离本发明的精神与范围且不减损其伴随的优点的情况下进行此种变更及修改。因此此种变更及修改并不脱离随附权利要求的规范。