制造可堆肥囊包的方法与流程
1.本发明涉及一种制造用于在饮料生产机器中制备饮料的囊包的方法，该囊包具有壁部分，该壁部分在注入到囊包中的流体的升高压力的作用下与饮料生产机器的打开元件相互作用时被打开。
背景技术：
0、2.背景技术
1、用于饮料制备机器的单份饮料容器(诸如胶囊或囊包)在本领域中是已知的。这些饮料容器通常用于按需分配饮料，如咖啡、茶或热巧克力，并且由于新鲜味道、风味的可变性和饮料制备的便利性而受欢迎。
2、通常，将包含饮料组分的饮料容器插入饮料制备机器的容器保持器中，闭合容器保持器并开始饮料制备。将流体(诸如热水或牛奶)递送到饮料容器以与容纳在饮料容器内部的饮料组分相互作用以产生期望的饮料。当足够量的流体填充饮料容器时，饮料容器在流体的压力下打开以释放所制备的饮料。饮料容器的打开可通过以下方式来完成：利用通过增加饮料容器内的流体压力而产生的力将饮料容器的提取面压靠在设置在容器保持器中的打开结构上，使得提取面在达到断裂应力时被撕裂。打开结构可为多个凸起和凹陷元件，例如棱锥状元件，提取面在流体的内部压力的作用下延伸到这些凸起和凹陷元件上并撕裂。这种压力控制的饮料制备具有可生产高质量饮料的优点。
3、典型地，已知的饮料容器由这样的材料制成，对于该材料而言，重复使用、再循环或堆肥要求挑战性的过程，特别是在使用饮料容器之后。其中，饮料容器通常可包括例如不能够生物降解的塑料(例如聚丙烯)和/或金属(例如铝)。
4、因此，在现有技术中，进行了利用可生物降解的或可堆肥的材料(诸如可生物降解的聚合物或纸)来代替这些材料的不同尝试，这会带来许多挑战，因为食品包装应用通常对包装的阻隔性能有高的要求，以便在整个预期的保质期内保持所包装产品的香味、新鲜度和完整性完好无损。此外，新材料必须在耐热性和耐压性以及新包装可达到的保质期时长方面与现有材料的材料特性匹配或者甚至超过现有材料的材料特性。
5、在未向公众公开的实验中，可堆肥饮料容器获得了有希望的结果，该可堆肥饮料容器由可形成材料制成并且具有由不同材料制成的提取面，该提取面被适配为在饮料制备工艺期间打开。可形成材料用于形成容器主体并且设置有切口，该切口被用于形成提取面的材料覆盖并且与用于形成提取面的材料连接。例如，在国际申请pct/ep21/077158中描述了这种饮料容器。
6、遗憾的是，人们发现在开发用于这种类型的饮料容器的合适的制造工艺方面也存在许多挑战，该制造工艺有利于在不同材料的连接部分处提供可靠的氧气屏障。典型地，所述两种材料在一起被形成为饮料容器的最终形状之前彼此连接，因此可确保牢固的材料粘结。然而，不同材料之间的连接被确定为在形成工艺期间易于断裂或撕裂。因此，除了具有无效的氧气屏障之外，成品饮料容器在饮料制备工艺之前或期间具有分层或泄漏增加的风险。一个可能的原因可为在形成工艺期间生成的剪切力，该剪切力对连接施加应力。其中，剪切力对于不同材料之间的粘结可能特别有害，并且因此导致饮料容器的不同部分之间的连接的撕裂。然而，这些情况对于确保饮料容器内的产品的完整性是有害的，并且因此会缩短保质期。尽管通过另外的辅助措施(诸如预润湿可形成材料或通过在形成工艺期间另外施加热和/或压力)来支持形成工艺而进行了改进，但仍存在潜在的问题和对应的问题。
7、因此，本发明的目的是提供一种用于饮料容器(诸如囊包)的制造工艺，其允许克服现有技术的上述缺点。另外，本发明的目的是制造一种可堆肥饮料容器，该可堆肥饮料容器包括可靠且有效的氧气屏障并且在饮料制备工艺之前或期间具有降低的泄漏风险。此外，本发明的目的是在不需要辅助措施(诸如可形成容器壁材料的预润湿)的情况下制造饮料容器以有利于利用现有的制造线和设备来生产饮料容器。
8、阅读描述之后变得显而易见的这些以及其他目的将通过独立权利要求1的主题得以解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施方案。
9、3.
技术实现要素：
10、本发明的第一方面涉及一种用于在饮料生产机器中制备饮料的(可堆肥)囊包的方法。
11、其中，囊包可被理解为例如封闭用于容纳饮料制备所需物质的容积的囊包或容器。囊包的形状可为平坦的和(通常)圆形的，和/或可具有(圆形和/或双凸)透镜的形状。与用于饮料制备的胶囊(例如，如本领域公知的)不同，囊包可例如不包括基本上平坦的顶表面(其在所述胶囊中通常由封盖形成)，而是囊包可包括位于囊包的内容物的任一侧上的一个向外凸出的表面。
12、在该方法中，提供两个片材元件，每一个该片材元件由可形成的且优选地可生物降解的材料制成。
13、其中，片材元件可被理解为例如与其长度和宽度相比可较薄的元件、和/或可由片材提供的元件。
14、此外，术语“可形成的”可被理解为例如材料的特性是可延展的、柔韧的和/或可形成的，优选地在有/没有附加工具的支撑的情况下和/或优选地在有/没有施加热和/或水的情况下。例如，在干纸浆模制工艺中，可提供干纤维素纤维的坯件，并且利用工具将其形成为囊包的(永久)形状。例如，囊包的可形成材料可有利于为囊包提供形状稳定性、硬度和/或刚性，这些中的每一者均足以在饮料制备期间在囊包内部建立压力。
15、此外，“可生物降解材料”可被理解为例如可通过生物(诸如微生物，例如细菌、真菌或藻类)(的作用)分解成环境无害产物的任何材料。
16、在片材元件中的(至少)一个片材元件中切割出开口。
17、其中，表述“开口”可被理解为例如可通过从材料切割出物品而形成的开口。例如，开口可由限定其周边的锋利边缘指定。例如，开口可为材料中的切口或(通)孔或穿孔，和/或可优选地在材料的两个相对的两侧之间形成通道，其中开口是切割而成。
18、用片材材料覆盖该开口。在连接区域处连接(优选地通过热密封或超声密封)片材材料与相应的片材元件。连接区域周向地包围开口。如此连接的片材材料形成输送壁(在成品囊包中)。将该两个片材元件分别形成为半壳的形状。形成用于将流体注入到囊包中的(囊包的)注入壁。提供制备饮料所需的物质。
19、其中，术语“半壳”可被理解为例如可形成囊包的外部壳体的一个部分(一半)的结构。“物质”可被理解为例如具有特定或明确化学组成的任何类型的(固体、液体、至少部分可溶的和/或可渗滤的)物品。物质的实施例可为速溶或烘焙的研磨咖啡、茶叶、糖浆或水果提取物浓缩物、巧克力产品、脱水可食用物质和/或它们的组合。
20、连接该两个半壳以形成囊包主体，该囊包主体围绕物质以形成囊包。
21、因此，囊包可由两个囊包半部(诸如两个半壳)构成，两个囊包半部连接(例如，密封)到彼此以形成囊包主体。其中，两个囊包半部之间的连接可在被两个囊包半部夹置的平面内延伸。该平面可为囊包的对称平面。相比之下，用于饮料制备的胶囊可包括由连续壁构成的胶囊主体，并且可在胶囊的顶部(和/或底部)处包括(分别)由(基本上平坦的)膜(例如封盖)封闭的开口。因此，作为说明性实施例，胶囊的形状(主要)由其胶囊主体限定，而一旦两个半壳被连接便可限定囊包的形状。
22、囊包主体与输送壁和注入壁一起界定容纳物质的腔室，该腔室用于在物质与通过注入壁注入的流体相互作用时制备饮料。
23、其中，“腔室”可被理解为例如(密封地)封闭的空间。
24、输送壁适于(被构造成)在(通过注入壁)注入到囊包中的流体的升高压力的作用下与饮料生产机器的(外部)打开元件相互作用时被打开，以从囊包分配所制备的饮料。
25、其中，表述“被适配为打开”可被理解为例如优选地在饮料制备工艺期间，输送壁设置有孔、穿孔穴和/或破裂的能力、构造和/或设计。例如，这种开口的设置优选地可能会受到某些条件和/或环境的影响，诸如打开元件的设置和/或囊包内的某一压力过大。这表明，与通常已知的用于饮料制备的垫包不同，囊包有利于在腔室内积聚压力，该压力足以利用外部打开元件以上述方式打开输送壁。典型地，所述垫包由设计用于被灌注但不用于在囊包内积聚压力的柔软且柔性的过滤材料构成。
26、当形成相应的半壳时，从片材元件的相对的两侧夹紧连接区域。
27、其中，表述“夹紧连接区域”可被理解为例如从两侧向相应区域的至少径向外部区段上施加压力和/或优选地在两个相对的(相对于片材元件是硬的或相对于在形成工艺期间存在的力是不可压缩的)表面之间压缩相应的区域。
28、因此，可在这样的工艺中制造或生产囊包，该工艺有利于囊包由可堆肥材料制成，同时可维持常规囊包的总体布局和所有功能，包括提供完整的氧气屏障。由全部作为片材供应的不同材料提供囊包的各个区段允许在这些材料之间形成牢固的连接并且简化制造。此外，片材元件的可形成性有利于将被连接的片材材料转变成囊包，而对其三维形状的设计具有非常少的限制。如上所述，在形成工艺期间通过从两个相对的侧施加(压缩)力来特别地支撑包括不同材料之间的粘结的被连接的片材材料的区段。因此，被连接的片材材料的该区段可在形成工艺期间保持不受剪切力的影响。因此，材料之间的连接保持不受在形成工艺中生成的应力的影响。因此，由所述连接形成的氧气屏障保持完整。另外，可降低在饮料制备之前或期间在连接处发生泄漏的风险。此外，不再需要通过用于形成工艺的辅助措施来修改片材材料的材料特性，因为在利用本发明的方法的情况下，形成工艺可在没有氧气屏障完整性风险的情况下完成。因此，可使用现有的设备和生产线来制造囊包。
29、因此，本发明的系统克服了现有技术的缺点。
30、优选地，囊包可为(家庭)可堆肥的。
31、其中，术语“可堆肥的”可被理解为是指当材料被堆肥时可在几周或几个月内基本上分解成有机物质。这可在工业堆肥场地和/或家庭堆肥器中完成。与风、阳光、排水和其他因素有关的特定条件可能存在于这些场地。在堆肥过程结束时，一旦材料完全分解，就可以向土地供应营养物。国际标准(诸如，eu 13432或us astm d6400)为规定确定材料可堆肥性的技术要求和程序提供了法律框架。例如，为了被认为是“工业可堆肥的”，可堆肥性测试中的一个测试要求至少90％的有问题的材料在受控条件下在6个月内被生物降解。家庭可堆肥认证也有类似的测试。根据所提及的标准，可堆肥塑料材料必须同时具有以下特性以被认为是可堆肥的：材料必须是可生物降解的和可分解的，即在最终堆肥中破碎和不可见，并且其必须对堆肥过程和质量不具有负面影响。因此，可堆肥囊包在其使用之后的处置方面具有益处。
32、根据一个优选实施方案，可通过将相应的片材元件的至少一部分拉伸到形成模具中来将片材元件分别形成为半壳的形状。优选地，可通过冲压机的机械作用或通过施加真空将相应的片材元件拉伸成半壳的形状。例如，可通过深度拉伸相应的片材元件而将相应的片材元件拉伸成半壳的形状。
33、由此，囊包的相应部分可被生产成具有均匀的壁厚。另外，机械应力在片材材料的用于将片材材料保持在形成模具中的区段处达到峰值，使得可避免使连接区域经受拉伸应力。此外，深度拉伸工艺是一致且成本高效的工艺，其特别适合于连续制造。
34、根据另外的优选实施方案，夹紧连接区域可通过冲头和对向冲头来获得，该冲头可定位在片材元件的一侧上，该对向冲头可相对于冲头定位在片材元件的另一侧上。优选地，冲头与对向冲头可相对于彼此和/或片材元件相对地移动。此外，优选地，对向冲头可被构造成抑制和/或抵抗由冲头施加到连接区域上的位移力。另选地或除此之外，对向冲头可例如通过弹性元件(诸如弹簧)弹性地支撑在形成模具中。此外，优选地可朝向冲头以弹簧弹性偏压对向冲头，以便在形成步骤期间向连接区域施加限定的夹持力。这优选地可为至少在形成步骤期间的情况。
35、由此，可实现连接区域经受压缩力，该压缩力可减小或(完全)补偿在形成工艺期间出现的拉伸应力。因此，连接区域可以保持不具有剪切应力。另外，上述构造特别适于实现快速且高效的制造工艺。
36、根据一个优选实施方案，两个半壳中的每一个均可包括周向凸缘。例如，周向凸缘可相对于相应的半壳径向向外延伸。在将相应的片材元件形成为半壳的形状时，可通过将相应的片材元件的一区域夹持在包围冲头的坯件保持器与形成模具之间而将周向凸缘形成在两个半壳中的每一个上。优选地，两个半壳可以经由周向凸缘而彼此连接。
37、由此，当沿着两个半壳各自的周边提供两个半壳之间的连接时，可使可用于接收物质的囊包的体积最大化。此外，如果使用形成模具，则周向凸缘可作为深度拉伸工艺的一部分而形成，使得可减少囊包的制造工艺中的不同步骤的数量。
38、根据另外的优选实施方案，可通过切割或冲压可由可形成和/或可生物降解的材料制成的片材来提供两个片材元件。优选地，在片材元件中切割出开口可在从片材切割或冲压两个片材元件之前、之时或之后进行。
39、由此，可提高生产速度和效率，因为可在可快速处理的材料卷上提供材料。
40、根据一个优选实施方案，半壳可被构造成使得在连接两个半壳的步骤之前在包围物质时两个半壳可通过间隙隔开。其中，间隙的尺寸可取决于物质的体积。优选地，半壳中的至少一个半壳可被构造成使得囊包在连接两个半壳的步骤之后囊包的体积对应于物质的体积。此外，在连接两个半壳时可减小或消除该间隙。
41、另选地或除此之外，当在连接两个半壳之前围绕物质放置两个半壳时，在连接两个半壳之前，在一边的物质与另一边的包围物质的半壳中的至少一个或全部两个半壳之间至少部分地形成间隙。优选地，可在连接两个半壳时减小或消除该间隙。
42、优选地，可在施加真空和/或施加热密封和/或超声密封的情况下连接两个半壳。可以经由沿着每一个半壳的周边(或者优选地沿着如果存在的周向凸缘)延伸的密封区段密封地连接半壳。
43、优选地，该物质能够以由压缩饮料粉末(优选地咖啡粉)制成的片剂的形式被提供。
44、优选地，在连接两个半壳的步骤之前，半壳中的至少一个半壳(优选地包括注入壁的半壳)可在形状和尺寸上遵循在囊包中与该半壳相邻的片剂的轮廓的一部分。另选地，物质可被压缩在半壳中的一个半壳(优选地包括注入壁的半壳)内，以在形状和尺寸上遵循相应半壳的轮廓。
45、前述构造中的每一者均有利于物质可紧密地堆积在囊包内部。例如，两个(可形成的)半壳一起相比(压实的)物质具有较小的高度。因此，当连接两个半壳(在真空下)时，物质和/或半壳中的至少一者的尺寸被调节以包封物质，例如通过(进一步)压缩物质至半壳的组合体积或使用压实的物质作为支撑表面使半壳的材料弯曲/伸长/拉伸。因此，降低了在囊包制造工艺中封装异物或气体的风险。另外，这样生产的囊包的饮料制备工艺可以得到改进，因为在这样的过程中消除了空的空间、间隙或空腔，使得所注入的流体被迫以预期的方式进入并穿过物质，由此还使得在胶囊内积聚必要的压力。
46、根据另外的优选实施方案，可在形成半壳中的一个半壳时形成注入壁。优选地，所述一个半壳可为除了包括开口或输送壁的半壳之外的一个半壳。
47、由此，注入壁可以限定在半壳上，该半壳最适合于所使用的饮料生产机器的应用或规格的目的。
48、根据一个优选实施方案，形成注入壁可包括在片材元件中的一个片材元件中切割出另一开口的步骤(该一个片材元件优选地可为与在所述开口中切割出的片材元件不同的一个片材元件，使得相应的片材元件包括另一开口)。形成注入壁的步骤还可包括利用另一片材材料覆盖另一开口并且在周向地包围另一开口的另一连接区域处连接另一片材材料与相应的片材元件的步骤，如此连接的另一片材材料形成注入壁。优选地，可通过热密封或通过超声波密封来实现另一片材材料与相应的片材元件的连接。
49、根据另外的优选实施方案，半壳可为相同的。
50、根据一个优选实施方案，片材元件中的至少一个片材元件或两个片材元件可具有圆盘形状。
51、在利用这些配置中的任一者的情况下，囊包可设置有对称布局。这是有利的，因为使用者不必注意如何将囊包放置在饮料生产机器中。另外，可简化囊包制造工艺，因为囊包的半壳由相同地或者至少类似地形成的半壳构成。
52、另选地，半壳可在高度上不同。高度差可至少在被连接以形成囊包主体之前存在。优选地，包括注入壁的半壳可相比包括输送壁的半壳具有更高的高度。
53、因此，囊包可被生产成具有明显的高度差，以向操作者指示囊包的取向。此外，半壳的不同构造允许改善利用物质来填充半壳，因为较大的高度降低了在填充工艺期间损失物质的风险。
54、根据另外的优选实施方案，可在向片材元件中切割出开口之前或之后，形成半壳。另选地或除此之外，可在向相应的片材元件中切割或冲压出如果存在的另一开口之前或之后，形成半壳。
55、由此，可确保连接区域在形成工艺中不经受剪切应力，使得确保氧气屏障的完整性。
56、本发明的另外方面涉及上述囊包用于在具有囊包保持器的饮料生产机器中制备饮料的用途。
57、本发明的另一方面涉及一种用于在饮料生产机器中制备饮料的囊包，其中该囊包包括囊包主体，该囊包主体由彼此连接的两个半壳构成，以便界定用于容纳用于制备饮料的物质的腔室。囊包还包括注入壁，该注入壁用于将流体注入在腔室中以用于在流体与物质相互作用时制备饮料。另外，囊包包括输送壁，该输送壁连接至囊包主体以封闭腔室，该输送壁被适配为在注入到囊包中的流体的升高压力的作用下与(外部)打开元件相互作用时被打开以从囊包分配所制备的饮料。其中，优选地，可在不具有用于形成囊包主体的纸基材料的预湿和/或不具有在囊包主体与输送壁之间的连接区域的剪切的情况下形成囊包。
58、上述方法和囊包有利于制备具有囊包的饮料，该囊包可利用可堆肥材料制造，同时保留现有技术中建立的囊包已知的所有功能。另外，该囊包可与现有的饮料制备机器一起使用而无需修改。因此，该囊包以及饮料制备方法允许利用克服现有技术囊包的处置所存在的问题的囊包来生产高质量饮料。
技术实现思路
技术特征：
1.一种制造用于在饮料生产机器中制备饮料的囊包(100)的方法，所述方法包括以下步骤(s1,s2,s3,s4,s5,s6)：
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过以下方式将所述片材元件(200)分别形成为半壳(101,102)的形状：优选地通过冲头(410)的机械作用、更优选地通过深度拉伸相应的片材元件(200)，来将所述相应的片材元件(200)的至少一部分拉伸到成形模具(400)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中夹紧所述连接区域(230)是通过定位在所述片材元件(200)的一侧上的冲头(410)以及相对于所述冲头(410)定位在所述片材元件(200)的另一侧上的对向冲头(420)获得的，其中优选地所述冲头(410)与所述对向冲头(420)能够相对于彼此和/或所述片材元件(200)相对地移动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述对向冲头(420)被构造成抑制和/或抵抗由所述冲头(410)施加到所述连接区域(230)上的位移力，并且/或者
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中优选地至少在形成步骤期间，优选地朝所述冲头(410)以弹簧弹性偏压所述对向冲头(420)，以便在所述形成步骤期间向所述连接区域(230)施加限定的夹持力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述两个半壳(101,102)中的每一个均包括周向凸缘(140)，所述周向凸缘优选地相对于相应的半壳(101,102)径向向外延伸，其中优选地，当将相应的片材元件(200)形成为半壳(101,102)的形状时，通过将所述相应的片材元件(200)的一区域(240)夹持在包围所述冲头(410)的坯件保持器(402)与所述成形模具(400)之间而在所述两个半壳(101,102)中的每一个上形成所述周向凸缘(140)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述两个半壳(101,102)经由所述周向凸缘(140)而彼此连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过切割或冲压由可成形并且优选地可生物降解的材料制成的片材(201)来提供所述两个片材元件(200)；并且
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述半壳(101,102)被构造成使得在连接所述两个半壳(101,102)的所述步骤之前当包围所述物质(105)时所述两个半壳(101,102)通过间隙而隔开，其中优选地所述间隙的尺寸取决于所述物质(105)的体积，并且其中优选地所述半壳(101,102)中的至少一个半壳被构造成使得囊包在连接所述两个半壳(101,102)的所述步骤之后所述囊包(100)的体积对应于所述物质(105)的体积，并且/或者其中所述间隙在连接所述两个半壳(101,102)时减小或消除。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当形成所述半壳(101,102)中的一个半壳时形成所述注入壁(120)，其中优选地所述一个半壳(101,102)是除了包括所述开口(210)或所述输送壁(110)的半壳(101,102)之外的半壳(101,102)，或者
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述片材元件(200)中切割出所述开口(210)之前或之后，并且优选地在相应的片材元件(200)中切割或冲压出如果存在的所述另一开口之前或之后，形成所述半壳(101,102)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述片材元件(200)中的至少一个或全部两个片材元件具有圆盘形状。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述半壳(101,102)是相同的，或者
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物质(105)以由压缩的饮料粉末、优选地咖啡粉末制成的片剂的形式被提供，并且/或者
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在施加真空并且在施加热密封或超声密封的情况下连接所述两个半壳(101,102)，其中优选地所述半壳(101,102)经由密封区段密封地连接，所述密封区段沿所述半壳(101,102)中的每一个的周边、优选地沿如果存在的所述周向凸缘(140)延伸。
技术总结
本发明涉及一种制造用于在饮料生产机器中制备饮料的囊包(100)的方法，该机器具有用于在注入到囊包(100)中的流体的升高压力的作用下打开囊包(100)的打开元件。在该方法中，提供两个可成形的片材元件(200)，在该两个可成形的片材元件中的一个可成形的片材元件中切割出开口(210)。提供第二片材材料(300)，并且在周向地包围开口(210)的连接区域(230)处将第二片材材料与相应的片材元件(200)连接。如此连接的片材材料(300)形成囊包(100)的输送壁(110)，在饮料制备过程期间通过该输送壁从囊包(100)分配所制备的饮料。将两个片材元件(200)分别形成为半壳(101,102)的形状，由此当形成相应的半壳(101,102)时从片材元件(200)的相对的两侧夹紧连接区域(230)。形成用于将流体注入到囊包(100)中的注入壁(120)。提供用于饮料的物质(105)，并且连接该两个半壳(101,102)以形成围绕物质(105)的囊包主体(130)。其中，囊包主体(130)与输送壁(110)和注入壁(120)一起限定容纳物质(105)的腔室。输送壁(110)被构造成在注入到囊包(100)中的流体的升高压力的作用下与饮料生产机器的打开元件相互作用时被打开。
技术研发人员：C·S·P·海德尔,C·M-R·E·达加诺,F·多勒克
受保护的技术使用者：雀巢产品有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23