IT201800010589A1 - Gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

GRUPPO DI INFUSIONE PER MACCHINE A CAPSULE PER LA PREPARAZIONE DI BEVANDE

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande.

In particolare, la presente invenzione è stata sviluppata nel contesto di macchine per la preparazione di bevande, che utilizzano capsule del tipo che comprende un corpo a tazza chiuso superiormente da un film, ed al cui interno è presente una sostanza alimentare (generalmente in polvere).

Ulteriormente, la presente invenzione è stata sviluppata in relazione a macchine, in cui sia prevista l’iniezione di acqua calda nella capsula attraverso un foro praticato nel film superiore.

Le macchine a capsule per la preparazione di bevande, in generale comprendono una prima parte ed una seconda parte, mobili una rispetto all’altra tra una configurazione operativa ed una configurazione di riposo. Nella configurazione operativa le due parti sono accoppiate e delimitano una camera di estrazione atta ad ospitare una capsula.

Nella maggior parte delle applicazioni la prima parte definisce un alloggiamento per la capsula, mentre la seconda parte costituisce un coperchio di chiusura dell’alloggiamento. Alla seconda parte è generalmente associato un perforatore atto a perforare il film superiore della capsula, nonché una guarnizione di tenuta atta ad essere premuta contro il film superiore stesso per garantire la tenuta idraulica.

Al perforatore sono poi associati dei mezzi di alimentazione di acqua calda (comprendenti un serbatoio, una pompa ed una caldaia oltre a condotti ed eventuali sensori di controllo).

In accordo con una prima modalità realizzativa nota, il perforatore è cavo e funge da ugello per erogare l’acqua alimentata dai mezzi di alimentazione, direttamente all’interno della capsula.

In accordo con una seconda modalità realizzativa nota, invece, l’acqua è alimentata al di sopra del perforatore, per poi entrare nella capsula attraverso il foro realizzato dal perforatore stesso.

Almeno quando l’acqua è alimentata al di sopra del film superiore la guarnizione di tenuta è del tipo a labbro e presenta vantaggiosamente una sezione a C in modo tale che un aumento della pressione all’interno della guarnizione determini un aumento dell’azione di tenuta idraulica garantita dalla guarnizione stessa.

Un aumento della pressione all'interno della guarnizione è spesso ottenibile anche in caso di erogazione dell’acqua calda direttamente all’interno della capsula. Infatti, a seguito dell’aumento della pressione interna, e della resistenza idraulica generata dalla sostanza alimentare, l’acqua tende a fuoriuscire attraverso il foro praticato dal perforatore che, viste le elevate pressioni in gioco, tende a lacerarsi.

Per cercare di ovviare a questo inconveniente, in alcune macchine il perforatore è cavo e presenta una bocca di uscita per l’acqua, laterale e relativamente ampia, disposta in modo tale da trovarsi in parte al di sopra e ed in parte al di sotto del film superiore. In questo modo l’acqua viene erogata in parte al di sopra, e in parte al di sotto, del film superiore ed è possibile ottenere una compensazione della pressione sui due lati del film superiore ed evitare lacerazioni del film superiore stesso.

Mentre le soluzioni realizzative note si sono dimostrate valide per la preparazione di bevande mediante estrazione di sostanze da una polvere per la maggior parte insolubile (quale il caffè espresso), i risultati ottenibili nel caso di bevande prodotte utilizzando una polvere di tipo solubile non sono ancora ottimali.

In particolare, nel caso di utilizzo di capsule contenenti sostanze solubili, può accadere sia che la polvere non si sciolga completamente, sia che si venga ad inglobare troppa aria nella bevanda, con il risultato di avere una crema in tazza con bolle d'aria troppo grandi.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è realizzare un gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande, che ponga rimedio agli inconvenienti citati.

È in particolare compito tecnico della presente invenzione realizzare un gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande che permetta di ottenere risultati migliori dei gruppi di infusione noti, per quanto riguarda l'utilizzo di capsule contenenti una sostanza alimentare solubile (quali latte, tè, cioccolato, ginseng, ecc…).

È ulteriormente compito tecnico della presente invenzione realizzare un gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande che, nel caso di utilizzo di capsule contenenti una sostanza solubile, garantisca uno scioglimento ottimale della polvere e la formazione di una crema priva di bolle eccessivamente grandi.

Il compito tecnico e gli scopi indicati sono sostanzialmente raggiunti da un gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande, in accordo con quanto descritto nelle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande, illustrate negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 mostra, in vista assonometrica dall'alto, un perforatore di un gruppo di infusione realizzato in accordo con la presente invenzione; - la figura 2 mostra, in vista assonometrica dal basso, il perforatore di figura 1;

- la figura 3 mostra, in vista frontale, il perforatore di figura 1;

- la figura 4 mostra, in vista dal basso, il perforatore di figura 1;

- la figura 5 mostra il perforatore di figura 4 sezionato secondo il piano V-V; - la figura 6 mostra, in vista assonometrica in sezione, un gruppo di infusione in accordo con la presente invenzione, in cui è installato il perforatore di figura 1; il piano di sezione corrisponde al piano V-V di figura 4;

- la figura 7 mostra in vista frontale il gruppo di infusione di figura 6; e - la figura 8 mostra ingrandito un particolare di figura 7.

Il gruppo di infusione 1 per macchine a capsule per la produzione di bevande oggetto della presente invenzione, analogamente ai gruppi noti, comprende una prima parte 2 ed una seconda parte 3 commutabili tra una configurazione di estrazione ed una configurazione di riposo. Quando si trovano nella configurazione di estrazione (figure 6-8), la prima parte 2 e la seconda parte 3 sono accoppiate e delimitano tra loro una camera di estrazione 4 atta ad ospitare, in uso, una capsula 5 contenente una sostanza alimentare (nelle unite figure la capsula è raffigurata vuota per rendere più chiara la struttura del gruppo di infusione 1). Quando si trovano invece nella configurazione di riposo, la prima parte 2 e la seconda parte 3 sono disaccoppiate (configurazione non illustrata), vantaggiosamente a seguito di un distanziamento mediante traslazione.

Un perforatore 6 è associato alla prima parte 2, e, in uso, è atto a perforare la capsula 5 inserita nella camera di estrazione 4, quando la prima parte 2 e la seconda parte 3 sono nella configurazione di estrazione.

Nella forma realizzativa preferita, illustrata nelle figure 6 e 7, il gruppo di infusione 1 è progettato per utilizzare capsule che comprendano un corpo conformato a tazza 7 (di materiale polimerico e/o metallico) chiuso superiormente da un film superiore 8 (vantaggiosamente comprendente almeno uno strato di materiale polimerico). In particolare, la seconda parte 3 definisce un alloggiamento per il contenimento del corpo conformato a tazza 7 mentre la prima parte 2 atta a premere in uso contro il film superiore 8. La prima parte 2, inoltre, comprende una guarnizione di tenuta 9 perimetrale destinata in uso a premere contro una porzione perimetrale del film superiore 8 (porzione fissata al sottostante corpo conformato a tazza 7) allo scopo di impedire fuoriuscite indesiderate di acqua calda e/o bevanda durante il funzionamento.

Ovviamente, in altre forme realizzative possono essere adottate anche capsule e soluzioni tecniche differenti per quanto riguarda gli aspetti sin qui descritti.

Il gruppo di infusione 1 comprende poi dei mezzi di alimentazione di acqua calda al perforatore 6 che, vantaggiosamente, comprendono un serbatoio, una caldaia, i condotti di collegamento tra queste parti ed il perforatore 6, e dei mezzi per l'alimentare acqua prelevata dal serbatoio al perforatore 6, opportunamente pressurizzata (ad esempio una pompa). Vantaggiosamente i mezzi di alimentazione di acqua calda sono di tipo tradizionale e non vengono quindi qui descritti nel dettaglio. Si segnala soltanto che i mezzi per l'alimentare l'acqua prelevata dal serbatoio al perforatore 6 saranno in grado di garantire i normali valori di pressione e portata previsti nelle macchine da caffè a capsule (eventualmente diversificati in base al tipo di erogazione desiderata).

Nel gruppo di infusione 1 (più precisamente nella seconda parte 3 nella forma realizzativa illustrata) è presente una bocca di uscita 10 che è in comunicazione di fluido con la camera di estrazione 4, ed è destinata a permettere, in uso, la fuoriuscita di una bevanda dalla camera di estrazione 4.

Infine, sebbene non siano illustrati nelle allegate figure, il gruppo di infusione 1 può comprendere anche dei mezzi di apertura della capsula 5 atti a creare nella capsula 5 stessa una apertura di uscita per la bevanda (qualora la capsula 5 ne sia priva). Nella forma realizzativa illustrata i mezzi di apertura saranno disposti in corrispondenza della bocca di uscita 10, in modo tale da creare l'apertura di uscita nel fondo del corpo conformato a tazza 7. Trattandosi comunque di soluzioni tecniche note già ampiamente utilizzate nel settore, i mezzi di apertura non verranno qui ulteriormente descritti.

Passando agli aspetti innovativi del presente trovato, innanzitutto il perforatore 6 comprende un corpo principale 11 ed un ago di perforazione 12 che si sviluppa a sbalzo ed in allontanamento dal corpo principale 11, verso l'interno della camera di estrazione 4. In particolare, l'ago di perforazione 12 è centrato su, e si sviluppa lungo, un asse di sviluppo rettilineo 13. Vantaggiosamente, nel caso in cui la prima parte 2 e la seconda parte 3 siano commutabili tra la configurazione di estrazione e quella di riposo mediante un movimento reciproco di traslazione assiale, l'asse di sviluppo rettilineo 13 sarà parallelo alla direzione di traslazione assiale. Se è presente, la guarnizione di tenuta 9 è vantaggiosamente coassiale all'asse di sviluppo rettilineo 13.

Un condotto di alimentazione principale 14 si estende nel corpo principale 11 e nell'ago di perforazione 12. Il condotto di alimentazione principale 14 si estende da una sezione di ingresso 15 sino ad una sezione di uscita principale 16. La sezione di ingresso 15 è ricavata nel corpo principale 11 e a essa sono collegati i mezzi di alimentazione di acqua calda. La sezione di uscita principale 16 è invece ricavata nell'ago di perforazione 12. A seconda delle forme realizzative, la sezione di uscita principale 16 può essere posizionata sia in corrispondenza della punta dell'ago di perforazione 12 (come nelle unite figure), sia in corrispondenza di una sua superficie laterale.

Come visibile in figura 2, l'ago di perforazione 12 si sviluppa a partire da una porzione centrale di una faccia operativa 17 del corpo principale 11, che è rivolta verso la camera di estrazione 4. Vantaggiosamente, l'ago di perforazione 12 comprende uno stelo a sezione costante, preferibilmente uno stelo cilindrico 18 e, a una sua estremità, una punta tagliente 19 (nelle unite figure ottenuta direttamente facendo terminare lo stelo con un piano inclinato rispetto all'asse di sviluppo rettilineo 13). Preferibilmente inoltre, il condotto di alimentazione principale 14 presenta, all’interno dell'ago di perforazione 12, una sezione trasversale di diametro compreso tra 0.3 e 1.5 mm, preferibilmente tra 0.5 e 0.8 mm, ancor più preferibilmente tra 0.55 e 0.65 mm, e vantaggiosamente di circa 0.6 mm.

La faccia operativa 17 del corpo principale 11, a propria volta, si sviluppa trasversalmente all'asse di sviluppo rettilineo 13 e definisce una superficie operativa, contro la quale, in uso, può appoggiarsi una porzione della capsula 5 da perforare (a seguito, ad esempio, di un rigonfiamento della capsula 5 stessa dovuto all'aumento della pressione interna). Come meglio descritto nel seguito, infatti, la faccia operativa 17 deve fungere da fine corsa nei riguardi di un movimento di espansione verso l'esterno del film superiore 8. Nelle unite figure, la porzione di capsula 5 che può entrare a contatto con la superficie operativa è il film superiore 8. Vantaggiosamente, la superficie operativa circonda anularmente l'asse di sviluppo rettilineo 13 e giace su, o è tangente a, un piano di giacitura perpendicolare all'asse di sviluppo rettilineo 13.

In particolare, nelle soluzioni realizzative preferite, la superficie operativa giace sul, o è tangente al, piano di giacitura, almeno in modo tale da coprire una traiettoria anulare che circonda l'asse di sviluppo rettilineo 13, e che, in ogni punto, è più lontana dall'asse di sviluppo rettilineo 13 di qualsiasi punto dell'ago di perforazione 12. Vantaggiosamente comunque, ogni punto della traiettoria presenta una distanza dall'asse di sviluppo rettilineo 13 pari ad almeno tre volte la distanza massima di un punto dell'ago di perforazione 12 dall'asse di sviluppo stesso (vale a dire il raggio dello stelo cilindrico 18 nella forma realizzativa illustrata).

Preferibilmente, poi, la superficie operativa è un anello piano inscritto in una corona circolare centrata sull'asse di sviluppo rettilineo 13, e presenta una larghezza pari almeno alla larghezza massima dell'ago di perforazione 12, misurata nel piano di giacitura (larghezza che nella forma realizzativa illustrata corrisponde al diametro dello stelo cilindrico 18).

In accordo con un secondo aspetto innovativo della presente invenzione, nel perforatore 6 è inoltre previsto almeno un condotto di alimentazione secondario 20 che si estende dal condotto di alimentazione principale 14 sino ad almeno una sezione di uscita secondaria 21 (due nelle unite figure) ricavata nel corpo principale 11.

La sezione di uscita secondaria 21 è ricavata in una zona del corpo principale 11 diversa dalla faccia operativa 17, ed è inoltre completamente posizionata da una parte del piano di giacitura, opposta rispetto a quella in cui si trova la sezione di uscita principale 16 (quella ricavata nell'ago di perforazione 12). Scopo della sezione di uscita secondaria 21 è erogare acqua calda al di fuori della capsula 5, ed in particolare tra la capsula 5 e la prima parte 2, per bilanciare dall'esterno la pressione che si genera in uso all'interno della capsula 5. Vantaggiosamente, il condotto di alimentazione secondario 20 presenta una sezione interna molto maggiore (vantaggiosamente almeno cinque volte, preferibilmente circa dieci volte maggiore) della parte di condotto di alimentazione principale 14 ricavata nell'ago di perforazione 12, in modo tale che, ad inizio erogazione, l'acqua riempia e metta in pressione lo spazio tra capsula 5 e la prima parte 2 prima di ultimare il riempimento dell'interno della capsula 5.

Nella forma realizzativa preferita, inoltre, il perforatore 6 è montato in un recesso 22 ricavato in una zona centrale di un corpo sporgente 23 della prima parte 2, ed è disposto in modo tale che l'ago di perforazione 12 sporga dal recesso 22 rispetto al corpo sporgente 23. Il corpo sporgente 23 è realizzato in modo tale da premere, in uso, contro la capsula 5 contenuta nella camera di estrazione 4; nella forma realizzativa preferita si estende in modo tale da entrare in contatto, in uso, con la maggior parte della superficie del film superiore 8 della capsula 5. Vantaggiosamente il corpo sporgente 23 presenta globalmente una forma convessa verso l'interno della camera di estrazione 4. Il recesso 22 è inoltre ricavato nel corpo sporgente 23 in modo tale che il piano di giacitura individuato dalla superficie operativa passi all'interno del recesso 22, nonché in modo tale la sezione di uscita secondaria 21 sia posizionata all'interno del recesso 22. Per quanto riguarda il funzionamento del gruppo di infusione 1 oggetto della presente invenzione, esso è analogo a quello dei gruppi noti per quanto riguarda gli aspetti fondamentali legati all'alimentazione dell'acqua nella capsula 5 ed alla formazione della bevanda.

Esso si differenzia invece a livello di dettaglio per quanto riguarda il funzionamento del perforatore 6 in sé.

In primo luogo, l'idea innovativa di utilizzare un ago di perforazione 12 cilindrico, o comunque con sezione trasversale dello stelo costante, permettere di realizzare nella capsula 5 un foro (circolare o di altra forma) il cui bordo rimane a contatto con l'ago di perforazione 12 creando una certa tenuta idraulica tra sé e l'ago. La forma circolare è comunque preferita in quanto priva di punti deboli in corrispondenza dei quali il film superiore 8 possa più facilmente lacerarsi. nel La presenza della superficie operativa del corpo principale 11 permette poi di aumentare ulteriormente la tenuta idraulica impedendo un rigonfiamento eccessivo del film superiore 8 della capsula 5. In questo modo è possibile mantenere valori di pressione ottimali all'interno della capsula 5 durante l'intera erogazione della bevanda. La ridotta sezione del condotto principale in prossimità della sezione di uscita principale 16 determina inoltre un flusso di acqua all'interno della capsula 5 ottimale per garantire la turbolenza necessaria per un completo scioglimento della sostanza alimentare in polvere in essa contenuta.

Inoltre, nelle prime fasi dell'alimentazione dell'acqua al perforatore 6, il condotto di alimentazione secondario 20 alimenta l'acqua principalmente nello spazio compreso tra la capsula 5 e la prima parte 2 del gruppo di infusione 1 garantendo sia una compensazione esterna della pressione che si andrà poi a creare all'interno della capsula 5, sia la presenza di una sovrappressione sulla parte interna della guarnizione di tenuta 9 a labbro, atta a tenere la guarnizione stessa premuta contro la capsula 5.

La presente invenzione consegue importanti vantaggi.

In primo luogo, grazie alla presente invenzione è stato possibile mettere a punto un gruppo di infusione per macchine a capsule per la preparazione di bevande, che, nel caso di utilizzo di capsule contenenti una sostanza alimentare solubile, permette di ottenere risultati migliori dei gruppi di infusione noti sia in termini di scioglimento della polvere alimentare sia in termini di formazione di una crema più compatta.

Va infine rilevato che la presente invenzione risulta di relativamente facile realizzazione e che anche il costo connesso alla sua attuazione non risulta molto elevato.

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo che la caratterizza.

Tutti i dettagli sono rimpiazzabili da altri tecnicamente equivalenti ed i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni dei vari componenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di infusione per macchine a capsule per la produzione di bevande comprendente: una prima parte (2) ed una seconda parte (3), commutabili tra una configurazione di estrazione in cui sono accoppiate, e delimitano tra loro una camera di estrazione (4) atta ad ospitare in uso una capsula (5) contenente una sostanza alimentare, ed una configurazione di riposo in cui sono disaccoppiate; un perforatore (6) che è associato alla prima parte (2), ed è atto a perforare, in uso, la capsula (5) inserita nella camera di estrazione (4), quando la prima parte (2) e la seconda parte (3) sono nella configurazione di estrazione; mezzi di alimentazione di acqua calda al perforatore (6); e una bocca di uscita (10) in comunicazione di fluido con la camera di estrazione (4) per permettere, in uso, la fuoriuscita di una bevanda dalla camera di estrazione (4); in cui: il perforatore (6) comprende un corpo principale (11) ed un ago di perforazione (12), che si sviluppa a sbalzo dal corpo principale (11) verso l'interno della camera di estrazione (4), lungo un asse di sviluppo rettilineo (13); un condotto di alimentazione principale (14) si estende nel corpo principale (11) e nell'ago di perforazione (12) a partire da una sezione di ingresso (15) ricavata nel corpo principale (11) e sino ad una sezione di uscita principale (16) ricavata nell'ago di perforazione (12), alla sezione di ingresso (15) essendo collegati i mezzi di alimentazione di acqua calda; l'ago di perforazione (12) si sviluppa a partire da una porzione centrale di una faccia operativa (17) del corpo principale (11), che a propria volta si sviluppa trasversalmente all'asse di sviluppo rettilineo (13); la faccia operativa (17) definisce una superficie operativa, contro la quale, in uso, può appoggiarsi una porzione della capsula (5) da perforare, che circonda anularmente l'asse di sviluppo rettilineo (13), e che giace su, o è tangente a, un piano di giacitura perpendicolare all'asse di sviluppo rettilineo (13); ed in cui almeno un condotto di alimentazione secondario (20) si estende dal condotto di alimentazione principale (14) sino ad una sezione di uscita secondaria (21) ricavata nel corpo principale (11) in una zona diversa dalla faccia operativa (17), la sezione di uscita secondaria (21) essendo completamente posizionata da una parte del piano di giacitura opposta rispetto a quella in cui si trova la sezione di uscita principale (16) ricavata nell'ago di perforazione (12), per erogare in uso acqua calda al di fuori della capsula (5).
2. 2. Gruppo di infusione secondo la rivendicazione 1 in cui l'ago di perforazione (12) comprende uno stelo cilindrico (18) che termina con una punta tagliente (19).
3. 3. Gruppo di infusione secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui il condotto di alimentazione secondario (20) presenta una sezione interna almeno cinque volte maggiore di una sezione interna della parte di condotto di alimentazione principale (14) ricavata nell'ago di perforazione (12).
4. 4. Gruppo di infusione secondo la rivendicazione 1, 2 o 3 in cui la superficie operativa giace sul, o è tangente al, piano di giacitura, almeno lungo una traiettoria che, in ogni punto, presenta una distanza dall'asse di sviluppo rettilineo (13) pari ad almeno tre volte una distanza massima di un punto dell'ago di perforazione (12) dall'asse di sviluppo stesso.
5. 5. Gruppo di infusione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4 in cui la superficie operativa è un anello inscritto in una corona circolare centrata sull'asse di sviluppo rettilineo (13) e con larghezza pari almeno ad una larghezza massima dell'ago di perforazione (12), misurata nel piano di giacitura.
6. 6. Gruppo di infusione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in cui la prima parte (2) comprende un corpo sporgente (23) atto a premere in uso contro una capsula (5) contenuta nella camera di estrazione (4), in una zona centrale del corpo sporgente (23) essendo ricavato un recesso (22), in cui è parzialmente inserito il perforatore (6) in modo tale che l'ago di perforazione (12) sporga dal recesso (22) rispetto al corpo sporgente (23).
7. 7. Gruppo di infusione secondo la rivendicazione 6 in cui il recesso (22) è ricavato in modo tale che il piano di giacitura passi all'interno del recesso (22), ed in modo tale la sezione di uscita secondaria (21) sia posizionata all'interno del recesso (22).
8. 8. Gruppo di infusione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7 in cui la prima parte (2) comprende inoltre una guarnizione di tenuta (9) perimetrale, coassiale a detto asse di sviluppo rettilineo (13).
9. 9. Gruppo di infusione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8 in cui la seconda parte (3) definisce un alloggiamento per il contenimento di un corpo conformato a tazza (7) della capsula (5), e la prima parte (2) costituisce un coperchio di chiusura di detto alloggiamento, ed è atta a premere in uso contro un film superiore (8) di chiusura del corpo della capsula (5).
10. 10. Gruppo di infusione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9 in cui il condotto di alimentazione principale (14) presenta, all’interno del perforatore (6), una sezione trasversale di diametro compreso tra 0.3 e 1.5 mm.
11. 11. Gruppo di infusione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9 in cui il condotto di alimentazione principale (14) presenta, all’interno del perforatore (6), una sezione trasversale di diametro compreso tra 0.5 e 0.8 mm.