ES2242178T3 - Aparato de preparacion de bebidas. - Google Patents

Aparato de preparacion de bebidas.

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ES2242178T3
ES2242178T3 ES04250376T ES04250376T ES2242178T3 ES 2242178 T3 ES2242178 T3 ES 2242178T3 ES 04250376 T ES04250376 T ES 04250376T ES 04250376 T ES04250376 T ES 04250376T ES 2242178 T3 ES2242178 T3 ES 2242178T3
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Andrew Halliday
Steven Carter
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Kraft Foods R&D Inc USA
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Kraft Foods R&D Inc Deutschland
Kraft Foods R&D Inc USA
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Abstract

Un mecanismo de cierre para una máquina de preparación de bebidas (201) incluyendo una parte inferior fija (255), una parte superior (256) rotativa con relación a la parte inferior y un soporte de cartucho (257) interpuesto entre la parte inferior y la parte superior y que puede girar con relación a la parte inferior y la parte superior, caracterizado porque la parte inferior incluye medios perforadores de entrada (253) y medios perforadores de salida (254) para formar, respectivamente, una entrada y una salida, durante el uso, en un cartucho (1) recibido en el soporte de cartucho, donde la rotación de la parte superior hacia la parte inferior hace que la parte superior enganche el soporte de cartucho y mueva el soporte de cartucho a contacto con la parte inferior y al mismo tiempo haga, durante el uso, que los medios perforadores de entrada y los medios perforadores de salida perforen un cartucho recibido en el soporte de cartucho.

Description

Aparato de preparación de bebidas.
La presente invención se refiere a una máquina para la preparación de bebidas y, en particular, para uso con cartuchos sellados que se forman a partir de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua y que contienen uno o varios ingredientes para la preparación de bebidas. Dicha máquina se describe en EP-A-1 095 605.
Se ha propuesto previamente sellar ingredientes de preparación de bebidas en bolsas individuales impermeables al aire para uso en máquinas de bebidas. Por ejemplo, se conocen cartuchos o cápsulas conteniendo café molido compactado para uso en algunas máquinas de preparación de café que se denominan en general máquinas "espresso". En la producción de café usando estas máquinas de preparación, el cartucho de café se coloca en una cámara de preparación y se pasa agua caliente a través del cartucho a presiones relativamente altas, extrayendo por lo tanto los constituyentes aromáticos del café molido para producir la bebida de café. Típicamente, tales máquinas operan a una presión superior a 6 x 10^{5} Pa. Las máquinas de preparación del tipo descrito han sido hasta la fecha relativamente caras puesto que los componentes de la máquina, tales como las bombas de agua y juntas estancas, deben ser capaces de resistir las altas presiones.
En WO01/58786 se describe un cartucho para la preparación de bebidas que opera a una presión en general en el rango de 0,7 a 2,0 x 10^{5} Pa. Sin embargo, el cartucho está destinado a uso en una máquina de preparación de bebidas para el mercado comercial o industrial y es relativamente caro. Por lo tanto, se sigue precisando un cartucho para la preparación de bebidas donde los cartuchos y la máquina de preparación de bebidas sean adecuados, en particular, para el mercado doméstico en términos de costo, funcionamiento y fiabilidad. También se necesita una máquina de preparación de bebidas para tales cartuchos que es simple de operar y de funcionamiento fiable. En particular, los medios para introducir y retirar el cartucho de bebida deben ser simples de operar.
Por consiguiente, la presente invención proporciona un mecanismo de cierre para una máquina de preparación de bebidas incluyendo una parte inferior fija, una parte superior rotativa con relación a la parte inferior y un soporte de cartucho interpuesto entre la parte inferior y la parte superior y que puede girar con relación a la parte inferior y la parte superior, donde la parte inferior incluye medios perforadores de entrada y medios perforadores de salida para formar, respectivamente, una entrada y una salida, durante el uso, en un cartucho recibido en el soporte de cartucho, donde la rotación de la parte superior hacia la parte inferior hace que la parte superior enganche el soporte de cartucho y mueva el soporte de cartucho a contacto con la parte inferior y al mismo tiempo haga, durante el uso, que los medios perforadores de entrada y los medios perforadores de salida perforen un cartucho recibido en el soporte de cartucho.
El mecanismo de cierre de la presente invención proporciona un mecanismo fiable y barato para introducir y retirar un cartucho de bebida a y de una máquina de preparación de bebidas. El mecanismo se puede operar con una mano y no requiere corriente eléctrica. Se evitan dispositivos de palanca complicados. Además, la colocación fiable y exacta del cartucho de bebida se garantiza por medio del soporte de cartucho. Además, el conjunto de cartucho desengancha automáticamente el cartucho de bebida de los perforadores de entrada y salida al abrirse. Esto aumenta en gran medida la facilidad de extracción del cartucho y garantiza que los perforadores de entrada y salida estén por debajo del nivel del conjunto de cartucho cuando un consumidor introduce la mano. Esto reduce las posibilidades de que el consumidor se lesione.
Se entenderá que por el término "cartucho" en el sentido en que se usa aquí se entiende cualquier bolsa, envase, saquito o receptáculo que contenga uno o varios ingredientes de bebida de la manera descrita. El cartucho puede ser rígido, semirrígido o flexible.
El cartucho para uso en la presente invención puede contener uno o varios ingredientes de bebida adecuados para la formación de un producto de bebida. El producto de bebida puede ser, por ejemplo, café, té, chocolate o una bebida a base de lácteos incluyendo leche. Los ingredientes de bebida pueden estar en polvo, molidos, a base de hojas o líquido. Los ingredientes de bebida pueden ser insolubles o solubles. Los ejemplos incluyen café torrefacto molido, té en hojas, chocolate en polvo y sopa, bebidas a base de leche líquida, bebidas carbónicas y zumos de fruta concentrados.
Preferiblemente, la parte superior se puede mover entre una posición abierta para recibir un cartucho en el soporte de cartucho y una posición cerrada en la que el soporte de cartucho está en contacto con la parte inferior.
Preferiblemente, en la posición abierta la parte superior está orientada de forma sustancialmente vertical. Esto permite acceder mejor al conjunto de cartucho para facilitar la introducción y la extracción del cartucho. En la posición cerrada la parte superior está orientada horizontalmente.
Preferiblemente, el soporte de cartucho incluye un rebaje para recibir un cartucho. El rebaje puede incluir una irregularidad para evitar la rotación de un cartucho recibido en el rebaje.
Preferiblemente, el soporte de cartucho es empujado con relación a la parte inferior fija de tal manera que en una posición abierta con la parte superior desenganchada de la parte inferior y el soporte de cartucho, el soporte de cartucho se desenganche de la parte inferior. Además, en la posición abierta, el soporte de cartucho puede desengancharse de los medios perforadores de entrada y los medios perforadores de salida.
En la descripción siguiente los términos "superior" e "inferior" y sus equivalentes se usarán para describir la colocación relacional de elementos de la invención. Se deberá entender que los términos "superior" e "inferior" y sus equivalentes se refieren al cartucho (u otros componentes) en su orientación normal para introducción en una máquina de preparación de bebidas y posterior dispensación como se representa, por ejemplo, en la figura 4. En particular, "superior" e "inferior" se refieren, respectivamente, a posiciones relativas más próximas o más alejadas de una superficie superior 11 del cartucho. Además, los términos "interior" y "exterior" y equivalentes se usarán para describir la colocación relacional de elementos de la invención. Se deberá entender que los términos "interior" y "exterior" y equivalentes se refieren a posiciones relativas en el cartucho (u otros componentes) que están, respectivamente, más próximos o más alejados de un centro o eje principal X del cartucho 1 (u otro componente).
Ahora se describirá realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es un dibujo en sección transversal de un elemento exterior de las realizaciones primera y segunda del cartucho.
La figura 2 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento exterior de la figura 1 mostrando una extensión cilíndrica dirigida hacia dentro.
La figura 3 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento exterior de la figura 1 mostrando una ranura.
La figura 4 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento exterior de la figura 1.
La figura 5 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento exterior de la figura 1 en una orientación invertida.
La figura 6 es una vista en planta desde arriba del elemento exterior de la figura 1.
La figura 7 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la primera realización del cartucho.
La figura 8 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 7.
La figura 9 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 7 en una orientación invertida.
La figura 10 es una vista en planta desde arriba del elemento interior de la figura 7.
La figura 11 es un dibujo en sección transversal de la primera realización del cartucho en una posición montada.
La figura 12 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la segunda realización del cartucho.
La figura 13 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento interior de la figura 12 mostrando un agujero.
La figura 14 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 12.
La figura 15 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 12 en una orientación invertida.
La figura 16 es otro dibujo en sección transversal del elemento interior de la figura 12.
La figura 17 es un dibujo en sección transversal de otro detalle del elemento interior de la figura 12 mostrando una entrada de aire.
La figura 18 es un dibujo en sección transversal de la segunda realización del cartucho en una posición montada.
La figura 19 es un dibujo en sección transversal de un elemento exterior de las realizaciones tercera y cuarta del cartucho.
La figura 20 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento exterior de la figura 19 mostrando una extensión cilíndrica dirigida hacia dentro.
La figura 21 es una vista en planta desde arriba del elemento exterior de la figura 19.
La figura 22 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento exterior de la figura 19.
La figura 23 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento exterior de la figura 19 en una orientación invertida.
La figura 24 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la tercera realización del cartucho.
La figura 25 es una vista en planta desde arriba del elemento interior de la figura 24.
La figura 26 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento interior de la figura 24 mostrando un reborde interior vuelto hacia dentro.
La figura 27 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 24.
La figura 28 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 24 en una orientación invertida.
La figura 29 es un dibujo en sección transversal de la tercera realización del cartucho en una posición montada.
La figura 30 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la cuarta realización del cartucho.
La figura 31 es una vista en planta desde arriba del elemento interior de la figura 30.
La figura 32 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 30.
La figura 33 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la figura 30 en una orientación invertida.
La figura 34 es un dibujo en sección transversal de la cuarta realización del cartucho en una posición montada.
La figura 35 es una vista en perspectiva frontal de una máquina de preparación de bebidas según la presente invención.
La figura 36 es una vista en perspectiva frontal de la máquina de la figura 35 con una cabeza de cartucho en una posición abierta.
La figura 37 es una vista posterior en perspectiva de la máquina de la figura 35 con algunas partes omitidas para mayor claridad.
La figura 38 es otra vista posterior en perspectiva de la máquina de la figura 35 con algunas partes omitidas para mayor claridad.
La figura 39 es una vista en perspectiva de la cabeza de cartucho de la máquina de la figura 35 con algunas partes omitidas para mayor claridad.
La figura 40 es otra vista en perspectiva de la cabeza de cartucho de la máquina de la figura 35 con algunas partes omitidas para mayor claridad.
La figura 41 es una vista en sección transversal de la cabeza de cartucho en una posición cerrada.
La figura 42 es una vista en sección transversal de la cabeza de cartucho en una posición abierta.
La figura 43 es una disposición esquemática de la máquina de la figura 35.
La figura 44a y 44b son disposiciones esquemáticas de medios de reconocimiento de código primeros y segundos para la máquina de la figura 35.
Y la figura 45 es una vista en planta de una bebida de la presente invención incluyendo un código de barras.
Como se representa en la figura 11, el cartucho 11 incluye en general un elemento exterior 2, un elemento interior 3 y un laminado 5. El elemento exterior 2, el elemento interior 3 y el laminado 5 están montados formando el cartucho 1 que tiene un interior 120 para contener uno o varios ingredientes de bebida, una entrada 121, una salida 122 y un recorrido de flujo de bebida que enlaza la entrada 121 con la salida 122 y que pasa por el interior 120. La entrada 121 y la salida 122 están selladas inicialmente por el laminado 5 y se abren durante el uso perforando o cortando el laminado 5. El recorrido de flujo de bebida se define por interrelaciones espaciales entre el elemento exterior 2, el elemento interior 3 y el laminado 5 como se explica a continuación. Se puede incluir opcionalmente otros componentes en el cartucho 1, tal como un filtro 4, como se describirá mejor a continuación.
Una primera versión del cartucho 1 que se describirá a efectos de antecedentes se representa en las figuras 1 a 11. La primera versión del cartucho 1 está destinada en particular a uso al dispensar productos filtrados tal como café torrefacto y molido o hojas de té. Sin embargo, esta versión del cartucho 1 y las otras versiones descritas más adelante se pueden usar con otros productos tal como chocolate, café, té, edulcorantes, refrescos, aromatizantes, bebidas alcohólicas, leche aromatizada, zumos de fruta, extractos, salsas y postres.
Como se puede ver en la figura 5, la forma general del cartucho 1 es generalmente circular o de disco, siendo el diámetro del cartucho 1 considerablemente mayor que su altura. Un eje principal X pasa por el centro del elemento exterior como se representa en la figura 1. Típicamente el diámetro general del elemento exterior 2 es 74,5 mm \pm 6 mm y la altura general es 16 mm \pm 3 mm. Típicamente el volumen del cartucho 1 cuando está montado es de 30,2 ml \pm 20%.
El elemento exterior 2 incluye en general una campana en forma de cuenco 10 que tiene una pared anular curvada 13, una parte superior cerrada 11 y un fondo abierto 12. El diámetro del elemento exterior 2 es menor en la parte superior 11 en comparación con el diámetro en el fondo 12, que resulta de un abocinamiento de la pared anular 13 cuando pasa de la parte superior cerrada 11 al fondo abierto 12. La pared anular 13 y la parte inferior cerrada 11 definen conjuntamente un receptáculo que tiene un interior 34.
Se ha previsto una extensión cilíndrica hueca dirigida hacia dentro 18 en la parte superior cerrada 11 centrada en el eje principal X. Como se muestra más claramente en la figura 2, la extensión cilíndrica 18 incluye un perfil escalonado que tiene porciones primera, segunda y tercera 19, 20 y 21. La primera porción 19 es cilíndrica circular recta. La segunda porción 20 es de forma frustocónica y está ahusada hacia dentro. La tercera porción 21 es otro cilindro circular recto y se cierra por una cara inferior 31. El diámetro de las porciones primera, segunda y tercera 19, 20 y 21 disminuye incrementalmente de tal manera que el diámetro de la extensión cilíndrica 18 disminuya al pasar de la parte superior 11 a la cara inferior cerrada 31 de la extensión cilíndrica 18. Un saliente generalmente horizontal 32 se forma en la extensión cilíndrica 18 en la unión entre las porciones segunda y tercera 20 y 21.
Se ha formado un saliente que se extiende hacia fuera 33 en el elemento exterior 2 hacia el fondo 12. El saliente que se extiende hacia fuera 33 forma una pared secundaria 15 coaxial con la pared anular 13 para definir una pista anular que forma un colector 16 entre la pared secundaria 15 y la pared anular 13. El colector 16 pasa alrededor de la circunferencia del elemento exterior 2. Se ha previsto una serie de ranuras 17 en la pared anular 13 a nivel con el colector 16 para proporcionar comunicación de gas y líquido entre el colector 16 y el interior 34 del elemento exterior 2. Como se representa en la figura 3, las ranuras 17 incluyen hendiduras verticales en la pared anular 13. Se ha previsto entre 20 y 40 ranuras. En la realización representada se ha previsto treinta y siete ranuras 17 equiespaciadas en general alrededor de la circunferencia del colector 16. Las ranuras 17 tienen preferiblemente entre 1,4 y 1,8 mm de longitud. Típicamente la longitud de cada ranura es 1,6 mm, que representa 10% de la altura general del elemento exterior 2. La anchura de cada ranura es de entre 0,25 y 0,35 mm. Típicamente, la anchura de cada ranura es 0,3 mm. La anchura de las ranuras 17 es suficientemente estrecha para evitar que los ingredientes de bebida pasen a su través al colector 16 durante el almacenamiento o durante el uso.
Se ha formado una cámara de entrada 26 en el elemento exterior 2 en la periferia del elemento exterior 2. Se ha previsto una pared cilíndrica 27, como se representa muy claramente en la figura 5, que define la cámara de entrada 26 dentro, y divide la cámara de entrada 26, del interior 34 del elemento exterior 2. La pared cilíndrica 27 tiene una cara superior cerrada 28 que se forma en un plano perpendicular al eje principal X y un extremo inferior abierto 29 coplanar con el fondo 12 del elemento exterior 2. La cámara de entrada 26 comunica con el colector 16 a través de dos ranuras 30 como se representa en la figura 1. Alternativamente, se puede usar entre una y cuatro ranuras para comunicar entre el colector 16 y la cámara de entrada 26.
Un extremo inferior del saliente que se extiende hacia fuera 33 está provisto de una pestaña que se extiende hacia fuera 35 y que se extiende perpendicularmente al eje principal X. Típicamente la pestaña 35 tiene una anchura de entre 2 y 4 mm. Una porción de la pestaña 35 está ampliada para formar un asidero 24 con el que se puede sujetar el elemento exterior 2. El asidero 24 está provisto de un reborde vuelto hacia arriba 25 para mejorar el agarre.
El elemento exterior 2 se forma como una sola pieza integral de polietileno de alta densidad, polipropileno, poliestireno, poliéster, o un laminado de dos o más de estos materiales. Un polipropileno adecuado es el rango de polímeros que se puede adquirir de DSM UK Limited (Redditch, Reino Unido). El elemento exterior puede ser opaco, transparente o translúcido. El proceso de fabricación puede ser moldeo por inyección.
El elemento interior 3 representado en las figuras 7 a 10 incluye un bastidor anular 41 y un embudo cilíndrico que se extiende hacia abajo 40. Un eje principal X pasa por el centro del elemento interior 3 como se representa en la figura 7.
Como se representa bien en la figura 8, el bastidor anular 41 incluye un reborde exterior 51 y un cubo interior 52 unido por diez radios radiales equiespaciados 53. El cubo interior 52 es integral y se extiende desde el embudo cilíndrico 40. Se ha formado agujeros de filtración 55 en el bastidor anular 41 entre los radios radiales 53. Un filtro 4 está dispuesto en el bastidor anular 41 para cubrir los agujeros de filtración 55. El filtro se hace preferiblemente de un material con una alta resistencia en húmedo, por ejemplo un material de fibra no tejido de poliéster. Otros materiales que se puede usar incluyen un material celulósico impermeable al agua, tal como un material celulósico incluyendo fibras tejidas de papel. Las fibras tejidas de papel se pueden mezclar con fibras de polipropileno, cloruro de polivinilo y/o polietileno. La incorporación de estos materiales plásticos al material celulósico hace que el material celulósico sea termosellable. El filtro 4 también se puede tratar o recubrir con un material que se activa por calor y/o presión de manera que se pueda sellar al bastidor anular 41 de esta forma.
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Como se representa en el perfil en sección transversal de la figura 7, el cubo interior 52 está situado en una posición más baja que el reborde exterior 51, dando lugar a que el bastidor anular 41 tenga un perfil más bajo inclinado.
La superficie superior de cada radio 53 está provista de una hoja vertical 54 que divida un espacio vacío encima del bastidor anular 41 en una pluralidad de pasos 57. Cada paso 57 está delimitado a ambos lados por una hoja 54 y en una cara inferior por el filtro 4. Los pasos 57 se extienden desde el reborde exterior 51 hacia abajo, y se abren, al embudo cilíndrico 40 en agujeros 56 definidos por los extremos interiores de las hojas 54.
El embudo cilíndrico 40 incluye un tubo exterior 42 que rodea un pico de descarga interior 43. El tubo exterior 42 forma el exterior del embudo cilíndrico 40. El pico de descarga 43 está unido al tubo exterior 42 en un extremo superior del pico de descarga 43 por medio de una pestaña anular 47. El pico de descarga 43 incluye en un extremo superior una entrada 45 que comunica con los agujeros 56 de los pasos 57 y en un extremo inferior una salida 44 a través de la que la bebida preparada se descarga a una copa u otro receptáculo. El pico de descarga 43 incluye una porción frustocónica 48 en un extremo superior y una porción cilíndrica 58 en un extremo inferior. La porción cilíndrica 58 puede tener un ligero ahusamiento de tal manera que se estreche hacia la salida 44. La porción frustocónica 48 contribuye a canalizar la bebida de los pasos 57 hacia la salida 44 sin inducir turbulencia en la bebida. Una superficie superior de la porción frustocónica 48 está provista de cuatro hojas de soporte 49 equiespaciadas alrededor de la circunferencia del embudo cilíndrico 40. Las hojas de soporte 49 definen canales 50 entremedio. Los bordes superiores de las hojas de soporte 49 están a nivel entre sí y perpendiculares al eje principal X.
El elemento interior 3 se puede formar como una sola pieza integral de polipropileno o un material similar como se ha descrito anteriormente y por moldeo por inyección de la misma manera que el elemento exterior 2.
Alternativamente, el elemento interior 3 y/o el elemento exterior 2 se pueden hacer de un polímero biodegradable. Los ejemplos de materiales adecuados incluyen polietileno degradable (por ejemplo, SPITEK suministrado por Symphony Environmental, Borehamwood, Reino Unido), poliéster amida biodegradable (por ejemplo, BAK 1095 suministrado por Symphony Environmental), ácidos polilácticos (PLA suministrado por Cargil, Minnesota, USA), polímeros a base de almidón, derivados de celulosa y polipéptidos.
El laminado 5 se forma a partir de dos capas, una primera capa de aluminio y una segunda capa de polipropileno fundido. La capa de aluminio es de entre 0,02 y 0,07 mm de grosor. La capa de polipropileno fundido es de entre 0,025 y 0,065 mm de grosor. En una realización la capa de aluminio es 0,06 mm y la capa de polipropileno es 0,025 mm de grosor. Este laminado es especialmente ventajoso porque tiene una alta resistencia a la ondulación durante el montaje. Como resultado, el laminado 5 se puede precortar al tamaño y la forma correctos y después transferir a la estación de montaje en la línea de producción sin experimentar distorsión. En consecuencia, el laminado 5 es especialmente adecuado para soldadura. Se puede usar otros materiales laminados incluyendo laminados de PET/aluminio/PP, PE/EVOH/PP, PET/metalizado/PP y aluminio/PP. Se puede usar material laminado en rollo en lugar de material cortado a troquel. El montaje del cartucho 1 implica los pasos siguientes:
a)
el elemento interior 3 se introduce en el elemento exterior 2;
b)
el filtro 4 se corta a forma y coloca sobre el elemento interior 3 de manera que se reciba sobre el embudo cilíndrico 40 y descanse sobre el bastidor anular 41;
c)
el elemento interior 3, el elemento exterior 2 y el filtro 4 se unen por soldadura ultrasónica;
d)
el cartucho 1 se llena de uno o varios ingredientes de bebida;
e)
el laminado 5 se fija al elemento exterior 2.
Estos pasos se explicarán con mayor detalle a continuación.
El elemento exterior 2 está orientado con el fondo abierto 12 dirigido hacia arriba. El elemento interior 3 se introduce después en el elemento exterior 2 con el reborde exterior 51 recibiéndose como un ajuste flojo en una extensión axial 14 en la parte superior 11 del cartucho 1. La extensión cilíndrica 18 del elemento exterior 2 se recibe al mismo tiempo en la porción superior del embudo cilíndrico 40 del elemento interior 3. La tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 asienta dentro del embudo cilíndrico 40 con la cara inferior cerrada 31 de la extensión cilíndrica 18 apoyando sobre las hojas de soporte 49 del elemento interior 3. El filtro 4 se coloca después sobre el elemento interior 3 de tal manera que el material de filtro contacte el reborde anular 51. A continuación se utiliza un proceso de soldadura ultrasónica para unir el filtro 4 al elemento interior 3 y al mismo tiempo, y en el mismo paso de proceso, el elemento interior 3 al elemento exterior 2. El elemento interior 3 y el filtro 4 se sueldan alrededor del reborde exterior 51. El elemento interior 3 y el elemento exterior 2 se unen por medio de líneas de soldadura alrededor del reborde exterior 51 y también los bordes superiores de las hojas 54.
Como se muestra más claramente en la figura 11, el elemento exterior 2 y el elemento interior 3 cuando están unidos definen un espacio vacío 130 en el interior 120 debajo de la pestaña anular 41 y fuera del embudo cilíndrico 40 que forma una cámara de filtración. La cámara de filtración 130 y los pasos 57 encima del bastidor anular 41 están separados por el papel filtro 4.
La cámara de filtración 130 contiene el único o los varios ingredientes de bebida 200. El único o los varios ingredientes de bebida se empaquetan en la cámara de filtración 130. Para una bebida de tipo filtrado los ingredientes son típicamente café torrefacto y molido u hojas de té. La densidad de envasado de los ingredientes de bebida en la cámara de filtración 130 se puede variar según se desee. Típicamente, para un producto de café filtrado la cámara de filtración contiene entre 5,0 y 10,2 gramos de café torrefacto y molido en un lecho de filtración de típicamente 5 a 14 mm de grosor. Opcionalmente, el interior 120 puede contener uno o varios cuerpos, tal como esferas, que se pueden mover libremente dentro del interior 120 para facilitar la mezcla induciendo turbulencia y rompiendo los depósitos de ingredientes de bebida durante la descarga de la bebida.
El laminado 5 se fija después al elemento exterior 2 formando una soldadura 126 alrededor de la periferia del laminado 5 para unir el laminado 5 a la superficie inferior de la pestaña que se extiende hacia fuera 35. La soldadura 126 se extiende para sellar el laminado 5 contra el borde inferior de la pared cilíndrica 27 de la cámara de entrada 26. Además, se forma una soldadura 125 entre el laminado 5 y el borde inferior del tubo exterior 42 del embudo cilíndrico 40. El laminado 5 forma la pared inferior de la cámara de filtración 130 y también sella la cámara de entrada 26 y el embudo cilíndrico 40. Sin embargo, existe un pequeño intervalo 123 antes de la dispensación entre el laminado 5 y el borde inferior del pico de descarga 43. Se puede usar varios métodos de soldadura, tales como soldadura por calor y ultrasónica, dependiendo de las características del material del laminado 5.
Ventajosamente, el elemento interior 3 se extiende entre el elemento exterior 2 y el laminado 5. El elemento interior 3 se forma a partir de un material de rigidez relativa, tal como polipropileno. Como tal, el elemento interior 3 forma un elemento de soporte de carga que actúa para mantener el laminado 5 y el elemento exterior 2 separados cuando se comprime el cartucho 1. Se prefiere que el cartucho 1 se someta a una carga compresiva de entre 130 y 280N durante el uso. La fuerza de compresión actúa para evitar que el cartucho falle bajo presionización interior y también sirve para comprimir el elemento interior 3 y elemento exterior 2 conjuntamente. Esto garantiza que las dimensiones interiores de los pasos y agujeros en el cartucho 1 sean fijas e incapaces de cambiar durante la presionización del cartucho 1.
Para utilizar el cartucho 1, en primer lugar se introduce en una máquina de preparación de bebidas (que se describirá con más detalle a continuación) y la entrada 121 y salida 122 se abren por elementos perforantes de la máquina de preparación de bebidas que perforan y pliegan de nuevo el laminado 5. Un medio acuoso, típicamente agua, a presión entra en el cartucho 1 a través de la entrada 121 a la cámara de entrada 26 a una presión de entre 0,1-2,0 bar. Desde allí el agua se dirige por las ranuras 30 y dando la vuelta al colector 16 y a la cámara de filtración 130 del cartucho 1 a través de la pluralidad de ranuras 17. El agua es empujada radialmente hacia dentro a través de la cámara de filtración 130 y se mezcla con los ingredientes de bebida 200 contenidos en ella. El agua es empujada al mismo tiempo hacia arriba a través de los ingredientes de bebida. La bebida formada por el paso del agua a través de los ingredientes de bebida pasa por el filtro 4 y los agujeros de filtración 55 a los pasos 57 que están encima del bastidor anular 41. El sellado del filtro 4 sobre los radios 53 y la soldadura del reborde 51 con el elemento exterior 2 garantiza que no haya cortocircuitos y que toda la bebida tenga que pasar por el filtro 4.
La bebida fluye después hacia abajo a lo largo de los pasos radiales 57 formados entre las hojas 54 y por los agujeros 56 y al embudo cilíndrico 40. La bebida pasa a lo largo de los canales 50 entre las hojas de soporte 47 y baja por el pico de descarga 43 a la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una copa.
Preferiblemente, la máquina de preparación de bebidas incluye un dispositivo de purga de aire, donde el aire comprimido es impulsado a través del cartucho 1 al final del ciclo de dispensación para expulsar la bebida restante al receptáculo.
Una segunda versión del cartucho 1 se representa en las figuras 12 a 18. La segunda versión del cartucho 1 está destinada especialmente para uso al dispensar productos de tipo espresso tal como café torrefacto y molido donde es deseable producir una bebida que tiene una capa superior de diminutas burbujas denominadas crema. Muchas de las características de la segunda versión del cartucho 1 son las mismas que las de la primera versión y se han usado números análogos para hacer referencia a características análogas. En la descripción siguiente se explicarán las diferencias entre las versiones primera y segunda. Las características comunes que funcionan de la misma manera no se explicarán con detalle.
El elemento exterior 2 es de la misma construcción que en la primera versión del cartucho 1 y como se representa en las figuras 1 a 6.
El bastidor anular 41 del elemento interior 3 es el mismo que en la primera versión. Además, un filtro 4 está dispuesto en el bastidor anular 41 para cubrir los agujeros de filtración 55. El tubo exterior 42 del embudo cilíndrico 40 también es como antes. Sin embargo, hay varias diferencias en la construcción del elemento interior 2 de la segunda versión en comparación con la primera versión. Como se representa en la figura 16, el pico de descarga 43 está provisto de un tabique 65 que sube en parte por el pico de descarga 43 de la salida 44. El tabique 65 contribuye a evitar que la bebida se esparza y/o salpique cuando salga del pico de descarga 43. El perfil del pico de descarga 43 también es diferente e incluye un perfil escalonado con una pata curvada distinta 66 cerca de un extremo superior del
tubo 43.
Se ha previsto un reborde 67 que se alza desde la pestaña anular 47 uniendo el tubo exterior 42 al pico de descarga 43. El reborde 67 rodea la entrada 45 al pico de descarga 43 y define un canal anular 69 entre el reborde 67 y la porción superior del tubo exterior 42. El reborde 67 está provisto de un saliente dirigido hacia dentro 68. En un punto alrededor de la circunferencia del reborde 67 se ha previsto un agujero 70 en forma de una ranura que se extiende desde un borde superior del reborde 67 a un punto marginalmente debajo del nivel del saliente 68 como se muestra muy claramente en las figuras 12 y 13. La ranura tiene una anchura de 0,64 mm.
En la pestaña anular 47 se ha dispuesto una entrada de aire 71 alineada circunferencialmente con el agujero 70 como se representa en las figuras 16 y 17. La entrada de aire 71 incluye un agujero que pasa a través de la pestaña 47 de manera que proporcione comunicación entre un punto encima de la pestaña 47 y el espacio vacío debajo de la pestaña 47 entre el tubo exterior 42 y el pico de descarga 43. Preferiblemente, y como se representa, la entrada de aire 71 incluye una porción frustocónica superior 73 y una porción cilíndrica inferior 72. La entrada de aire 71 se forma típicamente por una herramienta de molde tal como un pasador. El perfil ahusado de la entrada de aire 71 permite quitar la herramienta de molde más fácilmente del componente moldeado. La pared del tubo exterior 42 cerca de la entrada de aire 71 se configura para formar una canaleta 75 que conduce desde la entrada de aire 71 a la entrada 45 del pico de descarga 43. Como se representa en la figura 17, entre la entrada de aire 71 y la canaleta 75 se forma un saliente inclinado 74 para garantizar que el chorro de bebida que sale de la ranura 70 no choque inmediatamente en la superficie superior de la pestaña 47 en la proximidad inmediata de la entrada de aire 71.
El procedimiento de montaje de la segunda versión del cartucho 1 es similar al montaje de la primera versión. Sin embargo, hay algunas diferencias. Como se representa en la figura 18, la tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 está asentada dentro del reborde de soporte 67 en vez de contra las hojas de soporte. El saliente 32 de la extensión cilíndrica 18 entre la segunda porción 20 y la tercera porción 21 apoya sobre el borde superior del reborde de soporte 67 del elemento interior 3. Así se forma una zona de interface 124 entre el elemento interior 3 y el elemento exterior 2 incluyendo entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 una junta estanca frontal que se extiende alrededor de casi toda la circunferencia del cartucho 1. No obstante, la junta estanca entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 no es estanca a los fluidos puesto que la ranura 70 en el reborde de soporte 67 se extiende a través del reborde de soporte 67 y hacia abajo a un punto marginalmente debajo del saliente 68. En consecuencia, el ajuste de interface entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 transforma la ranura 70 en un agujero 128, como se muestra muy claramente en la figura 18, proporcionando comunicación de gas y líquido entre el canal anular 69 y el pico de descarga 43. El agujero es típicamente de 0,64 mm de ancho por 0,69 mm de largo.
La operación de la segunda versión del cartucho 1 para dispensar una bebida es similar a la operación de la primera versión pero con algunas diferencias. La bebida en los pasos radiales 57 fluye hacia abajo a lo largo de los pasos 57 formados entre las hojas 54 y a través de los agujeros 56 y al canal anular 69 del embudo cilíndrico 40. Desde el canal anular 69 la bebida es empujada a presión a través del agujero 128 por la contrapresión de bebida que se recoge en la cámara de filtración 130 y los pasos 57. La bebida es empujada así a través del agujero 128 como un chorro y a una cámara de expansión formada por el extremo superior del pico de descarga 43. Como se representa en la figura 18, el chorro de bebida pasa directamente sobre la entrada de aire 71. Cuando la bebida entra en el pico de descarga 43, la presión del chorro de bebida cae. Como resultado, se aspira aire a la corriente de bebida en forma de una multitud de pequeñas burbujas de aire cuando el aire es aspirado a través de la entrada de aire 71. El chorro de bebida que sale del agujero 128 es canalizado hacia abajo a la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una copa donde las burbujas de aire forman la crema deseada. Así, el agujero 128 y la entrada de aire 71 forman juntamente un eductor que actúa para arrastrar aire a la bebida. El flujo de bebida al eductor se deberá mantener tan suave como sea posible para reducir las pérdidas de presión. Ventajosamente, las paredes del eductor deberán ser cóncavas para reducir las pérdidas debidas a rozamiento por "efecto pared". La tolerancia dimensional del agujero 128 es pequeña. Preferiblemente el tamaño del agujero es fijo más o menos 0,02 mm^{2}. Se puede disponer hilos, fibrillas u otras irregularidades superficiales dentro o a la salida del eductor para incrementar el área en sección transversal efectiva que se ha hallado que incrementa el grado de arrastre de aire.
Una tercera versión del cartucho 1 se representa en las figuras 19 a 29. La tercera versión del cartucho 1 está diseñada especialmente para uso al dispensar productos solubles que pueden estar en polvo, líquido, sirope, gel o una forma similar. El producto soluble es disuelto por, o forma una suspensión en, un medio acuoso tal como agua cuando el medio acuoso se pasa, durante el uso, a través del cartucho 1. Los ejemplos de bebidas incluyen chocolate, café, leche, té, sopa u otros productos rehidratables o solubles-acuosos. Muchas de las características de la tercera versión del cartucho 1 son las mismas que las versiones anteriores y se han usado números análogos para hacer referencia a características análogas. En la descripción siguiente se explicarán las diferencias entre las versiones tercera y anteriores. No se explicarán con detalle las características comunes que funcionan de la misma manera.
En comparación con el elemento exterior 2 de las versiones anteriores, la extensión cilíndrica hueca dirigida hacia dentro 18 del elemento exterior 2 de la tercera versión tiene un diámetro general más grande como se representa en la figura 20. En particular, el diámetro de la primera porción 19 es típicamente de entre 16 y 18 mm en comparación con 13,2 mm para el elemento exterior 2 de las versiones anteriores. Además, la primera porción 19 está provista de una superficie exterior convexa 19a, o abombamiento, como se muestra muy claramente en la figura 20, cuya función se describirá a continuación. Sin embargo, el diámetro de las terceras porciones 21 de los cartuchos 1 es el mismo, lo que da lugar a que el área del saliente 32 sea mayor en esta tercera versión del cartucho 1. Típicamente el volumen del cartucho 1 cuando está montado es 32,5 ml \pm20%.
El número y la colocación de las ranuras en el extremo inferior de la pared anular 13 también es diferente. Se han previsto entre 3 y 5 ranuras. En la realización representada en la figura 23, se han previsto cuatro ranuras 36 equiespaciadas alrededor de la circunferencia del colector 16. Las ranuras 36 son ligeramente más anchas que en las versiones anteriores del cartucho 1 que son de entre 0,35 y 0,45 mm, preferiblemente 0,4 mm de ancho.
En otros aspectos los elementos exteriores 2 de los cartuchos 1 son los mismos.
La construcción del embudo cilíndrico 40 del elemento interior 3 es la misma que en la primera versión del cartucho 1 disponiéndose un tubo exterior 42, pico de descarga 45, pestaña anular 47 y hojas de soporte 49. La única diferencia es que el pico de descarga 45 se configura con una sección frustocónica superior 92 y una sección cilíndrica 
\hbox{inferior
93.}
En contraposición a las versiones anteriores y como se representa en las figuras 24 a 28, el bastidor anular 41 se sustituye por una porción de faldilla 80 que rodea el embudo cilíndrico 40 y está unida a él por medio de ocho largueros radiales 87 que se unen al embudo cilíndrico 40 en o cerca de la pestaña anular 47. Una extensión cilíndrica 81 de la porción de faldilla 80 se extiende hacia arriba de los largueros 87 para definir una cámara 90 con una cara superior abierta. Un reborde superior 91 de la extensión cilíndrica 81 tiene un perfil vuelto hacia dentro como se representa en la figura 26. Una pared anular 82 de la porción de faldilla 80 se extiende hacia abajo de los largueros 87 para definir un canal anular 86 entre la porción de faldilla 80 y el tubo exterior 42.
La pared anular 82 incluye en un extremo inferior una pestaña exterior 83 que es perpendicular al eje principal X. Un reborde 84 cuelga hacia abajo de una superficie inferior de la pestaña 83 y contiene cinco agujeros 85 que están equiespaciados circunferencialmente alrededor del reborde 84. Así, el reborde 84 está provisto de un perfil inferior almenado.
Los agujeros 89 están dispuestos entre los largueros 87 permitiendo la comunicación entre la cámara 90 y el canal anular 86.
El procedimiento de montaje de la tercera versión del cartucho 1 es similar al montaje de la primera versión pero con algunas diferencias. El elemento exterior 2 y el elemento interior 3 se encajan conjuntamente por empuje como se representa en la figura 29 y retienen por medio de un dispositivo de ajuste por salto en vez de soldarse conjuntamente. Al unir los dos elementos, la extensión cilíndrica dirigida hacia dentro 18 se recibe dentro de la extensión cilíndrica superior 81 de la porción de faldilla 80. El elemento interior 3 se retiene en el elemento exterior 2 por interenganche de rozamiento de la superficie exterior convexa 19a de la primera porción 19 de la extensión cilíndrica 18 con el reborde vuelto hacia dentro 91 de la extensión cilíndrica superior 81. Con el elemento interior 3 situado en el elemento exterior 2 se define una cámara mezcladora 134 situada fuera de la porción de faldilla 80. La cámara mezcladora 134 contiene los ingredientes de bebida 200 antes de la dispensación. Se deberá observar que las cuatro entradas 36 y los cinco agujeros 85 están escalonados circunferencialmente uno con respecto a otro. La posición radial de las dos partes una con relación a otra no se tiene que determinar o fijar durante el montaje puesto que el uso de cuatro entradas 36 y cinco agujeros 85 garantiza que se produzca desalineación entre las entradas y los agujeros sea cual sea la colocación rotacional relativa de los componentes.
El único o los varios ingredientes de bebida se empaquetan en la cámara mezcladora 134 del cartucho. La densidad de empaquetado de los ingredientes de bebida en la cámara mezcladora 134 se puede variar según se desee.
El laminado 5 se fija después al elemento exterior 2 y el elemento interior 3 de la misma manera que la descrita anteriormente en las versiones anteriores.
Durante el uso, entra agua en la cámara mezcladora 134 a través de las cuatro ranuras 36 de la misma manera que en las versiones anteriores del cartucho. El agua es empujada radialmente hacia dentro a través de la cámara mezcladora y se mezcla con los ingredientes de bebida que contiene. El producto se disuelve o mezcla en el agua y forma la bebida en la cámara mezcladora 134 y después es movida a través de los agujeros 85 al canal anular 86 por la contrapresión de la bebida y el agua en la cámara mezcladora 134. El escalonamiento circunferencial de las cuatro ranuras de entrada 36 y los cinco agujeros 85 garantiza que no puedan pasar chorros de agua radialmente directamente desde las ranuras de entrada 36 a los agujeros 85 sin circular primero dentro de la cámara mezcladora 134. De esta forma, se incrementa considerablemente el grado y la consistencia de la disolución o mezcla del producto. La bebida es empujada hacia arriba en el canal anular 86, a través de los agujeros 89 entre los largueros 87 y a la cámara 90. La bebida pasa de la cámara 90 a través de las entradas 45 entre las hojas de soporte 49 al pico de descarga 43 y hacia la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una copa. El cartucho halla aplicación especial con ingredientes de bebida en forma de líquidos viscosos o geles. En una aplicación el cartucho 1 contiene un ingrediente de chocolate líquido con una viscosidad de entre 1700 y 3900 mPa a temperatura ambiente y entre 5000 y 10000 mPa a 0ºC y unos sólidos refractivos de 67 Brix \pm3. En otra aplicación el cartucho 1 contiene café líquido con una viscosidad de entre 70 y 2000 mPa a temperatura ambiente y entre 80 y 5000 mPa a 0ºC donde el café tiene un nivel total de sólidos de entre 40 y 70%.
Una cuarta versión del cartucho 1 se representa en las figuras 30 a 34. La cuarta versión del cartucho 1 está diseñada especialmente para uso al dispensar productos líquidos tales como leche líquida concentrada. Muchas de las características de la cuarta versión del cartucho 1 son las mismas que en las versiones anteriores y se han usado números análogos para hacer referencia a características análogas. En la descripción siguiente se explicarán las diferencias entre las versiones cuarta y anteriores. No se explicará con detalle las características comunes que funcionan de la misma manera.
El elemento exterior 2 es el mismo que en la tercera versión del cartucho 1 y como se representa en las figuras 19 a 23.
El embudo cilíndrico 40 del elemento interior 3 es similar al representado en la segunda versión del cartucho 1 pero con algunas diferencias. Como se representa en la figura 30, el pico de descarga 43 se configura con una sección frustocónica superior 106 y una sección cilíndrica inferior 107. Se han previsto tres nervios axiales 105 en la superficie interior del pico de descarga 43 para dirigir la bebida dispensada hacia abajo hacia la salida 44 y evitar que la bebida descargada gire dentro del pico. En consecuencia, los nervios 105 hacen de deflectores. Como en la segunda versión del cartucho 1, se ha dispuesto una entrada de aire 71 a través de la pestaña anular 47. Sin embargo, la canaleta 75 debajo de la entrada de aire 71 es más alargada que en la segunda versión.
Se ha previsto una porción de faldilla 80 parecida a la representada en la tercera versión del cartucho 1 descrita anteriormente. Se han previsto entre 5 y 12 agujeros 85 en el reborde 84. Típicamente se prevén diez agujeros en vez de los cinco dispuestos en la tercera versión del cartucho 1.
Se ha previsto una copa anular 100 que se extiende desde y es integral con la pestaña 83 de la porción de faldilla 80. La copa anular 100 incluye un cuerpo abocinado 101 con una boca superior abierta 104 que se dirige hacia arriba. Cuatro agujeros de alimentación 103 representados en las figuras 30 y 31 están situados en el cuerpo 101 en o cerca del extremo inferior de la copa 100 donde se une a la porción de faldilla 80. Preferiblemente, los agujeros de alimentación están equiespaciados alrededor de la circunferencia de la copa 100.
El laminado 5 es del tipo antes descrito en las realizaciones anteriores.
El procedimiento de montaje de la cuarta versión del cartucho 1 es el mismo que el de la tercera versión.
La operación de la cuarta versión del cartucho es similar a la de la tercera versión. El agua entra en el cartucho 1 y la cámara mezcladora 134 de la misma manera que antes. Allí el agua se mezcla y diluye con el producto líquido que después es expulsado a través de los agujeros 85 hacia la salida 44 como se ha descrito anteriormente. Una proporción del producto líquido se contiene inicialmente dentro de la copa anular 100 como se representa en la figura 34 y no se somete a dilución inmediata por el agua que entra en la cámara mezcladora 134. El producto líquido diluido en la parte inferior de la cámara mezcladora 134 tenderá a salir a través de los agujeros 85 en vez de ser empujado hacia arriba y a la copa anular 100 a través de la boca superior 104. En consecuencia, el producto líquido en la copa anular 100 permanecerá relativamente concentrado en comparación con el producto en la parte inferior de la cámara mezcladora 134. El producto líquido en la copa anular 100 cae a través de los agujeros de alimentación 103 a la corriente de producto que sale de la cámara mezcladora 134 a través de los agujeros 85. La copa anular 100 actúa para nivelar la concentración del producto líquido diluido que entra en el embudo cilíndrico 40 manteniendo de nuevo una proporción del producto líquido concentrado y liberándolo a la corriente de líquido saliente de forma más estable durante el ciclo de dispensación.
Desde el canal anular 86 la bebida es empujada a presión a través del agujero 128 por la contrapresión de la bebida que se recoge en la cámara de filtración 134 y la cámara 90. La bebida es empujada así a través del agujero 128 como un chorro y a una cámara de expansión formada por el extremo superior del pico de descarga 43. Como se representa en la figura 34, el chorro de bebida pasa directamente por la entrada de aire 71. Cuando la bebida entra en el pico de descarga 43, la presión del chorro de bebida disminuye. Como resultado, se aspira aire a la corriente de bebida en forma de múltiples burbujas de aire pequeñas cuando el aire es aspirado a través de la entrada de aire 71. El chorro de bebida que sale del agujero 128 es canalizado hacia abajo a la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una copa donde las burbujas de aire forman el aspecto espumoso deseado.
Ventajosamente, el elemento interior 3, el elemento exterior 2, el laminado 5 y el filtro 4 se pueden esterilizar fácilmente debido a que los componentes son separables y no incluyen individualmente pasos tortuosos o hendiduras estrechas. Más bien, solamente después de unir los componentes, después de la esterilización, es cuando se forman los pasos necesarios. Esto es especialmente importante donde el ingrediente de bebida es un producto lácteo tal como leche líquida concentrada.
La cuarta realización del cartucho de bebida es especialmente ventajosa para dispensar un producto lácteo líquido concentrado tal como leche líquida. Previamente se facilitaban productos lácteos en polvo en forma de bolsitas a añadir a una bebida previamente preparada. Sin embargo, para un tipo de bebida capuccino hay que espumar el leche. Esto se lograba previamente pasando vapor a través de un producto de leche líquida. Sin embargo, para esto hay que disponer de un suministro de vapor que aumenta el costo y la complejidad de la máquina usada para dispensar la bebida. El uso de vapor también aumenta el riesgo de lesión durante el funcionamiento del cartucho. El cartucho de bebida puede contener un producto lácteo líquido concentrado. Se ha hallado que, concentrando el producto lácteo, se puede producir una mayor cantidad de espuma para un volumen concreto de leche en comparación con leche fresca o UHT. Esto reduce el tamaño requerido del cartucho de leche. La leche semidesnatada fresca contiene aproximadamente 1,6% de grasa y 10% de sólidos totales. Los preparados de leche líquida concentrada de la presente invención contienen entre 3 y 10% de grasa y 25 a 40% de sólidos totales. En un ejemplo típico, la preparación contiene 4% de grasa y 30% de sólidos totales. Los preparados de leche concentrada son adecuados para espumación usando una máquina de preparación a presión baja como se describirá más adelante. En particular, la espumación del leche se logra a presiones inferiores a 2 bar, preferiblemente a aproximadamente 1,5 bar usando el cartucho de la cuarta realización antes descrita.
El cartucho de la cuarta realización también es ventajoso al dispensar productos de café líquido.
Se ha hallado que las realizaciones del cartucho de bebida de la presente invención proporcionan ventajosamente una mejor consistencia de la bebida preparada en comparación con cartuchos de la técnica anterior. Se hace referencia a la Tabla 1 siguiente que muestra los resultados de rendimientos de mezcla para veinte muestras de cartuchos A y B conteniendo café torrefacto y molido. El cartucho A es un cartucho de bebida según la primera realización de la presente invención. El cartucho B es un cartucho de bebida de la técnica anterior como se describe en el documento WO01/58786 del solicitante. El índice de refracción de la bebida preparada se mide en unidades Brix y convierte a un porcentaje de sólidos solubles (%SS) usando tablas y fórmulas estándar. En los ejemplos siguientes:
%SS = 0,7774 * (valor Brix) + 0,0569.
% rendimiento = (%SS * Volumen de mezcla (g)) / (100 * Peso de café (g))
TABLA 1 Cartucho A
1
2 
\vskip1.000000\baselineskip
Cartucho B 
\vskip1.000000\baselineskip
3 
\newpage
La realización de un análisis estadístico de prueba t en los datos anteriores da los resultados siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2 Prueba t: Dos muestras suponiendo varianzas iguales
% rendimiento (Cartucho A) % rendimiento (Cartucho B)
Media 20,99 23,09
Varianza 0,77 5,04
Observaciones 20 20
Varianza agrupada 2,90
Diferencia media hipotetizada 0
df 38
t Stat -3,90
P(T< = t) una cola 0,000188
T una cola crítica 1,686
P(T< = t) dos colas 0,000376
t dos colas crítica 2,0244
Desviación estándar 0,876 2,245 
\vskip1.000000\baselineskip
El análisis muestra que la consistencia de rendimiento porcentual, que es igual a la concentración de mezcla, para los cartuchos de la presente invención es considerablemente mejor (a un nivel de confianza de 95%) que los cartuchos de la técnica anterior, con una desviación estándar de 0,88% en comparación con 2,24%. Esto significa que las bebidas mezcladas con los cartuchos de la presente invención tienen una concentración más repetible y uniforme. Esto es lo que prefieren los consumidores que desean que sus bebidas siempre tengan el mismo sabor y no desean cambios arbitrarios de concentración de la mezcla.
Los materiales de los cartuchos descritos anteriormente pueden estar provisto de un recubrimiento barrera para mejorar su resistencia a la entrada de oxígeno y/o humedad y/u otros contaminantes. El recubrimiento barrera también puede mejorar la resistencia al escape de los ingredientes de bebida del interior de los cartuchos y/o reducir el grado de lixiviación de sustancias extraíbles de los materiales de cartucho que podrían afectar adversamente a los ingredientes de bebida. El recubrimiento barrera puede ser de un material seleccionado del grupo de PET, poliamida, EVOH, PVDC o un material metalizado. El recubrimiento barrera se puede aplicar mediante varios mecanismos incluyendo, aunque sin limitación, deposición al vapor, deposición al vacío, recubrimiento con plasma, coextrusión, etiquetado en molde y moldeo en bi/polietápico.
Una máquina de preparación de bebidas 201 según la presente invención para uso con el cartucho de bebidas antes descrito se representa en las figuras 35 a 45. La máquina de preparación de bebidas 201 incluye en general una carcasa 210 conteniendo un depósito de agua 220, un calentador de agua 225, una bomba de agua 230, un compresor de aire 235, un procesador de control, una interface de usuario 240 y una cabeza de cartucho 250. La cabeza de cartucho 250 incluye a su vez en general un soporte de cartucho 251 para sujetar, durante el uso, el cartucho de bebida 1, medios de reconocimiento de cartucho 252 y perforadores de entrada y salida 253, 254 para formar, durante el uso, la entrada 121 y la salida 122 en el cartucho de bebida 1.
La carcasa 210 contiene y sujeta en posición los otros componentes de la máquina 201. La carcasa 210 se hace preferiblemente total o parcialmente de un material plástico resistente tal como ABS. Alternativamente, la carcasa 210 se puede hacer total o parcialmente de un material metálico tal como acero inoxidable o aluminio. La carcasa 210 incluye preferiblemente un diseño de almeja que tiene una mitad delantera 211 y una mitad trasera 212 que permiten el acceso durante el montaje para ajustar los componentes de la máquina 201 y después se pueden unir para definir un interior 213 de la carcasa 210. La mitad trasera 212 proporciona un rebaje 214 para la unión del depósito de agua 220. La carcasa 210 se forma con medios, tal como retenes, topes, salientes y porciones roscadas, para retener los componentes de la máquina 201 en posición sin necesidad de un chasis separado. Esto reduce el costo general y el peso de la máquina 201. Una base 215 de la carcasa 210 está provista preferiblemente de patas para soportar la máquina de forma estable. Alternativamente, la base 215 propiamente dicha puede tener una forma que forme un soporte estable.
La mitad delantera 211 de la carcasa 210 incluye una estación dispensadora 270 donde tiene lugar la dispensación de la bebida. La estación dispensadora 270 incluye un soporte de receptáculo 271 que tiene un interior hueco que forma una bandeja de goteo 272. Una superficie superior 273 del soporte de receptáculo está provista de una rejilla 274 en la que se coloca el receptáculo. La bandeja de goteo 272 se puede sacar de la carcasa 210 para facilitar el vaciado del agua recogida. Se ha formado un rebaje 275 en la mitad delantera de la carcasa 210 encima del soporte de receptáculo 271 para acomodar las dimensiones del receptáculo.
La cabeza de cartucho 250 se coloca hacia la parte superior de la carcasa 210 encima del soporte de receptáculo como se representa en las figuras 35 y 36. Preferiblemente, la altura de la rejilla 274 con relación a la cabeza de cartucho 250 se puede ajustar para acomodar tamaños diferentes de receptáculo. Se prefiere que el receptáculo esté lo más cerca que sea posible de la cabeza de cartucho 250, permitiendo al mismo tiempo introducir y sacar el receptáculo de la estación dispensadora 270, para minimizar la altura que la bebida dispensada tiene que descender antes de contactar el receptáculo. Esto sirve para minimizar la dispersión y salpicaduras de la bebida y para minimizar la pérdida de burbujas de aire atrapado donde están presentes. Preferiblemente se puede introducir receptáculos de entre 70 mm y 110 mm de altura entre la rejilla 274 y la cabeza de cartucho 250.
La interface de usuario de la máquina 240 está situada en la parte delantera de la carcasa 210 e incluye un botón de arranque/parada 241, y una pluralidad de indicadores de estado 243-246.
Los indicadores de estado 243-246 incluyen preferiblemente un diodo fotoemisor (LED) 243 para indicar que la máquina 201 está lista, un LED 244 para indicar si se ha producido un error en el funcionamiento de la máquina 201, y uno o varios LEDs 245-256 para indicar si la máquina 201 está operando en los modos manual o automático. Los LEDs 243-246 se puede controlar de manera que se iluminan a una intensidad constante, destellen intermitentemente, o ambas cosas dependiendo del estado de la máquina 201. Los LEDs 243-246 pueden tener varios colores incluyendo verde, rojo y amarillo.
El botón de arranque/parada 241 controla el comienzo del ciclo de dispensación y es un pulsador de accionamiento manual, interruptor o similar.
Se puede prever un control de ajuste de volumen para que el usuario de la máquina 201 pueda ajustar manualmente el volumen de la bebida dispensada sin alterar las otras características operativas. Preferiblemente el control de ajuste de volumen permite un ajuste de volumen de más o menos 20%. El control de ajuste de volumen puede ser un botón rotativo, una corredera lineal, una lectura digital con botones de aumento y disminución, o análogos. Más típicamente, el volumen es controlado por el usuario pulsando el botón de arranque/parada 241.
Se puede disponer en la máquina 201 un conmutador manual de potencia (no representado). Alternativamente, el suministro de energía eléctrica se puede controlar simplemente por introducción o extracción del enchufe de energía eléctrica de la red de alimentación.
El depósito de agua 220 está situado en la parte trasera de la carcasa 210 y está conectado a la mitad trasera 212 de la carcasa 210. El depósito de agua 220 incluye un cuerpo generalmente cilíndrico 221 que puede ser circular recto o un frustro según se desee por razones estéticas. El depósito incluye una entrada para llenar de agua el depósito que se cierra durante el uso con una tapa extraíble manualmente 222. Hacia un extremo inferior del depósito se ha dispuesto una salida que comunica con la bomba de agua 230. El depósito de agua 220 se puede hacer de un material transparente o translúcido para que el consumidor pueda ver la cantidad de agua que queda en el depósito. Alternativamente, el depósito de agua 220 se puede hacer de un material opaco pero disponiendo en él una ventana de visión. Además, o en lugar de lo anterior, el depósito de agua 220 puede estar provisto de un sensor de nivel bajo que evita la operación de la bomba de agua 230 y opcionalmente dispara un indicador de aviso, tal como un LED, cuando el nivel del agua en el depósito desciende a un nivel preseleccionado. El depósito de agua 220 tiene preferiblemente una capacidad interior de aproximadamente 1,5 litros.
La bomba de agua 230 está conectada operativamente entre el depósito de agua 220 y el calentador de agua 225 como se representa esquemáticamente en la figura 43 y es controlada por el procesador de control. La bomba proporciona un caudal máximo de 900 ml/min de agua a una presión máxima de 2,5 bar. Preferiblemente, en el uso normal, la presión se limitará a 2 bar. El caudal de agua a través de la máquina 201 puede ser controlado por el procesador de control de manera que sea un porcentaje del caudal máximo de la bomba interrumpiendo cíclicamente el suministro eléctrico a la bomba. Preferiblemente la bomba se puede mover a 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% o 100% del caudal de régimen máximo. La exactitud del volumen de agua bombeada es preferiblemente + o - 5%, lo que da lugar a una exactitud de + o - 5% del volumen final de la bebida dispensada. Una bomba adecuada es la bomba Evolution EP8 producida por Ulka S.r.l. (Pavía, Italia). Se dispone preferiblemente un sensor de flujo volumétrico (no representado) en la línea de flujo hacia arriba o hacia abajo de la bomba de agua 230. Preferiblemente, el sensor de flujo volumétrico es un sensor rotativo.
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El calentador de agua 225 está situado en el interior de la carcasa 210. El calentador 225 tiene un régimen de potencia de 1550 W y es capaz de calentar agua recibida de la bomba de agua 230 desde una temperatura inicial de aproximadamente 20ºC a una temperatura operativa de alrededor de 85ºC en menos de 1 minuto. Preferiblemente, el tiempo de parada entre el final de un ciclo de dispensación y el tiempo en que el calentador 225 es capaz de iniciar un ciclo de dispensación siguiente es inferior a 10 segundos. El calentador mantiene la temperatura seleccionada dentro de + o - 2ºC durante el ciclo de dispensación. Como se explica a continuación, el agua para el ciclo de dispensación se puede suministrar a la cabeza de cartucho 250 a 83ºC o 93ºC. El calentador 225 es capaz de ajustar rápidamente la temperatura de dispensación a 83ºC o 93ºC desde una temperatura nominal del agua de 85ºC. El calentador 225 incluye un interruptor de temperatura excesiva que corta la corriente del calentador si la temperatura excede de 98ºC. El agua salida del calentador 225 se alimenta a la cabeza de cartucho 250 y el cartucho 1 por medio de una válvula de tres vías. Si la presión del flujo de agua es aceptable, el agua se pasa al cartucho 1. Si la presión está por debajo o por encima de límites predeterminados, el agua se desvía por medio de la válvula de tres vías al receptáculo de recuperación 270 de la bandeja de goteo.
El compresor de aire 235 está conectado operativamente a la cabeza de cartucho 250 por medio de una válvula unidireccional y es controlado por el procesador de control. El compresor de aire 235 proporciona un caudal máximo de aire de 500 ml/min a 1,0 bar. Durante el uso se presioniza un volumen operativo de 35 ml a 2,0 bar. Preferiblemente, el compresor de aire 235 puede producir dos caudales: un caudal rápido (o máximo) y un caudal lento.
El procesador de control de la máquina de preparación de bebidas 201 incluye un módulo de tratamiento y una memoria. El procesador de control está conectado operativamente a, y controla la operación de, el calentador de agua 225, la bomba de agua 230, el compresor de aire 235 y la interface de usuario 240.
La memoria del procesador de control incluye una o más variables para uno o varios parámetros operativos para la máquina de preparación de bebidas 201. En la realización ilustrada los parámetros operativos son la temperatura del agua pasada a través del cartucho de bebida 1 durante la etapa operativa, la velocidad de carga del cartucho de bebida 1, la presencia o no de un paso de impregnación, el volumen total dispensado de la bebida, el caudal del agua durante la etapa de descarga, y el caudal y período de la etapa de purga.
Las variables para los parámetros operativos se almacenan en la memoria. El cartucho 1 incluye un código dispuesto sobre o en el cartucho 1 que representa los parámetros operativos requeridos para dispensación óptima de la bebida en dicho cartucho 1. El código está en formato binario e incluye una pluralidad de bits de datos correspondientes a las variables almacenadas en la memoria del procesador de control. La Tabla 3 ilustra cómo se puede usar 13 bits de datos para representar las variables necesarias para los parámetros operativos descritos anteriormente.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 3
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5
El código sobre o en el cartucho 1 incluirá normalmente uno o más bits de datos extra para verificación de errores. En un ejemplo se facilita un código de 16 bits. Por ejemplo, usando las variables enumeradas en la Tabla 3, un cartucho 1 que lleve el código "1000100011110" tendrá los parámetros operativos siguientes:
10 Temperatura del agua de 83ºC
00 Carga rápida con impregnación
1000 Volumen de bebida dispensado de 150 ml
111 Velocidad de flujo igual a 100%
10 Purga rápida de flujo de aire/período corto.
Así, a diferencia de las máquinas de preparación de bebidas de la técnica anterior, la memoria del procesador de control no almacena instrucciones operativas para cartuchos de bebidas en base al tipo de cartucho, es decir, instrucciones para un cartucho de café, instrucciones para un cartucho de chocolate, instrucciones para un cartucho de té, etc. En su lugar, la memoria del procesador de control guarda variables para regular los parámetros operativos individuales del ciclo de dispensación. Esto tiene varias ventajas. En primer lugar, se puede lograr un mayor grado de control del ciclo de dispensación. Por ejemplo se puede usar parámetros operativos ligeramente diferentes para calidades diferentes o mezclas de café en vez de usar los mismos parámetros para todos los tipos de café. Las soluciones de codificación de la técnica anterior que se basan en almacenar instrucciones por tipo de cartucho en vez de por parámetros individuales no son adecuadas para sutiles diferencias de los ciclos de dispensación para tipos similares de bebidas porque consumen rápidamente el espacio de almacenamiento disponible en el medio de codificación y el procesador de control. En segundo lugar, el método de codificación de la presente invención permite usar nuevos tipos de cartuchos de bebida en máquinas ya existentes de preparación de bebidas incluso donde los parámetros operativos para el ciclo de dispensación para el nuevo cartucho de bebida 1 solamente se deciden después de la venta de la máquina de preparación de bebidas 201. Esto es debido a que el procesador de control de la máquina de preparación de bebidas 201 no tiene que reconocer que la bebida es de un tipo nuevo. Más bien, los parámetros operativos del ciclo de dispensación se establecen sin referencia directa al tipo de bebida. Por lo tanto, el método de codificación de la presente invención proporciona excelente retrocompatibilidad de las máquinas de preparación de bebidas con los nuevos tipos de bebidas. En contraposición, con las máquinas de la técnica anterior, el fabricante está limitado a dispensar un nuevo tipo de bebida usando uno de los ciclos de dispensación preexistentes determinados por las máquinas comerciali-
zadas.
La cabeza de cartucho 250 se representa en las figuras 39 a 42. El soporte de cartucho 251 de la cabeza de cartucho 250 incluye una parte inferior fija 255, una parte superior rotativa 256 y un conjunto de cartucho pivotable 257 colocado entre la parte inferior fija 255 y la parte superior rotativa 256. La parte superior 256, la parte inferior 255 y el conjunto de cartucho 257 se giran alrededor de un eje de articulación común 258. Las figuras 39 a 42 muestran el soporte de cartucho 251 con algunos componentes de la máquina 201 omitidos para mayor claridad.
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La parte superior rotativa 256 y el conjunto de cartucho pivotable 257 se mueven con relación a la parte inferior fija 255 por medio de un mecanismo de fijación 280. El mecanismo de fijación 280 incluye una palanca de fijación que tiene primeros y segundos elementos o partes 281 y 282. La primera parte 281 de la palanca de fijación incluye un brazo en forma de U que está montado pivotantemente en la parte superior 256 en dos primeros puntos de pivote 283, uno en cada lado del soporte de cartucho 251.
La segunda parte de la palanca de fijación incluye dos brazos sobre centro 282, uno en cada lado del soporte de cartucho 251 que están montados pivotantemente en la parte superior 256 en un segundo punto de pivote 285 situado en el eje de articulación 258 que acopla la parte superior 256 a la parte inferior fija 255. Cada brazo sobre centro 282 es un elemento alternativo incluyendo un cilindro 282a, un vástago 282b y un manguito elástico 282c. El cilindro 282a tiene un agujero interior y está montado rotativamente en un extremo en el eje de articulación 258. Un primer extremo del vástago 282b se recibe deslizantemente en el agujero del cilindro 282a. El extremo opuesto del vástago 282b está montado rotativamente en el brazo en forma de U 281 en un tercer punto de pivote 286. Los terceros puntos de pivote 286 no están conectados, y se pueden mover libremente con relación, a la parte superior 256 y la parte inferior 255. El manguito elástico 282c está montado fuera del vástago 282b y se extiende, durante el uso, entre superficies de tope en el cilindro 282a y el vástago 282b. El manguito elástico 282c acomoda el acortamiento del brazo sobre centro 282 pero empuja el brazo sobrecentro 282 a una configuración extendida. La aproximación y el alejamiento de los terceros puntos de pivote 286 del eje de articulación 258 es así posible por el movimiento relativo de los vástagos 282b en los cilindros 282a. Los manguitos elásticos 282c se forman preferiblemente de silicona. Aunque la realización ilustrada usa dos brazos sobre centro 282, será evidente que el mecanismo de cierre se puede configurar solamente con un brazo sobre centro 282.
El brazo en forma de U 281 se extiende alrededor de la parte delantera del soporte de cartucho 251 e incluye dos elementos de gancho 287 que cuelgan hacia abajo, uno en cada lado del soporte de cartucho 251, incluyendo cada uno una superficie excéntrica 288 que mira al eje de articulación 258. La parte inferior fija 255 del soporte de cartucho 251 está provista de dos salientes 259, o retenes, situado uno en cada lado de la parte inferior 255 en o cerca de su borde delantero 260 alineados en general con los elementos de gancho 287.
Como se representa en la figura 39, el brazo en forma de U 281 se puede formar a partir de una sola pieza moldeada de plástico incluyendo una empuñadura ergonómica y los elementos de gancho 287 integrales al brazo.
El conjunto de cartucho 257 está montado rotativamente entre las partes superior e inferior 255, 256 del soporte de cartucho 251. El conjunto 257 está provisto de un rebaje sustancialmente circular 290 que recibe durante el uso el cartucho de bebida 1. El rebaje 290 incluye una irregularidad 291 para alojar la porción de asidero 24 del cartucho de bebida 1 que también sirve para evitar la rotación del cartucho de bebida 1 en el soporte de cartucho 251. El conjunto de cartucho 257 se monta sobre resortes con relación a la parte inferior fija 255 de tal manera que, en la posición abierta, representada en la figura 41, el conjunto de cartucho 257 sea expulsado del contacto con la parte inferior fija 255 de manera que el conjunto de cartucho 257 se desplace del contacto con los elementos perforadores de salida y entrada 254, 253. El conjunto de cartucho 257 está provisto de un agujero 292 para recibir a su través los perforadores de entrada y salida 253, 254 y una cabeza 300 de los medios de reconocimiento de cartucho 252 cuando el conjunto de cartucho 257 se desplaza a la posición cerrada.
La parte superior 255 incluye un cuerpo generalmente circular 310 que aloja una ventana circular de visión 312 a través de la que un consumidor puede ver el cartucho de bebida 1 durante un ciclo de dispensación y también confirmar visualmente si un cartucho 1 está cargado en la máquina 201. La ventana de visión 312 tiene forma de copa con un reborde dirigido hacia abajo 311. La ventana de visión 312 es capaz de moverse axialmente con relación al cuerpo 310 de la parte superior 255. Una disposición de realización del movimiento relativo consiste en disponer un muelle ondulado (no representado), o medios elásticos similares, tal como un aro cauchotado, colocado entre la ventana de visión 312 y el cuerpo circular 310. En un montaje alternativo, se ha previsto una serie de muelles helicoidales de compresión (no representados) que se extienden entre la ventana de visión 312 y el cuerpo 310. En ambos casos, los medios elásticos permiten mover un poco la ventana de visión 312 axialmente con relación al cuerpo circular
310.
Cuando el soporte de cartucho 251 está en la posición cerrada, la ventana de visión 312 apoya sobre el cartucho de bebida 1 empujándola contra la parte inferior 256. En una disposición, el reborde 311 de la ventana de visión contacta y apoya sobre la pestaña 35 del cartucho de bebida. Al mismo tiempo, la ventana 312 contacta la parte superior cerrada 11 del cartucho 1. En una disposición alternativa, solamente la ventana de visión 312 contacta la parte superior cerrada 11 del cartucho 1, y no hay contacto de soporte entre el reborde 311 y la pestaña 35. La presión ejercida por el reborde 311 en la pestaña 35 y/o por la ventana 312 en la parte superior cerrada 11 garantiza un cierre estanco a los fluidos entre el cartucho 1 y el soporte de cartucho 251.
La parte inferior 255 incluye los perforadores de entrada y salida 253, 254 y la cabeza 300 de los medios de reconocimiento de cartucho 252. El perforador de entrada 253 incluye un tubo en forma de aguja hueca 260 que tiene un extremo afilado 261 para perforar el laminado 5 del cartucho de bebida 1 durante el uso. El perforador de entrada 253 está en comunicación de fluido con un conducto de agua 262 como se representa en la figura 42 que pasa a través de la parte inferior 255 y está conectado a un conducto de salida 263 del calentador de agua 225. El perforador de salida 254 es de tipo similar al perforador de salida descrito en las patentes europeas del solicitante EP 0 389 141 y EP 0 334 572 e incluye un cilindro de extremo abierto 264 de sección transversal circular o en forma de D con dimensiones más grandes que el pico de descarga 43. Una porción arqueada 265 del extremo superior del perforador de salida 254 está dentada para perforar y eventualmente cortar el laminado del cartucho de bebida 1. El resto del extremo superior se corta de nuevo longitudinalmente al cilindro al menos en la base de los dientes 266 de la porción dentada para plegar o alejar el laminado cortado 5 del agujero de salida antes de que la bebida sea dispensada a su través. El perforador de salida 254 perfora el laminado 5 fuera del pico de descarga 43, y cuando el conjunto de cartucho 257 está en la posición cerrada, descansa en el anillo entre el pico de descarga 43 y la pared exterior 42 del embudo de descarga 40. El perforador de salida 254 pliega de nuevo el laminado cortado 105 al anillo. Por lo tanto, el perforador de salida 254 y el laminado cortado 105 se mantienen fuera del camino de la bebida descargada.
El perforador de salida 254 está rodeado por una repisa 254a que se eleva 0,5 mm con relación a su entorno.
Ventajosamente, el perforador de salida 254 se puede sacar de la parte inferior 255 para poder limpiarlo a fondo, por ejemplo, en un lavavajillas. El perforador de salida extraíble 254 se recibe en un rebaje 267 en la parte inferior 255 donde está asentado. El perforador de entrada 253 y/o el perforador de salida 254 se pueden hacer de un metal, tal como acero inoxidable, o de un material plástico. Ventajosamente, el uso de elementos cortantes de plástico es posible mediante el uso de un laminado 5 que es capaz de ser perforado y cortado por un material no metálico. En consecuencia, los perforadores 253, 254 se pueden hacer menos afilados, lo que disminuye el riesgo de lesión del consumidor. Además, los elementos perforadores de plástico no son propensos a la oxidación. Preferiblemente, el perforador de entrada 253 y el perforador de salida 24 se forman como una sola unidad integral que se puede sacar de la parte inferior 255.
Durante el uso, la parte superior 256 del soporte de cartucho 251 se puede mover de una posición abierta en la que está orientada verticalmente o hacia la vertical como se representa en la figura 36, a una posición cerrada en la que está orientada de forma sustancialmente horizontal y en interenganche con la parte inferior fija 255 y el conjunto de cartucho 257. La parte superior 256 se desplaza de la posición abierta a la cerrada por la operación de la palanca de fijación. Para cerrar la parte superior 256 el usuario agarra la palanca de fijación por el brazo en forma de U 281 y tira hacia abajo. En consecuencia, la parte superior 256 gira poniendo en primer lugar el reborde 311 de la ventana de visión 312 en contacto con la pestaña 35 del cartucho de bebida 1 en el conjunto de cartucho 257 y/o la ventana 312 propiamente dicha en contacto con la parte superior cerrada 11 del cartucho 1. La rotación continuada de la parte superior 256 gira la parte superior 256 y el conjunto de cartucho 257 hacia abajo a contacto con la parte inferior 255. La rotación adicional del brazo en forma de U 281 hace que el brazo en forma de U 281 gire con relación a la parte superior 256 y la parte inferior 255 dando lugar a que los elementos de gancho 287 de la parte superior 256 enganchen los salientes 259 de la parte inferior 255, cabalgando la superficie excéntrica 288 sobre los salientes 259. El cartucho 1 se comprime entre el conjunto de cartucho 257 y la ventana de visión 312 durante esta última etapa de rotación. Como resultado, la ventana de visión 312 es movida axialmente con relación al cuerpo circular 310 de la parte superior 256 contra el empuje del muelle o muelles ondulados helicoidales. Este movimiento permite compensar las tolerancias del cartucho de bebida 1 y la máquina de preparación de bebidas y garantiza que la cantidad de fuerza de compresión aplicada al cartucho se mantenga dentro de un rango aceptable. La fuerza de fijación del mecanismo moderada por la acción del muelle o muelles ondulados helicoidales garantiza una presión de fijación en el cartucho. Para la disposición donde se aplica presión de soporte a la pestaña 35 y la parte superior cerrada 11 del cartucho 1, se ha hallado que se requiere una presión de entre 130 y 280N. Preferiblemente, la fuerza es de aproximadamente 200N. Una fuerza menos de aproximadamente 130N no proporciona un cierre hermético adecuado, mientras una fuerza superior a aproximadamente 280N conduce a fallo del plástico de los componentes del cartucho 1. Para la disposición donde solamente se aplica presión de soporte a la parte superior cerrada 11 del cartucho 1 se ha hallado que se requiere una presión de entre 50N y 280N. Se notará que un menor nivel de presión es posible con esta disposición sin un efecto nocivo en el sellado del cartucho 1. Durante el cierre de la cabeza de cartucho, el laminado 5 del cartucho 1 se tensa cuando se pone en contacto con la repisa 254a que rodea el perforador de salida 254, lo que hace que el laminado 5 se flexione de plano cuando el extremo distal del tubo exterior 42 del embudo cilíndrico se desplace 0,5 mm hacia arriba con relación a la pestaña 35. Este movimiento también garantiza que la mayor parte de la fuerza de compresión aplicada al cartucho actúe a través de la región central del cartucho 1 a través del elemento interior de soporte de carga 3. En la posición cerrada, el cartucho 1 se puede fijar así alrededor de la pestaña 35 por medio del reborde 311 de la ventana de visión 312 y siempre está firmemente fijado entre la parte superior cerrada 11 del cartucho y el tubo exterior 42 del elemento interior 3 por contacto con la ventana de visión 312 y la repisa 254a. Estas fuerzas de fijación ayudan a evitar el fallo del cartucho 1 durante la presionización y también garantizan que el elemento interior 3 y el elemento exterior 2 estén plenamente asentados uno con relación a otro y así que todos los pasos interiores y agujeros permanezcan en sus dimensiones previstas incluso durante la presionización
interior.
Se puede trazar una línea de referencia imaginaria entre los primeros y segundos puntos de pivote 283, 285 del soporte de cartucho 251. Como se puede ver en la figura 41, en la posición abierta, los terceros puntos de pivote 286 están situados en el lado de la línea de referencia más cerca de la parte inferior fija 255. Cuando la parte superior 256 llega a la posición cerrada, los terceros puntos de pivote 286 de la palanca de fijación pasan a través de la línea de referencia que une los primeros y segundos puntos de pivote 283, 285 al lado opuesto de la línea, más lejos de la parte inferior fija 255. En consecuencia, el brazo en forma de U 281 "salta" de una primera posición estable a una segunda posición estable. La acción de salto se acomoda acortando los brazos sobre centro 282 y la compresión consiguiente de los manguitos elásticos 282c. Una vez que los terceros puntos de pivote 286 han pasado por la línea de referencia imaginaria, la recuperación de los manguitos elásticos 282c sirve para continuar el alejamiento de los terceros puntos de pivote 286 de la línea de referencia imaginaria. La palanca de fijación así tiene una operación biestable en la que la palanca es estable en las posiciones abierta y cerrada, pero inestable en el punto en que los terceros puntos de pivote 286 están en la línea imaginaria de referencia que une los primeros y segundos puntos de pivote 283, 285. Así, la acción de salto de la palanca de fijación proporciona un mecanismo de cierre positivo que conduce a una clara acción de cierre donde en las etapas finales de rotación de la palanca de fijación, la acción de salto del brazo en forma de U 281 y los segundos brazos 284 empuja los elementos de gancho 287 firmemente a enganche con los salientes 259. Además, los manguitos elásticos 282c proporcionan resistencia a la reapertura de la parte superior 256 puesto que se requiere una fuerza mínima para comprimir suficientemente los manguitos 282c para mover los terceros puntos de pivote 286 de nuevo a línea con la línea de referencia que une los primeros y segundos puntos de pivote 283, 285. Ventajosamente, el interenganche de los elementos de gancho 287 y los salientes 259 evita la separación de las partes superior e inferior distinta de por rotación de la palanca de fijación. Esto es útil para evitar la apertura de la cabeza de cartucho 250 durante el funcionamiento cuando la cabeza de cartucho 250 está sometida a presionización
interior.
La finalidad de los medios de reconocimiento de cartucho 252 es que la máquina 201 pueda reconocer el tipo de cartucho de bebida 1 que se ha introducido y regule consiguientemente uno o varios parámetros operativos. En una realización típica, los medios de reconocimiento de cartucho 252 incluyen un lector óptico de código de barras que lee un código de barras impreso 320 dispuesto en el laminado 5 del cartucho de bebida 1 como se representa en la figura 45. El código de barras 320 se forma a partir de una pluralidad de barras de color de contraste. Preferiblemente, las barras son negras sobre fondo blanco para maximizar el contraste. El código de barras 320 no se tiene que adaptar a un estándar publicado, pero se puede usar un formato estándar para códigos de barras, tal como EAN13, UPCA, o Interleaf 2 de 5. El lector óptico de código de barras incluye uno o más LEDs 321 para iluminar el código de barras 320, una lente de enfoque 322 para adquirir una imagen del código de barras, un dispositivo de acoplamiento de carga (CCD) 323 para producir una señal eléctrica representativa de la imagen adquirida y circuitería de soporte para los LEDs y CCD. El espacio en la parte inferior para alojar el lector de código de barras es limitado. Se puede usar uno o varios espejos 324 para reflejar la luz de los LEDs 321 a una lente de enfoque que no está situada en la parte inferior 255. Se muestran montajes esquemáticos en las figuras 44a y 44b. La parte inferior 255 incluye un agujero 326 que es del mismo tamaño que el código de barras 320 en el cartucho de bebida 1. Durante el uso, las señales eléctricas producidas son decodificadas por software de procesado de señal y los resultados son enviados al procesador de control. El software puede reconocer si la lectura del código de barras contenía errores. El código de barras 320 puede ser reexplorado varias veces antes de que se presente un mensaje de error al consumidor. Si la máquina 201 es incapaz de leer el código de barras, el consumidor es capaz de usar el cartucho de bebida 1 para dispensar una bebida usando un modo de operación manual.
La cabeza de cartucho 250 también incluye un sensor de cartucho para detectar si un cartucho está presente en el soporte de cartucho 251.
La cabeza de cartucho 250 también incluye un sensor de bloqueo que detecta si el soporte de cartucho 251 está correctamente cerrado. Preferiblemente, el sensor de bloqueo incluye un microinterruptor que se dispara cuando el soporte de cartucho 251 se cierra y bloquea. Preferiblemente, el sensor de cartucho y el sensor de bloqueo están conectados en serie de tal manera que la salida de ambos sensores deba ser satisfactoria, es decir, cartucho presente y mecanismo bloqueado, antes de que pueda comenzar el ciclo de dispensación.
La operación de la máquina 201 incluye la introducción de un cartucho de bebida 1 en la cabeza de cartucho 250, realizar un ciclo de dispensación en el que se dispensa la bebida, y la extracción del cartucho 1 de la máquina.
El comportamiento operativo de la máquina 201 lo determina el software embebido en el procesador de control. La operación de la máquina se puede describir en términos de "Estados", donde la máquina 201 estará normalmente en un estado concreto hasta que se produzca un evento para cambiar de estado, un paso llamado transición de estado.
La Tabla 4 muestra una tabla de transición de estado que ilustra los estados y las transiciones de estado para una realización de la máquina de preparación de bebidas 201.
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7 
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El ejemplo siguiente ilustra un ciclo de dispensación para ejemplificar el uso de las transiciones de estado realizadas por el procesador de control.
Se supone que la máquina 201 está inicialmente apagada y sin cartucho 1 introducido en la cabeza de cartucho 250. Cuando se enciende la máquina 201, el procesador de control está en el estado 1. Se enciende el calentador de agua 225. Una vez que la temperatura llega a 85ºC el procesador de control pasa al estado 2. Si en cualquier momento durante el estado 1 o 2 se cierra el soporte de cartucho 251, el sensor de bloqueo se disparará enviando al procesador de control una señal que indica que el soporte de cartucho 251 está cerrado adecuadamente. El procesador de control interroga posteriormente al sensor de cartucho enviando una instrucción "readpod". El sensor de cartucho devuelve al procesador de control una señal que indica si un cartucho está en posición en el soporte de cartucho 251. Si no hay cartucho, el procesador de control pasa al estado 3 donde permanece en un estado preparado hasta que el soporte de cartucho 251 se vuelve a abrir, punto en el que el procesador de control pasa de nuevo al estado 2. Si hay un cartucho en el estado 2, el procesador de control pasa al estado 4 y la operación se inicia automáticamente. Durante los estados 4 a 9 la temperatura del agua se controla en el fondo de manera que permanezca dentro del rango de tolerancia requerido de la temperatura deseada establecido por los parámetros operativos puestos por el código de barras en el cartucho de bebida 1. Una vez terminada la etapa de descarga de dispensación, se inicia la purga de aire en el estado 8. Una vez terminada la purga de aire, se termina el ciclo operativo y la máquina entra en modo de espera en el estado 10. Si, durante el funcionamiento, se produce un error, el procesador pasa al estado 11. Si se detecta un nivel bajo del agua, el procesador pasa al estado 12.
Para introducir el cartucho 1 se abre el soporte de cartucho 251 como se ha descrito anteriormente para exponer el conjunto de cartucho 257. Después, se pone el cartucho 1 en el conjunto de cartucho 257 recibido dentro del rebaje 290 de tal manera que el asidero 24 del cartucho esté situado en la irregularidad 291. El código de barras óptico o magnético 320 del cartucho 1 se orienta directamente encima del agujero 326 en el conjunto de cartucho 257. Posteriormente se cierra el soporte de cartucho 251 por la operación de la palanca de fijación como se ha descrito anteriormente. Durante el cierre, los perforadores de entrada y salida 253, 254 perforan el laminado 5 del cartucho 1 para formar la entrada 121 y salida 122 del cartucho. Como se ha descrito anteriormente, el laminado 5 cortado por el perforador de salida 254 se pliega al anillo que rodea el pico de descarga 43. Cuando se cierra, el soporte de cartucho 251 agarra el cartucho 1 alrededor del reborde 35 entre el conjunto de cartucho 257 y la parte superior 256 y/o entre la ventana 311 y la parte superior 11 del cartucho 1 para formar un cierre estanco a los fluidos de integridad suficiente para resistir las presiones desarrolladas durante el ciclo de dispensación.
Para comenzar el ciclo operativo, el consumidor pulsa el botón de arranque/parada 241.
El ciclo operativo incluye los pasos de reconocimiento del cartucho y el ciclo de descarga.
El reconocimiento del cartucho lo llevan a cabo los medios de reconocimiento óptico de cartucho 252 como se ha descrito anteriormente suponiendo que las salidas del sensor de cartucho y sensor de bloqueo sean satisfactorias. Una vez que el código de barras 320 ha sido decodificado, los parámetros operativos de la máquina 201 son regulados por el procesador de control. Posteriormente se inicia automáticamente el ciclo de descarga.
El ciclo de descarga tiene cuatro etapas principales, no todas las cuales se utilizan para todos los tipos de bebidas:
(i)
Prehumectación
(ii)
Pausa
(iii)
Mezcla/Preparación
(iv)
Purga
En la etapa de prehumectación el cartucho 1 se carga con agua del depósito de agua de almacenamiento 220 por medio de la bomba de agua 230. La carga con agua hace que se humedezcan los ingredientes de bebida 200 en la cámara de filtración 130. La carga puede tener lugar a un caudal "rápido" de 600 ml/min o un caudal "lento" de 325 ml/min. La velocidad de carga lenta es especialmente útil para cartuchos que contienen ingredientes de bebida líquidos viscosos donde los ingredientes requieren cierta dilución antes de poderse bombear a un caudal volumétrico más alto. El volumen de agua inyectada al cartucho 1 se selecciona para garantizar que el agua o la bebida no goteen por la salida de cartucho 122 durante esta etapa.
La etapa de pausa permite que los ingredientes de bebida 200 se impregnen en el agua inyectada durante la etapa de prehumectación durante un período de tiempo predeterminado. Es sabido que las etapas de prehumectación e impregnación incrementan el rendimiento de las sustancias extraíbles de los ingredientes de bebida 200 y que mejoran el aroma final de la bebida. La prehumectación y la impregnación se utilizan en particular donde los ingredientes de bebida son café torrefacto y molido.
En la etapa de mezcla/preparación se pasa agua a través del cartucho 1 para producir la bebida a partir de los ingredientes de bebida 200. La temperatura del agua la determina el procesador de control que envía instrucciones al calentador de agua 225 para calentar el agua que pasa del depósito de agua 220 a la cabeza de cartucho 250. El agua entra en la parte inferior 255 del soporte de cartucho 251 a través del conducto 262 a través de la válvula de entrada y el perforador de entrada 253 a la cámara de entrada 126 del cartucho de bebida 1. La mezcla y/o preparación y siguiente dispensación de la bebida del cartucho de bebida 1 son las descritas anteriormente con referencia a las versiones del cartucho de bebida 1.
La purga de aire incluye el soplado de aire a presión a través de la máquina de preparación de bebidas y el cartucho de bebida 1 para garantizar que toda la bebida se dispense y que el recorrido de flujo se limpie preparándose para dispensar otra bebida. La purga de aire no comienza inmediatamente al cesar la etapa de mezcla/preparación para que el mayor parte del fluido salga del recorrido de flujo. Esto evita un pico inaceptable de presión interior al comienzo de la purga de aire.
En funcionamiento normal, el usuario manualmente para la máquina 201 poniendo en funcionamiento el botón de arranque/parada 241.
Una vez que ha terminado el ciclo operativo, el consumidor quita el cartucho 1 abriendo el soporte de cartucho 251 y quitando manualmente y desechando el cartucho. Alternativamente, la máquina 201 puede estar provista de un mecanismo de expulsión automática para sacar automáticamente el cartucho al abrir el soporte de cartucho 251.
Los tiempos de dispensación de bebidas usando la máquina 201 y los cartuchos 1 son típicamente de entre 10 y 120 segundos, preferiblemente de 30 a 40 segundos para café torrefacto y molido, de entre 5 y 120 segundos, preferiblemente de 10 a 20 segundos para chocolate y de entre 5 y 120 segundos, preferiblemente de 10 a 20 segundos para leche.
La máquina 201 también puede incluir ventajosamente una memoria en comunicación operativa con el procesador de control que almacena información sobre el tipo de bebida dispensado por un usuario. El ciclo operativo de la máquina 201 se puede ajustar entonces para el cartucho siguiente 1. Esto es especialmente ventajoso donde se usan secuencialmente dos o más cartuchos de bebidas 1 para formar una bebida. Por ejemplo, se puede dispensar un cartucho de café seguido de un cartucho de leche para formar una bebida de cappuccino. Alternativamente, se podría usar un cartucho de chocolate seguido de un cartucho de leche para producir una bebida cremosa de chocolate caliente. Utilizando una memoria que almacena información sobre la primera bebida dispensada, se puede alterar la manera de dispensar el segundo cartucho, por ejemplo, un cartucho de leche, para lograr una bebida óptima. En el ejemplo anterior la leche dispensada para chocolate caliente se puede diluir, típicamente, menos que la leche añadida al café. Además, la leche dispensada para chocolate se puede dispensar a una velocidad de flujo más lenta para disminuir el grado de espumación de la bebida. Son posibles muchas combinaciones de cartuchos y parámetros operativos como será obvio a los expertos. Además, la memoria se puede usar para que la máquina 201 pueda "predecir" el tipo de bebida que un usuario deseará dispensar después. Por ejemplo, si un usuario bebe predominantemente un tipo de bebida, la máquina puede ordenar al calentador de agua que siga a la temperatura óptima para dicho tipo de bebida.

Claims (8)

1. Un mecanismo de cierre para una máquina de preparación de bebidas (201) incluyendo una parte inferior fija (255), una parte superior (256) rotativa con relación a la parte inferior y un soporte de cartucho (257) interpuesto entre la parte inferior y la parte superior y que puede girar con relación a la parte inferior y la parte superior, caracterizado porque la parte inferior incluye medios perforadores de entrada (253) y medios perforadores de salida (254) para formar, respectivamente, una entrada y una salida, durante el uso, en un cartucho (1) recibido en el soporte de cartucho, donde la rotación de la parte superior hacia la parte inferior hace que la parte superior enganche el soporte de cartucho y mueva el soporte de cartucho a contacto con la parte inferior y al mismo tiempo haga, durante el uso, que los medios perforadores de entrada y los medios perforadores de salida perforen un cartucho recibido en el soporte de cartucho.
2. Un mecanismo de cierre según se reivindica en la reivindicación 1, donde la parte superior (256) se puede mover entre una posición abierta para recibir un cartucho en el soporte de cartucho y una posición cerrada en la que el soporte de cartucho está en contacto con la parte inferior.
3. Un mecanismo de cierre según se reivindica en la reivindicación 2, donde en la posición abierta la parte superior (256) está orientada de forma sustancialmente vertical.
4. Un mecanismo de cierre según se reivindica en la reivindicación 2 o la reivindicación 3, donde en la posición cerrada la parte superior (256) está orientada horizontalmente.
5. Un mecanismo de cierre según se reivindica en cualquier reivindicación anterior, donde el soporte de cartucho (257) incluye un rebaje (290) para recibir un cartucho.
6. Un mecanismo de cierre según se reivindica en la reivindicación 5, donde el rebaje (290) incluye una irregularidad (291) para evitar la rotación de un cartucho recibido en el rebaje.
7. Un mecanismo de cierre según se reivindica en cualquier reivindicación anterior, donde el soporte de cartucho (257) es empujado con relación a la parte inferior fija (256) de tal manera que en una posición abierta con la parte superior desenganchada de la parte inferior y el soporte de cartucho, el soporte de cartucho se desenganche de la parte inferior.
8. Un mecanismo de cierre según se reivindica en la reivindicación 7 donde, en la posición abierta, el soporte de cartucho (257) está desenganchado de los medios perforadores de entrada (253) y los medios perforadores de salida (254).
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