Brevet FR2196135A1 — publié le 19740315

On connaît, du brevet suisse No 506.984, une cartouche pour la préparation rapide d'une boisson chaude, notamment de café, comprenant deux enceintes hermétiquement closes servant à renfermer respectivement des quantités déterminées de liquide et de café, un diaphragme étanche séparant ces enceintes. Lorsque l'on désire obtenir une boisson, en l'occurrence du café, à l'aide de cette cartouche, on chauffe le liquide à l'intérieur de son enceinte, jusqu'à ce que la pression s'élève à une valeur donnée correspondant à la limite de rupture de la membrane. Le liquide passe alors sous pression à travers la seconde enceinte renfermant la poudre de café et ressort de cette seconde enceinte à travers un filtre et un orifice de distribution. La rupture de la membrane sous l'effet de la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte de liquide peut etre réalisée pour autant que le bord de cette membrane soit retenu sans déformation, ce qui supposerait que les parois des enceintes soient suffisamment rigides et que le scellement du diaphragme soit sufrisamment solide pour empêcher toute déformation des parois et tout glissement de la membrane à son encastrement. Etant donné qu'il s'agit là de cartouche à jeter, dont le prix de revient doit etre aussi bas que possible pour présenter un intérêt commercial, il est difficile de rendre ces conditions compatibles. Le but de la présente invention est de résoudre ce problème. A cet effet, la présente invention a pour objet un appareil pour la préparation d'une boisson, par le passage d'un liquide sous pression au travers d'une charge d'un produit solide finement divisé, ledit liquide et ledit produit étant disposés dans des enceintes respectives séparées par une membrane.Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il comporte une cloche, un organe amovible muni d'une ouverture dont le bord est conformé pour s'appliquer jointivement contre le bord de l'ouverture de la cloche, des moyens pour réaliser cette jonction, ce bord de cloche et cet or gane étant destinés à recevoir entre eux le rebord de ladite membrane de manière à ce que l'enceinte de liquide se trouve à l'intérieur de ladite cloche, des moyens pour créer dans ladite enceinte une surpression suffisante pour produire l'éclatement de ladite membrane et des moyens de manoeuvre reliés à l'un desdits éléments, cloche ou organe, pour lui appliquer une force, dirigée contre l'autre de ces éléments et de valeur suffisante pour retenir, sans glissement, le rebord de la membrane lorsque celle-ci, placée entre ledit bord de la cloche et le bord de l'ouverture dudit organe est soumise à ladite surpression. Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante, de l'appareil objet de la présente invention. La fig. I est une vue en élévation coupée de l'appareil en position d'utilisation. La fig. 2 est une vue semblable à la fig. 1 de l'appareil en position de repos. La fig. 3 est une vue en élévation coupée d'une variante de la fig. 2. L'appareil représenté aux fig. 1 et 2 comprend un bâti 1 présentant un socle 2 surmonté par un manchon cylindrique 3 fermé par un capuchon 4, monté coulissant dans ce manchon, entre la paroi de celui-ci et un tube 5 fixé à l'intérieur de ce manchon sur un épaulement 3a formé à la base de sa paroi. Ce tube porte, sur sa face extérieure, trois tenons 6 (dont un seul est visible au dessin). Ces tenons 6 pénètrent dans des fenêtres verticales 4a traversant la paroi latérale du capuchon 4. Ces tenons 6 en prise avec ces fenêtres 4a ont pour but de limiter la course axiale du capuchon 4 vers le haut comme on le verra par la suite. La base au tube 5 est munie d'un filetage intérieur 5a destiné à recevoir une bague 7 munie d'un filetage extérieur correspondant permettant ainsi de régler la position axiale de la bague 7 sur le tube 5. Cette position axiale de la bague peut être verrouillée grâce à des vis 8 (dont seule une est visible au dessin) engagées dans des filetages 9 de la bague 7 et dont les têtes appuient contre une portée annulaire 3b de la base du manchon 3. La bague 7 est munie de logements 7b s'ouvrant dans sa face supérieure et dont un seul est visible au dessin. Chacun de ces logements reçoit un ressort d'extraction 14 dont le rôle sera expliqué par la suite. La face intérieure de cette bague 7 est munie de rampes 7c (fig.2) auxquelles on peut accéder axialement depuis la face inférieure de la bague 7. Ces rampes sont destinés à la fixation à baïonnette d'une cuvette amovible 10 munie d'une poignée de manoeuvre lova. Cette cuvette se compose de deux par ties assemblées l'une a l'autre par des vis 13 dont seule une est visible au dessin. Ces deux parties sont constituées par un fond calotte 11 et une bague 12 munies d'ergots 12a destinés à coopérer avec les rampes de fixation susmentionnées. Un tuyau de distribution métallique 21 est fixé au fond calotte 11 de la cuvette 10 et son extrémité intérieure, taillée en biseau, fait saillie dans cette cuvette. Le bord de cette cuvette 10 recoit le bord d'une cloche 15 en tourée par un corps de chauffe 16 relié à une source de courant extérieure (non représentée)par par des conducteurs 17. Deux interrupteurs It et i sont montés en série entre le corps de chauffe m 16 et la source de courant. Ces interrupteurs sont commandés respectivement par un thermostat et par le capuchon coulissant 4. Un rebord annulaire extérieur 15a s'étend au voisinage du bord de la cloche 15 et recouvre les logements 12b de la Dague 12 qui renferment les ressorts a'extraction 14. La périphérie de ce rebord 15a supporte un écran thermique 18 constitué, par exemple, par une feuille métallique polie intérieurement enroulée autour de ce rebord 15a. Cette cloche 15 est reliée cinématiquement au capuchon coulissant 4 par un dispositif de serrage que l'on va décrire en détail ci-après. A cet effet, le centre de la face externe du fond de la cloche 15 présente un siège conique 15b situé vis-à-vis d'un siège conique 20b ménagé sous la face inférieure d'un disque 20 placé audessus du fond de la cuvette 15. Une bille d'acier 19, interposée entre ce disque 20 et le fond de la cloche 15 est logée dans ces deux évidements 15b et 20b, diamétralement opposés. Une surface de butée annulaire est formée au-dessus de la périphérie du disque 20, par une rondelle annulaire 26, logée au-dessous d'un rebord intérieur 5b ménagé à l'extrémité supérieure du tube 5, et dont le rôle apparaîtra par la suite. Deux leviers de serrage croisés 24 et 25 sont placés entre le disque 20 et un second disque 31 monté élastiquement entre deux ressorts 35 et 36 qui prennent respectivement appui contre l'ex- trémité supérieure du tube 5 et le fond du capuchon 4. Les deux extrémités inférieures des leviers respectifs 24 et 25 sont maintenues entre deux rouleaux 22, 27 respectivement 23, 28. Les rouleaux 22 et 23 places sous les leviers respectifs sont logés dans les deux sièges 20c, respectivement 20d, tandis que les rouleaux 27 et 28 placés au-dessus des leviers respectifs appuient sous la rondelle annulaire 26. Les deux extrémités supérieures respectives de ces mêmes leviers 24 et 25 sont montées coulissantes le long de deux guides 29 et 30 respectivement fixés sous le second disque 31. Ces deux leviers sont maintenus latéralement par des paires de chevilles de guidage verticales dont quelques unes 32a, 32b, 32c sont visibles au dessin. Ces cnevilles sont fixées sur la face supérieure du disque 20. Un dispositif de verrouillage est encore prévu entre le disque 20 et le capuchon 4. Ce dispositif de verrouillage comporte une tige 33 fixée au centre du disque 20 et se terminant par des ergots d'accrochage 33a à l'extrémité libre de cette tige. De son côte, le capuchon 4 porte un organe de verrouillage 34 muni d'une ouverture située vis-à-vis de l'extrémité de la tige 33. Cet organe de verrouillage renferme un mécanisme de verrouillage et de déverrouillage par pressions successives du genre de ceux couramment utilisés dans les stylos à billes rétractables. On ne décrira pas ici ce type de mécanisme bien connu. On peut simplement mentionner qu'un tel mécanisme est décrit en détail dans le brevet US No 3.152.822 auquel on pourra se référer pour plus de détails. L'appareil décrit est destiné à être utilisé par exemple avec des cartouches du genre de celles décrites dans le brevet suisse No 506.984 susmentionné, cartouches représentées aux fig.l et 2 destines à la production de boissons chaudes, notamment de café. Cette cartouche C est formée de deux enceintes E1, E2, hermétiquement closes et réunies l'une à l'autre par la périphérie d'une membrane commune M séparant ces deux enceintes. L'enceinte infé- rieure E1 contient du café moulu tandis que l'enceinte supérieure E2 contient de l'eau. Le fond de l'enceinte E1 est recouvert d'un filtre F. Toute la cartouche est réalisée à partir d'aluminium en feuille mince et la membrane adjacente aux deux enceintes est munie d'une entaille, par exemple circulaire, destinée à l'affaiblir localement pour amorcer sa rupture, comme on l'expliquera par la suite. L'utilisation de l'appareil avec ce type de cartouche comporte les opérations suivantes: On place l'enceinte inférieure E1 de la cartouche C dans la cuvette 10 que l'on tient par sa poignée de manoeuvre 10a. On peut appliquer une légère pression sur la cartouche en direction du fond de la cuvette 10 afin de percer la cartouche à l'aide de l'extrémité biseautée du tuyau de distribution 21. Cependant, cette opération de perçage n'est pas indispensable au fonctionnement étant donné qu'elle peut être effectuée automatiquement par la suite comme on l'expliquera ci-après. On introduit alors l'enceinte supérieure E2 de la cartouche 2 dans la cloche 15 en engageant les ergots 12a de la bague 12 solidaire du fond calotte 11 de la cuvette 10, sur les rampes 7c ménagées dans la face intérieure de la bague 7. Cet engagement est réalisé par un déplacement axial de la cuvette 10 suivi d'un déplacement angulaire destiné à fixer la cuvette sur la bague 7. La périphérie de la membrane M de la cartouche se trouve alors entre le bord de la cloche 15 et la bague 12 dont les ergots 12a appuient sur les rampes 7c de la bague 7. La cloche 15 qui est sollicitée par les trois ressorts 14, est poussée ainsi vers le haut. Les ressorts 14 rattrapent ainsi constamment les jeux entre les différentes parties du mécanisme de serrage. Pour mettre l'appareil en marche, il suffit simplement de presscr sur le capuchon 4, vers le bas, jusqu'à ce que les ergots 33a situés à l'extrémité libre de la tige 33, solidaire du disque 20, se crochent dans l'organe de verrouillage 34. Simultanément, l'in terrupteur I est fermé par un élément d'actionnement (non repré m sentie), cinématiquement solidaire du capuchon 4. Pendant la descente du capuchon, les leviers 24 et 25 pivotent à leurs extrémités inférieures respectives entres les rouleaux 22, 27 respectivement 23, 28, en écartant axialement ces rouleaux l'un de l'autre. Comme les rouleaux 27 et 28 appuient sous la rondelle 26 logée sous la portée 5b de l'extrémité supérieure du tube 5, l'écartement axial des rouleaux se traduit par un déplacement axial correspondant du disque 20 et de la cloche 15 à l'encontre des ressorts 14, et une fois ce jeu rattrapé, ce dSplacement se traduit alors par une pression du bord de la cloche 15 contre la bague 12. Cette pression est transmise à la cloche, par le disque 20, dont la ri qidité est suffisante pour résister à la pression, par la bille 19 et par les parois de la cloche 15. I1 est donc nécessaire que ces parois soient également de rigidité suffisante pour transmettre pratiquement la totalité de la pression au bord de la cloche. La périphérie de la membrane M est donc pincée fortement entre le bord de la cloche 15 et la bague 12. Les leviers 24 et 25 sont cnoisis de manière que le rapport des forces soit de l'ordre de 40 à 50 de sorte qu'une pression de 5 kg sur le capuchon 9 se traduit par une pression d- l'ordre de 200 à 250 kg sur le bord de la cloche 15. Grâce à cette force de pincement sur la périphérie de la membrane, on peut consiaérer que celle-ci est pratiquement en castree. Ceci est extrêmement important pour le bon déroulement de l'opération étant donné que l'on évite tout glissement de la membrane lorsque la pression s'élève dans l'enceinte E2 renfermant l'eau.D'autre part, les autres parois de l'enceinte E2 sont conformées pour épouser la forme de la cloche 15 afin d'assurer un bon contact entre la cuvette et les parois de l'enceinte, garantissant, d'une part, un bon échange thermique et empêchant, d'autre part, la déformation des parois de l'enceinte. Comme on l'a mentionné pécédemment, le contact I a été fermé m lors de i'abaissement du capuchon 4 tandis que le contact It, commandé par le thermostat, est fermé tant que la température est inférieure à une valeur déterminée. La résistance constituant le corps de chauffe est donc alimentde par la source de courant. La pression à l'intérieur de l'enceinte E2 croIt au fur et à mesure que la température de l'eau s'éleve. La membrane se déforme tout d'abord consécutivement à son allongement. Conme on l'a mentionné précdeinment,ia membrane est entaillée pour amorcer sa rupture sur une zone déterminée de sa surface. Lorsque la pression intérieure de l'enceinte E2 atteint une valeur déterminée par la limite de résistance de la membrane, cette dernière se déchire le long de son entaille et l'eau pénètre sous pression dans l'enceinte E1 contenant la mouture de café. Corme on l'a dit précédemment, le fond de l'enceinte E1, a, de préférence, été percé par l'extrémité biseautée du tuyau de distribution 21, lors de la mise en place de la cartouche C dans la cuvette 10. Toutefois, si cette opération n'a pas été effectuée, le fond de l'enceinte E1 est per cé lorsque la pression crève la membrane M. En effet, cette pression se répartit alors dans toute la cartouche et plaque le fond de l'enceinte E1 contre le fond de la cuvette 10 à la surface duquel l'extrémité biseautée du tuyau de distribution 21 fait saillie. Le café peut alors sortir par le conduit 21, et être recueilli dans une tasse posée sur le socle 2 de l'appareil. Le thermostat coupe alors l'alimentation du corps ae chauffe 16. Pour dégager la cartouche de l'appareil, on exerce une courte pression sur le capuchon 4. Cette pression a pour effet de déverrouiller la tige 33 de l'organe da verrouillage 34. Sous l'action du ressort 35, le capuchon est poussé vers le haut et les extrémités inférieures respectives des fenêtres 4a viennent buter contre leurs tenons respectifs 6. L'interrupteur i est ouvert. Au moment m où la pression des leviers 24 et 25 cesse de s'exercer sur la cloche 15 par l'intermédiaire des rouleaux 22, 27, 23, 28 et 19 ainsi que du disque 20, la cuvette est poussée vers le haut par les ressorts 14, en rattrapant, d'une part, le jeu créé entre ces divers éléments et en décollant, d'autre part, la cloche 15 de l'enceinte supérieure E2 de la cartouche C. On dégage ensuite la cuvette 10 à l'aide de sa poignée 10a par un déplacement angulaire limité, après quoi, la cuvette sort d'elle-même de la bague 7. On peut alors aisément dégager la car toucne E1 de la cuvette 10 en retournant la cuvette. L'appareil est alors prêt pour produire une autre tasse de café en répétant, avec une autre cartouche, l'opération décrite. La production de la seconde tasse ainsi que des suivantes sera d'ailleurs plus rapide du fait que la cloche 15 est encore chaude. Bien entendu, l'appareil n'est pas limité à être utilisé avec la cartouche décrite. il est évidemment tout à fait possible de n'utiliser qu'une cartouche limitée à l'enceinte E1 contenant la mouture de café comme représenté dans la variante de la fig.3. Dans ce cas, le dessus de la cartouche est alors directement fermé par la membrane M. L'enceinte d'eau est alors constituée par une calotte 37 présentant une ouverture de remplissage 38 et des pattes de fixations 39 destinées à se crocher sur les ergots 12'a de la bague 12' solidaire de la cuvette 10'. Cette calotte est encore munie d'une poignée de manoeuvre (non représentée), plus courte que la poignée l0'a afin de permettre de déplacer la coupelle angulairement par rapport à la cuvette 10' pour engager,respectivement dégager les pattes 39 des ergots 12'a. Pour faire du café au moyen de cette variante, on met la cartouche réduite à l'enceinte E1 dans la cuvette 10', on croche la calotte sur la cuvette 10' au moyen des pattes de fixation 39 et des ergots 12'a. On remplit la calotte d'eau, par l'ouverture de remplissage 38. Le serrage provoqué par les rampes des pattes s'appuyant sur les ergots 12'a est suffisant pour réaliser une étanchéité au moins temporaire entre la base de la calotte et la membrane M. Cette étanchéité est en tout cas suffisante pour permettre de verser de l'eau par l'ouverture de remplisssage 38 et de placer ensuite l'ensemble sur l'appareil comme on l'a décrit pour la cartouche complète, sans que des fuites se produisent. La suite des opérations est alors en tout point identique à celle qui a été décrite précédemment. L'étanchéité à la base de la calotte 37 est alors réalisée grâce à la pression exercée par le dispositif de serrage entre la cuvette 10' et la cloche 15. En effet, la pression développée entre ces deux organes pour serrer la membrane M sert en même temps, dans cette variante, à réaliser l'étanchéité entre la membrane M et la calotte rapportée 37 de manie à empêcher toute fuite au moment où la pression s'élève consécutivement au chauffage de l'eau. Bien entendu, la calotte est récupérable et peut faire partie des accessoires de l'appareil. D'autres formes d'exécutions de l'appareil peuvent encore être envisagées: c'est ainsi que la calotte pourrait etre reliée à une source de liquide sous pression. Dans ce cas, le corps de chauffe 16 pourrait être supprimé, la pression nécessaire pour faire sauter la membrane étant directement produite par ladite source de liquide sous pression. On pourrait encore imaginer de remplacer le dispositif de serrage décrit par un dispositif de serrage à vis par exemple, cependant un tel dispositif présente l'inconvénient que la force de serrage dépend de la force de l'utilisateur, en outre le temps de serrage est plus long qu'avec le dispositif décrit. Dans une variante non représentée, on peut imaginer des moyens pour faire varier le volume du réservoir d'eau afin de modifier la quantité de café produite. Cette mesure peut être utile par exemple, lorsque la machine est construite pour produire simultanément plusieurs tasses de café et que l'utilisateur veut en produire moins de tasses à concentration constante ou lorsque l'utilisateur désire produire du café à plus ou moins forte concentration. Dans le cas de la variante de la fig.3, les moyens pour faire varier le volume du réservoir d'eau peuvent simplement être constitués par des calottes 37 de hauteurs différentes correspondant à des volumes différents. Dans ce cas, bien entendu, l'ouverture de remplissage 38 est supprimée et le fond de la calotte doit être dimensionnée pour résister à la pression d'éclatement de la membrane X, développée à l'intérieur de la calotte 37. Chaque appareil est alors équipé d'un nombre de calottes, correspondant aux différents nombres de tasses qu'il est susceptible de produire. L'utilisateur choisit alors la calotte correspondant au nombre de tasses de café qu'il désire produire et il remplit cette calotte 37 d'eau. I1 place ensuite la cartouche E1 dans la cuvette 10', retourne la cuvette 10' sur la calotte 37 pour crocher les ergots 12'a aux pattes de fixation 39 et serre la cuvette en bloquant les ergots au fond des rampes formées par les pattes 39 à l'aide des poignées 4a et 10a, afin de réaliser l'étanchéité entre la calotte 37 et la cartouche E1. I1 place ensuite les parties ainsi assemblées dans la position représentée en fig.2 et les croche normalement à la bague 7. Le reste des opérations est alors identique à ce que l'on a décrit précédemment, les conditions à l'intérieur de la calotte 37 étant rendues indépendantes du volume de la cloche 15. La variation du volume est également possible avec les cartouces utilisées dans la forme d'exécution des fig.l et 2. Dans ce cas, c'est la hauteur des enceintes E2 des cartouches C qui variera en fonction du volume désiré. Pour empêcher le fléchissement du fond des enceintes E2 de hauteur inférieure à la profondeur de la cloche 15, on peut équiper l'appareil des fig.l et 2 de cales tronconiques emboîtables dans le fond de la cloche 15 et dont les hauteurs correspondent aux différences entre les hauteurs respectives des différentes enceintes E2 utilisables dans la cloche 15 et la profondeur de cette cloche, afin que les fonds respectifs de ces différentes enceintes E2 appuient tous contre une base rigide qui empêche leur déformation. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la préparation d'une boisson, par le passage d'un liquide sous pression au travers d'une charge d'un produit solide finement divisé, ledit liquide et ledit produit étant disposés dans des enceintes respectives (E2, E1) séparées par une membrane (M), caractérisé par le fait qu'il comporte une cloche (15)lun organe amovible muni d'une ouverture dont le bord est conformé pour s'appliquer jointivement contre le bord de l'ouverture de la cloche, des moyens (7c, 12a) pour réaliser cette jonction, ce bord de cloche et cet organe étant destinés à recevoir entre eux le rebord de ladite membrane de maniere à ce que l'enceinte ae liquide se trouve à l'intérieur de ladite cloche, des moyens (16) pour créer dans ladite enceinte (E2) une surpression suffisante pour produire l'éclatement de ladite membrane et des moyens ae manoeuvre (4) reliés à l'un desdits éléments, cloche ou organe, pour lui appliquer une force, dirigée contre l'autre de ces éléments et ae valeur suffisante pour retenir, sans glissement, le rebord de la membrane lorsque celle-ci, placée entre ledit bord de la cloche et le bord de l'ouverture dudit organe est soumise à ladite surpression. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des moyens d'étanchéité sont formés entre le bord de ladite cloche et le bord de l'ouverture dudit organe de maniere à créer dans cette cloche, une enceinte hermétiquement close lorsqu'elle est fermée par ladite membrane. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'étanchéité sont formés par la conjonction du contact entre le bord de ladite cloche et le bord de l'ouverture dudit organe d'une part et de la force développée sous la commande desaits moyens de manoeuvre d'autre part. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de manoeuvre (4) sont constitués par un organe coulissant monté concentriquement à l'axe de la cloche, cet organe étant relié à ladite cloche par deux leviers de serrage (24, 25) dont deux extrémités respectives sont engagées chacune entre deux rouleaux (22, 27; 23, 28) s'appuyant respectivement contre le bà- ti de l'appareil et contre le fond de ladite cloche et dont les deux autres extrémités respectives sont montées coulissantes sous un disque (31) coaxial à ladite cloche (15) et relié audit organe coulissant (4). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par un dispositif de verrouillage comprenant un premier élément d'accouplement (34) solidaire dudit organe coulissant et un second organe d'accouplement (33) solidaire du bâti ae l'appareil. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit organe muni d'une ouverture complémentaire de celle de ladite cloche est constitué par une cuvette (11) communiquant avec l'extérieur par un conduit d'écoulement (21) solidaire du fond de cette cuvette et dont l'extrémité intérieure est constituée par un tuyau biseauté qui fait saillie dans cette cuvette. 7. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une calotte (37) présente des moyens d'accouplement amovibles (39) audit organe et est conformée de manière à s'emboîter à l'intérieur de la cloche. 8.Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le fond de ladite calotte (37) présente une ouverture (38).