СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЖИДКОГО ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО ЭЛАСТОМЕРА НА КАПСУЛУ
APPLICATION OF LIQUID SEALANT ELASTOMER ON CAPSULE

Изобретение в целом относится к герметичным капсулам, вмещающим порционные ингредиенты напитка, в частности к способу нанесения на капсулу уплотняющего состава, позволяющего обеспечить водонепроницаемое взаимодействие капсулы со специальными охватывающими средствами в устройстве для приготовления напитка на основе содержащихся в капсуле ингредиентов.
Уровень техники
Известны устройства для приготовления напитка путем впрыскивания жидкости под давлением в капсулу, в частности для приготовления кофе или напитков кофейного типа. Также капсула может использоваться для вмещения других пищевых ингредиентов, таких как шоколад или молочные продукты. При взаимодействии указанных ингредиентов с жидкостью может быть приготовлен напиток или другие продукты питания, например суп. Указанное взаимодействие может происходить, например, в процессе экстракции, заваривания, растворения и т.п. Такая капсула предназначена, в частности, для вмещения молотого кофе, из которого при поступлении в капсулу горячей воды под давлением приготавливается кофейный напиток, а также для выпуска готового кофейного напитка.
Преимущества системы с использованием капсулы состоят, в частности, в том, что при этом обеспечивается сохранение ингредиентов и их свежесть, а также облегчается операция по приготовлению напитка.
Системы и способы получения жидких продуктов питания из содержащихся в капсулах веществ известны, например, из документа ЕР 512470 (US 5402707).
Как показано на фиг.1, капсула 101, содержит чашку 102 по форме усеченного конуса, которая может быть заполнена, например, обжаренным молотым кофе 103 и закрыта прорываемой крышкой 104 из фольги, приваренной и/или прифальцованной к фланцеобразному краю капсулы в виде буртика, отходящего от боковой стенки чашки 102. Держатель 111 капсулы содержит решетку 112 с элементами 113, имеющими рельефную поверхность.
Держатель 111 капсулы расположен на собственной опоре 115, которая имеет боковую стенку 124 и канал 127 для прохода экстрагированного кофейного напитка.
На фиг.1 показано, что экстракционная система содержит также устройство 107 для впрыска воды, имеющее канал 120 для ввода воды и кольцевой элемент 108, форма внутренней полости которого по существу соответствует наружной форме капсулы. С наружной стороны кольцевого элемента 108 имеется пружина 122, фиксирующая кольцо 123 для высвобождения капсулы после завершения экстракции.
В процессе работы капсулу 101 помещают в держатель 111. Впрыскивающее устройство 107 перфорирует верхнюю поверхность чашки 102. Нижняя прорываемая поверхность 104 капсулы опирается на радиально расположенные элементы 113 держателя 111 капсулы.
По каналу 120 в устройстве 107 вода впрыскивается в капсулу и воздействует на слой 103 кофе. Давление в капсуле 101 увеличивается, и прорываемая поверхность 104 все более и более принимает форму выступающих элементов 113 с радиальными отверстиями. Такие выступающие элементы с радиальными отверстиями могут быть заменены выступающими элементами, имеющими пирамидальную или другую форму. Когда усилие, действующее на материал, образующий прорываемую поверхность, достигает предела прочности материала, эта поверхность прорывается выступающими элементами. Экстрагированный кофе вытекает через отверстия решетки 112 и по каналу 127 собирается в резервуаре (не показан), находящемся ниже.
Этапы указанного процесса экстракции в соответствии с настоящим изобретением могут быть описаны следующим образом:
- вводят герметичную капсулу в держатель;
- вводят держатель капсулы во взаимодействие со средствами впрыскивания воды машины, такими как кольцевой элемент (108 на фиг.1), окружающий герметичную капсулу;
- выполняют в первой стенке капсулы по меньшей мере одно отверстие;
- вода, входящая в капсулу через отверстие в первой стенке, взаимодействует с содержащимися в капсуле ингредиентами и затем, пройдя через капсулу, она должна выйти из капсулы через по меньшей мере одно отверстие, образовавшееся во второй стенке.
Таким образом, ингредиенты в капсуле образуют «бутылочное горлышко» для прохода воды, в результате чего создается перепад давления жидкости, проходящей через капсулу, между верхней нижней по потоку сторонами потока, причем перепад давления даже будет возрастать при взаимодействии жидкости с ингредиентами, например, из-за набухания ингредиентов. Таким образом, необходимо обеспечить, чтобы поток воды фактически проходил только через внутренность капсулы (стрелка А1), и чтобы вода, впрыскиваемая устройством для ее впрыска, не смогла пройти через промежуток между кольцевым охватывающим элементом 108 и наружной стороной капсулы 101 и поступить в выводной канал 127 устройства.
Этот нежелательный путь потока воды показан стрелкой А2. Другими словами, должна быть исключена возможность протекания воды снаружи капсулы 101 за счет обеспечения герметичности соединения кольцевого элемента 108 с капсулой 101 (или кольцевого элемента с держателем капсулы) на пути потока жидкости от впрыскивающего устройства к каналу для вывода напитка. В варианте, показанном на фиг.1, такая герметизация может быть до известной степени достигнута посредством прижатия кольцевого элемента 108 к фланцеобразному краю боковой стенки капсулы 101 и к держателю капсулы.
Если не обеспечивается должная герметичность, и вода частично протекает вне капсулы, то в капсуле не будет создаваться давление, достаточное для разрыва прорываемой поверхности, или же под указанным давлением будет происходить неполный разрыв прорываемой поверхности, в результате чего экстракция вещества будет недостаточной. При этом вода будет выводиться из устройства для приготовления напитка, не вступив во взаимодействие с содержащимися в капсуле ингредиентами или без полного взаимодействия с ними под достаточным давлением.
Стремясь к усовершенствованию герметичности соединения, можно использовать на внутренней стенке кольцевого элемента прокладку из упругого эластомерного материала, которая позволит улучшить герметизацию. Другими словами, при таком подходе герметизация обеспечивается средствами, которые закреплены на устройстве для приготовления напитка или присоединены к нему. Однако при этом возникает следующий недостаток: после использования значительного количества капсул может произойти износ закрепленных на устройстве герметизирующих средств, приводящий к ухудшению качества приготовленного напитка, при этом качество напитка будет все более и более ухудшаться в связи с тем, что герметизирующие средства больше не обладают должной эффективностью и пропускают воду.
Любая «протечка» воды снаружи капсулы приводит к тому, что в капсуле не создается достаточное давление. Если давление воды в капсуле является недостаточным, прорываемая мембрана может не прорваться или может прорваться только частично. С другой стороны, известно, что достаточное давление воды при экстракции является ключевым фактором, обеспечивающим качество кофе типа эспрессо.
Таким образом, задачей изобретения является усовершенствование герметизации соединений в системе для приготовления напитка между стороной входа жидкости и стороной выпуска готового напитка.
В связи с этим основной идеей изобретения является перенос упругой части герметичного соединения с устройства для приготовления напитка на капсулу. Преимущество состоит в том, что упругий герметизирующий элемент используется только один раз (т.е. только с соответствующей капсулой), при этом гарантируется надлежащая герметичность, а при использовании указанного уплотняющего элемента уменьшаются проблемы гигиены, а также проблемы, связанные с очисткой, и/или с отложением накипи.
Таким образом, задачей изобретения, в частности, является усовершенствование капсул, при этом капсулы согласно изобретению могут быть использованы в современных устройствах для приготовления напитка со встроенными средствами герметизации, например, известными из документа ЕР 512470.
В документе ЕР 1654966 В1 описана капсула, форма которой позволяет ввести ее в устройство для приготовления напитка, в котором жидкость под давлением поступает в капсулу и взаимодействует с содержащимися в капсуле ингредиентами. При этом капсула содержит упругий герметизирующий элемент в виде уплотнительного кольца или кольца с L-образным поперечным сечением, которое закреплено на корпусе капсулы, например, посредством клея или сварки.
Одним из возможных способов создания таких герметизирующих элементов на капсулах является литье под давлением, но этот процесс обладает недостатком, связанным с тем, что для каждого корпуса капсулы требуется индивидуальная форма и технологическая оснастка, а также очень высокая точность литья. Более дешевым и удобным способом формирования герметизирующего элемента является нанесение на капсулу жидкого эластомерного материала с последующей вулканизацией на корпусе капсулы.
Следует отметить то, что для достижения эффективной герметизации капсулы важным является положение и распределение на капсуле герметизирующих средств. Таким образом, задачей изобретения является дополнительное повышение эффективности герметизирующих средств, имеющихся на капсуле, в частности, улучшение расположения уплотняющих средств на капсуле.
Герметизирующий состав должен быть точно нанесен на область перехода между краевым участком и боковой стенкой корпуса капсулы, чтобы сформировать L-образный герметизирующий участок с вогнутой наружной поверхностью.
Кроме того, для создания эффективной герметизации капсулы необходимо лишь небольшое количество жидкого эластомерного материала. При использовании небольшого количества жидкого эластомерного материала, нанесенного дискретно, снижается замыкающее усилие, прилагаемое к капсуле в устройстве для приготовления напитка, и, соответственно, существенно снижается себестоимость.
Указанная задача решена в соответствии с признаками, изложенными в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения дополнительно раскрывается основная идея настоящего изобретения.
Раскрытие изобретения
Согласно изобретению способ формирования упругого эластомерного уплотняющего элемента на капсуле, содержащей часть корпуса в форме цилиндра или усеченного конуса с боковой стенкой и фланцеобразный краевой участок, отходящий от боковой стенки корпуса, включает этапы, на которых:
- наносят невулканизированный герметизирующий состав в жидком или вязком состоянии на краевой участок капсулы,
- нагревают нанесенный герметизирующий состав, чтобы герметизирующий состав по меньшей мере частично перемещался к боковой стенке до тех пор, пока не достигнет ее;
- вулканизируют герметизирующий состав после его перемещения к боковой стенке.
Согласно указанному способу герметизирующий состав может быть точно и без труда размещен на переходном участке между боковой стенкой и фланцеобразным краевым участком корпуса капсулы с образованием в указанном переходном участке водонепроницаемого уплотнения.
Как правило, для обеспечения безопасности пищевых продуктов в соответствии с гигиеническими и логистическими соображениями нанесение герметизирующего состава выполняется в производственном помещении, отдаленном от линий заполнения капсул пищевыми продуктами. Предпочтительно уплотняющий состав наносят после изготовления корпусов капсул. Корпуса капсул после изготовления штабелируют и направляют на участок заполнения и герметизации, где корпуса капсул заполняют соответствующими ингредиентами и затем выполняют герметизацию капсул посредством специальной мембраны.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения расположение невулканизированного герметизирующего состава на краевом участке капсулы выполняют посредством игольчатого элемента или насадки, соединенной с системой подачи герметизирующего состава. Предпочтительно большое количество капсул, которые должны быть снабжены герметизирующим составом, помещают на лоток, который передвигается в горизонтальном направлении.
В результате описанного выше нагрева, который проводят перед вулканизацией герметизирующего состава, невулканизированный герметизирующий состав перемещается от краевого участка к боковой стенке капсулы под действием сил притяжения, например электростатических сил и сил поверхностного натяжения между герметизирующим составом и боковой поверхностью корпуса капсулы.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения капсулу изготавливают из металла, например алюминия, глубокой вытяжкой. В связи с чем корпус капсулы может быть покрыт лакообразным нагаром и остатками смазки, необходимой для глубокой вытяжки корпуса капсулы, что может способствовать притяжению герметизирующего состава к корпусу капсулы. Указанный нагрев герметизирующего состава перед процессом вулканизации обеспечивает требуемое равномерное распределение невулканизированного герметизирующего состава на переходном участке между краевым участком и участком корпуса капсулы.
Следует отметить, что предпочтительно герметизирующий состав наносят на корпус капсулы после ее формирования, но перед заполнением кофе и герметизацией ее на краевом участке, например, посредством мембраны.
Предпочтительно герметизирующий состав является упругим эластомерным материалом, который выбран из группы, включающей эластомеры, силиконы, пластики, латекс, балата или другие материалы. Предпочтительно герметизирующий состав является прозрачным.
Предпочтительно для герметизирующего состава используют жидкий силиконовый каучук, продающийся на рынке под названием «Addisil 1540d» и серийно выпускаемый General Electric Company.
Предпочтительно герметизирующий состав наносят прерывистым образом. Это означает, что герметизирующий состав в форме шнура распределяется на фланцеобразном крае с образованием зазора между начальной точкой и конечной точками нанесения. Таким образом, предусматривается, что перед этапом вулканизации невулканизированный герметизирующий состав будет растекаться. Благодаря этому избегают локального перерасхода герметизирующего материала между начальной и конечной точками его нанесения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения герметизирующий состав наносят в импульсном режиме. В частности, работа в импульсном режиме может выполняться с самого начала распределения жидкого герметизирующего состава на краевом участке капсулы. В результате может быть эффективно предотвращена, так называемая, «змеиная голова» передозировки, которая формируется в результате того, что в начале каждого этапа распределения из-за скопления материала в наконечнике игольчатого элемента образуется большая капля материала. Таким образом, в дозирующем элементе подача герметизирующего состава в виде шнура повышается плавно, и в области нанесения герметизирующий состав в виде шнура имеет более точную толщину.
Предпочтительно герметизирующий состав наносят на краевой участок капсулы на заданном расстоянии от переходного участка между краевым участком и боковой стенкой капсулы, следовательно, при нанесении герметизирующего состава выдерживается заданное расстояние от боковой стенки капсулы, что позволяет этому составу в процессе нагрева перемещаться к боковой стенке капсулы. Таким образом, расстояние от участка корпуса капсулы предпочтительно выбрано так, что герметизирующий состав наносится на центральную часть краевого участка.
Герметизирующий состав наносится на краевой участок по окружности и таким образом, чтобы расстояние нанесенного герметизирующего состава в виде шнура от боковой стенки капсулы предпочтительно было одинаковым на каждой стороне капсулы, т.е. герметизирующий состав в виде шнура предпочтительно расположен концентрически относительно центральной оси корпуса капсулы.
Предпочтительно количество герметизирующего материала, распределенного на краевом участке капсулы, составляет от 10 до 150 мг, предпочтительнее - от 40 до 80 мг, а наиболее предпочтительно - около 53 (±3) мг. В результате на капсуле может быть сформировано эффективное уплотнение при использовании очень небольшого количества герметизирующего материала. Благодаря очень небольшому количеству использованного материала уплотнение почти не видно невооруженным глазом, однако оно является достаточным для создания водонепроницаемого герметичного соединения между капсулой и устройством для приготовления напитка. Влияние уплотнения на окружающую среду весьма ограничено, а дополнительные расходы на изготовление капсулы минимальны.
Предпочтительно твердость нанесенного герметизирующего материала в вулканизованном состоянии составляет от 20 до 40 по шкале Шора.
Время, необходимое для распределения герметизирующего материала в виде шнура на краевом участке капсулы, предпочтительно составляет менее одной секунды, а предпочтительнее - от 400 до 900 мс.
Предпочтительно перемещение герметизирующего состава к боковой стенке капсулы достигается при его нагреве в печи при температуре от 60 до 80°С, причем нагрев проводят 1-4 мин.
При перемещении герметизирующего состава к корпусу капсулы предпочтительно формируется непрерывный участок уплотнения, которое располагается как на краевом участке, так и на участке корпуса капсулы. Таким образом, отсутствуют какие-либо промежутки в пределах указанного участка непрерывного уплотнения. Это означает, что перемещение герметизирующего состава приводит к соединению начальной и конечной точек распределения герметизирующего состава в виде шнура, который наносят на краевой участок капсулы. Предпочтительно герметизирующий состав равномерно распределен в кольцевом переходном участке между краевым участком и участком корпуса капсулы. Благодаря этому достигается точное позиционирование и равномерная толщина герметизирующего состава.
К тому же, после нагрева, приводящего герметизирующий состав к перемещению, образовавшийся непрерывный участок уплотнения при рассмотрении на виде сбоку предпочтительно имеет вогнутое L-образное поперечное сечение. Согласно этому варианту осуществления изобретения эффективное уплотнение капсулы достигается при использовании минимального количества герметизирующего материала.
Вулканизацию герметизирующего состава предпочтительно проводят при температуре от 110 до 160°С в течение 4-10 мин. После вулканизации на капсуле формируется прочный и упругий герметизирующий элемент.
Согласно изобретению этапы нагрева и вулканизации предпочтительно выполняют в печи, причем капсулы перемещаются на лотке. Печь предпочтительно оборудована рядом разных нагревательных камер, в которых установлена требуемая температура. Предпочтительно печь имеет четыре камеры, в одной из которых установлена температура от 60 до 80°С, а в трех других - от 110 до 160°С. Предпочтительно температура в трех камерах вулканизации отличается, благодаря чему процесс вулканизации можно в определенной степени регулировать. Температура вулканизации не должна превышать 160°С, так как это может привести к повреждению герметизирующего элемента или других компонентов капсулы.
Вторым объектом изобретения является капсула, вмещающая ингредиенты напитка и имеющая конструкцию, позволяющую вводить ее в устройство для приготовления напитка, в котором жидкость под давлением подается в капсулу и взаимодействует с содержащимися в капсуле ингредиентами, после чего из капсулы выпускается готовый напиток. Капсула содержит корпус, фланцеобразный край и упругий герметизирующий элемент, образованный на наружной поверхности капсулы. Согласно изобретению герметизирующий элемент сформирован в виде непрерывного участка, который равномерно распределен по кольцевому переходному участку между краевым участком и корпусом капсулы.
Таким образом, герметизирующий состав нанесен на корпус капсулы предпочтительно вышеизложенным способом.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения наружная поверхность вулканизированного герметизирующего элемента в поперечном сечении имеет прямолинейный участок и участок, подобный мениску.
Герметизирующий элемент на переходном участке между краевым участком и боковой стенкой основного корпуса имеет максимальную толщину, предпочтительно составляющую от 0,3 до 0,7 мм, а предпочтительнее - от 0,4 до 0,6 мм, при измерении под углом 45°. Согласно этому варианту осуществления изобретения между герметизирующим элементом капсулы и специальным охватывающим элементом устройства для приготовления напитка, для которого приспособлена эта капсула, улучшается взаимодействие, в результате чего при приготовлении напитка достигается эффективная герметизация капсулы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения толщина герметизирующего элемента постепенно уменьшается к его концу на боковой стенке участка корпуса и, соответственно, по направлению к концу краевого участка. В результате на капсуле может быть создан эффективный герметизирующий элемент при минимальном количестве нанесенного материала. При этом может быть получен весьма экономичный вариант герметизирующего элемента.
Следует отметить, что для получения эффективного и водонепроницаемого уплотнения на корпусе капсулы необходимо весьма равномерно и точно нанести герметизирующий состав на переходную область между краевым участком и корпусом капсулы, что достигается при использовании способа согласно изобретению. Однако для получения описанных преимуществ может быть применен и другой, известный процесс. Жидкий или вязкий герметизирующий состав в виде шнура может быть нанесен, например, ближе к боковой стенке корпуса капсулы, а затем в процессе нагрева он перемещается к краевому участку, покрывая переходной участок между корпусом и краевым участком.
Описанная система для приготовления напитка дает возможность обеспечить эффективное взаимодействие капсулы согласно изобретению с соответствующим устройством для приготовления напитка, которое выполнено таким образом, чтобы нагретая жидкость под давлением подавалась в капсулу. Согласно изобретению напиток может быть приготовлен с помощью описанной системы для приготовления напитка без каких-либо протечек жидкости снаружи капсулы.
Изобретение поясняется чертежами
Краткое описание чертежей На фиг.1 показана известная из документа ЕР 512470 экстракционная капсула;
на фиг.2 - корпус капсулы согласно изобретению, вид сбоку в разрезе;
на фиг.3 - область Z, обозначенная на фиг.2, вид в увеличенном масштабе;
на фиг.4а - 4с - нанесение герметизирующего состава на краевой участок корпуса
капсулы;
на фиг.5а - 5с - нанесенный герметизирующий состав после нагрева и
вулканизации;
на фиг.6 - предпочтительный вариант выполнения устройства для приготовления напитка, которое содержит охватывающий элемент, приспособленный для охвата капсулы согласно изобретению;
на фиг.7 - взаимодействие герметизирующего состава, нанесенного на переходной участок между краевым участком и участком корпуса капсулы, со специальным охватывающим элементом машины для приготовления напитка.
Осуществление изобретения
На фиг.2 показана капсула согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид сбоку в разрезе. Капсула 1 содержит участок 3 корпуса в форме усеченного конуса, имеющий боковую стенку 3а, и по существу поперечный закрытый нижний участок 3b. Нижний участок 3b имеет центральную выемку 3с. На другом конце участка 3 корпуса в форме усеченного конуса с боковой стенкой 3а капсулы соединен фланцеобразный краевой участок 2. Таким образом, фланцеобразный краевой участок 2 преимущественно ориентирован перпендикулярно центральной оси «с» капсулы 1.
Предпочтительно капсула 1 является цельной деталью, изготовленной из металла, например алюминия. Согласно показанному на фиг.2 варианту осуществления изобретения капсула 1 предпочтительно изготавливается глубокой вытяжкой.
Капсула 1 имеет наружную поверхность 7а и внутреннюю поверхность 7b.
На переходной участок между боковой стенкой 3а участка 3 корпуса и фланцеобразным краевым участком 2 корпуса нанесено уплотняющее средство 4, которое в поперечном сечении имеет предпочтительно прямолинейную форму или форму, подобную мениску.
Предпочтительно высота h капсулы составляет от 10 до 30 мм. Диаметр d1 участка 3 корпуса капсулы 1 с одного конца, с которым соединен фланцеобразный краевой участок 2, предпочтительно составляет от 20 до 50 мм, а диаметр d2 участка 3 корпуса капсулы 1 со второго конца, который имеет выемку 3с, предпочтительно составляет от 20 до 30 мм.
Как показано на фиг.3, между участком 3 корпуса и краевым участком 2 капсулы имеется переходной участок 19.
Краевой участок 2 содержит верхнюю поверхность 13а, примыкающую к поверхности 7а боковой стенки 3а, и нижнюю поверхность 13b, примыкающую к внутренней поверхности 7b боковой стенки 3а участка 3 корпуса капсулы.
Как показано на фиг.3, краевой участок 2 и боковая стенка 3а соединены переходным участком 19, который предпочтительно изогнут так, чтобы между краевым участком 2 и участком 3 корпуса не образовывался острый край. Радиус кривизны r переходного участка 19 предпочтительно составляет от 0,2 см до 0,8 см.
Краевой участок 2 расположен относительно боковой стенки 3а участка 3 корпуса под определенным углом α, который предпочтительно составляет около 90°.
Предпочтительно конец 9 фланцеобразного краевого участка 2 завернут, благодаря чему на краевом участке 2 капсулы отсутствуют выступающие острые края. Таким образом, пользователь, держа в руках капсулу 1, избегает пореза.
Предпочтительно толщина t1 боковой стенки 3а равна толщине краевого участка 2 и предпочтительно составляет от 0,1 до 0,5 мм.
Герметизирующий элемент 4, расположенный на переходном участке 19 между краевым участком 2 и боковой стенкой 3а участка 3 корпуса капсулы, в разрезе имеет предпочтительно L-образную форму.
Ссылочная позиция «а» обозначает ось, которая расположена под углом 45° к краевому участку 2 и пересекает переходной участок между краевым участком 2 и боковой стенкой 3а капсулы 1, проходя через точку 8 пересечения. Герметизирующий элемент 4 в направлении, обозначенном осью «а», имеет максимальную толщину t2, которая предпочтительно составляет от 0,3 до 0,7 мм, а более предпочтительно - от 0,4 мм до 0,6 мм. Таким образом, на переходном участке 19 между краевым участком 2 и боковой стенкой 3а участка 3 корпуса капсулы толщина t2 герметизирующего элемента 4 является максимальной. Благодаря этому охватывающие средства устройства для приготовления напитка могут эффективно взаимодействовать с капсулой 1, обеспечивая эффективную герметизацию капсулы 1 в процессе приготовления напитка.
Кроме того, толщина t2 уплотняющего средства 4 постепенно уменьшается по направлению к концу 9 краевого участка 2 и к концу 15 герметизирующего элемента 4 на боковой стенке 3а участка 3 корпуса капсулы, как обозначено на фиг.3 ссылочными позициями t2' и t2". Согласно этому варианту осуществления изобретения обеспечивается создание герметизирующего элемента 4, который имеет вогнутую L-образную форму.
Предпочтительно герметизирующий элемент 4 образован путем нанесения герметизирующего состава между боковой стенкой 3а капсулы 1 и концом 9 краевого участка 2. При этом наружный диаметр d4 герметизирующего элемента 4 предпочтительно составляет от 30 до 40 мм, а внутренний диаметр d3 капсулы 1 предпочтительно составляет от 25 до 35 мм.
Процесс нанесения уплотняющего состава на краевой участок 2 капсулы 1 будет описан далее со ссылкой на фиг.4а - 4с.
Как показано на фиг.4а, невулканизированный и поэтому жидкий или вязкий герметизирующий состав распределен по верхней поверхности 13а фланцеобразного краевого участка 2. Жидкий или вязкий герметизирующий состав распределяют посредством дозирующей иглы или насадки 11, которая соединена с источником 12 герметизирующего состава. Кроме того, между источником 12 и насадкой 11 имеется насос 13 для создания в насадке 11 заданного давления, обеспечивающего подачу и последующее распределение жидкого герметизирующего состава. Кроме того, может иметься блок 14 управления, который соединен, по меньшей мере, с насосом 13, который позволяет регулировать создаваемое давление.
герметизирующий состав предпочтительно выбирают из эластомеров, силиконов, пластиков, латекса, балата или других материалов. Предпочтительнее в качестве герметизирующего состава использовать термоотверждаемый силиконовый клей, преимуществом которого является то, что он соединяется с различными подложками без грунтовки и быстро вулканизируется при повышенной температуре. Предпочтительным является герметизирующий состав на основе силиконового каучука. В частности, предпочтительной является однокомпонентная вулканизирующаяся силиконовая композиция «Addisil 1540 D». Эта композиция чувствительна к температуре и до нанесения должна храниться при пониженной температуре (от 5 до 8°С). К тому же, она должна наноситься в атмосфере с регулируемой температурой окружающей среды, позволяющей регулировать ее вязкость во время нанесения, чтобы обеспечивалась точность дозирования, и устранялись проблемы, связанные с блокировкой дозирующих средств.
Источником 12 герметизирующего материала может быть опломбированная бочка.
Материал до нанесения на капсулу 1 предпочтительно хранится в охлажденном состоянии, чтобы не допустить начала вулканизации, которое может оказать влияние на вязкость материала, а значит, и на его способность распределения для формирования уплотнения на капсуле 1. Перед началом процесса распределения герметизирующего материала крышка бочки может быть удалена и заменена поршнем, в результате чего бочка может служить цилиндром для этого поршня при подаче жидкого каучука. Посредством блока 14 управления и поршневого насоса 13 можно регулировать время распределения герметизирующего материала и давление в процессе его распределения.
Предпочтительно блок 14 управления регулирует создаваемое насосом 13 давление, обеспечивая импульсный режим в начале процесса распределения герметизирующего материала. Благодаря этому может быть предотвращен, так называемый, «эффект змеиной головы», т.е. на наконечнике 11а иглы или насадки 11 не скапливается герметизирующий состав (или, по меньшей мере, скапливается в небольшом количестве).
Предпочтительно жидкий герметизирующий состав распределяют на заданном расстоянии d от переходного участка 19 между боковой стенкой 3а и краевым участком 2. Таким образом, герметизирующий состав предпочтительно распределяют в центральной части 5 краевого участка 2, как показано на фиг.4а. Соответственно для иглы или насадки 11 обеспечивается достаточное пространство, чтобы в процессе распределения она могла приблизиться к краевому участку 2.
Предпочтительно указанное расстояние d составляет от 0,5 до 3 мм. Следует отметить, что герметизирующий состав должен быть нанесен не слишком далеко от боковой стенки 3а участка 3 корпуса капсулы 1, так как в противном случае это может привести к недостаточной герметизации, в результате чего в процессе приготовления напитка может произойти протечка воды. В частности, это может проявиться из-за очень тонкого уплотнения, которое создается на капсуле 1.
На фиг.4b на виде сверху показана капсула 1 после распределения герметизирующего состава на краевом участке 2. Как показано на фиг.4b, герметизирующий состав в виде шнура 15 распределен по окружности вблизи участка 3 корпуса капсулы 1 на верхней поверхности 13а фланцеобразного краевого участка 2. Таким образом, предпочтительно процесс распределения прерывается, т.е. формируется зазор 16 между начальной и конечной точками 15 а и 15b распределения герметизирующего состава. Расстояние до этого зазора может составлять, например, от 0,5 до 3 мм. Соответственно, ожидается, что перед этапом вулканизации эластомерный материал будет растекаться.
Время распределения жидкого или вязкого эластомерного герметизирующего материала предпочтительно составляет от 400 до 900 мс. Поскольку количество нанесенного герметизирующего материала предпочтительно является небольшим, т.е. предпочтительно составляет от 40 до 80 мг, средства распределения, которые содержат, по меньшей мере, насадку 11, насос 13, блок 14 управления и источник 12 герметизирующего состава, предпочтительно выполнены так, что обеспечивается точность нанесения уплотняющего состава ±3 мг. В результате обеспечивается очень точное распределение герметизирующего состава 4.
Зазор 16 между начальной и конечной точками 15а и 15b распределения герметизирующего состава в виде шнура 15 предпочтительно составляет от 0,1 до 0,5 мм. Следует отметить, что при нанесении герметизирующего состава в виде шнура 15 может быть образовано несколько зазоров 16. Например, герметизирующий состав в виде шнура 15 может быть нанесен на краевой участок 2 прерывисто.
Как показано на фиг.4b, уплотняющий состав в виде шнура 15, нанесенный на краевой участок 2, расположен по окружности относительно корпуса 3 капсулы 1 предпочтительно концентрически относительно центральной оси «с» капсулы 1. Герметизирующий состав в виде шнура 15 имеет равномерную ширину t3, которая предпочтительно составляет от 1 до 2 мм.
На фиг.4с показан краевой участок 2 после нанесения герметизирующего состава 4. Жидкий или вязкий герметизирующий состав 4 расположен на фиксированном расстоянии d от переходного участка 19 между краевым участком 2 и боковой стенкой 3а.
На фиг.5а - 5с показан нанесенный уплотняющий состав согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения после этапов нагрева и вулканизации.
На фиг.5а показано перемещение герметизирующего состава 4 при нагреве. При этом ссылочная позиция 4' относится к герметизирующему составу, показанному на фиг.4b и 4с, который был нанесен на краевой участок 2. При нагреве капсулы 1 происходит вынужденное перемещение герметизирующего состава 4 к боковой стенке 3а корпуса 3, как показано стрелкой М. Нагрев жидкого или вязкого герметизирующего состава 4 предпочтительно проводят при температуре от 60 до 80°С, а предпочтительнее температура нагрева составляет 70±2°С.
Нагрев герметизирующего состава проводят в течение от 1 до 4 мин, предпочтительно - 3 мин.
Следует понимать, что течение или перемещение уплотняющего состава 4' к боковой стороне корпуса капсулы происходит благодаря силам притяжения, например электростатическим силам или силам поверхностного натяжения. Материал, из которого изготовлена капсула, может оказывать влияние на указанные силы. К тому же, так как корпус 3 капсулы и краевой участок 2 предпочтительно сформированы глубокой вытяжкой, капсула 1 может быть покрыта лакообразным нагаром и остатками смазки, использование которых необходимо при проведении операции глубокой вытяжки и которые впоследствии могут влиять на притяжение жидкого или вязкого уплотняющего состава 4'. Предпочтительными могут быть определенные смазки, имеющие сродство с материалом герметизирующего элемента, например смазки на основе силикона. Других смазок следует избегать, так как они могут оказывать отрицательное влияние на образование поперечных связей. Нежелательными являются смазки, например, на эфирной основе.
При перемещении уплотняющего состава 4' зазор 16 исчезает, т.е. начальная и конечная точки 15а и 15b объединяются, что приводит к образованию непрерывного герметизирующего элемента 4 с точной и равномерной шириной t4, как показано на фиг.5b. Так как герметизирующий состав 4 течет к боковой стенке 3а участка 3 корпуса капсулы, исчезает какой-либо зазор между боковой стенкой 3а и герметизирующим составом 4. Ширина t4 предпочтительно составляет от 0,5 до 2 мм.
После нагрева герметизирующего состава проводят его вулканизацию. Вулканизацию проводят предпочтительно при температуре от 110 до 160°С, а предпочтительнее - от 115 до 125°С. Вулканизацию герметизирующего состава проводят в течение заданного промежутка времени, составляющего от 4 до 10 мин. Предпочтительнее вулканизацию проводят в течение 6 мин.
После того, как герметизирующий состав 4 достиг боковой стенки 3а корпуса 3, в результате вулканизации происходит поперечное связывание герметизирующего состава.
На фиг.5с показан нанесенный согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения герметизирующий состав 4 после проведения вулканизации. Благодаря вулканизации уплотняющий состав 4 может несколько сжиматься, однако на общую вогнутую L-образную форму или подобную мениску форму уплотняющего состава 4 процесс вулканизации согласно изобретению влияния не оказывает.
На фиг.6 показано положение капсулы 1 согласно изобретению при ее введении в устройство для приготовления напитка. При этом капсула 1 снабжена герметизирующим элементом 4 согласно изобретению. Внутреннее пространство капсулы 1 заполнено порционными ингредиентами 21, а капсула 1 герметично закрыта элементом 25 из фольги. Таким образом, на фланцеобразном краевом участке 2 элемент 25 из фольги герметизирован, герметично закрывая участок 3 корпуса капсулы 1.
В капсулу 1 помещают выбранные ингредиенты 21 для того, чтобы мог быть приготовлен напиток при взаимодействии этих ингредиентов с жидкостью, подаваемой в капсулу через область выемки 3с капсулы 1. Предпочтительными ингредиентами являются, например, молотый кофе, чай или любые другие ингредиенты, из которых может быть приготовлен напиток, или другие жидкие или вязкие продукты питания (например, суп).
Следует отметить, что элемент 25 из фольги, как показано на чертеже, не является абсолютно плоским в связи с определенным повышением давления в капсуле, причем повышение давления в капсуле происходит при естественной дегазации молотого кофе и, в конечном счете, например, благодаря дополнительному введению защитного газа при заполнении капсулы 1.
Держатель 20 капсулы устройства для приготовления напитка предпочтительно снабжен выступающими элементами 22, которые предназначены для разрыва и протыкания элемента 25 из фольги. Этот разрыв элемента из фольги может происходить, например, когда давление в капсуле превышает пороговое значение. Следует отметить, что выступающие элементы 22 могут иметь любую форму, позволяющую вызвать разрыв (частичный) элемента из фольги. Например, выступающие элементы могут иметь форму пирамиды, иглы, выпуклости, цилиндра, удлиненных ребер.
Как показано на фиг.6, капсула 1 расположена на держателе 20 капсулы устройства для приготовления напитка, при этом элемент 25 из фольги опирается на выступающие элементы 22 со стороны держателя 20, а нижняя часть участка 3 корпуса капсулы 1 уже частично охвачена кольцевой стенкой 24 охватывающего элемента 23 устройства для приготовления напитка. Показанный на чертеже охватывающий элемент 23 имеет форму колокола. Однако приемлемы и другие формы, при этом внутренняя поверхность (полость) охватывающего элемента 23, как правило, выполнена так, чтобы по существу соответствовать форме капсулы 1.
Охватывающий элемент 23 может иметь внешнюю резьбу 26 для его установки в устройстве для приготовления напитка, а также может иметь входное отверстие 27, чтобы жидкость, например горячая вода, под давлением подавалась к устройству 28 для впрыска воды, которое съемным образом (посредством резьбы) установлено на охватывающем элементе 23.
Следует отметить то, что резьба 26 является только примером выполнения соединительных средств, и могут использоваться любые другие разъемные или неразъемные соединительные средства, обеспечивающие соединение охватывающего элемента 23 с устройством для приготовления напитка.
Другие компоненты устройства для приготовления напитка, такие как, например, механизм для перемещения охватывающего элемента 23 и, в конечном счете, также держатель 20 капсулы, известны в области техники, относящейся к машинам для приготовления кофе эспрессо с использованием капсул.
Устройство 28 для впрыска воды может быть оборудовано игольчатым элементом или насадкой (не показаны), чтобы протыкать в корпусе капсулы 1 входные отверстия для воды.
Кроме того, устройство 28 для впрыска воды предпочтительно содержит средства 29 открывания, используемые для вскрытия поверхности капсулы 1. Средства 29 открывания могут представлять собой, например, перфорирующий элемент, такой как лезвие, штырь и т.д., и предназначены для образования отверстия в выемке 3с или в верхней стенке 3b капсулы 1, когда держатель 20 капсулы и охватывающий элемент 23 сближаются друг с другом, например, с помощью механизма, управляемого вручную или автоматически. Соответственно жидкость, например вода, может подаваться внутрь капсулы 1, как только перфорирующий элемент 29 вошел внутрь капсулы 1.
Предпочтительно охватывающий элемент 23 снабжен вспомогательными средствами 30 для высвобождения капсулы 1 после впрыскивания в нее жидкости и приготовления напитка. Вспомогательные средства 30 предотвращают «вакуумный эффект» при высвобождении капсулы 1 из охватывающего элемента 23 и держателя 20 капсулы. Таким образом, при открытии держателя 20 капсулы можно избежать создания «вакуумного эффекта», в результате которого капсула 1 подсасывается к охватывающему элементу 23 и остается в нем, вместо того, чтобы упасть. Предпочтительно вспомогательные средства 30 представляют собой отверстия или углубления, выполненные по окружности в нижнем краю 23а охватывающего элемента 23, чтобы воздух мог войти в пространство между верхней стенкой 3b, а также боковыми стенками 3а капсулы 1 и внутренней стенкой 23b охватывающего элемента 23 соответственно.
На фиг.7 показано взаимодействие герметизирующего элемента 4, образованного на переходном участке между краевым участком 2 и участком 3 корпуса капсулы 1, с охватывающим элементом 23 устройства для приготовления напитка.
Как показано на фиг.7, уплотняющий состав, который был нанесен на капсулу 1, после вулканизации дает усадку. Соответственно, когда охватывающий элемент 23 и держатель 20 капсулы (см. фиг.6) приводятся в положение охвата капсулы 1, нижний край 23а охватывающего элемента 23 надавливает на герметизирующий элемент 4 капсулы и, следовательно, на краевой участок 2 капсулы. Переходной участок 23с между нижним краем 23а и внутренней стенкой 23b охватывающего элемента 23 предпочтительно имеет округлую форму, как показано на фиг.7. Однако переходной участок 23с может также иметь скошенную кромку.
Предпочтительно нижний край 23а охватывающего элемента 23 снабжен радиальными канавками или углублениями 30 для предотвращения описанного ранее «вакуумного эффекта» при высвобождении капсулы 1 из охватывающего элемента 23 и держателя 20 капсулы.
Кроме того, охватывающий элемент 23 содержит кольцевой выступ 31 с кольцевой выемкой 23d, чтобы способствовать удалению воды через зазор, когда капсула не вставлена в устройство, как описано в заявке 08153050.3 под названием: «Устройство для приготовления напитка из одноразовой капсулы».
При подаче воды в капсулу 1 посредством устройства 28 для впрыска (фиг.6), между внутренней стенкой 23b охватывающего элемента 23 и боковой стенкой 3а капсулы 1 может создаваться давление, оказываемое жидкостью, как показано стрелкой Р (фиг.7). Благодаря взаимодействию нижнего края 23а охватывающего элемента с герметизирующим элементом 4, расположенным на капсуле 1, предотвращается обход капсулы 1 указанной жидкостью. Соответственно, обеспечивается эффективная герметизация капсулы 1 при приготовлении напитка.
Следует отметить то, что радиальные канавки или углубления 30 на нижнем краю 23а охватывающего элемента 23 выполнены так, что при закрытом положении охватывающих средств 23 относительно держателя 20 капсулы указанные канавки или углубления 30 полностью перекрыты и/или заполнены герметизирующим элементом 4. Таким образом, благодаря вогнутой L-образной форме герметизирующего элемента 4 радиальные канавки или углубления 30 могут быть надежно перекрыты, включая внутреннюю сторону охватывающих средств 23, в результате чего достигается эффективная герметизация. В результате какая-либо жидкость не может пройти через указанные канавки или углубления 30, обойдя капсулу.
При закрытии с плотным сжатием охватывающего элемента 23, держателя 20 капсулы и капсулы 1 вода, поступающая в капсулу 1 через вскрытую стенку или поверхность 3с, 3b капсулы 1, создает в капсуле давление. В результате повышения давления внутри капсулы выступающие элементы 22 образуют отверстия в элементе 25 из фольги, закрывающем капсулу 1. Соответственно, когда в капсуле 1 вода создает достаточное давление, напиток, приготовленный благодаря взаимодействию введенной воды и расположенных в капсуле порционных ингредиентов, может выводиться через небольшие щели, образовавшиеся между выступающими элементами 22 и окружающим элементом 25 из фольги. Таким образом, благодаря герметизирующему элементу 4 подаваемая в капсулу 1 жидкость может проходить только через капсулу, а не снаружи ее.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, специалистами в данной области техники может быть выполнено множество модификаций и предложены альтернативные варианты без выхода за объем изобретения, определенный в его формуле.
Изобретение описано на примере капсулы определенной конструкции, т.е. конструкцию, согласно которой капсула содержит основной корпус в форме цилиндра или усеченного конуса и закрывающий элемент из фольги. Однако следует понимать, что подходящими являются капсулы и другой конструкции, например капсулы линзообразной формы с двумя по существу смыкающимися противоположными стенками (например, из фольги), загерметизированными, например, по кольцевому краю. В общем, капсула согласно изобретению содержит по меньшей мере два противолежащих элемента, которые являются стенками, соединенными друг с другом по краям с формированием загерметизированной фланцеобразной краевой области, охватывающей герметичную внутреннюю часть.
Для дополнительного улучшения производственного процесса образования герметизирующего элемента после вулканизации герметизирующего состава может быть осуществлен процесс контроля качества, определяющий правильность образования герметизирующего элемента и правильность его геометрии. Предпочтительно контроль осуществляется с использованием таких средств, как видео- или рентгеновские системы. Видеосистема может быть оборудована специальной камерой, например камерой Cognex, которая выполняет множество вспышек синего/красного света, при этом отраженный свет анализируется и обрабатывается с помощью специального программного обеспечения, Кроме того, для обнаружения любых дефектов уплотнения могут использоваться рентгеновские системы.