用于制备饮料的杯子和胶囊

本发明涉及一种由塑料材料制成的杯子(也被称为小杯子)，该杯子用于生产用于制备浸泡饮料或可溶性饮料的胶囊。本发明还涉及通过该杯子获得的胶囊，该胶囊可以用于封装预定剂量和单剂量的浓缩产品(例如粉末、颗粒、片状的形式)，用于通过将加压流体(主要是热水)引入胶囊自身内而自发地制备饮料(诸如茶、咖啡、花草茶、牛奶、巧克力饮料等)。

在用于咖啡或其他浸泡物的胶囊或荚包的领域中，使用“自保护的”或“屏障”胶囊是已知的，即其能够保证保持其中所含食品物质的感官特性，在无需封装在保护性包装(诸如铝袋)中的情况下保护食品物质免受外部因素(诸如气体等)的影响。

在本领域中已知使用通过聚合物材料(诸如聚对苯二甲酸丁二酯(PBT))的注射模制而获得的杯子(即，内部含有要浸泡或溶解的食品物质的胶囊本体)来制作胶囊，该聚合物材料已知提供高气密性以便使混合物的香味不弥散，并且产生抵抗氧气和湿气的有效屏障并保证产品的长保质期。然而，一些研究似乎突出了与使用这种材料相关的一些缺点，这些缺点与在接触沸水时释放有毒物质的风险相关。

因此，在本领域中已知使用通过热成型具有中间屏障层(例如乙烯乙烯醇(EVOH))的多层材料而获得的杯子来生产胶囊，这保护食品物质免受空气、光以及湿气的影响。然而，即使这种生产技术也具有一些缺点，这些缺点与塑料材料在曲折的模具中的非恒定且非匀称分布有关，这阻止了制成接合式(articulated)和复杂的几何结构。实际上，热成型不是非常适于制造在底部处具有复杂几何结构的杯子，诸如，例如防滴落迷宫式部分或一体式开口装置。

因此，在本领域中已知的是使用这样的杯子来制造胶囊，该杯子具有正好一体形成在底部中的这种复杂的几何结构，但要通过共挤出的方法来制造。这种方法涉及将形成多层壁的若干层不同材料同时注射到模腔中，该多层壁总体上具有外层、旨在与食物腔室接触的内层以及屏障类型的中间层。本申请人的WO 2019/064096 A1中描述了这些已知的杯子的实例。在这些共挤出杯子的生产中最复杂的方面是中间屏障层的适当且匀称的分布。实际上，一体形成在底部中的复杂的几何结构或底部上的径向加强翼片的存在使得在注射流中产生湍流，这对中间屏障层的分布造成不利影响。实际上，中间层可能具有非常薄的区域或非常厚的区域，或者朝向外层或内层凸出。所有这些非常常见的情况涉及一系列问题。例如，在非常薄的区域的情况下，中间层提供对氧的适当屏障的能力受到损害。为了克服在本领域中被认为是不可接受的这一缺陷，增加了注射到模具中的屏障材料的量。然而，由于这种材料在多层中是最昂贵的，因此这种备选方案显著增加了杯子和整个胶囊的生产成本。此外，经常性地，中间屏障层的非均匀性到达杯子的旨在用于密封盖的上边缘。在这些情况下，常见的缺陷是在上边缘处的屏障层的表面化情况(surfacing)，这破坏了盖的密封。这种缺陷在工业中也被认为是不可接受的。

本发明的目的是提供一种用于生产用于制备浸泡饮料或可溶性饮料的胶囊的杯子，该杯子解决了考虑到工业需要的现有技术的缺点。

具体地，本发明的目的是提供一种杯子，该杯子设置有屏障并且同时对于健康是安全的，其允许具有针对饮料的最佳分配所必需的复杂且接合式的几何结构，并且同时具有中间屏障层的适当且均匀的分布。

这个目的是通过由共注射模制制成的杯子来实现的，该杯子设置有保证直到上边缘的中间屏障层的匀称分布的底部几何结构。

这个目的是通过根据权利要求1的杯子和通过根据权利要求11的利用所述杯子获得的胶囊来实现的。从属权利要求描述了本发明的优选实施方式。

通过参考附图对参考性的且非限制性的实例进行的以下描述，根据本发明的杯子的特征和优点将变得更清楚，在附图中：

-图1示出了根据本发明的杯子(图4A的示例性实例)的截面图，该杯子用作根据本发明的用于制备浸泡饮料或可溶性饮料的胶囊的容纳本体；

-图2A和图2B分别以外部仰视图和截面图示出了在一示例性实例中的根据本发明的杯子的底部；

-图3示出了在另一示例性实例中的根据本发明的杯子的底部的外部仰视图；

-图4A和图4B分别以外部仰视图和截面图示出了在又一示例性实例中的根据本发明的杯子的底部；

-图5示出了根据本发明的杯子的上部部分的截面图；

-图6A示出了现有技术的设置有径向加强翼片的杯子的中间屏障层的非均匀分布，图6B示出了与图6A相比的根据本发明的杯子的中间屏障层(在图4A的实例中)的均匀分布；

-图7A和图7B分别示出了图6A中的现有技术的杯子的上部部分以及与之相比的图6B中的根据本发明的杯子的上部部分。

参考附图，参考标号2表示杯子，该杯子适于限定用于容纳待浸泡或溶解的通常为粉末或颗粒形式的至少一种物质S的内部容积V。所述杯子2可以用于生产用于制备浸泡饮料或可溶性饮料的胶囊，该胶囊用参考标号1来表示。

如图1所示，杯子2在一侧上设置有底部3，并且在相对侧上设置有入口开口21，该入口开口由向外突出的上边缘4限定。杯子2在底部3处在外部设置有出口开口31，该出口开口由适于允许浸泡的饮料流出的喷嘴32来限定。杯子2在底部3处在内部设置有内底座33。

底座33设置有多个脊部30、90、310、360，这些脊部相对于底座33自身朝向杯子2的内部竖直突出。

底座33包括由脊部限定的中央部分310，该中央部分覆盖喷嘴32的出口开口31。

底座33包括由脊部限定的外周边缘360，密封盘状部5可以固定在该外周边缘上。

优选地，底座33包括由脊部限定的多个支撑件90，这些支撑件适于使盘状部5保持升高，以使得该盘状部不阻碍饮料朝向喷嘴32的流动。

在一个实施方式中，脊部30、90、310、360的上表面是基本上平坦的并且没有切割或刺穿或撕开元件。在这个示例性实例中，胶囊1的打开是通过使盘状部5与边缘360至少部分地分离而发生的，或者是通过使盘状部5的设置有适当的薄弱部的一些部分的胀裂开而发生的。

在不同的示例性实例中，多个脊部中的(例如多个支撑件90中的)至少一些脊部的上表面设置有切割或刺穿或撕开轮廓部。在这个示例性实例中，胶囊1的打开是通过借助于由支撑件90表示的打开装置对盘状部5的穿孔而发生的。

优选地，底座33包括由至少一个脊部形成的迷宫部30，该迷宫部适于当胶囊1内的压力下降到阈值以下时阻止浸泡的饮料借助于毛细现象通向喷嘴32，或者当胶囊1与机器的浸泡组脱离时，该迷宫部完全阻止浸泡的饮料通向喷嘴。

杯子2是借助于共注射模制由塑料材料制成的，即将若干层不同材料同时注射到模腔中并填充所述腔，从而形成多层壁7。如图4B所示，杯子2具有多层壁7，该多层壁具有外层71、旨在与食物腔室S接触的内层73以及屏障类型的中间层72。有利地，中间层72形成针对气体(特别是氧气)的屏障。

如图5所示，多层壁7(并且特别是中间屏障层72)从上边缘4(不包括上边缘)不中断地延伸到喷嘴32(不包括喷嘴)，并且还延伸到内底座33和中央销312的内侧。

优选地，中间层是由乙烯乙烯醇(EVOH)或聚乙烯醇(PVOH)制成的。

优选地，外层和内层均是由聚丙烯(PP)、或聚乙烯(PE)、或聚乳酸(PLA)制成的。因此，形成内层73和外层71的材料是属于惰性且食品相容类型的聚烯烃族的非屏障材料。

在一个示例性实例(PP-EVOH-PP)中，杯子2是多层的，这些层包括由聚丙烯制成的外层、由乙烯乙烯醇制成的中间屏障层以及由聚丙烯制成的内层。

在一个示例性实例(PE-EVOH-PE)中，杯子2是多层的，这些层包括由聚乙烯制成的外层、由乙烯乙烯醇制成的中间屏障层以及由聚乙烯制成的内层。

在又一示例性实例中，杯子2是可生物降解的且可堆肥的。在这种示例性实例(PLA-PVOH-PLA)中，杯子2是多层的，这些层包括由聚乳酸制成的外层、由聚乙烯醇制成的中间屏障层以及由聚乳酸制成的内层。

如以上所提到的，杯子2是借助于共注射模制技术制成的，该共注射模制技术在允许获得复杂且接合式的几何结构的同时，经常出现与中间屏障层72的匀称性和均匀性分布相关的问题。为了确保中间屏障层的匀称性分布，杯子2设置有特定外部几何结构的底部3，如图2A、图3以及图4A中的不同实施方式变型所示。

杯子2的底部3包括：外边缘86，对应于内边缘360，随后是环形支撑部分81，外边缘和环形支撑部分旨在与注射机的输注腔室接触；凹部85，用于连接到喷嘴32。支撑部分81朝向喷嘴32倾斜。凹部85位于迷宫部30(当存在时)下方。

杯子2的底部3在支撑部分81与喷嘴32之间(即在凹部85处)没有在现有技术的胶囊中存在并且例如在图6A中可见的径向加强翼片R。在它们的位置中，杯子2的底部3在支撑部分81与喷嘴32之间(也就是说在凹部85处)设置有至少一个加强环。

在图2A、图3以及图4A所示的示例性实例中，该加强环是连续的环形内脊部82，该内脊部从底部3延伸并附接到喷嘴32。

在图3和图4A所示的示例性实例中，该加强环是连续的环形中央脊部83，该中央脊部从底部3延伸到凹部85内部。中央脊部83可以是如图4A中的柱形或者是如图3中的波浪形。中央脊部83具有轴向延伸部，该轴向延伸部允许中央脊部与注射机的输注腔室接触，以向杯子2的底部3提供结构强度。

在图4A所示的示例性实例中，该加强环是连续的环形外脊部84，该外脊部从底部3朝向支撑部分81延伸。外脊部84具有轴向延伸部，该轴向延伸部允许外脊部与注射机的输注腔室接触，以向杯子2的底部3提供结构强度。

代替径向加强翼片R，杯子2的底部3至少在凹部85处是加厚的。例如，与杯子2的其余部分中的大约0.5mm的壁厚相比，凹部85处的壁厚是在0.8mm至1.2mm之间。

有利地，杯子2的底部3的特定几何结构(不具有径向加强翼片)允许甚至在存在一体形成在底部3中的复杂的几何结构(由内底座的脊部30、90、310表示)的情况下也能实现中间屏障层72的均匀分布。

有利地，设置有加厚环和/或加强环的底部3的特定几何结构确保了杯子2的必要的机械强度和结构强度，以承受胶囊在使用期间经受的高分配压力而不变形。

图6A和图7A示出了现有技术的在底部处设置有径向加强翼片R的杯子2’。图中突出了中间屏障层72’的不均匀分布，该中间屏障层具有较薄区域和较厚区域的强烈交替。在上焊接边缘4’(图7A)处，中间屏障层72’的锯齿状图案是明显的，该中间屏障层在壁中具有凹陷，并且在上边缘4’上出现峰部。

相反地，图6B和图7B示出了根据本发明的在底部处没有径向加强翼片的杯子2。图中突出了整个杯子的中间屏障层72的均匀分布。在上焊接边缘4处(图7B)，中间屏障层72的连续图案是明显的，该中间屏障层刚好在具有连续轮廓的边缘之前结束。有利地，根据本发明的杯子2没有较薄区域，始终保证中间层具有对氧的适当屏障的能力，而无需更大量的这种非常昂贵的材料。此外，根据本发明的杯子2在上边缘处没有屏障层的表面化情况，从而确保了盖6的最佳密封。

如以上所提到的，杯子2是借助于共注射模制技术制成的，该共注射模制技术在允许获得复杂且接合式的几何结构的同时不允许在模制步骤期间在壁中直接形成开口。因此，杯子2最初模制成单个本体，在壁中没有中断或开口，而是具有完全封闭的中央部分310，如图2B和图4B所示。中央部分310是连续壁，该连续壁完全封闭开口31。

优选地，中央部分310包括：外圆冠311，实现与内底座33的其余部分的连接；平坦部分313，提供用于固定密封盘状部5的止挡部；以及中央销312，延伸到出口开口31和喷嘴32中。

随后，杯子2在中央部分310处被剪切(或切割、或穿孔)以在所述中央部分310中(特别是在外圆冠311中)形成开口314。在剪切步骤之后，如图1所示，中央部分310具有位于杯子2的内部与出口开口31之间的多个连接开口314，以允许浸泡的饮料朝向胶囊1的外部流动。在一示例性实例中，剪切步骤提供切割中央部分310的第一步骤和弯曲中央部分310以形成多个翼片315的后续步骤。

优选地，喷嘴的内壁设置有在周向方向上匀称地布置的多个竖直翼片37，这些翼片适于朝向出口开口31传送浸泡的饮料流。

图1示出了在生产步骤结束时的杯子2，即其中，中央部分310设置有位于杯子2的内部与出口开口31之间的多个连接开口314。这种杯子2可以用于生产用于制备浸泡饮料或可溶性饮料的胶囊1。

胶囊1包括通过胶合或焊接而固定在上边缘4处的盖6，该盖适于在顶部处密封杯子2。

胶囊1在内部设置有密封盘状部5，该密封盘状部置于底座33处并适于在底部处密封杯子2。然后，胶囊1设置有封闭腔室，该封闭腔室在顶部处由盖6限定并在底部处由盘状部5限定，待浸泡或溶解的物质S容纳在该封闭腔室内。气密封闭腔室的存在对于物质的良好保存和保护是重要的。盘状部5位于物质11下方并在底座33上方。

盘状部5由多层或单层的塑料材料、或塑料/铝复合材料或铝制成。

盘状部5在底座33处至少在边缘360的上表面上、在迷宫部30(如存在)上以及在中央部分310上在内部固定到杯子2。

在一个示例性实例中，盘状部5通过使用具有低粘附水平的可热活化材料(在多层盘状部的情况下是漆、胶、下聚合物层)而紧密接合，以便允许由于胶囊1内的温度和压力的增大而使该盘状部与底座33(并且具体是与边缘360)分离或剥离。

在不同的示例性实例中，盘状部5永久接合在边缘360上并且借助于打开装置通过穿孔或撕开而打开。

胶囊1可以制成为不同的形式，例如用于制备浸泡饮料(诸如咖啡)或可溶性饮料。

优选地，咖啡胶囊1包括过滤器，该过滤器在物质S下方固定在杯子2的内壁处且恰好在盘状部5的上方。过滤器的存在允许浸泡液体被过滤后离开胶囊1，该过滤器优选地由纸或非织布(TNT)制成。

优选地，咖啡胶囊1还包括可渗透或微孔膜，其在物质S上方一定距离处固定在设置在杯子2内部的合适的水平邻接部上。这种膜的存在允许加压流体通过但不允许物质11通过，防止在浸泡步骤期间咖啡粉的弥散，从而改进浸泡饮料的质量。

在胶囊用于制备可溶性饮料(诸如巧克力或牛奶)的情况下，胶囊1包括盖6和密封盘状部5，并且没有过滤器和可渗透或微孔膜。

胶囊1在其多个实施方式中可以用于借助于自动或半自动机器即时制备饮料(诸如茶、咖啡、花草茶、牛奶、巧克力等)，该自动或半自动机器设置有分配组，该分配组适于通过使加压热水通过胶囊1而进行浸泡。

创造性地，根据本发明的杯子允许获得设置有复杂且接合式的几何结构的胶囊，这对于饮料的最佳分配是必要的，并且同时具有中间屏障层的适当且均匀的分布。

有利地，根据本发明的杯子的底部(没有径向加强翼片)允许获得没有较薄区域的中间屏障层的均匀分布，从而确保针对氧的适当屏障而不需要更大量的这种昂贵材料，并且不需要在上边缘处进行表面修整，从而确保盖的最佳密封。

有利地，根据本发明的杯子的底部设置有加厚环和/或加强环，确保必要的机械强度和结构强度，以承受胶囊在使用期间经受的高分配压力。

明显的是，本领域技术人员可以对以上描述的用于制备浸泡的或可溶性饮料的胶囊的杯子进行改变，这些改变均落入由所附权利要求限定的保护范围内。