WO2021005251A1 - Cápsula para infusión de bebida - Google Patents

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capsule
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laminar
annular
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Alberto Salata
Miguel BIRIGAY MÍNGUEZ
Santiago RIVERO MARTÍNEZ
Rafael OCÓN BERANGO
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Cocatech SL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D85/00—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials
    • B65D85/70—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials for materials not otherwise provided for
    • B65D85/804—Disposable containers or packages with contents which are mixed, infused or dissolved in situ, i.e. without having been previously removed from the package
    • B65D85/8043—Packages adapted to allow liquid to pass through the contents
    • B65D85/8052—Details of the outlet

Definitions

  • the capsule for beverage infusion is configured to be able to be inserted into a machine prepared to inject water into a bowl structure of the capsule, flooding an interior space of said bowl structure, to finally obtain a liquid mixture formed by the infusion and the water. ; where said liquid mixture will go out through a lower outlet mouth.
  • a first objective of the invention is to reduce the amount of plastic material used in the manufacture of the capsule;
  • a second objective of the invention is to reduce manufacturing complexity;
  • a third objective of the invention is to achieve an opening of the capsule by breaking a laminar membrane, only by increasing the pressure of the liquid mixture inside the capsule without physical counting of an additional element to be able to break said laminar membrane . All this allows an emulsion of the food substance (such as coffee) with the generation of a rich, voluminous and persistent cream.
  • beverage preparation capsules are known in which, after mixing a liquid with a food product such as infusions and coffee, said mixture is filtered inside the capsule through a filtering surface.
  • Capsules for making drinks are also known that comprise in their interior a filter with a filtering surface, through which the mixture passes before being extracted to the outside through a lower mouth of the capsule.
  • the filter Due to the pressure reached inside the food drink preparation capsule when a liquid is injected into its interior, the filter tends to destabilize and move internally due to the stresses to which said filter is subjected, which causes an abnormal operation inside the capsule.
  • Another problem that occurs in known capsules is the formation of a crater in the volume of the food product housed inside the capsule when the drug is injected. liquid inside the capsule, so that the formation of said crater creates a throat through which part of the liquid is evacuated directly towards the outlet of the capsule with a poor mixture of the infusion or coffee; even the formation of such a crater can cause part of the food product to not get wet by the liquid injected into the capsule.
  • both chambers are initially isolated from each other by means of a laminar membrane.
  • a laminar membrane When water is introduced into the upper chamber it wets the food product and at the same time the pressure increases progressively, arriving at a time when the membrane breaks and then the liquid mixture of water and food product reaches the lower chamber, which communicates with an outlet hole through which the mixture is extracted for consumption.
  • the rupture of the membrane is carried out by physical contact between the membrane and a sharp element, as for example in the patent with publication number in Spain ES 2260626 (EP 02000943), so that with the increase in pressure inside the upper chamber of the capsule, the membrane moves and comes into contact with the sharpened element.
  • the laminar membrane breaks due to the increase in pressure inside the upper chamber of the capsule without requiring a sharp element to penetrate the laminar membrane.
  • the laminar membrane includes incisions or punctual notches that constitute weakened areas, and it is where the membrane finally breaks when the pressure increases enough.
  • the invention patent with publication number in Spain ES 2359284 T3 with priority of European patent EP 07104813, refers to a capsule of ingredients for beverages that comprises a bowl structure that includes an upper chamber and a lower chamber that are separated by a filter, so that when the pressure increases inside the upper chamber where the food substance is located, the liquid mixture (drink) of water and the food substance passes into the lower chamber through a perimeter gap that is released as a consequence of the increase in pressure in the upper chamber, such that said perimeter gap is delimited between an internal side face of the bowl structure and a perimeter part of the filter adjacent to said internal side face.
  • the filter includes direct capillary holes that communicate directly between the upper chamber and the lower chamber.
  • the invention patent with application number in Spain P 201930359 refers to a capsule for beverage infusion that is owned by the same owner as the invention in question. It comprises a laminar membrane that separates an upper chamber and a lower chamber within a capsule structure; wherein said laminar membrane includes a circumferential pre-cut that faces an annular valley of a filter located inside the lower chamber of the capsule, so that when the pressure increases within the upper chamber, the laminar membrane is broken by said circumferential pre-cut passing the drink from the upper chamber to the lower chamber through two labyrinths of the filter, to finally leave the drink to the outside for consumption through an outlet.
  • the invention proposes a capsule for beverage infusion comprising a bowl structure that includes a bottom, a side wall and a mouth that is closed by means of a lid; where said bottom includes a central zone with at least one outlet for the drink.
  • the capsule of the invention further comprises a laminar membrane that separates a lower chamber from an upper chamber that is configured to house a food substance; wherein said laminar membrane includes a circumferential precut; and where the upper chamber is delimited between a part of the side wall, the lid and the laminar membrane, while the lower chamber is delimited between the bottom and the laminar membrane.
  • the bottom of the bowl structure comprises a first annular plateau that surrounds the central zone, and a second annular plateau that surrounds a channel located around the first annular plateau; where said channeling constitutes a valley that separates the first annular plateau and the second annular plateau; and where the circumferential precut of the laminar membrane faces the canalization.
  • the laminar membrane is joined to a first surface of the first annular plateau of the bottom by means of a first welded joint, which corresponds to a first internal part as a central disk of the laminar membrane; wherein an annular portion of said first internal part is welded to the first surface of the first annular land of the bowl structure.
  • the laminar membrane is attached to a second surface of the second annular plateau of the bottom by a second continuous welded joint that corresponds to a second end portion of the laminar membrane welded to the second surface of the second annular plateau of the bowl structure.
  • the lower chamber comprises the channeling and a central cavity delimited between the central area of the bottom and a central part of the laminar membrane; where said channeling and the central cavity communicate with each other through a labyrinth located in the first annular plateau; and where the outlet orifice communicates with said central cavity.
  • the labyrinth comprises a grooved structure located on the first surface of the first annular plateau at the bottom of the bowl structure; wherein said grooved structure interrupts the continuity of said first surface on which the laminar membrane is attached by means of the first welded joint.
  • Figure 1 Shows an exploded perspective view of the capsule for beverage infusion, object of the invention. It basically comprises a bowl structure, a laminar membrane located inside the bowl structure, and a concentric labyrinth located at the bottom of the bowl-shaped structure.
  • Figure 2. Shows a sectional view of the bowl structure and the laminar membrane welded to a part of the bottom of said bowl structure.
  • Figure 3. Shows a plan view of the bowl structure.
  • Figures 4 and 5. They show plan views of the laminar membrane.
  • the beverage infusion capsule comprises a bowl structure 1 with a perimeter step 2, a lid 3, a filter paper 4 which is optional, and a laminar membrane 5.
  • the cover 3 is joined by sealing on an upper perimeter edge 1a that delimits a mouth of the bowl structure 1.
  • the bowl structure 1 includes a bottom 6 located below the perimeter step 2; wherein said bottom 6 comprises a central zone 6a, a first annular plateau 6b that surrounds the central zone 6a and a second annular plateau 6c that surrounds a channel 6d located around the first annular plateau 6b; where said channeling 6d constitutes a valley that separates the first annular plateau 6b and the second annular plateau 6c.
  • the central zone 6a of the bottom 6 of the bowl structure 1 includes holes 7 around its perimeter to release the drink.
  • the laminar membrane 5 is attached to a first surface of the first annular plateau 6b of the bottom 6 by means of a first welded joint, which corresponds to a first internal part 5c as a central disk of the laminar membrane 5; wherein an annular portion of said first internal part 5c is welded to the first surface of the first annular land 6b of the bowl structure.
  • the laminar membrane 5 is attached to a second surface of the second annular plateau 6c of the bottom 6 by means of a second continuous welded joint that corresponds to a second end part 5a of the laminar membrane 5 welded to the second surface of the second annular plateau 6c cup structure 1.
  • the filter paper 4 which is welded to a part of an inner face of a side wall 9 of the bowl structure 1.
  • the laminar membrane 5 together with the filter paper 4 separate a lower chamber and an upper chamber; where the upper chamber is configured to house a food substance 10 that will be in contact with the laminar membrane 5 or with the filter paper 4 when the latter element 4 is incorporated.
  • the lower chamber comprises in principle the channel 6d and a central cavity 11 delimited between the central zone 6a of the bottom 6 and a central part of the laminar membrane 5, so that said channel 6d and the central cavity 11 communicate between yes through a maze 8 located on the first annular plateau 6b.
  • the outlet holes 7 communicate with said central cavity 11.
  • said labyrinth 8 comprises a grooved structure located on the first surface of the first annular plateau 6b, such that said grooved structure interrupts the continuity of said first surface on which the laminar membrane 5 is welded.
  • the laminar membrane 5 includes a continuous circumferential precut 5b having a diameter greater than the dimension of the contour of the first annular plateau 6b and less than the dimension of the contour of the second annular plateau 6c of the bottom 6 of the bowl structure; where said continuous circumferential precut 5b faces the channeling 6d that separates both annular plateaus 6b, 6c.
  • the continuous circumferential precut 5b delimits the area of the first internal part 5c of the laminar membrane 5; where said continuous circumferential pre-cut 5b is located in a delimited part between the two welded joints; and where the continuous circumferential precut 5b separates the first inner part 5c from a part 5d of the laminar membrane 5 that includes the second end part 5a.
  • the lower chamber of the capsule constitutes a discharge and filtering chamber, where the water mixed with the food substance 10 flows between the spaces and interstices of the labyrinth 8, filtering and homogenizing the water with the food substance 10, on its way from the pipeline 6d, then passing through the labyrinth 8 to finally reach the central cavity 11 that communicates with the outside through the outlet holes 7 through which the liquid mixture (drink) of the water with the food substance 10 will flow to the outside.
  • a cannula 12 of the machine After introducing the capsule of the invention in a beverage infusion machine, and activating said machine, one end of a cannula 12 of the machine pierces the cap 3 of the capsule and is inserted into a hollow space that exists in the upper part of the capsule, above the food substance 10 housed in the upper chamber; all this to flood said upper chamber with water in a liquid state.
  • the food substance 10 occupies a filling space that complements the hollow space into which the end of the cannula 12 opens, so that the upper chamber comprises the hollow space and the space occupied by the food substance 10.
  • the cannula 12 introduces hot water into the upper chamber of the capsule, flooding the interior space of said upper chamber; where during this operation the hot water is mixed with the food substance 10. As the hot water is introduced, the pressure inside the upper chamber of the capsule progressively increases.
  • the controlled rupture of the laminar membrane 5 begins in an area of its continuous circumferential pre-cut 5b, and then throughout the closed path of the continuous circumferential pre-cut 5b; with which the upper chamber and the lower chamber communicate.
  • the rupture of the laminar membrane 5 is progressive along the entire path of the continuous circumferential pre-cut 5b, generating a continuous annular opening around the first annular plateau 6b.
  • the laminar membrane 5 initially ruptures at the weakest point of the continuous circumferential pre-cut 5b (laser marked) and then the rupture is progressively completed along the entire length. the path of said continuous circumferential precut 5b.
  • the laminar membrane 5 comprises a first layer of aluminum material and a second layer of polyester; where the first layer is the one that is welded to the corresponding areas of the bottom 6.
  • the double weld to join the laminar membrane 5 forms boundary conditions that prevent any displacement other than the deformation of the laminar membrane 5.
  • the laminar membrane 5 deforms with the pressure exerted by the liquid fluid within the upper chamber, dividing said laminar membrane 5 into two separate parts, without physical contact with other elements of the capsule through the rupture zone.
  • a section of the second layer of polyester material is removed (evaporated) by means of a laser; where said section corresponds to the continuous circumferential precut 5b where only the aluminum material of the first layer remains. Removing the polyester material from a specific area reduces the mechanical capabilities of the laminar membrane 5 in a precise way that is designed to break through the laser etched area.
  • the adaptation of the laminar membrane 5 on the bottom 6 of the cup structure 1 causes sectors with different deformations to differentiate, so that in this situation the laminar membrane 5 is subjected to a tension in all its extension, that when the moment of maximum deformation and tension arrives, the laminar membrane 5 will break at its weakest part, which is precisely the area where the continuous circumferential pre-cut 5b has been previously made, in which only the aluminum material of the first layer.
  • the continuous circumferential precut 5b has been designed in the laminar membrane 5.
  • the continuous circumferential precut 5b has neither beginning nor end.
  • other conventional linear cuts have a final section that is susceptible and sensitive to stress concentration, allowing the appearance of uncontrolled cracks due to the deformation of the membrane laminar that includes said linear cuts.
  • the continuous circumferential pre-cut 5b is a geometry without beginning or end, in which, once the rupture of the laminar membrane 5 has begun, it extends through the zone of laser weakening, producing the total rupture of the first aluminum layer in two sections. This effect includes a self-conclusive effect, without the possibility of the weakened areas of the aluminum layer being in contact with other parts of the capsule before breaking.
  • the aluminum layer is designed to break without mechanical contact or engagement with other areas of the capsule, but only mediating deformation and tensile stress due exclusively to the pressure generated by the liquid fluid within the upper chamber of the bowl structure 1.
  • the bottom 6 of the cup structure 1 includes the channeling 6d in the manner of an annular valley around the first annular plateau 6b, on whose first surface the first interior part 5c of the laminar membrane 5 is welded. ; where said channeling 6d is facing an annular portion 13 of the laminar membrane 5 in which the continuous circumferential pre-cut 5b is located.
  • the channel 6d limits and defines the span over which the elongation (stretching) of the first aluminum layer will take place; where the continuous circumferential pre-cut 5b of the laminar membrane 5 faces said gap of the channeling 6d.
  • the channel 6d is the empty space over which the first aluminum layer of the laminar membrane 5 is deformed to its breaking point along the continuous circumferential pre-cut 5b of said laminar membrane 5.
  • the first inner part 5c and the complementary part 5d of said laminar membrane 5 are physically separated, so that the adjacent portions of both parts 5c, 5d are bent towards the interior space of the duct 6d until contacting some side and bottom faces of said duct 6d.
  • the geometry of the duct 6d in the direction of the escapement of the liquid drink, it maintains open passage sections in the limits of said canalization 6d through the interstices of the labyrinth 8 located in the first annular plateau 6b of the bottom 6 of the bowl structure.
  • One of the problems associated with the manageability of capsules for the infusion of beverages is the initial shock of the front of the liquid flow when exiting the capsule, caused by the high pressure at which the infusion is formed.
  • the characteristic bottom 6 has been designed to expand the drink first, and then to concentrate, reduce and soften its speed and / or pressure, and centralize the extraction of the beverage through the outlet holes 7.
  • the channel 6d of the bottom 6 of the bowl structure 1 distributes the liquid drink throughout its annular path, homogenizing the flow of the liquid drink before going to the next stage that corresponds to the passage of the drink through the labyrinth 8 until reaching the central cavity 11.
  • the laminar membrane 5 is progressively and gently tearing until the entire path of said continuous circumferential precut 5b is completed.
  • the mixture of water with the food substance 10 reaches the channel 6d; then the liquid mixture will go through the labyrinth 8 in concentration until it reaches the central cavity 11 and here the liquid mixture will flow through the outlet holes 7 located in the center of the bottom 6 of the bowl structure 1.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Tea And Coffee (AREA)

Abstract

La cápsula para infusión de bebida comprende una estructura de cazoleta (1) que incluye un fondo (6), una pared lateral (9) y una embocadura que está cerrada mediante una tapa (3).Un primer objetivo de la invención es reducir la cantidad de material plástico utilizado en la fabricación de la cápsula; un segundo objetivo de la invención es reducir la complejidad de fabricación; y un tercer objetivo de la invención es conseguir una apertura de la cápsula mediante la rotura de una membrana laminar(5), solamente mediante un incremento de la presión de la mezcla líquida dentro de la cápsula sin contado físico de un elemento adicional para poder romper dicha membrana laminar(5) que separa una cámara inferior de una cámara superior. Todo ello permite una emulsión de la sustancia alimenticia (como por ejemplo café) con la generación de una rica crema voluminosa y persistente.

Description

CÁPSULA PARA INFUSIÓN DE BEBIDA
DESCRIPCIÓN
Objeto de la invención
La cápsula para infusión de bebida está configurada para poder insertarse en una máquina preparada para inyectar agua dentro de una estructura de cazoleta de la cápsula inundando un espacio interior de dicha estructura de cazoleta, para obtener finalmente una mezcla líquida formada por la infusión y el agua; donde dicha mezcla líquida saldrá al exterior a través de una boca inferior de salida. Partiendo de esta premisa, un primer objetivo de la invención es reducir la cantidad de material plástico utilizado en la fabricación de la cápsula; un segundo objetivo de la invención es reducir la complejidad de fabricación; y un tercer objetivo de la invención es conseguir una apertura de la cápsula mediante la rotura de una membrana laminar, solamente mediante un incremento de la presión de la mezcla líquida dentro de la cápsula sin contado físico de un elemento adicional para poder romper dicha membrana laminar. Todo ello permite una emulsión de la sustancia alimenticia (como por ejemplo café) con la generación de una rica crema voluminosa y persistente.
Problema técnico a resolver y antecedentes de la invención
En la actualidad son conocidas las cápsulas de preparación de bebida en las que, tras la mezcla de un líquido con un producto alimenticio como infusiones y café, dicha mezcla es filtrada en el interior de la cápsula a través de una superficie de filtrado.
Son conocidas también las cápsulas para elaboración de bebida que comprenden en su espacio interior un filtro con una superficie de filtrado, a través de la cual pasa la mezcla antes de extraerse al exterior a través de una boca inferior de la cápsula.
Debido a la presión alcanzada en el interior de la cápsula de preparación de bebida alimenticia cuando se inyecta un líquido en su interior, el filtro tiende a desestabilizarse y desplazarse interiormente a causa de los esfuerzos a los que se ve sometido dicho filtro, lo que provoca un funcionamiento anómalo en el interior de la cápsula.
Otro problema que se da en las cápsulas conocidas es la formación de un cráter en el volumen del producto alimenticio alojado dentro de la cápsula cuando se inyecta el líquido en el interior de la cápsula, de forma que la formación de dicho cráter crea una garganta por la que parte del líquido es evacuado directamente hacia la boca de salida de la cápsula con una mezcla deficiente de la infusión o café; incluso la formación de dicho cráter puede provocar que parte del producto alimenticio no llegue a mojarse por el líquido inyectado dentro de la cápsula.
Por otro lado, dentro de las cápsulas existe una cámara superior que contiene el producto alimenticio y una cámara inferior que puede o no albergar un filtro, de forma que en algunos casos ambas cámaras están inicialmente aisladas entre sí mediante una membrana laminar. En esta situación, cuando se introduce agua dentro de la cámara superior moja el producto alimenticio y a la vez aumenta la presión progresivamente, llegando un momento en que la membrana se rompe y entonces la mezcla líquida de agua y producto alimenticio alcanza la cámara inferior, que comunica con un orificio de salida por el que se extrae la mezcla para su consumo.
En la mayoría de los casos, la rotura de la membrana se lleva a cabo mediante un contacto físico entre la membrana y un elemento afilado, como por ejemplo en la patente con n° de publicación en España ES 2260626 (EP 02000943), de forma que con el aumento de la presión dentro de la cámara superior de la capsula, la membrana se desplaza y entra con contacto con el elemento afilado.
En cambio en la patente de invención con n° publicación ES 2555631 , la membrana laminar se rompe debido al aumento de la presión dentro de la cámara superior de la cápsula sin precisar un elemento afilado que penetre en la membrana laminar. Para ello la membrana laminar incluye unas incisiones o entallas puntuales que constituyen unas zonas debilitadas, y es por donde finalmente se rompe la membrana cuando aumenta la presión lo suficiente.
La patente de invención con n° de publicación en España ES 2359284 T3 con prioridad de la patente europea EP 07104813, se refiere a una cápsula de ingredientes para bebidas que comprende una estructura de cazoleta que incluye una cámara superior y una cámara inferior que están separadas por un filtro, de manera que cuando aumenta la presión dentro del la cámara superior donde se encuentra la sustancia alimenticia, la mezcla líquida (bebida) de agua y de la sustancia alimenticia pasa a la cámara inferior a través de un hueco perimetral que se libera como consecuencia del aumento de la presión en la cámara superior, de forma que dicho hueco perimetral está delimitado entre una cara lateral interna de la estructura de cazoleta y una parte perimetral del filtro adyacente a dicha cara lateral interna. El filtro incluye unos orificios directos de capilaridad que comunican directamente la cámara superior y la cámara inferior.
La patente de invención con n° de solicitud en España P 201930359 se refiere a una cápsula para infusión de bebida que es propiedad del mismo titular que la invención que nos ocupa. Comprende una membrana laminar que separa una cámara superior y una cámara inferior dentro una estructura de capsula; donde dicha membrana laminar incluye un precorte circunferencial que está enfrentado a un valle anular de un filtro ubicado dentro de la cámara inferior de la cápsula, de forma que cuando aumenta la presión dentro de la cámara superior, la membrana laminar se rompe por dicho precorte circunferencial pasando la bebida de la cámara superior a la inferior recorriendo dos laberintos del filtro, para finalmente salir la bebida al exterior para su consumo a través de una boca de salida.
Descripción de la invención
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invención propone una cápsula para infusión de bebida que comprende una estructura de cazoleta que incluye un fondo, una pared lateral y una embocadura que está cerrada mediante una tapa; donde dicho fondo incluye una zona central con al menos un orificio de salida de la bebida.
La cápsula de la invención comprende además una membrana laminar que separa una cámara inferior de una cámara superior que está configurada para alojar una sustancia alimenticia; donde dicha membrana laminar incluye un precorte circunferencial; y donde la cámara superior está delimitada entre una parte de la pared lateral, la tapa y la membrana laminar, mientras que la cámara inferior está delimitada entre el fondo y la membrana laminar.
El fondo de la estructura de cazoleta comprende una primera meseta anular que rodea a la zona central, y una segunda meseta anular que rodea a una canalización ubicada alrededor de la primera meseta anular; donde dicha canalización constituye un valle que separa la primera meseta anular y la segunda meseta anular; y donde el precorte circunferencial de la membrana laminar está enfrentado a la canalización. La membrana laminar está unida a una primera superficie de la primera meseta anular del fondo mediante una primera unión soldada, que se corresponde con una primera parte interna a modo de disco central de la membrana laminar; donde una porción anular de dicha primera parte interna está soldada a la primera superficie de la primera meseta anular de la estructura de cazoleta.
La membrana laminar está unida a una segunda superficie de la segunda meseta anular del fondo mediante una segunda unión soldada continua que se corresponde con una segunda parte extrema de la membrana laminar soldada a la segunda superficie de la segunda meseta anular de la estructura de cazoleta.
La cámara inferior comprende la canalización y una cavidad central delimitada entre la zona central del fondo y una parte central de la membrana laminar; donde dicha canalización y la cavidad central se comunican entre sí a través de un laberinto ubicado en la primera meseta anular; y donde el orificio de salida comunica con dicha cavidad central.
En una realización de la invención el laberinto comprende una estructura acanalada ubicada sobre la primera superficie de la primera meseta anular del fondo de la estructura de cazoleta; donde dicha estructura acanalada interrumpe la continuidad de dicha primera superficie sobre la que está unida la membrana laminar mediante la primera unión soldada.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompaña una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
Breve descripción de las figuras
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva explosionada de la cápsula para infusión de bebida, objeto de la invención. Comprende básicamente una estructura de cazoleta, una membrana laminar ubicada dentro de la estructura de cazoleta, y un laberinto concéntrico ubicado en el propio fondo de la estructura en forma de cazoleta.
Figura 2.- Muestra una vista en sección de la estructura de cazoleta y la membrana laminar soldada a una parte del fondo de dicha estructura de cazoleta.
Figura 3.- Muestra una vista en planta de la estructura de cazoleta. Figuras 4 y 5.- Muestran unas vistas en planta de la membrana laminar.
Descripción de un ejemplo de realización de la invención
Considerando la numeración adoptada en las figuras la cápsula para infusión de bebida comprende una estructura de cazoleta 1 con un escalonamiento perimetral 2, una tapa 3, un papel filtrante 4 que es opcional, y una membrana laminar 5.
La tapa 3 está unida mediante sellado sobre un borde perimetral superior 1a que delimita una embocadura de la estructura de cazoleta 1.
La estructura de cazoleta 1 incluye un fondo 6 ubicado por debajo del escalonamiento perimetral 2; donde dicho fondo 6 comprende una zona central 6a, una primera meseta anular 6b que rodea a la zona central 6a y una segunda meseta anular 6c que rodea a una canalización 6d ubicada alrededor de la primera meseta anular 6b; donde dicha canalización 6d constituye un valle que separa la primera meseta anular 6b y la segunda meseta anular 6c.
La zona central 6a del fondo 6 de la estructura de cazoleta 1 incluye en todo el contorno de su perímetro unos orificios 7 para dar salida a la bebida.
La membrana laminar 5 está unida a una primera superficie de la primera meseta anular 6b del fondo 6 mediante una primera unión soldada, que se corresponde con una primera parte interna 5c a modo de disco central de la membrana laminar 5; donde una porción anular de dicha primera parte interna 5c está soldada a la primera superficie de la primera meseta anular 6b de la estructura de cazoleta.
La membrana laminar 5 está unida a una segunda superficie de la segunda meseta anular 6c del fondo 6 mediante una segunda unión soldada continua que se corresponde con una segunda parte extrema 5a de la membrana laminar 5 soldada a la segunda superficie de la segunda meseta anular 6c de la estructura de cazoleta 1.
En una realización de la invención, sobre una cara de membrana laminar 5 está adosado el papel filtrante 4 que está soldado a una parte de una cara la interna de una pared lateral 9 de la estructura de cazoleta 1. La membrana laminar 5 junto con el papel filtrante 4 separan una cámara inferior y una cámara superior; donde la cámara superior está configurada para alojar una sustancia alimenticia 10 que estará en contracto con la membrana laminar 5 o con el papel filtrante 4 cuando se incorpore este último elemento 4.
En cambio, la cámara inferior comprende en principio la canalización 6d y una cavidad central 11 delimitada entre la zona central 6a del fondo 6 y una parte central de la membrana laminar 5, de forma que dicha canalización 6d y la cavidad central 11 se comunican entre sí a través de un laberinto 8 ubicado en la primera meseta anular 6b. Los orificios 7 de salida comunican con dicha cavidad central 11.
En una realización de la invención, dicho laberinto 8 comprende una estructura acanalada ubicada sobre la primera superficie de la primera meseta anular 6b, de forma que dicha estructura acanalada interrumpe la continuidad de dicha primera superficie sobre la que está soldada la membrana laminar 5.
La membrana laminar 5 incluye un precorte circunferencial continuo 5b que tiene un diámetro mayor que la dimensión del contorno de la primera meseta anular 6b y menor que la dimensión del contorno de la segunda meseta anular 6c del fondo 6 de la estructura de cazoleta; donde dicho precorte circunferencial continuo 5b está enfrentado a la canalización 6d que separa ambas mesetas anulares 6b, 6c.
Por otro lado, el precorte circunferencial continuo 5b delimita el área de la primera parte interna 5c de la membrana laminar 5; donde dicho precorte circunferencial continuo 5b está ubicado en una parte delimitada entre las dos uniones soldadas; y donde el precorte circunferencial continuo 5b separa la primera parte interna 5c de una parte 5d de la membrana laminar 5 que incluye la segunda parte extrema 5a.
La cámara inferior de la cápsula constituye una cámara de descarga y filtrado, donde el agua mezclada con la sustancia alimenticia 10 fluye entre los espacios e intersticios del laberinto 8, filtrándose y homogeneizándose el agua con la sustancia alimenticia 10, en su recorrido desde la canalización 6d, pasando después a través del laberinto 8 para alcanzar finalmente la cavidad central 11 que comunica con el exterior a través de los orificios 7 de salida por donde fluirá al exterior la mezcla líquida (bebida) del agua con la sustancia alimenticia 10. Tras introducir la cápsula de la invención en una máquina para infusión de bebida, y accionar dicha máquina, un extremo de una cánula 12 de la máquina perfora la tapa 3 de la cápsula y se introduce en un espacio hueco que existe en la parte superior de la cápsula, por encima de la sustancia alimenticia 10 alojada en la cámara superior; todo ello para inundar dicha cámara superior con agua en estado líquido.
Así pues, la sustancia alimenticia 10 ocupa un espacio de relleno que se complementa con el espacio hueco en el que desemboca el extremo de la cánula 12, de manera que la cámara superior comprende el espacio hueco y el espacio que ocupa la sustancia alimenticia 10.
La cánula 12 introduce agua caliente dentro de la cámara superior de la cápsula inundando el espacio interior de dicha cámara superior; donde durante esta operación se va mezclando el agua caliente con la sustancia alimenticia 10. Al irse introduciendo el agua caliente, la presión en el interior de la cámara superior de la cápsula aumenta progresivamente.
Cuando la presión en el interior cámara superior de la cápsula alcanza un determinado valor, se inicia la rotura controlada de la membrana laminar 5 por una zona de su precorte circunferencial continuo 5b, y a continuación en todo el recorrido cerrado del precorte circunferencial continuo 5b; con lo cual se comunica la cámara superior y la cámara inferior.
Cabe señalar que la rotura de la membrana laminar 5 es progresiva a lo largo de todo el recorrido del precorte circunferencial continuo 5b generándose una abertura anular continua alrededor de la primera meseta anular 6b. Así pues, con al aumento de la presión en el interior de la cápsula, la membrana laminar 5 se rompe inicialmente en el punto más débil del precorte circunferencial continuo 5b (marcado con láser) y después se completa la rotura progresivamente a lo largo de todo el recorrido de dicho precorte circunferencial continuo 5b.
En esta situación, una vez rota la membrana laminar 5, la mezcla de agua y sustancia alimenticia 10 alcanzan la canalización 6d; desde donde la mezcla hará un recorrido a través del laberinto 8 hasta alcanzar la cavidad central 11 y finalmente los orificios 7 de salida por los que fluirá al exterior la mezcla de agua y sustancia alimenticia 10.
Como consecuencia de lo mencionado anteriormente, la salida de la bebida líquida por la parte inferior de la cápsula, durante el proceso de extracción de la bebida, se produce de manera paulatina, sin producirse el efecto de golpe de ariete, lo cual redunda en una extracción suave, sin borbotones ni salpicaduras.
Además se destaca como ventaja principal de la invención que mediante el precorte circunferencial continuo 5b de la membrana laminar 5 se controla totalmente la forma de la rotura de dicha membrana laminar 5 al tener un contorno de trayectoria cerrada solamente por el incremento de la presión del fluido de agua inyectada; con lo que de esta manera se evita que la membrana laminar 5 genere zonas de apertura irregulares de las que se puedan desprender partes del material de dicha membrana laminar 5 o zonas de paso de fluido líquido deficientes.
Cabe señalar que tras la rotura de la membrana laminar 5, ésta permanece unida a la primera meseta anular 6b y también a la segunda meseta anular 6c.
La membrana laminar 5 comprende una primera capa de material de aluminio y una segunda capa de poliéster; donde la primera capa es la que está soldada al a las zonas correspondientes del fondo 6.
Se destaca que la doble soldadura para unir la membrana laminar 5 conforma unas condiciones de contorno que impiden cualquier desplazamiento que no sea el de la propia deformación de la membrana laminar 5.
La membrana laminar 5 se deforma con la presión ejercida por el fluido líquido dentro de la cámara superior, llegándose a dividir dicha membrana laminar 5 en dos partes separadas, sin que medie contacto físico con otros elementos de la cápsula por la zona de rotura.
En el proceso final de fabricación de la membrana laminar 5, una sección de la segunda capa de material de poliéster es eliminada (evaporada) por medio de un láser; donde dicha sección se corresponde con el precorte circunferencial continuo 5b donde solamente permanece el material de aluminio de la primera capa. Eliminar de una zona específica el material de poliéster reduce las capacidades mecánicas de la membrana laminar 5 de una forma precisa que está diseñada para romperse por la zona grabada con el láser.
Bajo la presión del fluido líquido, la adaptación de la membrana laminar 5 sobre el fondo 6 de la estructura de cazoleta 1 provoca que se diferencien sectores con diferentes deformaciones, de manera que en esta situación la membrana laminar 5 se ve sometida a una tensión en toda su extensión, que llegado el momento de una deformación y tensión máximas la membrana laminar 5 se romperá por su parte más débil que es justamente la zona donde se ha realizado previamente el precorte circunferencial continuo 5b en la que solamente permanece el material de aluminio de la primera capa.
Así pues, en el punto de deformación y tensión máximas de la membrana laminar 5, se produce su rotura en coincidencia con el debilitamiento del precorte circunferencial continuo 5b, de manera que las propiedades debilitadas del material de aluminio de la primera capa producen una rotura controlada a una presión específica del fluido líquido dentro de la cámara superior sin contacto mecánico.
Analizando el tipo de rotura de la membrana laminar, bajo la teoría de resistencia de materiales y de estructuras, la elongación previa a la rotura de la membrana laminar 5 provoca en ella una tensión de tracción. Esta tensión aumenta proporcionalmente con la deformación, hasta que se alcanza la resistencia máxima a la tracción de la primara capa de aluminio (en la zona del precorte circunferencial continuo 5b con láser) y provoca la rotura de la membrana laminar 5; siempre sin contacto mecánico con otros elementos ni acoplamiento en la zona de rotura.
Con objetivo de tener siempre la misma apertura de la capsula, de una forma controlada y delimitada, se ha diseñado el precorte circunferencial continuo 5b en la membrana laminar 5.
Se destaca que para llevar a cabo la apertura de la cápsula, el precorte circunferencial continuo 5b no tiene ni principio ni final. En cambio otros cortes lineales convencionales tienen un tramo final que es susceptible y sensible a la concentración de tensiones, posibilitando la aparición de grietas incontroladas por la deformación de la membrana laminar que incluye dichos cortes lineales.
El precorte circunferencial continuo 5b es una geometría sin principio ni final, en el que, una vez iniciada la rotura de la membrana laminar 5, esta se extiende por la zona de debilitamiento láser, produciendo la rotura total de la primera capa de aluminio en dos secciones. Este efecto, incluye un efecto auto conclusivo, sin posibilidad de que las zonas debilitadas de la capa de aluminio estén en contacto con otras partes de la capsula antes de su rotura.
La capa de aluminio está diseñada para romperse sin contacto mecánico ni acoplamiento con otras zonas de la cápsula, sino solamente mediando la deformación y la tensión por tracción debido exclusivamente a la presión generada por el fluido líquido dentro de la cámara superior de la estructura de cazoleta 1.
Para facilitar la operación de rotura controlada, el fondo 6 de la estructura de cazoleta 1 incluye la canalización 6d a modo de valle anular alrededor de la primera meseta anular 6b, sobre cuya primera superficie está soldada la primera parte interior 5c de la membrana laminar 5; donde dicha canalización 6d está enfrentada a una porción anular 13 de la membrana laminar 5 en la que se encuentra el precorte circunferencial continuo 5b.
La canalización 6d limita y define el vano sobre el cual se efectuará la elongación (estiramiento) de la primera capa de aluminio; donde el precorte circunferencial continuo 5b de la membrana laminar 5 está enfrentado con dicho vano de la canalización 6d.
La canalización 6d es el espacio vacío sobre el cual la primera capa de aluminio de la membrana laminar 5 se deforma hasta su punto de rotura a lo largo del precorte circunferencial continuo 5b de dicha membrana laminar 5.
Una vez que la membrana laminar 5 se ha roto de forma controlada a lo largo de su precorte circunferencial continuo 5b se separan físicamente la primera parte interior 5c y la parte 5d complementaria de dicha membrana laminar 5, de forma que las porciones adyacentes de ambas partes 5c, 5d se doblan hacia el espacio interior de la canalización 6d hasta contactar con unas caras laterales y fondo de dicha canalización 6d.
Una vez rota la membrana laminar 5, la geometría de la canalización 6d, en dirección a la escapatoria de la bebida líquida, mantiene abiertas secciones de paso en los límites de dicha canalización 6d a través de los intersticios del laberinto 8 ubicado en la primera meseta anular 6b del fondo 6 de la estructura de cazoleta.
Uno de los problemas asociados a la manejabilidad de capsulas para la infusión de bebidas es el golpe inicial del frente del caudal de líquido al salir por la cápsula, motivado por la alta presión a la que se forma la infusión.
Para evitar dicho efecto del golpe inicial del frente del caudal de líquido a la salida de la cápsula, se ha diseñado el característico fondo 6 para expandir la bebida primero, y después concentrar, reducir y suavizar su velocidad y/o presión, y centralizar la extracción de la bebida a través de los orificios 7 de salida.
La canalización 6d del fondo 6 de la estructura de cazoleta 1 distribuye la bebida liquida por todo su recorrido anular, homogeneizando el caudal de la bebida líquida antes de pasar a la siguiente etapa que se corresponde con el paso de la bebida a través del laberinto 8 hasta alcanzar la cavidad central 11.
Finalmente, la sección de paso de los orificios 7 de salida vuelven a concentrar la bebida líquida, una vez que ha perdido la velocidad y la presión para formar la única salida de la cápsula a través de dicho orificios 7 de salida.
Con esta disposición descrita, cuando se va a hacer uso de la cápsula de la invención se introduce agua con la cánula 12 dentro de la cámara superior inundando toda ella y mojando la sustancia alimenticia 10 que se encuentra dentro de la citada cámara superior, de forma que a medida que se introduce más agua aumenta progresivamente la presión en su interior; llegando un momento en el que se inicia la rotura de la membrana laminar 5 por un punto de su precorte circunferencial continuo 5b.
En esta situación, progresivamente y de forma suave se va rasgando la membrana laminar 5 hasta completar todo el recorrido de dicho precorte circunferencial continuo 5b.
Desde el momento en el que se inicia la rotura de la membrana laminar 5 la mezcla de agua con la sustancia alimenticia 10 alcanza la canalización 6d; después la mezcla líquida recorrerá el laberinto 8 en concentración hasta alcanzar la cavidad central 11 y de aquí la mezcla líquida discurrirá a través de los orificios 7 de salida ubicados en el centro del fondo 6 de la estructura de cazoleta 1.

Claims

REIVINDICACIONES .- Cápsula para infusión de bebida, que comprende:
- una estructura de cazoleta (1) que incluye un fondo (6), una pared lateral (9) y una embocadura que está cerrada mediante una tapa (3); donde dicho fondo (6) incluye una zona central (6a) con al menos un orificio (7) de salida de la bebida;
- una membrana laminar (5) que separa una cámara inferior de una cámara superior que está configurada para alojar una sustancia alimenticia (10); donde dicha membrana laminar (5) incluye un precorte circunferencial (5b); y donde la cámara superior está delimitada entre una parte de la pared lateral (9), la tapa (3) y la membrana laminar (5), mientras que la cámara inferior está delimitada entre el fondo (6) y la membrana laminar (5); caracterizada por que:
- el fondo (6) de la estructura de cazoleta (1) comprende una primera meseta anular (6b) que rodea a la zona central (6a), y una segunda meseta anular (6c) que rodea a una canalización (6d) ubicada alrededor de la primera meseta anular (6b); donde dicha canalización (6d) constituye un valle que separa la primera meseta anular (6b) y la segunda meseta anular (6c); y donde el precorte circunferencial (5b) de la membrana laminar (5) está enfrentado a la canalización (6b);
- la membrana laminar (5) está unida a una primera superficie de la primera meseta anular (6b) del fondo (6) mediante una primera unión soldada, que se corresponde con una primera parte interna (5c) a modo de disco central de la membrana laminar (5); donde una porción anular de dicha primera parte interna (5c) está soldada a la primera superficie de la primera meseta anular (6b) de la estructura de cazoleta (1);
- la membrana laminar (5) está unida a una segunda superficie de la segunda meseta anular (6c) del fondo (6) mediante una segunda unión soldada continua que se corresponde con una segunda parte extrema (5a) de la membrana laminar (5) soldada a la segunda superficie de la segunda meseta anular (6c) de la estructura de cazoleta (1);
- la cámara inferior comprende la canalización (6d) y una cavidad central (11) delimitada entre la zona central (6a) del fondo (6) y una parte central de la membrana laminar (5); donde dicha canalización (6d) y la cavidad central (11) se comunican entre sí a través de un laberinto (8) ubicado en la primera meseta anular (6b); y donde el orificio (7) de salida comunica con dicha cavidad central (1 1).
2.- Cápsula para infusión de bebida, según la reivindicación 1 , caracterizada por que el laberinto (8) comprende una estructura acanalada ubicada sobre la primera superficie de la primera meseta anular (6b) del fondo (6) de la estructura de cazoleta (1); donde dicha estructura acanalada interrumpe la continuidad de dicha primera superficie sobre la que está unida la membrana laminar (5) mediante la primera unión soldada.
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