Устройство загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков

Полезная модель относится к устройству для подачи одноразовых капсул, содержащих порошковый безводный материал или материал в виде раствора для получения напитков, например, кофе, чая, супа и пр. В частности, речь идет о устройстве для подачи одноразовых капсул капсульных машин.
Известные устройства подачи капсул в автоматически работающих капсульных машинах обычно содержат магазин, выполненный с возможностью содержать множество капсул одного типа, расположенных в магазине произвольно или в заранее определенном порядке, ориентирующее средство, выполненное с возможностью принимать капсулы из магазина и располагать их в заранее определенной ориентации, и подающее устройство, выполненное с возможностью принимать капсулы от ориентирующего средства и перемещать их в направлении входа варочного устройства (камеры), в котором происходит опорожнение содержимого капсулы. В машинах с ручной подачей или загрузкой капсул достаточно открыть вход варочного устройства, сориентировать капсулу по ее геометрии по отношению в форме входного отверстия и опустить капсулу в это отверстие.
Далее капсула укладывается на посадочное гнездо устройства загрузки и ориентации капсулы и запускается механизм подачи иглы прокола для вывода продукта из капсулы и иглы для подачи воды в полость капсулы (расположена выше первой иглы).
Необходимые для приготовления напитков в капсульной машине ингредиенты хранятся в капсуле емкостью около 50 мл. Капсула может иметь форму усеченного конуса, а также форму четырехугольной (квадрат в основании) усеченной пирамиды. Возможны и другие формы. Капсула в виде четырехугольной усеченной пирамиды имеет некоторые преимущества перед капсулой в виде усеченного конуса, а именно имеет большую вместимость при одинаковых габаритных размерах, а также удобна с логистической точки зрения. Кроме этого, капсула в виде усеченной четырехугольной пирамиды позволяет практически полностью извлекать ее содержимое в капсульной машине. Помимо вышесказанного, капсула в виде усеченной четырехугольной пирамиды отличается от большинства имеющихся капсул (усеченный конус), что имеет маркетинговую ценность.
Особенностью устройства загрузки и ориентации капсулы в варочном блоке является то, что капсула ориентировано вставляется в проходное отверстие входа, а затем капсула проваливается в полость варочной камеры. Ориентированное расположение капсулы в проходном отверстие осуществляется за счет того, что сама капсула в виде усеченной четырехугольной пирамиды имеет в верхней расширенной зоне отбортовку, которую используют для закрепления крышки, герметизирующей полость корпуса капсулы посоле ее заполнения продуктом. Эта отбортовка, по сути, является позиционным элементом, а сечение проходного отверстия, через которое капсула попадает в полость варочного блока, повторяет продольное сечение капсулы.
Но посоле прохождения входа капсула должна быть сориентирована таким образом, чтобы какая-то ее часть поверхности корпуса точно расположилась напротив блока, несущего иглы для прокалывания стенок капсулы. Для этого служат механизмы или устройства ориентации капсулы в полости варочного блока, которые переворачивают капсулы в правильном направлении и дают ей упасть на посадочное гнездо в правильном положении.
Так, известно устройство загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков, представляющее собой ограниченную стенками камеру, в верхней части которой выполнено проходное отверстие для капсулы с герметизированным внутри нее пищевым продуктом, имеющей форму четырехугольной усеченной пирамиды, закрытой со стороны большего основания, имеющего отбортовку, крышкой, при этом две противоположно расположенные стенки камеры выполнены из двух плоских участков, расположенных под тупым углом друг к другу для формирования траектории перемещения капсулы вдоль поверхности одной из стенок, а в полости камеры на одной из стенок в зоне тупого угла сформирован упор, в виде отстоящего от стенки выступа, который размещен на пути перемещения капсулы для обеспечения ее поворота в сторону посадочного гнезда при попадании отбортовки капсулы в канавку между этим выступом и стенкой, для расположения капсулы крышкой вверх в посадочном гнезде (RU 2615270, A47J 31/36, опубл. 27.07.2014 г.).
Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Данное известное решение имеет ряд следующих конструктивных сложностей. Данный варочный блок сконструирован так, что проколы капсулы осуществляются в ее горизонтальном положении, то есть когда крышка капсулы лежит плоско горизонтально. А через проходное отверстие капсула проходит в положении, когда ее крышка расположена в вертикальной плоскости и обращена к изогнутой стенке. Верхне расположенные плоские участки стенки, ко всему прочему, еще обращены наклонно навстречу друг другу. Поэтому в камере выполнены направляющие, по которым капсула в положении обращенной крышки к стенке падает вдоль стенки под отрицательным углом и попадает в канавку между стенкой и выступом. По законам механики падающее тело движется вертикально вниз, а в известном механизме оно скользит по стенке с отрицательным наклоном. Точное попадание отбортовки капсулы в канавку представляет собой очень точно выверенный пространственный механизм, который относится к категории высокоточных и сложных. При попадании отбортовки капсулы в канавку упора она разворачивается в связи с тем, что ее центр тяжести смещен относительно линии ее опирания. Точность ее попадания при развороте в посадочное гнездо варочного блока определено и весом и формой капсулы и точными геометрическими размерами и видом материала стенок.. Именно по этой причине, в каждой капсульной машине конкретной фирмы-производителя могут использоваться только капсулы, произведенные этим же производителем. Замена капсулы, даже совпадающей по форме, но от другого производителя, не позволяет получить тот же результат.
Другим серьезным недостатком известного решения является то, что при объеме капсулы от 40 до 50 мл полезного пищевого продукта не удается полное извлечение продукта из капсулы при приготовлении напитка. Дело в том, что капсула в посадочном гнезде расположена крышкой вверх, а игла для извлечения приготовленного продукта перемещается снизу вверх и прокалывает ее дно (игла для подачи воды прокалывает крышку при движении сверху вниз). Игла для извлечения приготовленного продукта имеет скошенный носик и внедряется в полость капсулы на достаточно большое расстояние от стенки дна. Поэтому при извлечении продукта через иглу уходит только та часть приготовленного продукта, которая по уровню расположена выше или на уровне кончика иглы. А та часть приготовленного продукта, которая расположена в капсуле ниже уровня кончика иглы, остается в капсуле. Такая использованная капсула выбрасывается в накопительный бункер, где остатки продукта выливаются на дно (для автоматов), или извлекается ручным образом из варочного блока, при этом так же из капсулы капают остатки продукта (для капсульных машин с ручной загрузкой). Этот недостаток не позволяет обеспечить чистоту приготовления продукта, загрязняет машину.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции устройства загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков для обеспечения возможности использования одинаковой формы капсул разных размеров.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков, представляющем собой ограниченную стенками камеру, в верхней части которой выполнено проходное отверстие для капсулы с герметизированным внутри нее пищевым продуктом, имеющей форму четырехугольной усеченной пирамиды, закрытой со стороны большего основания, имеющего отбортовку, крышкой, при этом две противоположно расположенные стенки камеры выполнены из двух плоских участков каждая, расположенных под тупым углом друг к другу для формирования траектории перемещения капсулы вдоль поверхности одной из стенок, а в полости камеры сформирован упор, который размещен на пути перемещения капсулы для обеспечения ее поворота в сторону посадочного гнезда, в каждой из указанных двух противоположно расположенных стенок в камере ее верхний плоский участок расположен вертикально и параллельно другой противоположно расположенной стенке на этом же участке, расстояние между указанными стенками по линии, проходящей через зоны тупых углов в местах схождения плоских участков этих стенок, выполнено не менее диагонального размера отбортовки для крышки капсулы, в проходном отверстии камеры, смещенном в сторону одной стенки, часть отверстия, используемая для прохождения отбортовки капсулы с крышкой расположена параллельно третьей стенке камеры, соединяющей между собой стенки, состоящие из двух плоских участков, а посадочное гнездо сформировано угловой зоной, образованной соединением между собой нижних плоских участков стенок, для размещения капсулы крышкой, обращенной в сторону указанной третьей стенки и отбортовка и с опиранием двух смежно расположенных участков отбортовки на поверхности нижних плоских участков стенок, при этом указанный для опирания на него
корпуса капсулы упор размещен в полости камеры на одной стенке и выполнен в виде линейно протянутого поперек камеры выступа под проходным отверстием.
При этом этот выступ может быть выполнен в виде ступенчатого уступа между двух плоскими участками стенки, расположенной под проходным отверстием, или в виде ряда канавок, выполненных на нижнем участке стенки.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется примером реализации, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1-2 - изображена капсула в форме четырехугольной усеченной пирамиды без крышки;
На фиг. 3 - изображен первый пример исполнения капсулы в форме четырехугольной усеченной пирамиды;
фиг. 4 - изображен второй пример исполнения капсулы в форме четырехугольной усеченной пирамиды;
фиг. 5 - показано проходное отверстие (вид в плане) устройства загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков;
фиг. 6 - продольный разрез заявленного устройства с демонстрацией положения капсулы по фиг. 1 или 2 по этапам ее перемещения, первый пример исполнения;
фиг. 7 - показано проходное отверстие (вид в плане) по второму примеру исполнения устройства загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков;
фиг. 8 - продольный разрез заявленного устройства с демонстрацией положения капсулы по фиг. 3 или 4по этапам ее перемещения, второй пример исполнения.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция устройства загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков, Представляемое устройство является частью капсульной машины для приготовления напитков, а также может быть использовано в любой другой капсульной машине, использующей капсулы в виде усеченной четырехугольной пирамиды. Устройство обеспечивает простоту загрузки капсулы и, самое главное, ориентацию капсулы в приемном устройстве в таком положении, чтобы обеспечивалось практически полное извлечение продукта из капсулы.
В качестве капсул для хранения пищевого продукта, подлежащего приготовлению, например, путем разбавления горячей или холодной водой, используются капсулы емкостью около 40-50 мл. Капсула 1 (фиг. 1-2) имеет форму четырехугольной усеченной пирамиды и состоит из корпуса 2, непосредственно имеющего эту форму, и отбортовки 3 в виде отстоящей от корпуса в верхней его расширенной части по периметру поверхности, образующей по периметру площадку повышенной жесткости для прикрепления к ней либо специально выполненной отформованной крышки 4 (фиг. 3) для получения капсулы в виде стаканчика, либо крышки из термоприкрепляемой пленки 5 (платинки) (фиг. 4). Главным для таких капсул является то, что такие крышки должны гарантировано герметизировать содержимое в корпусе капсулы и могли быть проколоты иглами механизма извлечения приготовленного напитка и подачи холодной или горячей воды.
Сам корпус такой капсулы имеет форму усеченной пирамиды и если капсулу положить на бок, то стенка, расположенная в зоне дна, будет приподнята. Так как стенки наклонены, то содержимое из такой капсулы будет под собственным весом вытекать по наклонной стенке через проколотое отверстие в нижней части (это отверстие от иглы для извлечения приготовленного напитка). Это свойство капсулы в форме усеченной пирамиды позволяет создать новое устройство загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков, в котором приготовленный напиток может быть извлечен полностью.
Устройство 6 загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков (фиг. 5) представляет собой ограниченную стенками камеру 7, в верхней части которой выполнено проходное отверстие 8 (сквозной проем) (фиг. 6).
Камера 7 образована стенками. Две противоположно расположенные стенки камеры выполнены из двух плоских участков 9 (верхнего) и 10 (нижнего) каждая, расположенных под тупым углом друг к другу для формирования траектории перемещения капсулы вдоль поверхности одной из этих стенок.
В каждой из указанных двух противоположно расположенных стенок в камере ее верхний плоский участок 9 расположен вертикально и параллельно другой противоположно расположенной стенке на этом же участке. Проходное отверстие 8 камеры 7 расположено смещено в сторону одной стенки. При этом часть проходного отверстия, используемая для прохождения отбортовки капсулы вместе с крышкой расположена параллельно третьей стенке (не показана) камеры, которая соединяет между собой стенки, состоящие из двух плоских участков 9 и 10. Со стороны этой третьей стенки в направлении к крышке капсулы перемещается блок с иглами, соответственно, для извлечения приготовленного продукта и для подачи холодной или горячей воды, этот блок с иглами не показан.
В этой камере 7 посадочное гнездо под капсулу сформировано угловой зоной, образованной соединением между собой нижних плоских участков 10 стенок. В этой угловой зоне размещается после переворота капсула крышкой, обращенной в сторону указанной третьей стенки, при этом отбортовка расположена с опиранием двух смежно расположенных ее участков на поверхности нижних плоских участков стенок (фиг.6). Оптимальным является выбор угла соединения нижних участков 10 стенок под прямым углом или несколько большим прямого угла.
В полости камеры 7 сформирован упор, который размещен на пути перемещения капсулы для обеспечения ее поворота в сторону посадочного гнезда. Этот используемый для опирания на него корпуса капсулы упор размещен в полости камеры на одной стенке и выполнен в виде линейно протянутого поперек камеры выступа 11 под проходным отверстием. На фиг. 6 показан первый пример исполнения такого выступа. В этом варианте исполнения выступ выполнен в виде ступенчатого уступа между двух плоскими участками стенки 9 и 10, расположенной под проходным отверстием. На примере по фиг. 6 указанный выступ выполнен в виде ряда канавок, выполненных на нижнем участке стенки.
Этот указанный упор 11 размещен в полости камеры для опирания на него корпуса капсулы под проходным отверстием 8. При таком расположении упора в момент касания его капсулой в последней образуется опрокидывающий момент (за счет смещения центра тяжести капсулы), и капсула, скользя крышкой по третьей стенке переворачивается и падает в угол схождения нижних плоских участков 10 двух стенок (фиг. 6. капсула показана штрихпунктирными линиями). При этом сохраняется закон механики, когда под собственным весом капсула падает вертикально вниз. При таком свободном падении капсулы плоский вертикальный участок 9 стенки со стороны проходного отверстия выполняет функцию направляющей, ведущей капсулы в направлении упора 11.
Загрузка капсулы 1 в капсульную машину осуществляется в верхней части капсульной машины через приемное отверстие 8, которое имеет форму капсулы. Отверстие имеет несколько большие размеры, чем размеры самой капсулы (в рамках зазоров), что обеспечивает легкую установку капсулы.
Пользователь, вставив капсулу в профилированное приемное отверстие, отпускает ее. Под действием силы тяжести капсула падает вниз, где ее донная часть входит в контакт либо со ступенчатой площадкой, либо с выступом, оформленным между канавками (фиг. 8), выполняющими функцию опрокидывателя (фиг. 6 и 8). Образуется опрокидывающий момент и капсула поворачивается вокруг упора по часовой стрелке до тех пор, пока не примет положения, при котором происходит ее опорожнение. Капсула в этом положении изображена на фиг. 4 штрихпунктиром.
Зона прокола 12 алюминиевой платинки (крышки) капсулы иглой для извлечения приготовленного напитка находится в самом низу угла капсулы, чем обеспечивается полное удаление из капсулы продукта. В любом ином положении капсулы такого результата не достигается.
Загрузка капсулы в капсульную машину осуществляется вручную через приемное отверстие 8. После того, как капсула с помощью устройства ориентации заняла необходимое положение, вручную с помощью рычага движением его вниз поршень блока прокалывания капсулы движется к капсуле и прокалывает ее в двух местах: в верхней части 13 капсулы для подачи воды через отдельную иглу и в нижней части (поз. 12) через иглу для вывода готового напитка. Подача воды осуществляется с помощью насоса и клапанов. Для утилизации пустой капсулы в приемный контейнер рычаг вручную перемещается вверх и с помощью механической передачи (эксцентрик, зубчатая передача и кривошипно-шатунный механизм) отодвигает поршень блока прокалывания от капсулы и одновременно открывает заслонку в нижнее положение, тем самым освобождая капсулу. Под действием силы тяжести капсула падает в контейнер. Возможно оснащение механизма прокалывания и утилизации пустой капсулы электроприводом.
Особенностью заявленной полезной модели является возможность использования капсул в виде усеченной пирамиды с отбортовкой разных типоразмеров, но одинаковых по форме сечения и по высоте. Если в известных решениях капсульных машин размеры устройства загрузки и ориентации капсулы прямо связаны с точными габаритами капсулы по причине того, что под именно этот размер формируется посадочное гнездо и расположение игл в блоке прокалывания, то в заявленной полезной модели посадочное гнездо в виде углового соединения стенок не связано с точными габаритами капсулы. То ест такое посадочное гнездо умещается в себе капсулу любого типоразмера, но только прямоугольной в сечении формы. Главное, чтобы эта капсула проходила через проем проходного отверстия. Опорожнение приготовленного напитка из капсулы всегда осуществляется через иглу, которая прокалывает крышку в самой нижней части капсулы. При любом размере капсулы она всегда в посадочном гнезде будет расположена напротив иглы для извлечения приготовленного напитка. Что касается иглы для подачи воды, то ее можно либо регулировать по высоте размещения по отношению к диагональному размеру крышки или отбортовки капсулы, либо расположить ее смещено вниз, чтобы охватить некоторый диапазон типоразмеров капсул.
Кроме того, вариант исполнения устройства по фиг.6 позволяет произвольно закладывать капсулы, том числе и разного типоразмера. Для этого приемное отверстие 8 выполняется по длине большем, чем поперечный размер капсулы (фиг. 7). При этом высота верхнего участка 9 стенки укорачивается, а нижний участок этой стенки увеличивается по длине. На нижнем участке 10 выступ 11 сформирован в виде каскада поперечных канавок. Проходное отверстие ориентирует капсулу только по плоскости дна и верхней части капсулы (где расположена крышка или платинка), что не требует от пользователя строгой ориентации капсулы при помещении в устройство. При увеличенном размере по длине проходного отверстия можно капсулы бросать в камеру произвольно: в любом случае капсула всегда упадет на выступ между канавками на каком-то участке этого каскада.
Таким образом, изменение положения крышки капсулы в капсульной машине позволило упростить конструкцию устройства загрузки и ориентации капсулы в капсульной машине для производства напитков, использовать капсулы одинаковой формы разных производителей и обеспечить полное извлечение приготовленного напитка из полости такой капсулы.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена по технологиям производства известных капсульных машин.