КАПСУЛА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МАШИНЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ
CAPSULE FOR USE IN MACHINE FOR PREPARING BEVERAGES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к капсуле с ингредиентом для использования в машине для приготовления пищи, например в машине для приготовления жидкой пищи.
Уровень техники
Машины для приготовления напитков хорошо известны в пищевой промышленности и в области потребительских товаров. Такие машины позволяют потребителю готовить в домашних условиях напитки заданного типа, например, кофейные напитки, такие как эспрессо или заварной кофе.
В настоящее время большинство машин для приготовления напитков в домашних условиях содержит систему, выполненную с использованием машины, в которую можно помещать порционные ингредиенты для приготовления напитка. Такие порции могут быть расфасованы в мягкие чалды, или пакетики, или саше, но все чаще в таких системах используются полужесткие или жесткие порционные упаковки, такие как жесткие чалды или капсулы. В последующем описании машина для приготовления напитков по изобретению рассматривается как машина для приготовления напитков, с которой используется жесткая или полужесткая капсула.
Машина предпочтительно содержит приемник для размещения вышеуказанной капсулы и систему нагнетания среды для нагнетания среды, предпочтительно воды, под давлением в вышеуказанную капсулу. Вода, нагнетаемая под давлением в капсулу для приготовления кофейного напитка по настоящему изобретению, предпочтительно является горячей, т.е. имеет температуру выше 70°С. Однако в некоторых конкретных примерах она также может иметь температуру окружающей среды или даже пониженную температуру. Давление внутри камеры капсулы во время экстракции и/или растворения содержимого капсулы обычно составляет примерно от 1 примерно до 8 бар для растворения продуктов и примерно от 2 примерно до 12 бар для экстракции жареного или молотого кофе. Такой процесс приготовления во многом отличается от так называемого процесса «варки» для приготовления напитка, в частности в отношении чая и кофе, тем, что варка включает в себя длительное время настаивания ингредиента в среде (например, в горячей воде), в то время как рассматриваемый процесс приготовления позволяет потребителю приготавливать напиток, например кофе, в переделах нескольких секунд.
Принцип экстракции и/или растворения содержимого закрытой капсулы под давлением известен и обычно состоит из вставления капсулы в приемник или полость машины, нагнетания некоторого количества воды под давлением в капсулу, в общем, после прокалывания поверхности капсулы с помощью прокалывающего элемента для нагнетания, такого как игла для нагнетания среды, установленного в машине, для создания среды под давлением внутри капсулы с целью экстракции вещества или его растворения, и выпуска вещества, подвергнутого экстракции, или растворенного вещества через капсулу. Капсулы, позволяющие применять этот принцип, описаны, например, в патентных документах заявителя №ЕР 1472156 В1 и ЕР 1784 344 В1.
Машины, позволяющие применять этот принцип, описаны, например, в патентных документах СН 605 293 и ЕР 242 556. Согласно этим документам машина содержит приемник или полость для капсулы и элемент для перфорирования и нагнетания, выполненный в форме полой иглы и содержащий на дальнем участке одно или несколько отверстий для нагнетания жидкости. Игла выполняет двойную функцию, состоящую в том, что она, с одной стороны, открывает верхний участок капсулы и, с другой стороны, образует канал для впуска воды в капсулу.
Машина также содержит бак для среды, в большинстве случаев эта среда является водой, для хранения среды, которая используется для растворения и/или настаивания и/или экстракции под давлением ингредиента (ингредиентов), содержащихся в капсуле. Машина содержит нагревательный элемент, такой как кипятильник или теплообменник, который нагревает используемую воду до рабочих температур (обычно до температур 80-90°С). И, наконец, машина содержит насосный элемент для циркуляции воды из бака в капсулу по усмотрению через нагревательный элемент. Траектория воды, циркулирующей внутри машины, например, выбирается с помощью избирательного клапанного средства, например перистальтического клапана такого типа, который описан в патентном документе заявителя ЕР 2162653 A1.
Если приготавливаемым напитком является кофе, представляющий интерес способ приготовления кофе состоит в том, чтобы предложить потребителю капсулу, содержащую жареный молотый кофейный порошок, который подлежит экстракции с использованием нагнетаемой в него горячей воды.
Во многих случаях машина содержит капсулодержатель для удерживания капсулы, который предназначен для вставления в соответствующую полость или приемник машины и извлечения из этой полости или приемника. Когда в капсулодержатель загружена капсула, и он вставлен в машину функциональным образом, средство машины для нагнетания воды может быть функционально соединено с капсулой для нагнетания в нее воды для приготовления пищи, как описано выше. Капсулодержатель описан, например, в патентном документе заявителя ЕР 1967100 В1.
Для такого применения для приготовления пищи и, в частности, для приготовления напитков, были разработаны капсулы, которые описаны и заявлены в патентном документе заявителя ЕР 1784344 В1 или ЕР 2062831.
В двух словах такие капсулы обычно содержат:
- полый корпус и нагнетательную стенку, которая является непроницаемой для жидкостей и для воздуха и которая крепится к корпусу и предназначена для прокалывания, например, нагнетательной иглой машины,
- камеру, содержащую слой жареного молотого кофе, подлежащего экстракции, или растворимого ингредиента, или смеси растворимых ингредиентов,
- алюминиевую мембрану, расположенную у нижнего конца капсулы и закрывающую капсулу для поддержания внутреннего давления в камере.
Алюминиевая мембрана предназначена для прокалывания прокалывающими средствами, которые выполнены или как одно целое с капсулой, или расположены снаружи вышеуказанной капсулы, например в капсулодержателе машины.
Прокалывающие средства предназначены для прокалывания дозирующих отверстий в алюминиевой мембране, когда внутренние давление в камере достигает определенного предварительно заданного значения.
Кроме того, по усмотрению, капсула также может содержать средства, выполненные с возможностью ослабления струи среды и уменьшения скорости струи среды, нагнетаемой в капсулу, и распределения среды в слое вещества с уменьшенной скоростью.
Капсулы по существующему уровню техники имеют стенку для нагнетания или мембрану (именуемую как верхняя мембрана), которая должна прокалываться элементом для нагнетания среды (например, иглой) машины для приготовления напитков, который является частью жидкостной системы. Когда среда нагнетается в полость капсулы, увеличивается давление, что служит в качестве средства экстракции и/или растворения ингредиентов, содержащихся внутри капсулы, как описано выше. Такие ингредиенты могут быть, к примеру, слоем жареного молотого кофе. Как вариант или в комбинации с жареным молотым кофе ингредиенты могут содержать растворимые ингредиенты, например готовые смеси для приготовления напитков.
В настоящее время для идентификации капсулы машиной используются несколько систем, но основным недостатком существующих решений является относительно высокая стоимость систем идентификации и/или сложность и стоимость капсулы, выполненной с возможностью такой идентификации. Такие системы идентификации включают в себя без ограничения: распознавание цвета, штрихкоды, распознавание выступов, канавок или других средств идентификации, имеющихся на поверхности капсулы, электропроводность, сопротивление и, в общем, все известные средства для определения или идентификации капсулы с помощью электрического тока или магнитного поля.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить капсулу, содержащую усовершенствованные и упрощенные средства, с данными, соответствующими, по меньшей мере, одному параметру приготовления пищевого продукта из содержимого вышеуказанной капсулы.
Раскрытие изобретения
Задача, указанная выше, решается с помощью капсулы, содержащей пищевой ингредиент и предназначенной для функционального вставления в полость машины для приготовления пищи, отличающейся тем, что вышеуказанная капсула содержит, по меньшей мере, один упругий участок, который может деформироваться, когда вышеуказанная капсула вставлена в полость машины и/или когда вышеуказанная капсула закрыта, и что, по меньшей мере, одно рабочее значение из данных машины является функцией характеристик упругой деформации упругого участка.
Под выражением «по меньшей мере, один упругодеформируемый участок» капсулы понимается, что, по меньшей мере, одна часть капсулы имеет форму или выполнена из материала, который делает эту часть механически деформируемой, упруго или пластически, когда к этой части прикладывается нагрузка. Эта механическая деформация, по меньшей мере, одного участка капсулы вызвана механической нагрузкой, прикладываемой машиной к капсуле, когда капсула вставлена в полость машины и/или когда полость машины закрыта для функционального закрывания вышеуказанной капсулы. Ниже приводится подробное описание нескольких вариантов выполнения.
Под выражением «характеристики деформации» понимается, что каждый объект, в настоящем случае упругодеформируемый участок капсулы, предусматривает конкретное поведение материала, которое зависит от его формы и используемого материала. Закон поведения деформируемого материала указывает, что усилие, с которым деформируемый участок капсулы смещается назад, когда к нему прикладывается нагрузка, чтобы он смещался от равновесного положения, является функцией расстояния вышеуказанного лепестка от вышеуказанного равновесного положения. Другими словами, в зависимости от типа материала, размера и геометрии каждого объекта и прикладываемого усилия могут существовать различные типы деформации.
Под выражением «рабочие данные» понимаются любые данные, которые функционально относятся к управлению машиной, другими словами, любые данные, которые могут использоваться электронными устройствами машины для настройки параметра приготовления напитка. В частности, рабочие данные соответствуют заданному значению параметра приготовления напитка, например, если параметром приготовления напитка является температура воды, рабочее значение данных будет значением для этой температуры воды, которое программируется на электронной плате машины, и вышеуказанная электронная плата приводит в действие нагреватель воды для нагрева воды до определенной соответствующей температуры. В настоящем случае с машиной для приготовления пищи или напитка температуры, используемые для воды, которая смешивается с исходным ингредиентом для получения готовой пищи или напитка, в общем, составляет 4-100°С, предпочтительно 12-85°С. В качестве более точного примера в большинстве машин для приготовления напитков, представленных на рынке, используются две разные температуры в зависимости от типа приготавливаемого напитка. В этом случае рабочие данные машины, которые соответствуют температуре воды, могут иметь значение «горячая» или «холодная», в зависимости от типа напитка, приготавливаемого посредством варки (такое значение, разумеется, закодировано в электронной программе машины в качестве цифрового значения).
В первом варианте выполнения изобретения упругий участок содержит группу выступов в виде лепестков.
Во втором варианте выполнения изобретения упругий участок содержит участок цилиндрической пружины.
В третьем варианте выполнения изобретения упругий участок содержит сильфонный участок боковых стенок капсулы.
Преимущественно, вышеуказанный упругий участок может быть расположен на периферии наружной поверхности вышеуказанной капсулы, предпочтительно в верхнем участке вышеуказанной капсулы.
Согласно первой возможной альтернативе изобретения, по меньшей мере, один из наружных размеров капсулы может быть больше соответствующего внутреннего размера полости, и упругодеформируемый участок расположен таким образом, чтобы вышеуказанная капсула могла упруго сжиматься и размещаться внутри вышеуказанной полости, когда последняя закрыта соответственно функциональной конфигурации.
Согласно второй возможной альтернативе изобретения, по меньшей мере, один из наружных размеров капсулы может быть меньше соответствующего внутреннего размера полости, и упругодеформируемый участок расположен таким образом, чтобы вышеуказанная капсула могла упруго расширяться и размещаться внутри вышеуказанной полости, когда последняя закрыта соответственно функциональной конфигурации.
В любом случае упругий участок предпочтительно может деформироваться с амплитудой 0,1-20 мм, предпочтительно 0,15-10 мм, более предпочтительно 0,5-5 мм.
Кроме того, упругий участок может быть преимущественно ориентирован таким образом, чтобы он деформировался вдоль оси D, которая, по существу, параллельна вертикальной оси вышеуказанной капсулы.
Предпочтительно, упругий участок может деформироваться за счет действия усилия 0,5-50 Н, более предпочтительно 5-45 Н, наиболее предпочтительно 16-22 Н.
По другому аспекту того же изобретения настоящая заявка относится к системе приготовления пищи, содержащей:
- капсулу с ингредиентом по настоящему изобретению и, в частности, описанную выше, и
- машину для приготовления пищи, выполненную с возможностью функционального взаимодействия с вышеуказанной капсулой, при этом вышеуказанная машина содержит полость для размещения вышеуказанной капсулы таким образом, чтобы пищевой продукт можно было приготовить в машине посредством нагнетания среды из вышеуказанной машины в вышеуказанную капсулу; отличающуюся тем, что вышеуказанная полость содержит участок, чувствительный к давлению, выполненный с возможностью взаимодействия с упругодеформируемым участком капсулы для передачи рабочих данных от вышеуказанной капсулы к вышеуказанной машине, при этом вышеуказанные данные являются функцией характеристик упругой деформации вышеуказанного упругого участка.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения участок, чувствительный к давлению, связан с панелью управления вышеуказанной машины, и взаимодействие вышеуказанного чувствительного участка машины и вышеуказанного упругого участка капсулы может инициировать выполнение операции в вышеуказанной машине, когда упругий участок капсулы передает механическую деформацию вышеуказанному участку, чувствительному к давлению, при этом вышеуказанная операция является включением или выключением вышеуказанной машины для распознавания и/или настройкой параметра приготовления пищи, содержащегося в приведенном ниже перечне без ограничения: объем, температура и/или вязкость пищи, подлежащей дозированию, давление среды, нагнетаемой в капсулу, и/или время настаивания/смешивания.
В первом варианте выполнения изобретения вышеуказанный участок, чувствительный к давлению, является датчиком давления, соединенным с электрическим выключателем.
Во втором альтернативном варианте выполнения изобретения вышеуказанный участок, чувствительный к давлению, является механическим выключателем.
В любом случае пищевой продукт предпочтительно является жидким или полужидким продуктом, приготавливаемым в капсуле посредством нагнетания среды, подлежащей смешиванию с ингредиентом, содержащимся в капсуле, при давлении 0,5-30 бар, предпочтительно 1-20 бар, более предпочтительно 2-15 бар.
В качестве общего принципа, лежащего в основе изобретения, деформация, прикладываемая к упругодеформируемому участку капсулы, соответствует закону поведения материала, и усилие, создаваемое деформацией вышеуказанного деформируемого участка, является прямой функцией вышеуказанной деформации независимо от типа деформации: сжатия, изгиба или кручения. Для всех типов деформации закон поведения материала указывает, что усилие, с которым пружина, или лепесток, или скрученный участок смещается назад, является функцией расстояния от равновесной длины, как указано ниже:
F=f(x),
где «x» - вектор смещения, т.е. расстояние и направление, на которое и в котором смещается пружина от равновесной длины.
«f(x)» - величина и направление восстанавливающего усилия, которое прикладывает пружина.
Цилиндрические пружины и другие обычные пружины, как правило, подчиняются закону Гука. Существуют пригодные пружины, которые не относятся к пружинам на основе изгиба балки, которые могут, например, создавать усилия, варьирующиеся нелинейно по отношению к перемещению.
В случае настоящего изобретения предусматривается, что упругодеформируемый участок капсулы является сложным пружинным элементом, который создает усилие под действием деформации, которое необязательно должно быть линейно связано с амплитудой деформации.
Под термином «пища» подразумевается продукт питания любого вида. Сюда относятся без ограничения: пастообразные, полужидкие и жидкие продукты, имеющие большую или меньшую вязкость, такие как жидкие напитки (например, чай, кофе, шоколадные напитки, супы), пюре, мороженое или сорбет, мягкое мороженое, йогуртные составы, смеси для вскармливания грудных детей, такие как молочные смеси, составы на основе зерновых культур.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения вышеуказанные пищевые продукты являются жидкими или полужидкими и, в частности, холодными напитками, напитками, имеющими комнатную температуру, или горячими напитками. В приведенном ниже описании в качестве примера рассматривается капсула по изобретению, которая используется в машине для приготовления жидких напитков.
Краткое описание чертежей
Дополнительные отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения представлены и станут понятными из описания предпочтительных вариантов выполнения, которые приведены ниже со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично показана машина для приготовления пищи/напитков, пригодная для использования с капсулой с ингредиентом по изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 2А и 2В схематично показана капсула по изобретению, вставленная в открытый и, соответственно, закрытый приемник машины для приготовления пищи/напитков, виды в разрезе;
на фиг. 3-9 схематично показаны семь вариантов выполнения капсулы по изобретению, виды в перспективе;
на фиг. 10А и 10В схематично показан восьмой вариант выполнения капсулы по изобретению, виды в перспективе;
на фиг. 11 схематично показан девятый вариант выполнения капсулы по изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 12А и 12В схематично показан десятый вариант выполнения капсулы по изобретению, виды в перспективе;
на фиг. 13А и 13В схематично показан одиннадцатый вариант выполнения капсулы по изобретению, виды в перспективе;
на фиг. 14А и 14В схематично показан двенадцатый вариант выполнения капсулы по изобретению, виды в перспективе;
на фиг. 15А и 15В схематично показан тринадцатый вариант выполнения капсулы по изобретению, виды в перспективе;
на фиг. 16А-16С схематично графически показано развитие упругой деформации твердого упругого механического элемента как функции прикладываемого к нему усилия, соответственно во время линейного сжатия или растяжения, изгибания и кручения (т.е. скручивания);
на фиг. 17 схематично графически показано развитие упругой и пластической деформации твердого упругого механического элемента как функции прикладываемого к нему усилия (сплошная линия) и его возвращения в исходное состояние после снятия усилия (пунктирная линия).
Осуществление изобретения
Капсула по настоящему изобретению предназначена для использования в машине для приготовления напитков, показанной на фиг. 1, таким образом, образуя систему приготовления напитков.
Как показано на фиг. 1, машина 1 содержит корпус 2 машины и водяной бак 3, который может удаляться с корпуса 2 машины для наполнения. Корпус 2 содержит нажимную кнопку 4 включения/выключения. Машина 1 также содержит экстракционную головку 5. Экстракционная головка 5 содержит регулятор 6 выбора температуры воды для горячей или холодной воды, стопорную ручку 7 и отверстие 8 для вставления капсулодержателя 9. Машина 1 также содержит лоток 10 для чашки для установки чашки под экстракционной головкой.
Капсулодержатель 9 выполнен с возможностью размещения капсулы 11. На фиг. 2А и 2В показан вид в разрезе капсулодержателя 9, в который помещена капсула 11, при этом вышеуказанный держатель 9 и капсула 11 вставлены в соответствующий приемник экстракционной головки. Капсулодержатель 9 содержит корпусную часть 12, выполненную в виде приемника для капсулы 11, а также содержит ручку 13.
Капсула 11 содержит корпус капсулы, который имеет, в общем, форму усеченного конуса и закрыт снизу донной стенкой, образованной совместно с боковыми стенками корпуса. В центре донной стенки имеется отверстие, которое служит в качестве дозирующего отверстия для вытекания приготовленного напитка из вышеуказанной капсулы в установленную снизу чашку. Капсула также содержит прокалываемую алюминиевую мембрану, которая герметично установлена внутри капсулы рядом с донной стенкой, а также прокалывающую пластину для прокалывания вышеуказанной алюминиевой мембраны при повышении давления внутри капсулы. Прокалывающая пластина расположена между алюминиевой мембраной и донной стенкой капсулы. И, наконец, капсула закрыта сверху прокалываемой мембраной. Капсула изготовлена таким образом, что она является барьером, препятствующим проникновению влаги и кислорода.
В частности, на фиг. 2А показана капсула 11, загруженная в капсулодержатель 9, при этом капсула и капсулодержатель вставлены в экстракционную головку 5, которая находится в открытом положении. В этом открытом положении стопорная ручка 7 находится в верхнем разблокированном положении. Экстракционная головка 5 содержит подвижную пластину 14 с иглой 15, предназначенной для прокалывания стенки капсулы и нагнетания воды (или другой жидкости) под давлением внутрь капсулы. Вода под давлением перекачивается насосом машины из водяного бачка 3 по системе труб (не показаны) и жидкостным соединителям 16 экстракционной головки 5. Когда экстракционная головка 5 находится в открытом положении, пластина с иглой расположена в стороне от капсулодержателя, также как и игла 15, которая расположена на расстоянии от капсулы, как показано на фиг. 2А.
Когда потребитель приводит в действие стопорную ручку 7 в нижнем направлении, как показано на фиг. 2В, пластина 14 с иглой перемещается вниз, и экстракционная головка 5 закрывается. В этом положении игла 15 прокалывает верхнюю стенку капсулы и оказывается в соответствующем положении для нагнетания воды под давлением в капсулу.
Другими словами, понятно, что экстракционная головка 5 машины содержит приемник капсулы, имеющий объем и форму в значительной степени схожие с наружным объемом и формой капсулы. Приемник капсулы вышеуказанной экстракционной головки образован капсулодержателем 9 и пластиной 14 с иглой, расположенной над капсулодержателем. Пластина с иглой перемещается, по существу, вертикально к вышеуказанному капсулодержателю и от него, соответственно, для закрывания и открывания приемника капсулы. Когда пластина с иглой поднята от капсулодержателя, т.е. когда экстракционная головка находится в открытом положении, капсулодержатель может перемещаться в экстракционную головку или из нее посредством скользящего перемещения подобно выдвижному ящику. На фиг. 2В показана закрытая экстракционная головка с капсулодержателем с загруженной в него капсулой, который вставлен в экстракционную головку, при этом пластина с иглой находится в закрытом (т.е. перемещена вниз) положении. Как понятно из фиг. 2В, в этом закрытом положении наружный объем и форма капсулы, в общем, соответствуют объему и форме приемника, образованного капсулодержателем и пластиной с иглой.
Как указано выше, настоящее изобретение предназначено для обеспечения простого, эффективного по стоимости и надежного способа для обобщения данных применительно к конструкции капсулы. Такие данные могут соответствовать типу ингредиента, содержащегося в капсуле, и/или они могут соответствовать одному или нескольким параметрам для приготовления пищи или напитка с использованием капсулы. Данные, обобщенные применительно к механической конструкции капсулы, могут использоваться посредством взаимодействия капсулы и машины, но это не является обязательным. Например, такие данные могут считываться механическим считывающим устройством 40, например датчиком силы давления, установленным на заводе-изготовителе, для считывания данных и контроля качества изготавливаемых капсул.
Датчик 28 давления может быть установлен внутри машины в любом пригодном месте, которое позволяет вышеуказанному датчику определять упругую и/или пластическую деформацию капсулы, когда капсула помещена в приемник капсулы в машине или когда приемник вышеуказанной капсулы закрыт. Например, датчик 28 может быть объединен с пластиной 14 с иглой, как показано на фиг. 2А и 2В, и функционировать таким образом, чтобы после вставления капсулы в капсулодержатель машины датчик 28 мог определять деформацию капсулы, когда полость для размещения капсулы в машине закрыта, и вышеуказанная пластина 14 с иглой приведена в контакт с упругодеформируемым участком капсулы, как показано на фиг. 2В. В этом положении, как показано на фиг. 2В, участок упругого деформирования капсулы (несколько альтернативных вариантов выполнения таких деформируемых участков будут описаны ниже) упруго деформируется, при этом возникает усилие деформации, которое может определяться машиной, когда датчик 28 контактирует с капсулой и прижимается к ней. Определенное значение механической деформации конвертируется программой, хранящейся в памяти электронного чипа машины, в рабочие данные машины, такие как значение температуры воды или объем воды, который должен перекачиваться через капсулу из бака машины.
Капсула по изобретению, в частности, особо пригодна для контроля качества, поскольку она обеспечивает недорогой и надежный способ считывания и сравнения данных с механическими свойствами капсулы. Обычно различные ингредиенты могут упаковываться в капсулы, имеющие одинаковый внешний вид. По настоящему изобретению можно адаптировать один параметр наполнения к механическим свойствам капсулы, например, обеспечить, чтобы один конкретный тип ингредиента присутствовал в капсуле в достаточном количестве. В этом случае производственная линия предприятия будет оборудована весами, взвешивающими каждую капсулу, и датчиком силы давления, который определяет упругие свойства упругого участка капсулы. Такой способ является надежным, быстрым и недорогим. Кроме того, тот факт, что определение данных применительно к конструкции капсулы выполняется в пределах диапазона упругой деформации материала, гарантирует, что капсула не будет повреждена, подтверждая относительно высокую степень возможных кодирующих значений.
Как вариант или в дополнение к контролю качества на предприятии-изготовителе изобретение может быть полезным во время вставления капсулы в машину для приготовления напитков. Обычно данные, относящиеся к упругодеформируемому участку вышеуказанной капсулы, могут считываться датчиком давления, который встроен в машину для приготовления напитков или, как вариант, в капсулодержатель. Датчик давления фактически может быть установлен в любом месте машины или капсулодержателя при условии, что вышеуказанный датчик будет находиться в контакте с капсулой, в частности с упругодеформируемым участком капсулы, когда вышеуказанная капсула функционально вставлена в машину и/или капсулодержатель.
За счет пружинного эффекта противодействующая сила прикладывается капсулой к машине и, в частности, к датчику давления, который встроен в вышеуказанную машину.
В зависимости от противодействующей силы, измеряемой датчиком давления, машина считывает, по меньшей мере, данные для приготовления напитков, касающиеся ингредиента, содержащегося в капсуле, и/или параметры для приготовления напитка из вышеуказанного ингредиента. Преобразование значения противодавления в данные выполняется с помощью компьютерного чипа, встроенного в машину, который преобразует определяемое давление в код параметра для приготовления напитка или любые другие подобные данные, такие как тип вставляемой капсулы или тип ингредиента напитка, содержащегося в капсуле.
Упругодеформируемый участок капсулы 11 может иметь различные формы, профили и размеры, некоторые из которых будут подробно описаны в качестве примеров со ссылкой на приложенные чертежи.
В первом варианте выполнения, показанном на фиг. 3, упругодеформируемый участок капсулы 11 может иметь форму в виде группы волнообразных выступов 17, расположенных на периферии верхнего края 18 капсулы. Количество волнообразных выступов 17 на периферии верхнего края 18 капсулы может варьироваться в зависимости от усилия (противодавления), необходимого для использования данных согласно принципу изобретения. Как показано на фиг. 4, в случае необходимости количество волнообразных выступов 17 может быть уменьшено по сравнению с количеством волнообразных выступов капсулы, показанной на фиг. 3.
Когда капсула по этому первому варианту выполнения помещена в капсулодержатель и функционально вставлена в соответствующее углубление машины для приготовления напитков, верхняя поверхность волнообразных выступов 17 вступает над уровнем верхней поверхности капсулодержателя. Таким образом, капсула расположена выше капсулодержателя, и когда пользователь закрывает головку машины, как описано выше со ссылкой на фиг. 2b, нижняя поверхность пластины 14 с иглой приходит в контакт с участком вершины каждого выступа 17. Когда стопорная ручка 7 надавливается вниз для полного закрывания головки машины, к волнообразным выступам 17 прикладывается давление со стороны пластины 14 с иглой, что вызывает упругую деформацию вышеуказанных выступов 17. Эта деформация вынуждает выступы механически прикладывать противодействующее усилие к пластине с иглой. Вышеуказанная пластина 14 с иглой содержит датчик давления (не показан на чертеже), который определяет противодействующее усилие, прикладываемое деформируемыми выступами 17. Возникающее противодействующее усилие является функцией механических характеристик выступов 17, в частности, оно является функцией их материала, формы, в частности толщины и кривизны. Оно также является функцией количества выступов, которое может варьироваться, как описано выше. Большее количество выступов будет обеспечивать большее количество энергии для пружинного эффекта, возникающего за счет деформации вышеуказанных выступов, другими словами, большее противодействующее усилие.
Во втором варианте выполнения, показанном на фиг. 5, упругодеформируемый участок капсулы 11 содержит некоторое количество лепестков 19. Количество и ширина лепестков могут варьироваться и, например, на фиг. 6 показана капсула, с меньшим количеством лепестков, которые являются более широкими по сравнению с лепестками, показанными в варианте выполнения на фиг. 5. Лепестки, показанные на фиг. 5 и 6, продолжаются наружу от верхнего края 18 капсулы и направлены вниз под углом, составляющим 0-70 градусов относительно горизонтальной плоскости. В этом случае вершины лепестков опираются на верхнюю поверхность капсулодержателя 9, когда капсула 11 вставлена, как показано на фиг. 2А, и когда пользователь закрывает экстракционную головку 5 машины для приготовления напитков, пластина 14 с иглой, которая перемещается вниз, приходит в контакт с верхним краем 18 капсулы и прижимает последний в нижнем направлении во время закрывающего перемещения головки 5 машины, что приводит к упругой деформации лепестков 19, и их вершины перемещаются вверх, обеспечивая закрывание головки 5. Когда экстракционная головка закрыта, лепестки 19 зажимаются между верхней поверхностью капсулодержателя 9 и нижней поверхностью пластины 14 с иглой, так чтобы лепестки были ориентированы, в общем, в той же плоскости, что и остальная часть верхнего края 18 капсулы, как показано на фиг. 2В, т.е., в общем, горизонтально. Когда экстракционная головка снова открывается, и пластина 14 с иглой перемещается вверх, лепестки 19 перемещаются в исходное положение и снова будут ориентированы вниз, как показано на фиг. 5 или 6, при этом вся капсула будет автоматически перемещаться вверх из капсулодержателя 9. В этом положении упругий участок капсулы, т.е. лепестки 19, деформируется, и механическая деформация создает противодействующее усилие, прикладываемое к элементам экстракционной головки машины, в частности, к пластине с иглой и встроенному в нее датчику давления, как показано на фиг. 2В. Механическая деформация определяется датчиком и преобразуется электронным чипом машины в рабочие данные машины, такие как значение параметра настройки объема, давления или температуры для воды, которая должна подаваться машиной в капсулу. Механическая деформация лепестков 19 может быть или упругой (например, обратимой), или пластической (т.е. остаточной). Кроме того, датчик может быть запрограммирован на определение одного значения усилия деформации в одно заданное время (например, когда экстракционная головка машины полностью закрыта) или, как вариант, датчик 28 может быть запрограммирован на определение и запоминание различных значений усилий деформации капсулы, когда экстракционная головка машины закрыта. В последнем случае машина может устанавливать профиль деформации для капсулы, который является функцией материала, используемого для изготовления деформируемого участка капсулы (в настоящем варианте выполнения материала, который используется для изготовления лепестков 19). В результате определения профиля механической деформации капсулы, а не одного отдельного значения усилия деформации, можно запрограммировать машину для расчета нескольких рабочих данных. Другими словами, кодирование установочных параметров внутри капсулы становится более сложным, и применительно к конструкции капсулы кодируется информация в виде нескольких данных. Например, можно кодировать температуру воды и объем воды, подлежащей нагнетанию внутрь капсулы посредством определения профиля деформации, а не одного значения информации. Точный алгоритм, который программируется в чипе машины, может варьироваться и выбираться надлежащим образом в зависимости от конструкции машины, а также в зависимости от того, сколько различных рабочих данных должно быть «встроено» в конструкцию каждой капсулы.
Например, в конструкции капсулы может быть закодировано только одно заданное значение, например температура воды. Если должны быть закодированы только два типа температуры, высокая или низкая, могут быть изготовлены капсулы двух различных типов, каждая из которых будет иметь различные типы упругодеформируемого участка. В настоящем варианте выполнения капсулы первого типа могут иметь маленькие лепестки, как показано на фиг. 5. Маленькие лепестки, деформируемые горизонтально в результате полного закрывания экстракционной головки, как показано на фиг. 2В, будут создавать усилие деформации, например, 0,5 Н. Это значение 0,5 H определяется датчиком, встроенным в пластину с иглой, и будет преобразовываться в рабочие данные с помощью соответствующего алгоритма, например, в значение «высокая» для температуры воды, так чтобы включался нагреватель машины для получения горячей воды, которая подается в капсулу. В случае, когда капсула, имеющая большие лепестки (как показано на фиг. 6), вставлена в машину, усилие деформации, определяемое датчиком, будет другим из-за отличающейся механической конструкции упругодеформируемого участка капсулы (например, лепестков, которые в этом случае являются большими). Например, когда лепестки являются большими, их механическое сопротивление увеличивается, и возникающее усилие деформации также будет увеличиваться, например, будет составлять 1 Н, когда экстракционная головка закрыта. В этом случае измеренное усилие деформации будет преобразовываться машиной как «низкое» значение для температуры воды, нагнетаемой в капсулу.
Вместо температуры воды в результате определения упругой или пластической деформации упругого участка капсулы могут преобразовываться другие рабочие данные машины.
Кроме того, может деформироваться не только участок капсулы, например лепестки 19, но и вся капсула может быть выполнена из деформируемого материала. В этом случае результат является таким же, и датчик, встроенный в машину и контактирующий с капсулой во время закрывания и/или когда экстракционная головка закрыта, будет определять механическую деформацию, чтобы программа машины могла преобразовывать ее в рабочие данные машины (установка температуры воды или давления воды или объема воды, нагнетаемой в капсулу).
Как альтернатива, лепестки 19 могут быть направлены вверх, как показано на фиг. 7 и 8, под углом 0-70 градусов относительно горизонтальной плоскости. В этом варианте выполнения перемещение деформации лепестков 19 во время закрывания экстракционной головки машины является противоположным перемещению, описанному выше со ссылкой на фиг. 5 и 6. В частности, когда пластина 14 с иглой перемещается вниз во время закрывания экстракционной головки 5, вершины лепестков, показанных на фиг. 7 и 8, приходят в контакт с нижней поверхностью пластины 14 с иглой, которая надавливает на вышеуказанные лепестки 19 и перемещает их вниз до тех пор, пока не будет закрыта головка. В закрытом положении экстракционной головки лепестки также расположены, в общем, в той же плоскости, что и остальная часть верхнего края 18 капсулы, т.е., в общем, горизонтально, как показано на фиг. 2В. Затем, после экстракции, когда пользователь снова открывает экстракционную головку, пластина 14 с иглой снова перемещается вверх, освобождая лепестки. Лепестки снова перемещаются вверх, восстанавливая исходную форму, как показано на фиг. 7 и 8.
В качестве альтернативного варианта прямолинейным лепесткам, показанным на фиг. 5-8 и описанным выше, капсула может содержать упругодеформируемые лепестки, имеющие более сложную форму, как показано на фиг. 9. В этом случае каждый лепесток 19 содержит первый нижний участок 20, который, в общем, является горизонтальным и соединяет лепесток с остальной частью капсулы. Лепесток также содержит второй промежуточный участок 21, который ориентирован вверх, и третий верхний участок 22, который, по существу, является горизонтальным, также как и первый участок 20. Третий участок 22 входит в контакт с нижней поверхностью пластины 14 с иглой, когда экстракционная головка 5 закрыта, в то время как первый нижний участок 20 каждого лепестка 19 опирается на верхнюю поверхность капсулодержателя 9. Когда пластина 14 с иглой перемещается вниз в результате закрывания экстракционной головки 5, промежуточный участок 21 каждого лепестка упруго деформируется, и верхний участок 22 перемещается в ту же плоскость, что и первый участок 20. Когда экстракционная головка закрыта, каждый лепесток имеет плоскую форму, и упругая деформация вынуждает вышеуказанный лепесток создавать противодействующее усилие, которое имеет тенденцию к разделению пластины с иглой и капсулодержателя. Это противодействующее усилие может быть измерено датчиком давления, расположенным, например, в пластине с иглой.
В первом и втором вариантах выполнения, описанных выше со ссылкой на фиг. 3-9, упругий деформируемый участок капсулы имеет такую конструкцию, что верхний участок капсулы выступает из капсулодержателя, когда в него вставлена капсула. Соответственно, пригодным местом для датчика давления является пластина с иглой, так чтобы усилие противодавления, создаваемое деформируемым участком капсулы, измерялось в тот момент, когда пластина с иглой приходит в контакт с волнообразными выступами 17 или лепестками 19, описанными выше, или начинает их деформировать.
Как описано выше со ссылкой на первый и второй варианты выполнения, важно и предпочтительно, чтобы объем капсулы был больше объема приемника в экстракционной головке машины для приготовления напитков. Как описано выше, эта разница объемов между капсулой и приемником в экстракционной головке вынуждает капсулу деформироваться, когда вышеуказанная экстракционная головка закрыта, чтобы она соответствовала меньшему объему. Эта деформация в первую очередь направлена на упругодеформируемый участок вышеуказанной капсулы. Этот принцип рассматривается как предпочтительный вариант настоящего изобретения. Однако могут быть приняты во внимание другие возможности деформирования упругодеформируемого участка капсулы, которые будут описаны ниже со ссылкой на третий вариант выполнения и на фиг. 10А и 10В.
В третьем варианте выполнения, показанном на фиг. 10А и 10В, упругодеформируемый участок капсулы принимает форму деформируемой части 23 верхней мембраны капсулы в комбинации с углубленным участком верхнего края 18 капсулы. Как показано на фиг. 10А, деформируемая часть 23 находится в самой наружной зоне верхней мембраны 24, при этом верхняя мембрана герметично установлена на верхнем крае 18 капсулы. Эта деформируемая часть 23 капсулы содержит прорези 25, которые продолжаются радиально в средней области части 23, как показано на фиг. 10А. Прорези 25 образуют слабые места в части 23 верхней мембраны и, тем самым, упруго-гибкие участки. Кроме того, на фиг. 10В показан углубленный участок 26 верхнего края капсулы, который гарантирует, что вырезанная часть 23 верхней мембраны может изгибаться вниз в вышеуказанное углубление 26, когда к вышеуказанной части 23 прикладывается давление сверху капсулы. Самый наружный участок пластины 14 с иглой, показанный пунктиром на фиг. 10В, содержит группу выступов 27 в виде штифтов, продолжающихся вниз, которые расположены таким образом, что они контактируют с деформируемым участком 23, когда экстракционная головка машины закрыта, и пластина с иглой перемещается вниз к капсуле. В этом положении капсула расположена внутри капсулодержателя 9 таким образом, что верхний край 18 опирается на верхнюю поверхность вышеуказанного капсулодержателя и выступает от него, и деформируемый участок 23 непосредственно доступен сверху вышеуказанной капсулы. Во время закрывания экстракционной головки машины, когда пластина 14 с иглой перемещается вниз к капсулодержателю 9, и капсула вставлена в капсулодержатель, выступы 27 в виде штифтов прижимаются к деформируемому участку 23 верхней мембраны и изгибают его вниз в углубленный участок 26. Выступы 27 в виде штифтов соединены или являются частью датчика 28 давления, расположенного в пластине 14 с иглой, который определяет и измеряет упругое противодействующее усилие, создаваемое упругодеформируемым участком 23 верхней мембраны.
Как указано выше, измеряемое усилие, прикладываемое к датчику упругодеформируемым участком капсулы, соответствует предварительно заданному значению, которое зависит от механических свойств верхней мембраны 24, в частности, зависит от силовой постоянной «k» упругодеформируемого участка капсулы. Это измеряемое усилие непосредственно связано со значением данных, которое соответствует параметру приготовления напитка, заданному для машины. Компьютерный чип машины для приготовления напитков будет интерпретировать измеряемое усилие в качестве заданного значения для параметра приготовления напитка, например заданной температуры среды, которая будет нагнетаться в капсулу, и/или заданного давления нагнетания среды, и/или заданного объема среды, нагнетаемой в капсулу.
Например, если упругое усилие, измеряемое датчиком, составляет 0,02 Н, машина будет интерпретировать его для нагнетания 60 мл воды при 83°С внутрь капсулы. Если измеряемое значение составляет 0,06 Н, машина будет нагнетать 180 мл воды при температуре окружающей среды.
По изобретению механические свойства и, в частности, характеристики упругой деформации упругодеформируемого участка капсулы предварительно задаются посредством выбора таких конструкционных параметров для деформируемого участка капсулы (в зависимости от типа используемого упругодеформируемого участка), как: тип используемого материала, форма деформируемого участка, например толщина верхней мембраны 24 и ширина и длина предварительно выполненных прорезей 25 по третьему варианту выполнения, описанному выше, или длина, толщина и угол деформируемых лепестков 19 по первому или второму варианту выполнения, описанному выше, и т.д. Затем машина программируется для преобразования измеряемого усилия в задаваемые параметры приготовления напитка (например, объем, давление и/или температуру среды, нагнетаемой в капсулу).
По каждому конкретному варианту выполнения упругодеформируемого участка капсулы датчик давления в машине или капсулодержателе будет настраиваться соответствующим образом для определения усилия упругой деформации, создаваемого капсулой, когда вышеуказанный деформируемый участок подвергается деформации (на предприятии или в машине во время использования).
В четвертом варианте выполнения, показанном на фиг. 11, упругодеформируемый участок капсулы содержит группу криволинейных выступов 29, ориентированных вниз, которые продолжаются от нижнего края 20 капсулы 11. Кривизна каждого выступа 30 обеспечивает достаточную гибкость капсулы под давлением. Во время использования, когда капсула помещена в капсулодержатель, выступы 30 опираются на соответствующий край капсулодержателя (не показано на чертеже), так чтобы была приподнята вся капсула по сравнению с капсулой, которая не имеет таких выступов, и так чтобы верхний край 18 капсулы был приподнят выше уровня верхней поверхности капсулодержателя. Когда экстракционная головка машины закрыта, пластина 14 с иглой прижимается к верхней поверхности капсулы, которая перемещается вниз, до тех пор, пока верхний край 18 не придет в контакт и не будет опираться на верхнюю поверхность капсулодержателя. В этом закрытом положении экстракционной головки, т.е. когда верхний край 18 зажат между капсулодержателем и пластиной с иглой (как показано, например, на фиг. 2В), криволинейные выступы 29 капсулы упруго деформируются внутрь (т.е. выступы 29 изгибаются внутрь капсулы), так чтобы наружный объем капсулы уменьшился и соответствовал объему приемника капсулы внутри экстракционной головки машины. В этом положении упругодеформируемые выступы 29 создают противодействующее усилие, которое направлено вертикально к верхней части капсулы. Это противодействующее усилие может быть измерено датчиком 28 давления, расположенным внутри или в контакте с пластиной с иглой. Когда экстракционная головка машины снова открывается, пластина с иглой поднимается от капсулы и капсулодержателя. В этот момент выступы 29 изгибаются назад в нормальное положение, и капсула приподнимается из капсулодержателя. Помимо преимущества, создаваемого изобретением (т.е. капсула обеспечивает данные для параметров приготовления напитка за счет предварительно заданного усилия упругой деформации, создаваемого выступами 29), этот вариант выполнения также представляет интерес с той точки зрения, что эффект упругой деформации капсулы создает приподнимающий эффект, который облегчает манипулирование используемой капсулой и ее извлечение из капсулодержателя, когда напиток приготовлен, и капсула должна быть удалена: за счет того, что верхний край 18 капсулы расположен выше капсулодержателя, пользователю легче захватывать вышеуказанный верхний край и извлекать капсулу из капсулодержателя.
В пятом варианте выполнения, показанном на фиг. 12А и 12В, упругодеформируемый участок капсулы 11 содержит группу горизонтальных лепестков 331, расположенных, по существу, посередине высоты капсулы. Эти лепестки 31 выполнены как одно целое с остальной частью корпуса капсулы, предпочтительно посредством литья под давлением. Количество горизонтальных лепестков 31 может варьироваться, но, по меньшей мере, равно трем, предпочтительно, по меньшей мере, четырем, более предпочтительно, по меньшей мере, десяти, при этом лепестки равномерно распределены по периметру капсулы. Они продолжаются снаружи корпуса капсулы в наружном направлении, как показано на фиг. 12А.
Когда капсула 11 функционально вставлена в капсулодержатель 9, как показано на фиг. 12В, нижняя часть капсулы не контактирует с капсулодержателем, поскольку горизонтальные лепестки 31 опираются на расположенный посередине высоты край 32 капсулодержателя. В этом положении вся капсула, за исключением горизонтальных лепестков 32, приподнята из капсулодержателя и не контактирует с ним, как показано на фиг. 12В.
Когда экстракционная головка 5 машины закрыта, пластина 14 с иглой перемещается вниз к капсуле 11 и капсулодержателю 9. Она контактирует с верхним краем 18 капсулы и перемещает всю капсулу вниз до тех пор, пока верхний край 18 и пластина с иглой не будут контактировать с верхней поверхностью капсулодержателя, как показано, например, на фиг. 12В. Когда капсула перемещается в капсулодержатель посредством давления, прикладываемого пластиной с иглой, лепестки 31 изгибаются вверх. Упругая деформация лепестков 31 создает противодействующее усилие, направленное вертикально и вверх к пластине с иглой. Аналогично предыдущим альтернативным вариантам выполнения изобретения, описанным выше, это противодействующее усилие может быть измерено датчиком давления, который находится в прямом или косвенном контакте с верхним краем 18 капсулы.
До настоящего момента при описании изобретения указывалось, что упругая деформация, прикладываемая к упругодеформируемому участку капсулы, прикладывается пластиной с иглой машины во время закрывания экстракционной головки машины. Однако следует отметить, что эта деформация может прикладываться другим образом независимо от типа упругодеформируемого участка капсулы. Например, пластина с иглой может быть заменена пластиной измерения давления, которая является частью линии по изготовлению капсул на предприятии. В этом случае противодействующее усилие упругой деформации, создаваемое упругодеформируемым участком капсулы во время деформации, может использоваться, например, в качестве инструмента контроля качества или инструмента отслеживания для различения различных типов капсул на предприятии (каждого отличающегося типа капсулы, содержащей отличающийся ингредиент для приготовления напитка). В этом случае каждая капсула удерживается на месте на линии изготовления, наполнения и/или запечатывания, когда она находится в капсулодержателе в машине для приготовления напитков. Затем измеряющая пластина перемещается сверху капсулы, прижимается в нижнем направлении к верхнему краю капсулы и упруго деформирует упругодеформируемый участок капсулы, как описано выше для каждого из предыдущих вариантов выполнения. Измеряющая пластина содержит или непосредственно или косвенно соединена с датчиком силы давления. Измеряемое усилие, которое является существенной характеристикой каждой капсулы, может использоваться для надлежащего наполнения вышеуказанной капсулы ингредиентом для приготовления напитка конкретного заданного типа и/или качества.
В шестом варианте выполнения, показанном на фиг. 13А и 13В, упругодеформируемый участок капсулы не изготавливается как одно целое с остальной частью корпуса 12 капсулы. Вышеуказанный упругодеформируемый участок содержит кольцо 33 с группой гибких дугообразных элементов 34, которые продолжаются внутрь и вверх от самой нижней внутренней поверхности кольца 33 к центру вышеуказанного кольца, как показано на фиг. 13А.
Вершина 35 каждого гибкого дугообразного элемента 34 расположена таким образом, что, когда кольцо установлено внутри капсулы и капсула закрыта у верхней стороны верхней мембраной 24, как показано на фиг. 13В, вершины 35 гибких дугообразных элементов 34 контактируют с верхней мембраной 24 и приподнимают ее.
Когда капсула вставлена в капсулодержатель и экстракционная головка закрыта, пластина 14 с иглой входит в контакт и прижимается к верхней мембране 24. В результате верхняя мембрана изгибается вниз вместе с гибкими дугообразными элементами 34, которые упруго деформируются вниз. Противодействующее усилие, создаваемое упругодеформируемыми дугообразными элементами 34, может определяться датчиком давления, установленным, например, в пластине с иглой, или находящимся в прямом или косвенном контакте с этой пластиной согласно принципу, описанному выше. В этом варианте выполнения количество, длина, кривизна и сечение дугообразных элементов могут быть подобраны таким образом, чтобы получить соответствующие предварительно заданные характеристики упругой деформации, в частности, заданную и предварительно определенную силовую постоянную «k». Как указано выше, предварительно заданный коэффициент «k» является функцией параметра приготовления напитка или других данных, которые являются конкретными для капсулы и/или ее содержимого.
В качестве альтернативы этому варианту выполнения изобретения дугообразные элементы 34 могут продолжаться от самой верхней внутренней поверхности кольца 33 к центру вышеуказанного кольца, как показано на фиг. 14А. Принцип действия остается идентичным принципу действия, описанному выше со ссылкой на фиг. 13А и 13В. В этом случае дугообразные элементы также контактируют с нижней поверхностью верхней мембраны 24 и приподнимают вышеуказанную верхнюю мембрану вверх в выпуклое положение, как показано на фиг. 14В.
В седьмом и предпочтительном варианте выполнения изобретения, показанном на фиг. 15А, 15В и 15С, корпус капсулы выполнен из полужесткой каркасной конструкции 36 (показана на фиг. 15А), которая закрыта мембраной 37, обеспечивающей противокислородную защиту. Мембрана 37, к примеру, изготавливается посредством совместного литья под давлением с полужестким каркасом 36 с использованием процесса изготовления вплавляемой этикетки (IML-процесс), который описан, например, в патентном документе заявителя ЕР AN 11178061.
Полужесткая каркасная конструкция 36 содержит, по меньшей мере, одну ослабленную зону, которая образует сильфонный участок 38. Например, остальная часть каркаса может быть жесткой за исключением этого сильфонного участка 38, который является гибким. Гибкость этого участка 38 каркаса обеспечивается предпочтительно меньшим сечением по сравнению с остальной частью каркаса. Она также может быть достигнута (как вариант или в дополнение к меньшему сечению) посредством использования более мягкого материала, который совместно отливается под давлением с остальной частью каркаса 36.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 15А, сильфонный участок 38 расположен на верхнем участке вертикальной области полужесткого каркаса, чтобы капсула могла деформироваться, по существу, по вертикальной оси, т.е. когда к вышеуказанной капсуле прикладывается вертикальное усилие сжатия.
Когда капсула установлена в капсулодержатель, и экстракционная головка машина открыта, как показано на фиг. 15В, вся наружная поверхность капсулы контактирует с капсулодержателем за исключением верхнего края 18 вышеуказанной капсулы, который приподнят выше уровня верхней поверхности капсулодержателя. Другими словами, высота капсулы больше углубления под капсулу в капсулодержателе. Эта разница в высоте показана стрелками на чертеже.
Когда экстракционная головка машины закрыта, пластина с иглой, схематично показанная группой стрелок на фиг. 15С, прижимается к капсуле и сжимает ее таким образом, чтобы она функционально помещалась в объеме, образованном между капсулодержателем и вышеуказанной пластиной с иглой. Капсула изгибается в области гибкого сильфонного участка 38 каркаса 36, как показано на фиг. 15С, до тех пор, пока верхний край 18 вышеуказанной капсулы не будет зажат между верхней поверхностью капсулодержателя и нижней поверхностью пластины с иглой. В этом положении капсула функционально находится на месте внутри экстракционной головки машины, игла для нагнетания воды (не показана на фиг. 15С) прокалывает верхнюю мембрану капсулы и может быть начат цикл варки с обеспечением герметичности.
Противодействующее усилие, создаваемое внутри сильфонного участка 38, может быть измерено датчиком, установленным в пластине с иглой, который определяет вертикальное усилие, прикладываемое к вышеуказанной пластине с иглой.
Когда экстракционная головка машины снова открывается, капсула изгибается назад в исходное положение, показанное на фиг. 15В.
В качестве общего принципа, лежащего в основе изобретения, деформация, прикладываемая к упругодеформируемому участку капсулы, соответствует закону поведения материала, и усилие, создаваемое деформацией вышеуказанного деформируемого участка, является прямой функцией вышеуказанной деформации независимо от типа деформации: сжатия (как на фиг. 16А), изгиба (как на фиг. 16В) или кручения (как на фиг. 16С). Для всех типов деформации закон поведения материала указывает, что усилие, с которым пружина или лепесток или скрученный участок смещается назад, является функцией расстояния от равновесной длины, как указано ниже:
F=f(x),
где «x» - вектор смещения, т.е. расстояние и направление, на которое и в котором смещается пружина от равновесной длины.
«f(x)» - величина и направление восстанавливающего усилия, которое прикладывает пружина.
В случае простого пружинного элемента усилие упругой деформации, создаваемое в материале, является прямой линейной функцией величины деформации (F=k,х), при этом оба показателя связаны между собой постоянной «k», которая известна как «постоянная пружины» или «модуль Юнга», который является внутренней характеристикой материала.
Как указано выше, общий принцип настоящего изобретения состоит в том, что коэффициент «k» для каждой капсулы измеряется и интерпретируется машиной для приготовления напитков как параметр приготовления напитка или другие данные и в качестве данных распознавания производственной линией, когда капсула находится на предприятии.
В случае настоящего изобретения предусматривается, что упругодеформируемый участок капсулы является сложным пружинным элементом, создающим усилие при деформации, которое необязательно линейно связано с величиной деформации.
Кроме того, капсула по настоящему изобретению наиболее предпочтительно является капсулой одноразового использования. В этом случае для потребителя весьма желательно, чтобы упругодеформируемый участок капсулы деформировался не только согласно его величине упругой деформации, но и вне предела его упругой деформации в области пластической деформации. Другими словами, участок упругой деформации капсулы предпочтительно должен деформироваться таким образом, чтобы он достигал области пластической деформации, и прикладываемая деформация модифицировала внутренние механические свойства материала. В таком случае, когда варочная головка открывается после выполнения цикла варки пищи или напитка, энергия деформации, содержащаяся в участке упругой деформации капсулы, высвобождается, и вышеуказанный упругий участок перемещается назад в положение, близкое его исходному положению. Однако в таком случае из-за пластической модификации материала и как показано криволинейной пунктирной линией на фиг. 17, профиль деформируемости будет отличаться от исходного профиля деформируемости (сплошная криволинейная линия на фиг. 17). В случае, если использованная капсула снова вставляется в машину, машина обнаружит, что характеристики упругой деформируемости, на которые настроена машина, не соответствуют характеристикам деформации новой фирменной капсулы. В этом случае машина остановится и по усмотрению направит предупредительный сигнал пользователю, чтобы он заменил капсулу новой неиспользованной капсулой. Способ, с помощью которого машина может обнаруживать изменение в кривой деформируемости, например, как показано на фиг. 17, посредством обнаружения и измерения усилия, создаваемого на участке упругой деформации капсулы применительно к множеству величин деформации, например, в двух точках, показан на фиг. 17: первая точка измеряется в области упругой деформации материала, состоящего из упругодеформируемого участка, затем измеряется вторая точка для деформации, которая является большей по величине и расположена в области пластической деформации материала, состоящего из упругодеформируемого участка капсулы. Как показано на фиг. 17, для одного и того же удлинения усилия, создаваемые в материале упругодеформируемого участка капсулы, является различными, когда капсула является новой/неиспользованной (сплошная кривая) или когда капсула уже использовалась или если она повреждена (пунктирная кривая).
Аналогичным образом, если капсула повреждена во время изготовления на предприятии, она обнаруживается и удаляется с производственной линии.
Во всех вышеописанных вариантах выполнения упругий участок деформируется с амплитудой 0,1-20 мм, предпочтительно 0,15-10 мм, более предпочтительно 0,5-5 мм.
Следует отметить, что специалистам в этой области будут понятны различные изменения и модификации описанных здесь предпочтительных вариантов выполнения. Такие изменения и модификации могут выполняться без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения и без уменьшения соответствующих преимуществ. Таким образом, предполагается, что на такие изменения и модификации распространяется действие приложенной формулы изобретения.