Пакетик для настаивания
INFUSION BAG

Изобретение относится к упаковочным материалам для пищевых продуктов, подвергающихся нагреву в этой упаковке, а именно к пакетам для настаивания, содержащим вещество, настой которого в жидкости требуется получить, преимущественно к бумажным пакетам с чаем или кофе.
Уровень техники
Бумажные пакеты с чаем представляют собой запечатанные мешочки из пористого материала, содержащие чайные листья, которые помещаются в посуду, предназначенную для получения напитка (чашку, кружку, чайник и т.п.). Перед употреблением полученного напитка, как правило, мешочки извлекают из посудины с напитком. При этом содержащаяся в мешочке в мешочке жидкость, вытекая из него, окрашивает находящуюся под ним поверхность. Чай, кофе, различные заменители кофе, цветочные сборы для получения настоев, как правило, бывают стойкими красителями.
Поэтому одновременно с извлечением из посудины мешочка с настаиваемым продуктом, мешочек отжимают ложкой или специально предназначенным для этого приспособлением, чтобы удалить из него избыток жидкости и сделать его относительно сухим. Использование такого рода приспособлений для отжима не всегда возможно, но, даже при их наличии, добиться результата, при котором почти вся жидкость останется в посудине для заваривания, трудно.
В большинстве известных решений используются приспособления для приложения внешнего давления к пакету для настаивания с целью отжима жидкости. Для этого, например, в изобретении «Усовершенствованный пакетик для настаивания» (номер международной публикации WO 1991/013580, МПК A47G 19/16, публ. от 19.09.1991) предусмотрена нить, которая закреплена на одной стороне пакета для настаивания и проходит через пакет таким образом, что после использования его можно сжать путем вытягивания этой нити, при этом создается нажим на ту сторону пакета, где нить выходит, и противоположные стороны пакета сдавливаются. На нити может быть закреплен ярлык из картона, посредством которого осуществляется давление на пакет.
Пакеты такого типа имеют ряд недостатков. Во-первых, если картонный ярлык отсутствует, то для отжима пакета должны использоваться какие-либо другие средства, в том числе и пальцы пользователя, что является нежелальным с точки зрения соблюдения санитарного режима. Кроме того, усилие, прилагаемое к отжимной нити, просходит в точке и, соответственно, сжатие пакета происходит только между противоположными точками на краях пакета, что с одной стороны не позволяет достичь эффективного отжима и удаления всей жидкости, оставшейся в пакете, а с другой стороны - велика вероятность разрыва пакетика в точке приложения усилия.
В другом известном решении «Пакет для настаивания» (патент RU 2141438, МПК B65D 81/34, A23F 3/00, публ. 20.11.1999), пакет выполнен их двух листов пористого материала, герметично соединенных между собой по периферии пакета, с образованипем полости для настаиваемого вещества, и снабжен отжимной нитью, входящей в полость для настаиваемого вещества и выходящей из нее через полосу, проходящую по периферии пакета, образованную в месте соединения двух листов пористого материала, и которая уложена петлей внутри этой полости вокруг указанного участка герметичного соединения листов друг с другом так, что вытягивание концевых частей отжимной нити в противоположных направлениях приводит к по меньшей мере частичному смятию пакета и тем самым к выжиманию из него жидкости.
Изобретение по патенту №2141438 является ближайшим аналогом заявляемого изобретения.
Ближайшему аналогу присущи следующие недостатки: сохраняется высокая вероятность разрыва пакетика в процессе отжима из-за приложения к самому пакетику разрывного усилия и присутствия разрезающей нагрузки, что иллюстрируется векторной диаграммой сил, действующих на один из вариантов заварочного пакетика, в котором участки герметичного соединения образующих его листов пористого матерала расположены в противоположных углах ячейки (фиг. 3 в приложенных к описанию к патенту №2141438 графических материалов). Векторная диаграмма сил приведена в разделе «Графические материалы» нак фиг. 1 настоящего описания.
Сущность изобретения
Технический результат, на достижение которого направлено создание заявленного изобретения, заключается в повышении эффективности отжима жидкости из пакетика для настаивания и снижении вероятности его разрыва и разрушения.
Технический результат достигается за счет выполнения отжимной нити в виде петли с ушком снаружи пакетика для настаивания, при этом пакетик имеет форму полой трубки с одним надрезом со стороны каждого из торцев. а каждый из свободных концов отжимной нити выводится из надреза в пакетике, стягивая его петлей кольцеобразной формы. Петля образуется свободным концом отжимной нити, выходящим из полости пакета через надрез, и обвивающим пакетик (на стадии формирования он представляет собой полую расплющенную трубку) на расстоянии от края, соответствующем глубине надреза. Затем петлю обвивают несколькими витками того же свободного конца нити, которым образована петля.
При приложении к свободному концу нити усилия тяги витки, навитые вокруг петли, уплотняются, а петля с навитой на нее нитью приобретает жесткую кольцеобразную форму, стягивающую поперек полую трубку.
При этом пакетик может быть образован из одного листа пористого материала прямоугольной формы с соотношением длины к ширине, выбираемого из диапазона 2÷3:1, или из двух листов, в таком случае соотношение для каждого из них выбирается из диапазона 4÷6:1.
Длина отжимной нити по отношению к длине пакетика выбирается из диапазона значений 5-6:1.
Краткое описание графических материалов.
Фиг. 1 Векторная диаграмма сил, действующих на пакет для настаивания при приложении усилия к отжимной нити с конструкцией согласно одному из вариантов ближайшего аналога, где приняты следующие обозначения:
1, 2 - Векторы приложенной силы
3, 4 - Векторы силы, направленной на сжатие пакетика
5, 6 - Точки, в которых нагрузка с отжимной нити передается на пористый материал, и возникает разрезающая нагрузка
Фиг. 2. Пакетик для настаивания, где приняты следующие обозначения:
7 - корпус пакетика для настаивания
8 - отжимная нить
9 - первая кольцеобразная петля
10, 11 - первый и второй надрезы
12, 13 - первый и второй концы отжимной нити, образующие узлы на противоположных торцевых концах пакетика
14 - вторая кольцеобразная петля
15 - ушко петли, образованной отжимной нитью
16 - ярлык
Фиг. 3. Вид торцевого конца пакетика для настаивания в увеличенном масштабе, где приняты следующие обозначения:
17 - кольцо, образованное выходящим из надреза свободным концом отжимной нити.
18 - другая ветвь отжимной нити, образующая кольцеобразную петлю вокруг пакетика со стороны его противоположного торцевого конца.
Фиг. 4. Векторная диаграмма сил, действующих на заявленный пакетик для настаивания при приложении усилия к отжимной нити, где приняты следующие обозначения:
19, 20 - Векторы приложенной силы
21, 22 - Векторы силы, направленной на сжатие пакетика
23, 24 - узлы на основе кольцеобразных петель, образованных противоположными свободными концами отжимной нити, через которые усилие передается к стенкам объемного тела, сжимая их.
Осуществление изобретения.
В ближайшем аналоге представлен вариант изготовления пакета для настаивания с отжимной нитью, выполненный из листов пористого материала с образованием между ними ячейки, приведенный на фиг. 1. Отжимная нить, при приложении к ней усилий в направлениях 1 и 2, создает силы сжатия пакетика - вектора 3 и 4. При этом на участках 5 и 6 герметичного соединения листов пористого материала, расположенных в противоположных углах ячейки, приложенная к ним нагрузка с отжимной нити передается на пористый материал пакетика, создавая разрезающую нагрузку.
Заявленный пакетик для настаивания лишен указанного недостатка, как будет показано с привлечением векторной диаграммы сил, приведенной на фиг. 4.
Корпус пакетика 7 изготавливается из листов из пористого материала, это может быть один лист или два листа. При изготовлении пакетика из заготовки, состоящей из одного листа, экономится материал и снижается вероятность разрыва пакетика 7 из-за некачественной сварки швов.
Кроме того, в зависимости от вида пористого материала, в частности, если пористый материал нетермосвариваемый, то вместо сварного шва используются другие способы и средства скрепления, в частности может быть использована вальцовка. Вальцовка не используется, если число заготовок две или более.
Для соединения частей заготовок для корпуса пакетика из полимерных тканых или нетканых материалов, также как для частей заготовок из термосвариваемых материалов, используются сварные швы. Для простоты дальнейшее описание составлено для случая, когда заготовка состоит из одного листа пористого материала
Соотношение длины заготовки из одного листа из пористого материала к ее ширине выбирается из диапазона значений 3,5÷4,3:1 (для заготовки из двух листов соотношение длины у ширине для каждого из них выбирается из диапазона 7÷8,6:1).
При таких соотношениях длины и ширины при заполнении пакетика настаиваемым продуктом после набухания последнего образуется объемное тело цилиндрической формы, в котором эффективность отжатия жидкости из использованного пакетика повышается, как будет показано ниже, в разы по сравнению с пакетиками, например, шарообразной (или близкой к ней) формы. С другой стороны, при превышении этим соотношением выбранного диапазона (т.е. для случая, когда длиная сторона пакетика превышает его короткую торцевую сторону более чем в 4,3 раза), будет возникать проблема отжима пакетика без попадания капель жидкости на поверхность, на которой стоит емкость с настоем. Как правило один пакетик настаиваемого продукта предназначен для помещения в него стандартной порции такого продукта, которая рассчитана на стандартную емкость (чашка, кружка, бокал и т.п.). Стандартный объем емкости определяет ее размеры. Соответственно превышение длины заготовки для изготовления корпуса пакетика ее ширины более чем в 4,3 раза приведет к тому, что при отжиме пакетика остатки жидкости будут падать не в емкость с настоем, а на поверхность, на которой эта емкость стоит.
Отжимная нить 8 изготавливается преимущественно из синтетических волокон, чем обеспечивается легкость ее скольжени при приложении к ней отжимного усилия, и одновременно обеспечивается требуемая прочность.
В то же время, не исключено изготовление отжимной нити 8 из хлопчатобумажного или искусственного волокна, если этого требуют особенности упаковочного оборудования.
Отношение длины отжимной нити к длине длинной стороны прямоугольного пористого листа, из которого изготавливается корпус пакетика 7, выбирается из диапазона значений 4÷5,5:1. При длине отжимной нити 8 менее 4 длин заготовки, из нее не могут быть изготовлены кольцеобразные петли 9 и 14 с навитыми на них свободными концами соответственно 12 и 13 на торцевых краях корпуса пакетика 7, узлы 23, 24 из которых обеспечивают в достаточной степени надежность скрепления торцевых сторон пакетика для настаивания и возможность приложения усилия к отжимной нити 8 с необходимой для этого степенью свободы. При превышении отношением указанных длин значения 5,5, конструкция пакетика с отжимной нитью становится неэргономичной.
Отжимная нить 8 прокладывается по полю заготовки с ее внутренней стороны, образуя петлю 15 снаружи заготовки.
После скрепления открытых продольных срезов пористого листа сварочным швом или вальцовкой образуется плоская заготовка заданной длины и ширины.
В корпусе пакетика 7 на его противоположных коротких сторонах выполняются надрезы 10, 11 для выведения через каждый из них наружу свободного конца сооответственно 12 или 13 отжимной нити 8.
Глубина надрезов 10, 11 выбирается исходя из надежности завязывания с использованием отжимной нити 8 узлов вокруг заготовки. Два узла, завязанные с двух противоположных концов заготовки, позволяют сформировать полость для размещения внутри нее настаиваемого продукта.
Подлежащий настаиванию продукт засыпается в полость в пакете 7 после того как будет завязан один из узлов при помощи кольцеобразных петель 9 или 14, образованных свободными концами соответственно 12 или 13 отжимной нити 8, выведеннными наружу из соответствующего надреза 10 или 11.
В зависимости от используемого оборудования заполнение полости пакета 7 настаиваемым продуктом может происходить одновременно с закладыванием внутрь отжимной нити 8, так что завязывание узлов вокруг пакета 7 свободными концами отжимной нити 8 будет происходить после помещения настаиваемого продукта внутрь заготовки пакета 7, в его незакрытую с торцевых сторон полость.
Завязывание узла - более наглядно (за счет масштаба) одна из стадий этого процесса показана на фиг. 3 - происходит после того, как кольцевая петля 17 будет создана и созданные тем же свободным концом отжимной нити 8, которым была создана кольцевая петля 17, витки на нее навиты.
Затем к свободному концу отжимной нити 12 или 13 (фиг. 2) будет приложено усилие тяги, приводящее к уменьшению диаметра кольцевых петель 9, 14 и шага между навитыми на них витками, и в итоге - к образованию узлов 23, 24 (фиг. 4), в виде жестких кольцеобразных петель, стягивающих поперек с двух противоположных сторон полую трубку, благодаря чему образуется полость с помещенным в нее продуктом, который предстоит настаивать.
В том случае, когда подлежащий настаиванию продукт засыпается в полость в пакетике 7 после завязывания узла на одном конце пакетика, описанный процесс образования жесткой кольцеобразной фигуры на концах пакета осуществляется последовательно вначале с одним из свободных концов 12 или 13 отжимной нити 8, а потом с другим.
В сухом виде объем настаиваемого продукта, помещаемого внутрь пакетика 7, не должен превышать  объема емкости, в которую он засыпается. Это ограничение обусловлено прочностными характеристиками материала, из которого выполняется корпус пакетика 7.
После того, как будут завязаны узлы со стороны обоих торцев формирование пакетика 7 с помещенным в его полость продуктом завершено.
По мере набухания под действием горячей воды настаиваемого продукта, пакет 7 для настаивания приобретает цилиндроообразную объемную форму, вдоль оси симметрии которой проходят две противоположных ветви отжимной нити 8 (см. фиг. 4). Учитывая толщину отжимной нити 8 из синтетического, хлопчатобумажного или искусственного волокна, расстоянием каждой из ее ветвей от оси симметрии можно пренебречь и считать, что каждая из ветвей отжимной нити совпадает с продольной осью симметрии объемного тела, содержащего внутри себя набухший настаиваемый продукт. На представленных графических материалах встречные концы отжимной нити показаны отстоящими друг от друга на заметное расстояние с целью сделать болеее наглядным выполнение пакетика для настаивания (фиг. 3) и происходящие физико-механические процессы при отжимании пакетика по окончании настаивания (фиг. 4).
Усилие отжимной нити 8 передается на пористый материал, из которого изготовлен пакетик 7, по всей окружности узла в виде жесткой кольцеобразной фигуры, охватывающей пакетик. При этом, в отличие от ближайшего аналога, нагрузка прикладывается не к точке (см. фиг. 1), а по кольцевой линии, образованной свободным концом 10 или 14 отжимной нити 8. Усилие к отжимной нити может прикладываться при помощи ярлыка 16.
Кроме того, отжимная нить 8 может состоять из двух отрезков равной длины,. При таком выполнение отжимной нити упрощается технология формирования пакетика 7. При этом концы отжимной нити, не задействованные в формировании узлов на торцах пакетика, скрепляются на участке ушка петли, образованной отжимной нитью снаружи пакетика, под ярлвком 16, что способствует более прочному скреплению отрезков отжимной нити 8, поскольку чаще всего ярлыки изготавливаются из одного согнутого пополам или из двух листков бумаги, тонкого картона и других подобных материалов, на наружной стороне которого обычно наносится товарный знак производителя, а на внутреннюю сторону наносится клей.
В результате в наличии - распределенная нагрузка, которая может быть больше, чем в известных решениях, но при этом без риска разрыва пакета.
Нить, за которую тянут в заявленном устройстве, проходит через центр жесткой кольцеобразной фигуры, образованной другим концом отжимной нити 8, и обжимающей пакетик.
А поскольку нить, за которую тянут, сжимая при этом пакетик, центруется кольцеобразной жесткой фигурой, через которую она проходит, то боковые нагрузки скомпенсированы. В результате получается, что к объемной цилиндрообразной фигуре (именно так, с учето описанной выше формы заготовки, можно описать пакетик в котором набух от горячей воды вложенный в него настаиваемый продукт) прилагается осевое усилие с самоцентрированием. Отклонением отжимной нити 8 внутри пакета 7 от оси его симметрии, как было сказано выше, можно пренебречь.
Сжатые узлами в виде жестких кольцеобразных фигур, концы пакетика при приложении тяги к отжимной нити выполняют функцию, аналогичную той, что выполняют поршни в цилиндре, сжимая стенки объемного тела цилиндрообразной формы и находящийся внутри него набухший за время настаивания продукт, а боковые нагрузки, действующие по всей боковой поверхности объемного тела при этом компенсируют друг друга.
Действующей силой остается составляющая, действующая вдоль обеих ветвей отжимной нити 8, проходящих по оси симметрии объемного тела, действие которой передается через жесткие кольцеобразные фигуры, обхватывающие торцевые концы пакетика 7, к стенкам пакетика, сжимая их. При этом образующееся избыточное давление заставляет жидкость вытекать в сторону пониженного давления, т.е. из пакетика 7 вовне. При этом благодаря вытянутой форме пакетика для настаивания и приложению усилия вдоль его оси симметрии в долевом направлении в разы повышается эффективность отжима.
Сказанное подтверждается следующими выкладками.
п
2
Сформируем жесткий пакетик пакетик из двух квадратных листов пористой бумаги со стороной «а». Площадь S поверхности пакетика равна 2а.
ш
ш
2
При попадании пакетика, например, с чаем в жидкость, чай набухает и пакетик превращается в шар (с определенными допущениями). Площадь поверхности шара S=4πR.
п
ш
ш
2
2
Приравняем площади этих двух поверхностей S=S→2а=4πR→Rш=0,4а
поп ш
ш
ш
2
3
3
Площадь поперечного сечекния шара S=0,5а, объем шара V=4/3πR=0,267а. Теперь сформируем из двух квадратных листов со стороной а цилиндр с осью параллельной стороне прямоугольника 2а.
ц
ц
Высота цилиндра h=2а, диаметр цилиндра dц=a/π, радиус r=а/2π.
поп ц=
2
2
Площадь поперечного сечения цилиндра Sа/4π=0,074а.
ц=
3
3
Объем цилиндра Vа/2π=0,16a
ш/
ц
поп ш
поп ц
Отсюда получаем VV=1,67 и S/S=6,757.
Приведенные выкладки показывают, что у двух пакетиков разной формы, при этом сформированных из заготовок равной площади и из одного и того же материала, внутреннее давление при одинаковом усилии отжима будет отличаться более чем в шесть раз. Т.е. чем меньше поперечное сечение вдоль оси, по которой прикладывается усилие отжима, тем выше внутреннее давление и тем интенсивнее происходит отжим.
Соответственно пакетик для настаивания, изготовленный в соответствии с заявленным изобретением, обеспечивает эффективно удалять жидкость, остающуюся в нем после использования, и может быть изготовлен на основе существующих технических средств и с их помощью. При этом риск повреждения пакетов при удалении из них жидкости после использования значительно уменьшен.