КАПСУЛА С ВНЕШНИМ УПЛОТНИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛОМ, НАХОДЯЩИМСЯ ПОД НАЖИМОМ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
CAPSULE WITH EXTERNAL SEALING MATERIAL, WHICH IS PRESSURISED BY FLUID MEDIUM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится в основном к капсулам для содержания ингредиентов напитков, к системе для приготовления напитков, а также к способам приготовления напитков на основе ингредиентов, содержащихся в таких капсулах.
Отметим, что в рамках данного описания и прилагаемой формулы изобретения термин «напиток» следует рассматривать как охватывающий также жидкие пищевые продукты.
Областью настоящего изобретения является область капсул, которые содержат ингредиенты напитков или ингредиенты других пищевых продуктов (например, супа). Посредством взаимодействия этих ингредиентов с жидкостью можно приготавливать напиток или другие пищевые продукты, например, такие как супы. Это взаимодействие может быть, например, процессом экстрагирования, варки, разбавления, смешивания и т.д. с целью приготовления кофейного напитка за счет введения горячей воды под давлением в капсулу и выливания кофейного напитка из капсулы.
Уровень техники
Системы и способы получения жидких пищевых продуктов из капсул известны, например, из документа ЕР-А-512470 (дубликата документа US 5402707), положения которого будут пояснены ниже.
Капсула 101, показанная на фиг.1, имеет чашку 102 в форме усеченного конуса, которая может быть наполнена, например, обжаренным молотым кофе 103 и которая закрыта фольгообразной разрывной лицевой крышкой 104, приваренной к фланцеобразному ободу или напрессованной на него, причем этот обод проходит в поперечном направлении от боковой стенки чашки 102. Держатель 111 капсулы содержит проточную решетку 112 с рельефными поверхностными составляющими элементами 113.
Держатель 111 капсулы заключен в его опоре 115, которая имеет поперечную стенку 124 и канал 127 для прохождения экстрагируемого кофейного напитка.
Как можно заметить из фиг.1, система экстрагирования дополнительно содержит водяную форсунку 107, имеющую водозаборный канал 120 и кольцевой элемент 108 с внутренней выемкой, форма которой, по существу, соответствует внешней форме капсулы. На свое внешней части кольцевой элемент 108 содержит пружину 122, удерживающую кольцо 123 для освобождения капсулы по завершении экстрагирования.
Во время работы капсулу 101 помещают в держатель 111 капсулы. Водяная форсунка перфорирует верхнюю поверхность чашки 102. Нижняя разрывная поверхность 104 капсулы находится на радиально расположенных элементах 113 держателя 111 капсулы.
Вода нагнетается по каналу 120 водяной форсунки 107 и бьет по слою 103 кофе. Давление в капсуле 101 увеличивается, и разрывная поверхность 104 все в большей мере следует форме радиальных открывающих рельефных элементов 113. Такие радиальные открывающие рельефные элементы могут быть заменены радиальными рельефами или рельефом других форм. Когда материал, из которого состоит разрывная поверхность, достигает своего напряжения разрушения, разрывная поверхность разрывается вдоль рельефных элементов. Экстрагируемый кофе течет через отверстия проточной 112 решетки и накапливается в сосуде (не показан) под каналом 127.
Принципы экстрагирования - в той мере, в какой возможно их соблюдение в связи с настоящим изобретением, - можно вкратце изложить следующим образом:
- изначально запечатанную капсулу вставляют во вмещающее капсулу пространство машины;
- закрывают вмещающее капсулу пространство смещаемыми вмещающими элементами с переходом от открытого состояния к закрытому состоянию капсулы;
- в первой стенке капсулы создают, по меньшей мере, одно отверстие и нагнетают жидкость под давлением в капсулу;
- давление внутри капсулы способствует вскрытию выпускной поверхности капсулы;
- вода, попадающая в капсулу через упомянутое отверстие в первой стенке взаимодействует с ингредиентами, содержащимися в капсуле, проходя по внутреннему пространству капсулы, а затем получает возможность покинуть капсулу через вскрытую выпускную поверхность.
Ингредиенты в капсуле предпочтительно составляют «узкое место» на пути протекания воды и поэтому вызывают перепад давления между находящейся выше по течению и находящейся ниже по течению сторонами потока жидкости через капсулу, и этот перепад давления может даже увеличиваться во время взаимодействия между жидкостью и ингредиентами, например, из-за разбухания ингредиентов. Соответственно приходится гарантировать, что вода потечет только через внутреннее пространство капсулы (по стрелке А1) и что вода не сможет вытечь из водяной форсунки в промежуток между кольцевым вмещающим элементом 108 и пространством снаружи капсулы 101, а затем в сливной канал 127 устройства. Стрелка А2 иллюстрирует этот нежелательный путь протекания воды.
Иными словами, любой поток воды снаружи в капсулу 101 должен встречать существенное препятствие течению, создаваемое уплотнительным контактом в промежутке между кольцевым элементом 108 и капсулой 101 и на пути протекания между водяной форсункой и отверстием для выпуска напитка.
В случае если уплотнительный контакт не работает вообще и вода вытекает наружу из капсулы, не встречая достаточного сопротивления течению, давление, необходимое для того, чтобы вызвать разрыв выпускной поверхности, не будет создаваться внутри капсулы или, в альтернативном варианте, низкое давление будет приводить к неполному разрыву выпускной поверхности, а вследствие этого - к неудовлетворительному экстрагированию вещества. При таком развитии событий вода будет выливаться из устройства для приготовления напитка без взаимодействия или при неполном взаимодействии с ингредиентами в условиях достаточного давления.
Можно было бы предусмотреть усовершенствование, в соответствии с которым уплотнительному контакту способствует облицовка внутренней стенки кольцевого элемента каучукоподобно-эластичным материалом. В соответствии с упомянутым подходом уплотнительный контакт гарантируется структурами, скрепляемыми или соединяемыми с устройством для приготовления напитков. Это имеет тот недостаток, что после использования значительного количества капсул может иметь место износ прикрепленных уплотнительных средств, так что качество приготавливаемого напитка значительно ухудшается за счет прохождения воды, более не сопровождаемого эффективным уплотнением.
Раскрытие изобретения
Поэтому настоящее изобретение имеет целью усовершенствование уплотнительного контакта между отверстием для впуска жидкости и стороной слива напитка такой системы для приготовления напитков.
В одном аспекте в настоящем изобретении предлагается нанести уплотнительный материал на внешнюю поверхность капсулы. Преимущество заключается в том, что любой уплотнительный материал, таким образом, используется лишь однажды (т.е. только с соответствующей капсулой), так что можно гарантировать надлежащее функционирование уплотнения, а возникновение гигиенических проблем, которые могут появляться в связи с уплотнительным элементом, становится невозможным. Поскольку уплотнительный материал используется лишь однажды, с несовершенными характеристиками (неэластичностью и т.д.) уплотнительного материала можно смириться.
Задача решается посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения дополнительно развивают основной замысел настоящего изобретения.
Первый аспект изобретения относится к способу приготовления напитка с помощью капсулы, содержащей ингредиенты. Способ включает в себя следующие этапы, на которых:
- заключают запечатанную капсулу во вмещающее капсулу пространство устройства для приготовления напитков за счет относительного смещения, по меньшей мере, двух вмещающих элементов, которые ограничивают вмещающее капсулу пространство;
- после вставления капсулы во вмещающее капсулу пространство вскрывают впускную поверхность капсулы и нагнетают текучую среду под давлением в капсулу, чтобы вскрыть выпускную поверхность капсулы; вскрытию выпускной поверхности капсулы может способствовать давление текучей среды внутри капсулы; капсула снабжена на своей внешней поверхности уплотнительным материалом, который подвергается воздействию давления текучей среды во вмещающем капсулу пространстве;
- после заключения капсулы обеспечивают воздействие давления текучей среды, преобладающего во вмещающем капсулу пространстве, по меньшей мере, частично на уплотнительный материал таким образом, что уплотнительный материал в свою очередь оказывается прижатым к одному из вмещающих элементов, тем самым создавая сопротивление течению; упомянутое сопротивление течению должно быть достаточным, чтобы вызвать внутри капсулы рост давления, достаточный для вскрытия - с помощью давления - выпускной поверхности капсулы.
Давление текучей среды может воздействовать на уплотнительный материал таким образом, что уплотнительный материал оказывается прижатым и к вмещающему элементу, и к внешней поверхности капсулы.
Давление текучей среды может оказывать нажим на уплотнительный материал в направлении к области на внешней поверхности капсулы, в которой зазор между одним из вмещающих элементов и внешней поверхностью капсулы, измеренный без уплотнительного материала, является нулевым или меньшим, чем зазор в исходном месте уплотнительного материала, не находящегося под нажимом.
Выпускную поверхность капсулы можно вскрывать при давлении более 0,4 МПа (4 бар), предпочтительно более 0,6 МПа (6 бар), наиболее предпочтительно более 0,8 МПа (8 бар).
Оба вмещающих элемента могут, по меньшей мере, частично сдавливать участок уплотнительного материала и фланцеобразный обод капсулы.
Смещение вмещающих элементов может происходить, по существу, по поступательной траектории в его заключительной фазе сближения.
По меньшей мере, участок уплотнительного материала может быть частично сжат вмещающими элементами при закрывании вмещающего капсулу пространства.
Уплотнительный материал может быть сжат давлением текучей среды.
В одном возможном варианте уплотнительный материал может быть неэластичным.
Неэластичный уплотнительный материал может быть выбран из группы, содержащей пластмассу, металл, волокна, бумагу, порошок, хлопок, вязкую пасту, вспененный или спеченный материал и их комбинации.
Уплотнительный материал может быть пластически деформируемым.
В другой форме уплотнительный материал может быть упругодеформируемым, по меньшей мере, частично.
Часть упругого уплотнительного материала может быть выбрана из группы, состоящей из пластмассы или эластомера и их комбинаций.
Уплотнительный материал может состоять и из неэластичного материала, и из упругого материала, например, уложенных в виде слоев, наполнителя и матрицы или смеси либо других форм. Например, эластичный материал может представлять собой упругую матрицу, а неэластичный материал может быть наполнителем уплотнительного материала.
Уплотнительный материал может быть соединен с внешней поверхностью капсулы посредством склеивания, сварки, установки по прессовой посадке и/или опрессовывания.
В другом варианте уплотнительный материал является неотъемлемой частью внешней поверхности капсулы.
Уплотнительный материал может иметь толщину от 0,3 до 2,5 мм, предпочтительно от 0,5 до 2 мм.
Контактная поверхность вмещающего элемента может быть снабжена бороздками, которые, по меньшей мере, по существу закрыты уплотнительным материалом, находящимся под нажимом.
Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к системе для приготовления напитков. Эта система содержит:
- вмещающее капсулу пространство, которое может избирательно вмещать капсулу за счет относительного смещения, по меньшей мере, двух вмещающих элементов;
- капсулу, содержащую ингредиенты напитка, включающую в себя выпускную поверхность;
- нагнетающий текучую среду элемент для нагнетания текучей среды под давлением в капсулу, причем давление нагнетания текучей среды способствует вскрытию выпускной поверхности.
Капсула снабжена уплотнительным материалом на своей внешней поверхности. Этот уплотнительный материал геометрически расположен с возможностью воздействия на него давления текучей среды во вмещающем капсулу пространстве. Вмещающее капсулу пространство и капсула геометрически расположены таким образом, что, по меньшей мере, один из упомянутых вмещающих элементов контактирует с уплотнительным элементом капсулы под воздействием давления текучей среды, присутствующего между этим элементом и внешней поверхностью капсулы и воздействующего на уплотнительный элемент. Уплотнительный материал прижат к взаимодействующему с ним вмещающему элементу, создавая сопротивление течению, которое эффективно для гарантии того, что давление внутри капсулы окажется достаточным, чтобы способствовать вскрытию выпускной поверхности.
Перечень чертежей
Другие преимущества, признаки и задачи настоящего изобретения станут очевидными для специалиста в данной области техники по прочтении нижеследующего подробного описания вариантов осуществления настоящего изобретения с учетом прилагаемых чертежей.
На фиг.1 показана капсула для экстрагирования, известная из документа ЕР-А-512470;
на фиг.2 показана система, в которой капсула помещена на держателе капсулы, но еще не достигла своего положения закрывания в устройстве для приготовления напитков;
на фиг.3 показана в увеличенном масштабе деталь вида согласно фиг.2;
на фиг.4 показана система согласно фиг.2 в состоянии, в котором капсула достигла своего положения закрывания между колокольным элементом и держателем капсулы;
на фиг.5 показано перспективное изображение держателя капсулы, колокольного элемента и капсулы в соответствии с первым вариантом осуществления в положении, в котором капсула еще не достигла своего положения закрывания;
на фиг.6 показан второй вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг.7 показана в увеличенном масштабе деталь вида согласно фиг.6;
на фиг.8 показано перспективное изображение второго варианта осуществления настоящего изобретения;
на фиг.9 показан второй вариант осуществления в состоянии, в котором капсула достигла своего положения закрывания;
на фиг.10 показан третий вариант осуществления, в котором уплотнительный элемент капсулы является частью боковой стенки капсулы;
на фиг.11 показана детализация фиг.10;
на фиг.12 показан уплотнительный контакт в соответствии с третьим вариантом осуществления;
на фиг.13 показан четвертый вариант осуществления, в котором уплотнительный элемент капсулы является частью верхнего стеночного элемента капсулы;
на фиг.14 показан четвертый вариант осуществления в заключительном состоянии;
на фиг.15 показан вариант осуществления, в котором уплотнительный материал испытывает нажим ввиду давления текучей среды;
на фиг.16 показан дополнительный вариант осуществления, в котором уплотнительный материал испытывает нажим ввиду давления текучей среды.
Осуществление изобретения
Теперь со ссылками на фиг.2 будет приведено подробное пояснение первого варианта осуществления.
Отметим, что в нижеследующем тексте изобретение будет пояснено со ссылками на определенную конструкцию капсулы, т.е. конструкцию, в соответствии с которой капсула содержит чашеобразный основной корпус и закрывающий фольговой элемент. Вместе с тем, следует понять, что возможны и другие конструкции капсулы, например, такие как капсулы, имеющие двояковыпуклую форму с двумя, по существу, одинаковыми и противоположными стенками (например, фольгами), запечатанными, например, на кольцеобразном краю. Вообще говоря, капсула в соответствии с настоящим изобретением содержит, по меньшей мере, два противоположных стеночных элемента (две поверхности), которые соединены друг с другом на своих соответствующих краях, образуя запечатанную фланцеобразную область обода и тем самым охватывая герметизированное внутреннее пространство.
В рассматриваемом варианте осуществления показан держатель 13 капсулы, имеющий рельефные элементы 12, которые предназначены для разрывания и перфорирования фольгового элемента 5, закрывающего чашеобразный основной корпус 4 капсулы 1. Это разрывание фольгового элемента 5 может происходить, например, как только давление внутри капсулы превышает некоторое пороговое значение. Отметим, что рельефные элементы могут иметь любую выступающую форму, способную вызывать (частичный) разрыв фольгового элемента. Лишь в качестве примера приведем пирамиды, иглы, гофры, цилиндры, удлиненные ребра.
Внутри капсулы 1 содержатся ингредиенты 3, причем эти ингредиенты 3 выбраны таким образом, что напиток можно приготавливать, когда жидкость попадает в капсулу в области верхней стенки 17 капсулы 1, а потом взаимодействует с такими ингредиентами 3. Предпочтительными ингредиентами являются, например, молотый кофе, чай или любые другие ингредиенты, из которых можно приготовить напиток или другой жидкий или вязкий пищевой продукт (например, суп).
На фиг.2 показано состояние, в котором такая капсула помещена на держателе 13 капсулы, при этом фольговый элемент 5 лежит на стороне рельефного элемента 12 держателя 13 капсулы, а чашеобразный основной корпус 4 капсулы 1 уже частично окружен окружной стенкой 25 вмещающего элемента 9 устройства для приготовления напитков. Показанный вмещающий элемент имеет форму колокола. Возможны и другие формы, причем конструкция внутренних контуров (выемки) вмещающего элемента в общем случае выполнена, по существу, совпадающей с контурами капсулы 1.
Таким образом, держатель 13 капсулы (также представляющий собой вмещающий элемент) и вмещающий элемент 9 могут избирательно охватывать вмещающее капсулу пространство, когда их переводят из открытого положения в положение закрывания капсулы.
Отметим, что показанный фольговый элемент 5 не обязательно должен быть точно плоским из-за определенного избыточного давления внутри капсулы, которое создается за счет введения, например, защитного газа при изготовлении наполненной капсулы.
Кроме того, вмещающий (колокольный) элемент 9 содержит кольцевую несущую юбку 18, функция которой будет пояснена позже, наружную резьбу 19 для установки колокольного элемента в устройстве для приготовления напитков и отверстие 20 для впуска воды, предназначенное для подачи жидкости, например, такой как горячая вода, под давлением в водяную форсунку 14, которая установлена с возможностью снятия на колокольный элемент 9 (привинчена к нему).
Отметим, что резьба 19 является лишь примером средств соединения, и возможны средства разъемного или неразъемного соединения.
Другие варианты осуществления устройства для приготовления напитка, например, такие как механизм для смещения колокольного элемента и - возможно - также держателя капсулы известны из предшествующего уровня техники в области машин для приготовления кофе эспрессо на основе капсул.
Водяная форсунка 14 также может содержать перфорирующий элемент (нож, штырь и т.д.) 24, предназначенный для получения отверстия в верхней стенке 17 капсулы 1, когда держатель 11 капсулы и колокольный элемент 9 сближаются друг с другом, например, это может быть ручной или автоматический механизм. Канал (не показанный на чертежах) пересекает перфорирующий элемент 24 таким образом, что воду можно подавать внутрь капсулы 1, как только перфорирующий элемент 14 проникает внутрь капсулы 1.
Капсула 1 содержит упомянутую верхнюю стенку 17, боковую стенку 7 и фланцеобразный обод 6, причем фольговый элемент 5 припечатан к упомянутому фланцеобразному ободу 6 для герметического закрывания чашеобразного основного корпуса 4 капсулы 1. И опять возможны другие конструкции капсулы в той мере, в какой капсулу можно будет запечатать, а она при этом сможет содержать вышеупомянутые ингредиенты.
В соответствии с настоящим изобретением внешняя поверхность капсулы 1 представляет собой специализированный уплотнительный элемент (уплотнительный материал) 8. Уплотнительный элемент 8 может быть упругим благодаря используемому материалу и/или благодаря геометрической форме уплотнительного элемента 8.
Кроме того, уплотнительный элемент 8 может быть выполнен как единое целое с капсулой 1 или как отдельная деталь. В последнем случае уплотнительный элемент может быть установлен с возможностью снятия на основной корпус 4 или прикреплен к нему, например, с помощью сварки или посредством клея.
В случае если уплотнительный элемент 8 является отдельной деталью, соединяемой с капсулой 1, его можно устанавливать на капсулу, делая единым целым с ней. В альтернативном варианте, его можно наносить в текучей или вязкой форме, а затем отверждать (например, полимеризовать) сразу же после нанесения на внешнюю поверхность капсулы, как бывает, например, в случае нанесения силикона.
Если для уплотнительного элемента 8 используется упругий материал, то в предпочтительном варианте используют каучукоподобно-эластичный материал. Термин «кучукоподобно-эластичный» означает любой подходящий материал, обладающий каучукоподобной эластичностью, когда он не сжат, включая - но не в ограничительном смысле - эластомеры, силиконы, пластмассы, латекс, балата или другие.
В случае если материал уплотнительного элемента является таким же, как материал, используемый для капсулы (например, металлом, таким как алюминий, или пластмассой), то в предпочтительном варианте упругий характер уплотнительного элемента обеспечивается геометрической формой уплотнительного элемента.
В варианте осуществления, соответствующем фиг.2, уплотнительный элемент 8 является упругоотклоняемым благодаря губообразной форме. Он выполнен из того же материала, что и капсула, предпочтительно из пластмассы. Его можно выполнить как неотъемлемую деталь основного корпуса 4 капсулы 1.
Гибкая свободная губа 8 проходит от внешнего края фланцеобразного обода 6 и наклонена наружу. В иллюстрируемом варианте осуществления гибкая губа является краем боковых стенок основного корпуса капсулы, который загнут под углом более чем примерно 90 градусов, предпочтительно находящимся в диапазоне между 95 и 175 градусами.
Отметим, что такой отклоняемый уплотнительный элемент 8 можно поместить в любом положении на капсулу 1 в той мере, в какой это положение пригодно для наружного уплотнительного контакта уплотнительного элемента 8 и вмещающего элемента 9 между водяной форсункой 14 и перфорационными отверстиями в фольговом элементе 5. Уплотнительный элемент 8 также можно предусмотреть на области верхней стенки 17 капсулы 1, окружающей водяную форсунку 14, когда водяная форсунка 14 находится в положении, выдвинутом внутрь капсулы 1. Уплотнительный элемент 8 также может быть выполнен с возможностью покрывать участки (дна, боковой стенки, фланцеобразного обода) капсулы.
Как можно подробно рассмотреть на фиг.3, колокольный элемент 9 в соответствии с этим вариантом осуществления не содержит никакого специализированного упругого уплотнительного элемента. Вместе с тем, колокольный элемент - по выбору - может также содержать дополнительные уплотнительные средства.
Наклоненная с раструбом уплотнительная поверхность 15 колокольного элемента 9 предназначена для взаимодействия с упругоотклоняемым уплотнительным элементом 8 капсулы 1. Наклон уплотнительной поверхности противоположен наклону свободной гибкой губы, составляющей уплотнительный элемент.
В зависимости от формы и материала уплотнительного элемента 8 капсулы 1 взаимодействующая поверхность колокольного элемента 9 может иметь любую форму, положение и ориентацию, которые приспособлены для уплотнительного контакта с уплотнительным элементом 8 капсулы 1.
На фиг.4 показано состояние, в котором колокольный элемент 9 и держатель 13 капсулы введены в замыкаемый под давлением контакт, а благодаря воде, попадающей внутрь капсулы и поднимающей давление в ней, пирамидальные рельефные элементы 12 держателя 13 капсулы уже проделали отверстия в фольговом элементе 5 капсулы 1. После вставления капсулы ножевой элемент 24 водяной форсунки 14 создает перфорационное отверстие 16 в верхней стенке 17 капсулы 1. Когда давление текучей среды внутри капсулы вырастет настолько, что окажется достаточным, напиток, приготавливаемый из ингредиентов, содержащихся в капсуле, можно будет слить в малых промежутках между рельефными элементами 12 и окружающим фольговым элементом 5.
В состоянии, показанном на фиг.4, упругодеформируемый уплотнительный элемент 8 капсулы 1, т.е. гибкая губа, отклоняется к соответствующей наклонной уплотнительной поверхности 15 вмещающего элемента 9. Кольцевая несущая юбка 18 теперь покрывает конец фланцеобразного обода 6 капсулы 1, гарантируя, что уплотнительный элемент 8 и капсула как таковая остаются на месте, когда уплотнительная поверхность 15 колокольного элемента прикладывает определенную силу нажима к уплотнительному элементу 8.
Фактически, губообразный уплотнительный элемент 8 представляет собой пример конструкции для обеспечения уплотнительного контакта с самоупрочнением. Вода, поступающая из водяной форсунки, будет нагнетаться под давлением в промежутке между внутренним пространством капсулы и вмещающим элементом и будет, в конце концов, прибывать к губообразному уплотнительному элементу. Этот губообразный уплотнительный элемент будет блокировать течение воды, когда отклонится к уплотнительной поверхности кольцевого элемента. Этот блокирующий эффект приведет к росту давления на находящейся выше по течению стороне уплотнительного элемента, что в свою очередь приведет к даже большему прижиму уплотнительного элемента к уплотнительной поверхности, а значит, и к уплотнительному контакту, который будет тем теснее, чем больше будет нажим в уплотнительном контакте.
В варианте осуществления согласно фиг.5 в окружной поверхности держателя 13 капсулы предусмотрены канавки 22, причем эти канавки 22 действуют, способствуя удалению воды, которая может оседать или накапливаться на верхней поверхности держателя 13 капсулы или сочиться из капсулы перед извлечением капсулы.
На фиг.6 показан вариант осуществления, по сути совпадающий с разновидностью первого варианта осуществления согласно фиг.2. Уплотнительный элемент 8 в соответствии с этим вариантом осуществления является сжимаемым. Он покрывает и участок боковой стенки 7 и область между внешним концом фланцеобразного обода 6 капсулы 1 и упомянутой боковой стенкой 7. (Уплотнительный элемент также может покрывать лишь участок боковой стенки 7 основного корпуса 4 капсулы 1.) Уплотнительный элемент 8 в соответствии с этим вариантом осуществления имеет несимметричное, т.е. L-образное поперечное сечение.
В альтернативном варианте уплотнительный элемент 8 может иметь другие формы, например, такие как пленка, нанесенная на капсулу, кольцевое уплотнение круглого поперечного сечения и т.д.
Когда капсула 1 находится в положении, показанном на фиг.4, а затем - по окончании процесса приготовления напитка - держатель 13 капсулы открывают, существует риск, что капсула 1, вместо того чтобы выпасть, останется всосавшейся в колокольный элемент 9 из-за «вакуумного эффекта». Как показано на фиг.8, в изобретении предлагается предусмотреть мембрану, которая гарантирует, что типовой уплотнительный контакт между капсулой 1 и колокольным элементом 9 присутствует лишь в течение того времени, когда колокольный элемент 9 контактирует с держателем 13 капсулы, но этот контакт автоматически прекращается, вследствие чего воздух может попадать в пространство между верхней стенкой 17 и боковыми стенками 7 капсулы 1 и внутренней стенкой колокольного элемента 9 соответственно.
Как можно увидеть из фиг.8, особенно в случае, если уплотнительный элемент 8 покрывает участок боковых стенок 7 капсулы 1, кольцевая передняя поверхность колокольного элемента 9 может быть неровной, например, за счет того, что в ней предусмотрены канавки 21 или другие бороздки, которые действуют как воздухозаборный канал для подачи воздуха. Эти канавки обеспечивают впуск воздуха сразу же после прекращения воздействия отклоняющей силы между колокольным элементом 9 и держателем 13 капсулы. Таким образом, в это пространство течет воздух, и это упрощает пользователю извлечение капсулы 1. В конце концов, капсула 1 даже автоматически выпадет из колокольного элемента 9.
На фиг.9 показано состояние второго варианта осуществления, в котором передняя поверхность 23 колокольного элемента 9 находится в уплотнительном контакте с уплотнительным элементом 8 капсулы 1.
Фиг.10-12 иллюстрируют третий вариант осуществления настоящего изобретения, в котором упругий характер уплотнительного элемента обеспечивается геометрической формой самой капсулы. В иллюстрируемом варианте осуществления уплотнительный элемент имеет форму ступеньки 26, т.е. имеет место резкое увеличение диаметра боковой стенки 7 капсулы 1. Отметим, что геометрическая форма не ограничивается показанной ступенькой и возможны другие формы - в той мере, в какой они обеспечивают гибкий или, по меньшей мере, деформируемый характер уплотнительного элемента.
Ступенчатый уплотнительный элемент 26 в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения представляет собой лишь один пример полого уплотнительного элемента (в отличие от «наполненного» уплотнительного элемента 8 в соответствии со вторым вариантом осуществления, см. фиг.6-9). Когда упругость уплотнительного элемента обеспечивается геометрической формой, обычно возникает отклонение уплотнительного элемента (в данном случае - деформация ступеньки внутрь и вниз). С другой стороны, когда упругий характер обусловлен используемым материалом и используется «наполненный» уплотнительный элемент, обычно происходит сжатие и/или смещение материала.
Уплотнительная поверхность 15 в соответствии с этим вариантом осуществления является наклонной. Таким образом, уплотнительное давление имеет одну составляющую, направленную радиально внутрь, и другую составляющую, направленную вдоль оси (на фиг.12 - вниз).
Как можно заметить, в частности, из фиг.12, фольговый элемент 5 может быть обернут (см. позицию 27) вокруг обода капсулы.
На фиг.13 и 14 показан четвертый вариант осуществления, в котором уплотнительный элемент представляет собой кольцевое уплотнение 11 круглого поперечного сечения. Это кольцевое уплотнение круглого поперечного сечения геометрически расположено и - предпочтительно - закреплено на верхней стенке 17 капсулы 1. Это как раз является примером обеспечения уплотнительного элемента снаружи капсулы 1 на той стороне, которая обращена к водяной форсунке и которая будет перфорирована для создания отверстий для впуска воды, ведущих в капсулу 1.
Кольцевое уплотнение 11 круглого поперечного сечения располагается, окружая по периферии область, в которой водяная форсунка 14 перфорирует верхнюю стенку 17 капсулы 1. Таким образом, уплотнительный элемент 11 сжимается дном 28 вмещающего элемента 9 и (см. фиг.14) закрепляется на месте посредством верхнего конца окружной боковой стенки 25 вмещающего элемента 9.
Отметим, что дно 28 может быть, по существу, плоским или наклонным для гарантии достаточно водонепроницаемой поверхности раздела с уплотнительным элементом 11, когда капсула полностью заключена во вмещающем элементе 9 при закрывании устройства.
В качестве альтернативы кольцевому уплотнению 11 круглого поперечного сечения можно также установить отклоняемый губообразный уплотнительный элемент (т.е. сравнимый с губой 8 в соответствии с первым вариантом осуществления, см. фиг.2), выступающий из верхней стенки 17 капсулы 1, т.е. из стенки, обращенной к водяной форсунке 14.
В любом случае, дно 28 будет прикладывать осевую сжимающую силу к уплотнительному элементу 11.
Например, в случае когда кольцевое уплотнение 11 круглого поперечного сечения размещено на боковой стенке 7 капсулы 1, будет превалировать радиальная составляющая сжимающей силы.
Теперь со ссылками на фиг.15 и 16 будет пояснено, как давление воды во вмещающем капсулу пространстве (ограниченном первым вмещающим элементом 9 и вторым вмещающим элементом 13) можно с выгодой использовать для того, чтобы в достаточной мере увеличить сопротивление течению между тремя участвующими элементами, т.е. двумя вмещающими элементами 9, 13 и участком обода капсулы 1. Слово «достаточной» означает, что 100%-ная непроницаемость необязательна в той мере, в какой давление внутри капсулы оказывается достаточным для того, чтобы способствовать вскрытию выпускной поверхности капсулы.
На фиг.15 показано, что на внешней поверхности капсулы 1 присутствует уплотнительный материал 8, не имеющий определенной исходной формы, тогда как в примере на фиг.16 показано, что присутствует уплотнительный материал, имеющий определенную форму, например присутствует в форме кольцевого уплотнения круглого поперечного сечения.
Фиг.15, a и 16, a соответственно иллюстрируют состояние перед тем, как давление воды воздействует на уплотнительный материал 8.
Фиг.15, b и 16, b соответственно иллюстрируют состояние, когда давление воды воздействует на уплотнительный материал 8.
И опять, предполагается, что, по меньшей мере, в заключительной фазе сближения первый и второй вмещающие капсулу элементы 9, 13 сближаются друг с другом по более или менее поступательной траектории.
В конце фазы сближения, т.е. в зарытом положении первого и второго вмещающих капсулу элементов 9, 13, участок внешнего обода 6 капсулы 1 будет заключен между первым и вторым вмещающими элементами 9, 13. Это «заключенное» положение участка обода капсулы предотвращает отслаивание фольгового элемента 5 от основного корпуса 4 капсулы 1.
В закрытом положении уплотнительный материал 8 может быть, по меньшей мере, частично зажат между одним из вмещающих элементов 9, 13 и участком 6 обода и/или боковыми стенками 7 капсулы 1.
В любом случае, нет необходимости непроницаемого для текучей среды или герметичного контакта между двумя вмещающими элементами 9, 13 и участком 6 обода и уплотнительным материалом 8 капсулы 1. Этот неполный уплотнительный контакт может иметь несколько причин. С одной стороны, по меньшей мере, один из вмещающих элементов 9, 13 может быть снабжен бороздками 21 (см. также фиг.8 и соответствующее описание), которые преднамеренно предусмотрены в передней части вмещающего элемента 9.
С другой стороны, настоящее изобретение, в частности, предусматривает использование машин для приготовления напитков, в которых возможен перенос обоих вмещающих элементов между открытым положением и закрытым положением, в котором закрывающая сила является заданной. Закрывающую силу вмещающего элемента в типичном случае задают на заводе, и пользователь обычно не регулирует ее. Это вступает в противоречие, например, с байонетными закрывающими элементами, при наличии которых заключительное положение обоих контактирующих элементов не определено заранее и зависит, по существу, от прикладываемой пользователем силы или крутящего момента.
Следовательно, в данном примере поступательной траектории закрывания, ведущей к определенному закрытому положению, между двумя вмещающими элементами 9, 13 возможны зазоры из-за допусков на изготовление и/или износа частей машины для приготовления напитков.
В любом случае, при отсутствии уплотнительного материала 8 вода (см. стрелки на фиг.15, b и 16, b), проникающая под давлением в пространство между стенкой капсулы и одним из вмещающих элементов - 9, будет вытекать из вмещающего капсулу пространства, по существу, не встречая сколько-нибудь значительного сопротивления течению. В этих условиях наиболее вероятно, что давление внутри капсулы, достаточное для того, чтобы способствовать перфорированию фольгового элемента 5, не будет достигнуто никогда или, по большей мере, приведет к частичному, неполному вскрытию фольгового элемента, а также к возникновению вопроса качества выпускаемого напитка (например, к приготовлению кофе с неудовлетворительным выходом кофе или без сливок).
Теперь при наличии уплотнительного материала 8, помещенного на внешней поверхности капсулы 1, в начале нагнетания воды под давлением часть воды все же могла бы вытекать из вмещающего капсулу пространства. Вместе с тем, поскольку уплотнительный материал 8, по меньшей мере, частично подвергается воздействию давления воды внутри вмещающего капсулу пространства, давление воды будет динамически воздействовать на уплотнительный материал 8, так что этот уплотнительный материал 8 перейдет в сжатое состояние. В сжатом состоянии уплотнительный материал 8 передаст давление, возникающее из-за нагнетания воды, и на один из вмещающих элементов 9, 13, и на участок капсулы 1, с которым соединен уплотнительный материал 8. Следовательно, уплотнительный материал 8 проявит динамичную и нарастающую тенденцию к блокировке любого открытого пути протекания воды. Уплотнительный материал 8 будет либо полностью блокировать путь воды, либо, по меньшей мере, создаст сопротивление течению, достаточное, чтобы вызвать рост давления внутри капсулы до величины, достаточной, чтобы способствовать перфорированию фольгового элемента 5.
Предпочтительный вариант осуществления обеспечивает клинообразное пространство (фиг.15) или ступенчатый участок (фиг.16), где, по меньшей мере, частично присутствует уплотнительный материал 8, так что давление воды проявит тенденцию к прижиму уплотнительного материала 7 к области, в которой зазор между двумя вмещающими элементами 9, 13 меньше (или фактически нулевой) по сравнению с местоположением уплотнительного материала 7, когда на него не оказывается нажим.
Когда уплотнительный материал 8 используется в конфигурации, показанной на фиг.15 и 16, он может представлять собой любой (пригодный для пищевой промышленности) материал, например, такой как пластмасса, металл, волокна, бумажные/растительные волокна, ткань, пена или даже вязкая паста либо их комбинации.
Уплотнительный материал 8 может быть соединен с внешней поверхностью капсулы посредством склеивания, сварки и/или механически (посредством установки по прессовой посадке, опрессовывания и т.д.).
В соответствии с примерами, показанными на фиг.15 и 16, уплотнительный материал предпочтительно динамически сжат посредством давления текучей среды. Это создает клиновой эффект, который в свою очередь создает достаточные потери давления в области уплотнения, что гарантирует достаточное увеличение давления во вмещающем пространстве («давления варки») и получение разрыва/пробивки нижней фольги (мембраны).
Перепад давления, создаваемый уплотнительным материалом, должен быть достаточным, чтобы гарантировать достижение давлением во вмещающем пространстве величины 0,4 МПа (4 бар) или более, предпочтительно более 0,8 МПа (8 бар), наиболее предпочтительно 1-1,3 МПа (10-13 бар), и при этом давлении фольговый элемент будет пробит/смят, вследствие чего окажется возможным высвобождение экстракта кофе.
И опять, 100%-ная непроницаемость не является абсолютно обязательной в строгом смысле этих слов при условии, что давление во вмещающем пространстве капсулы сможет расти, попадая в необходимый диапазон давлений варки.
Поверхность вмещающего элемента предпочтительно должна образовывать вместе с поверхностью капсулы (участком обода) клинообразное пространство, так что уплотнительный элемент может быть представлен в малодинамичной форме, заполняя любое место и/или зазоры.
Уплотнительный элемент можно сдавливать во время закрывания, чтобы заставить его компенсировать любые люфты и/или зазоры. Вместе с тем, основной уплотнительный эффект (потери давления) получается динамически с помощью давления текучей среды, которое вызывает приложение силы к уплотнительному элементу и деформирует его у поверхностей участка обода капсулы и связанного с ними вмещающего элемента.
Уплотнительный элемент не обязательно должен быть упругим, а может быть также неэластичным, поскольку он используется только один раз. В связи с предпочтительными размерами уплотнительного материала отметим, что его толщина находится в диапазоне между 0,3 и 2,5 мм, предпочтительно между 0,5 и 2 мм, наиболее предпочтительно между 0,75 и 1,25 мм.
Люфт или зазоры могут быть явно предусмотренными зазорами или отверстиями (см. фиг.8), обеспечиваемыми на сжимающем краю вмещающих элементов и/или на некотором месте благодаря изменениям допусков, которые подлежат компенсации (допусков на изготовление, износа механических закрывающих частей, подшипников, осей и т.д.).
Предполагается, что толщина уплотнительного материала, по меньшей мере, вдвое превышает размеры предусматриваемого в явном виде или ожидаемого зазора или люфта между двумя вмещающими элементами. Например, если уплотнительный материал имеет толщину 0,5-2 мм, то максимальный допустимый зазор (в направлении толщины уплотнительного материала) может находиться в диапазоне от примерно 0,25 до 1 мм.