ES2274387T3 - Sistema de cartucho para la preparacion de bebidas y metodo de fabricacion de dicho sistema. - Google Patents
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Abstract
Un método de fabricar un cartucho (1) para la dispensación de una bebida, que comprende los pasos de: a. fabricar una pluralidad de miembros exteriores (2) que comprenden al menos un primer tipo de miembro exterior y un segundo tipo de miembro exterior que tienen formas o configuraciones diferentes; b. fabricar una pluralidad de miembros interiores (3) que comprenden al menos un primer tipo de miembro interior y un segundo tipo de miembro interior que tienen formas y configuraciones diferentes; c. almacenar dicha pluralidad de miembros exteriores y de dichos miembros interiores; d. seleccionar a uno del primer tipo de miembro exterior o del segundo tipo de miembro exterior de la pluralidad de miembros exteriores; e. seleccionar uno del primer tipo de miembro interior o del segundo tipo de miembro interior de la pluralidad de miembros interiores; f. unir conjuntamente el miembro interior seleccionado al miembro exterior seleccionado de tal manera que el miembro interior quede dentro delmiembro exterior; g. llenar el miembro exterior con uno o más ingredientes de bebida (200) seleccionados de una pluralidad de ingredientes de bebida; y h. obturar el miembro exterior con una tapa (5) para formar el cartucho, caracterizado porque los tipos primero y segundo de miembro interior son intercambiables.
Description
Sistema de cartucho para la preparación de
bebidas y método de fabricación de dicho sistema.
La presente invención se refiere a un sistema de
cartucho para la preparación de bebidas y, más particularmente, a
cartuchos obturados que están formados de materiales esencialmente
impermeables al aire y al agua y que contienen uno o más
ingredientes para la preparación de bebidas. Se describe también un
método de fabricación de un sistema de cartucho.
Se ha propuesto previamente obturar ingredientes
de preparación de bebidas en envases individuales impermeables al
aire. Por ejemplo, se conocen cartuchos o cápsulas que contienen
café molido compactado para usar en ciertas máquinas de preparación
de café que se denominan generalmente máquinas "exprés". En la
producción de café utilizando estas máquinas de preparación, los
cartuchos de café se sitúan en una cámara de fermentación y se hace
pasar agua caliente a través del cartucho a presiones relativamente
elevadas, con lo que se extraen los constituyentes aromáticos de
café del café molido para producir la bebida de café. Normalmente,
tales máquinas operan a una presión mayor que 6 x 10^{5} Pa. Las
máquinas de preparación del tipo descrito han sido hasta la fecha
relativamente caras, ya que los componentes de la máquina, tales
como las bombas de agua y juntas, deben ser capaces de resistir las
elevadas presiones.
El documento US 5242702 describe un cartucho de
bebida que comprende un miembro exterior y un miembro interior y
una tapa.
En el documento WO01/58786 se describe un
cartucho para la preparación de bebidas que opera a una presión
generalmente en el intervalo de 0,7 a 2,0 x 10^{5} Pa. Sin
embargo, el cartucho está diseñado para usarse en una máquina de
preparación de bebidas para el mercado comercial o industrial y es
relativamente cara y no es capaz de dispensar muchos tipos de
bebidas. Por lo tanto, persiste un requisito para un sistema para
la preparación de bebidas en el que los cartuchos y la máquina de
preparación de bebidas del sistema sean apropiados, en particular,
para el mercado doméstico en términos de coste, producto y
fiabilidad. Existe también la necesidad de una máquina de
preparación de bebidas para un tal sistema que sea sencilla de
manejar y de funcionamiento fiable y que pueda producir una amplia
gama de tipos de bebidas.
Por lo tanto, la presente invención proporciona
un método de fabricar un cartucho para la entrega de una bebida,
que comprende los pasos de:
- a.
- fabricar una pluralidad de miembros exteriores que comprenden al menos un primer tipo de miembro exterior y un segundo tipo de miembro exterior que tiene formas o configuraciones diferentes;
- b.
- fabricar una pluralidad de miembros interiores que comprenden al menos un primer tipo de miembro interior y un segundo tipo de miembro interior que tiene formas o configuraciones diferentes;
- c.
- almacenar dicha pluralidad de miembros exteriores y dicha pluralidad de miembros interiores;
- d.
- seleccionar uno del primer tipo de miembro exterior o del segundo tipo de miembro exterior de la pluralidad de miembros exteriores;
- e.
- seleccionar uno del primer tipo de miembro interior o del segundo tipo de miembro interior de la pluralidad de miembros interiores;
- f.
- reunir conjuntamente el miembro interior seleccionado al miembro exterior seleccionado de tal manera que el miembro interior esté dentro del miembro exterior;
- g.
- llenar el miembro exterior con uno o más ingredientes de bebida seleccionados de una pluralidad de ingredientes de bebida; y
- h.
- obturar el miembro exterior con una tapa para formar el cartucho, caracterizado porque los tipos primero y segundo del miembro interior son intercambiables.
Se ha de entender que el término
"cartucho", según se utiliza aquí, significa cualquier envase,
recipiente, saquito o receptáculo que contenga uno o más
ingredientes de bebida de la manera descrita. El cartucho puede ser
rígido semirrígido o flexible.
El cartucho de la presente invención contiene
uno o más ingredientes de bebida apropiados para la formación de un
producto de bebida. El producto de bebida puede ser, por ejemplo,
uno de café, té, chocolate o bebida basada en producto lácteo,
incluyendo leche. Los ingredientes de bebida pueden ser en polvo,
molidos, basados en hojas o líquidos. Los ingredientes de bebida
pueden ser insolubles o solubles. Ejemplos incluyen café tostado y
molido, té en hojas, sólidos de cacaotero en polvo y sopa, bebidas
líquidas basadas en leche, bebidas carbonatadas y jugos de fruta
concentrados.
El método de fabricación de la presente
invención proporciona unos medios económicos para producir cartuchos
para la dispensación de una de una pluralidad de bebidas.
Ventajosamente, el cartucho es fácilmente ensamblado a partir de
los componentes principales del miembro interior, el miembro
exterior, el ingrediente de bebida y la tapa. Se fabrican tipos
diferentes de miembro exterior, de miembro interior y de tapa,
dependiendo del ingrediente de bebida que se ha de dispensar. Sin
embargo, los tipos diferentes de miembro interior, miembro exterior
y tapa son intercambiables, de manera que se pueden ensamblar
cartuchos individuales a partir de combinaciones concretas de los
componentes almacenados o en reserva. Esto da lugar a un número
reducido de componentes totales que necesitan ser fabricados sin
afectar a la flexibilidad del tipo de cartucho que puede ser
producido. Por ejemplo, puede ser usado el mismo tipo de miembro
exterior para dispensar café de filtro y café de estilo exprés.
El coste de fabricación de la gama de cartuchos
de bebida se reduce usando componentes intercambiables. Además, los
tipos de miembro exterior comparten esencialmente la misma forma y
configuración externas de manera que todos los cartuchos de la gama
pueden ser dispensados usando la misma máquina de preparación de
bebidas.
Opcionalmente, el método comprende además, en el
paso b., unir un miembro de filtro al primer tipo y/o segundo tipo
de miembro interior.
El primer tipo de miembro exterior puede ser
apropiado para contener ingredientes de bebida tostados y molidos o
similares. El segundo tipo de miembro exterior puede ser apropiado
para contener ingredientes de bebida solubles o líquidos o
similares.
El primer tipo de miembro interior puede ser
apropiado para filtrar ingredientes de bebida tostados y molidos y
similares. El segundo tipo de miembro interior puede ser apropiado
para filtrar ingredientes de bebida y similares tostados y molidos
y para arrastrar una pluralidad de burbujas en la bebida
dispensada.
Los primero y segundo tipos de miembro interior
pueden comprender un marco o bastidor que tiene un filtro dispuesto
en el mismo, y en el que un reborde periférico del marco se une
conjuntamente al tipo seleccionado de miembro exterior mediante
soldadura.
Utilizando componentes separados para los
miembros interior y exterior que sean unidos entonces conjuntamente
en ensamble mediante un proceso de soldadura, se puede hacer óptima
la fabricación de cada componente y el ensamble del cartucho. Esto
es particularmente ventajoso en el presente cartucho, en el que son
deseables tolerancias muy pequeñas, ya que la trayectoria de flujo
de la bebida a través del cartucho está definida por la interfaz
entre el miembro exterior y el miembro interior. Además, los
componentes del miembro interior y del miembro exterior pueden ser
esterilizados más fácilmente antes del ensamble cuando están
separados. Una vez que los componentes han sido soldados
conjuntamente, se pueden crear numerosas trayectorias tortuosas de
pequeñas aberturas, que no pueden ser eficazmente esterilizadas
usando métodos conocidos. La posibilidad de esterilizar los
componentes es una característica particularmente ventajosa cuando
los cartuchos se usan para dispensar bebidas basadas en productos
lácteos. Una disposición soldada proporciona un método para
ensamblar conjuntamente de manera rápida, pero segura, el miembro
interior y el miembro exterior. Ventajosamente, el método de
soldadura evita la necesidad de pegamentos u otros adhesivos de este
tipo en el interior del cartucho que será expuesto a los
ingredientes de bebida.
Preferiblemente, el segundo tipo de miembro
interior comprende medios para producir un chorro de la bebida,
cuyos medios comprenden una abertura en una trayectoria de flujo de
bebida entre una entrada y una salida del cartucho.
Preferiblemente, el método comprende además
fabricar y almacenar un tercer tipo de miembro interior. El tercer
tipo de miembro interior puede ser apropiado para dispensar
ingredientes de bebida solubles y similares.
Preferiblemente, el método comprende además
fabricar y almacenar un cuarto tipo de miembro interior. El cuarto
tipo de miembro interior puede ser apropiado para dispensar un
ingrediente de bebida líquido y similar.
El tercer y cuarto tipos de miembro interior
pueden comprender una falda que rodee una salida, comprendiendo la
falda una extensión superior que tiene un reborde superior que se
aplica, al ensamblar el cartucho, a una formación cooperante del
tipo seleccionado de miembro exterior para formar una disposición de
ajuste por salto elástico para unir conjuntamente el tercer o
cuarto tipo de miembro interior al tipo seleccionado de miembro
exterior.
La presente invención proporciona también un
sistema de cartucho que comprende una pluralidad de cartuchos de
bebida para dispensar una pluralidad de bebidas, comprendiendo el
sistema de cartucho:
- a.
- una pluralidad de miembros exteriores que comprende al menos un primer tipo de miembro exterior que tiene diferentes formas y configuraciones;
- b.
- una pluralidad de miembros interiores que comprende al menos un primer tipo de miembro interior y un segundo tipo de miembro interior que tienen diferentes formas y configuraciones;
- c.
- una pluralidad de ingredientes de bebida; y
- d.
- una pluralidad de tapas para obturar los cartuchos;
- en el que cada cartucho comprende un miembro exterior, un miembro interior, uno o más ingredientes de bebida y una tapa, caracterizado porque los tipos primero y segundo de miembro interior son intercambiables.
En la siguiente descripción, los términos
"superior" e "inferior" y equivalentes se utilizarán para
describir el posicionamiento relativo de características de la
invención. Se ha de entender que los términos "superior" e
"inferior" y equivalentes se refieren al cartucho (o a otros
componentes) en su orientación normal para la inserción en una
máquina de preparación de bebidas y subsiguiente dispensación, como
se muestra, por ejemplo, en la figura 4. En particular,
"superior" e "inferior" se refieren, respectivamente, a
posiciones relativas más cercanas o más lejanas de la superficie
superior 11 del cartucho. Además, los términos "interior" y
"exterior" y equivalentes se utilizarán para describir el
posicionamiento relativo de características de la invención. Se ha
de entender que los términos "interior" y "exterior" y
equivalentes se refieren a posiciones relativas en el cartucho (o
en otros componentes) que están, respectivamente, más próximas a, o
más alejadas de, un centro o eje mayor X del cartucho 1 (u otros
componentes).
Ahora se describirán realizaciones de la
presente invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos
que se acompañan; en los cuales:
La figura 1 es un dibujo en sección transversal
de un miembro exterior de primera y segunda realizaciones de
cartucho de acuerdo con la presente invención;
La figura 2 es un dibujo en sección transversal
de un detalle el miembro 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 miembro exterior de la figura 1 mostrando una
ranura;
La figura 4 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro exterior de la figura 1;
La figura 5 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro exterior de la figura 1 en una orientación
invertida;
La figura 6 es una vista en planta desde arriba
del miembro exterior de la figura 1;
La figura 7 es un dibujo en sección transversal
de un miembro interior de la primera realización de cartucho;
La figura 8 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 7;
La figura 9 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 7 en una orientación
invertida;
La figura 10 es una vista en planta desde arriba
del miembro interior de la figura 7;
La figura 11 es un dibujo en sección transversal
de la primera realización de cartucho en un estado ensamblado;
La figura 12 es un dibujo en sección transversal
de un miembro interior de la segunda realización de cartucho;
La figura 13 es un dibujo en sección transversal
de un detalle del miembro interior de la figura 12 que muestra una
abertura;
La figura 14 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 12;
La figura 15 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 12 en una orientación
invertida;
La figura 16 es otro dibujo en sección
transversal del miembro interior de la figura 12;
La figura 17 es un dibujo en sección transversal
de otro detalle del miembro interior de la figura 12, que muestra
una entrada de aire;
La figura 18 es un dibujo en sección transversal
de la segunda realización de cartucho en un estado ensamblado;
La figura 19 es un dibujo en sección transversal
de un miembro exterior de realizaciones tercera y cuarta de
cartucho de acuerdo con la presente invención;
La figura 20 es un dibujo en sección transversal
de un detalle del miembro exterior de la figura 19, que muestra una
extensión cilíndrica dirigida hacia dentro;
La figura 21 es una vista en planta desde arriba
del miembro exterior de la figura 19;
La figura 22 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro exterior de la figura 19;
La figura 23 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro exterior de la figura 19 en una orientación
invertida;
La figura 24 es un dibujo en sección transversal
de un miembro interior de la tercera realización de cartucho;
La figura 25 es una vista en planta desde arriba
del miembro interior de la figura 24;
La figura 26 es un dibujo en sección transversal
de un detalle del miembro interior de la figura 24 que muestra un
reborde superior vuelto hacia dentro;
La figura 27 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 24;
La figura 28 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 24 en una orientación
invertida;
La figura 29 es un dibujo en sección transversal
de la tercera realización de cartucho en un estado ensamblado;
La figura 30 es un dibujo en sección transversal
de un miembro interior de la cuarta realización de cartucho;
La figura 31 es una vista en planta desde arriba
del miembro interior de la figura 30;
La figura 32 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 30;
La figura 33 es una vista en perspectiva desde
arriba del miembro interior de la figura 30 en una orientación
invertida;
La figura 34 es un dibujo en sección transversal
de la cuarta realización de cartucho en un estado ensamblado;
La figura 35a es un gráfico de concentración en
función del tiempo de ciclo de operación;
La figura 35b es un gráfico de carácter
espumable en función del tiempo de ciclo de operación; y
La figura 35c es un gráfico de temperatura en
función del tiempo de ciclo de operación.
Como se muestra en la figura 11, el cartucho 1
de la presente invención comprende generalmente un miembro exterior
2, un miembro interior 3 y una lámina estratificada 5. El miembro
exterior 2, el miembro interior 3 y la lámina estratificada 5 se
ensamblan para formar el cartucho 1 que tiene un interior 120 para
contener uno o más ingredientes de bebida, una entrada 121, una
salida 122 y una trayectoria de flujo de bebida que vincula la
entrada 121 con la salida 122 y que pasa a través del interior 120.
La entrada 121 y salida 122 están inicialmente obturadas por la
lámina estratificada 5 y se abren en uso perforando o cortando la
lámina estratificada 5. La trayectoria de flujo de bebida está
definida por inter-relaciones espaciales entre el
miembro exterior 2, el miembro interior 3 y la lámina estratificada
5, como se explica más adelante. Otros componentes pueden ser
incluidos opcionalmente en el cartucho 1, tal como un filtro 4, como
se describirá con más detalle más adelante.
Una primera versión de cartucho 1 se muestra en
las figuras 1 a 11. La primera versión del cartucho 1 está
particularmente diseñada para usar en la dispensación de productos
filtrados, tales como café tostado y molido o té en hojas. Sin
embargo, esta versión del cartucho 1 y las otras versiones descritas
en lo que sigue se pueden usar con otros productos, tales como
chocolate, café, té, dulcificantes, cordiales, aromatizantes,
bebidas alcohólicas, leche aromatizada, jugos de fruta, batidos,
salsas y postres.
Como se puede ver en la figura 5, la forma
general del cartucho 1 es generalmente circular o en forma de disco,
siendo el diámetro del cartucho 1 significativamente mayor que su
altura. Un eje geométrico principal X pasa a través del centro del
miembro exterior, como se muestra en la figura 1. Normalmente, el
diámetro global del miembro exterior 2 es de 74,5 mm \pm 6 mm y
la altura total es de 16 mm \pm 3mm. Típicamente, el volumen del
cartucho 1, cuando está ensamblado, es de 30,2 ml \pm 20%.
El miembro exterior 2 consiste generalmente en
una envuelta 10 en forma de cubeta que tiene una pared anular
curvada 13, una parte superior cerrada 11 y un fondo abierto 12. El
diámetro del miembro exterior 2 es menor en la parte superior 11 en
comparación con el diámetro en la parte inferior o fondo 12, lo que
resulta de un acampanamiento de la pared anular 13 cuando se pasa
de la parte superior cerrada 11 a la parte inferior abierta 12. La
pared anular 13 y la parte superior cerrada 11 definen conjuntamente
un receptáculo que tiene un interior 34.
Una extensión cilíndrica hueca 18 dirigida hacia
dentro está dispuesta 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 comprende un perfil escalonado que tiene
primera, segunda y tercera porciones 19, 20 y 21. La primera porción
19 es de forma cilíndrica circular recta. La segunda porción 20 es
de forma troncocónica y se estrecha hacia dentro. La tercera
porción 21 es otro cilindro circular recto y está cerrada por una
cara inferior 31. El diámetro de la primera, segunda y tercera
porciones 19, 20 y 21 disminuye por incrementos de tal manera que el
diámetro de la extensión cilíndrica 18 disminuye al pasar de la
parte superior 11 a la cara inferior cerrada 31 de la extensión
cilíndrica 18. Un escalón generalmente horizontal 32 está formado en
la extensión cilíndrica 18 en la unión entre las porciones segunda
y tercera 20 y 21.
Un escalón 33 que se extiende hacia fuera está
formado en el miembro exterior 2 hacia la parte inferior 12. El
escalón 33 que se extiende hacia fuera forma una pared secundaria 15
coaxial con la pared anular 13 de manera que forma una vía 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
miembro exterior 2. Una serie de ranuras 17 están practicadas en la
pared anular 13, a la misma altura que el colector 16, para
proporcionar comunicación de gas y líquido entre el colector 16 y
el interior 34 del miembro exterior 2. Como se muestra en la figura
3, las ranuras 17 consisten en hendiduras verticales en la pared
anular 13. Están practicadas entre 20 y 40 ranuras. En la
realización mostrada están practicadas treinta y siete ranuras 17
generalmente espaciadas por igual alrededor de la circunferencia
del colector 16. Las ranuras 17 tienen preferiblemente una longitud
comprendida entre 1,4 y 1,8 mm. Normalmente la longitud de cada
ranura es de 1,6 mm, lo que representa el 10% de la altura total
del miembro exterior 2. La anchura de cada ranura está comprendida
entre 0,25 y 0,35 mm. Normalmente, la anchura de cada ranura es de
0,3 mm. La anchura de las ranuras 17 es suficientemente pequeña para
evitar que los ingredientes de bebida pasen a través de ellas hacia
el colector 16, ya sea durante el almacenamiento o en uso.
Una cámara de entrada 26 está formada en el
miembro exterior 2 en la periferia del miembro exterior 2. Está
prevista una pared cilíndrica 27, como se muestra más claramente en
la figura 5, que define una cámara de entrada 26 interior, y separa
la cámara de entrada 26 del interior 34 del miembro exterior 2. La
pared cilíndrica 27 tiene una cara superior cerrada 28 que está
formada sobre un plano perpendicular al eje principal X y un
extremo inferior abierto 29 coplanar con la parte inferior 12 del
miembro exterior 2. La cámara de entrada 26 comunica con el
colector 16 a través de dos ranuras 30, como se muestra en la figura
1. Alternativamente, se pueden usar entre una y cuatro ranuras para
comunicar entre el colector 16 y la cámara de entrada 26.
Un extremo inferior del escalón 33 que se
extiende hacia fuera está provisto de una pestaña 35 que se extiende
hacia fuera, dispuesta perpendicularmente al eje principal X.
Normalmente, la pestaña 35 tiene una anchura comprendida entre 2 y
4 mm. Una porción de la pestaña 35 está ensanchada para formar un
asidero 24 mediante el cual se puede coger el miembro exterior 2.
El asidero 24 está provisto de un reborde 25 dirigido hacia arriba
para mejorar el agarre.
El miembro exterior 2 está formado como una
pieza enteriza única a partir de polietileno de elevada densidad,
polipropileno, poliestireno, poliéster o una lámina estratificada de
dos o más de estos materiales. Un polipropileno apropiado es la
gama de polímeros disponibles de DSM UK Limited (Redditch, Reino
Unido). El miembro exterior puede ser opaco, transparente o
traslúcido. El proceso de fabricación puede ser moldeado por
inyección.
El miembro interior 3 consiste, según se muestra
en las figuras 7 a 10, en un marco o bastidor anular 41 y en un
embudo cilíndrico 40 dirigido hacia abajo. Un eje geométrico
principal X pasa a través del centro del miembro interior 3, como
se muestra en la figura 7.
Como se muestra mejor en la figura 8, el marco
anular 41 comprende un reborde exterior 51 y un cubo interior 52
unidos por diez rayos radiales 53 espaciados por igual. El cubo
interior 52 es enterizo con el embudo cilíndrico 40 y se extiende
desde el mismo. Aberturas de filtración 55 están formadas en el
marco anular 41 entre los rayos radiales 53. Un filtro 4 está
dispuesto sobre el marco anular 41 de manera que cubre las aberturas
de filtración 55. El filtro está preferiblemente hecho de un
material con una elevada resistencia a la humedad, por ejemplo un
material de fibras no tejidas de poliéster. Otros materiales que se
pueden utilizar incluyen un material celulósico impermeable al
agua, tal como material celulósico que comprende fibras de papel no
tejidas. Las fibras de papel no tejidas pueden ser mezcladas con
fibras de polipropileno, poli(cloruro de vinilo) y/o
polietileno. La incorporación de estos materiales plásticos en el
material celulósico hacen al material celulósico soldable por
calor. El filtro 4 puede ser también tratado o revestido con un
material que sea activado por calor y/o presión de manera que pueda
ser soldado al marco anular 41 de este modo.
Como se muestra en el perfil en sección
transversal de la figura 7, el cubo interior 52 está situado en una
posición más inferior que el reborde exterior 51, dando lugar a que
el marco anular 41 tenga un perfil inferior inclinado.
La superficie superior de cada rayo 53 está
provisto de un alma erecta 54 que divide el espacio vacío por
encima del marco anular 41 en una pluralidad de pasos 57. Cada paso
57 está delimitado en ambos lados por un alma 54 y por su 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
aberturas 56 definidas por las extremidades interiores de las almas
54.
El embudo cilíndrico 40 comprende un tubo
exterior 42 que rodea una boquilla de descarga 43. El tubo exterior
42 forma el exterior del embudo cilíndrico 40. La boquilla de
descarga 43 está unida al tubo exterior 42 en el extremo superior
de la boquilla de descarga 43 por medio de una pestaña anular 47. La
boquilla de descarga 43 comprende una entrada 45 en el extremo
superior que comunica con las aberturas 56 de los pasos 57 y una
salida 44 en el extremo inferior, a través de la cual se descarga la
bebida preparada en una taza u otro receptáculo. La boquilla de
descarga 43 comprende una porción troncocónica 48 en el extremo
superior y una porción cilíndrica 58 en el extremo inferior. La
porción cilíndrica 58 puede tener una ligera conicidad de tal manera
que se estreche hacia la salida 44. La porción troncocónica 48
ayuda a canalizar la bebida desde los pasos 57 hacia abajo, hacia
la salida 44, sin inducir turbulencia en la bebida. Una superficie
superior de la porción troncocónica 48 está provista de cuatro
almas de soporte 49 espaciadas por igual alrededor de la
circunferencia del embudo cilíndrico 40. Las almas de soporte 49
definen canales 50 entre ellas. Los bordes superiores de las almas
de soporte 49 están a nivel entre sí y son perpendiculares al eje
principal X.
El miembro interior 3 puede estar formado como
una pieza única enteriza a partir de polipropileno o un material
similar, como se ha descrito anteriormente, y mediante moldeo por
inyección, de la misma manera que el miembro exterior 2.
Alternativamente, el miembro interior 3 y/o el
miembro exterior 2 pueden estar hechos de un polímero biodegradable.
Ejemplos de materiales apropiados incluyen polietileno degradable
(por ejemplo, SPITEK, suministrado por Symphony Environmental,
Borehamwood, Reino Unido), amida de poliéster biodegradable (por
ejemplo, BAK 1095, suministrada por Symphony Environmental), ácidos
polilácticos (PLA, suministrado por Cargil, Minnesota, USA),
polímeros sobre la base de almidón, derivados de celulosa y
polipéptidos.
La lámina estratificada 5 está formada de dos
capas, una primera capa de aluminio y una segunda capa de
polipropileno colado. La capa de aluminio tiene un espesor
comprendido entre 0,02 y 0,07 mm. La capa de polipropileno colado
tiene un espesor comprendido entre 0,025 y 0,065 mm. En una
realización, la capa de aluminio tiene un espesor de 0,06 mm y la
capa de polipropileno de 0,025. Esta lámina estratificada es
particularmente ventajosa, ya que tiene una elevada resistencia al
arrollamiento durante el montaje. Como resultado, la lámina
estratificada 5 puede ser previamente cortada al tamaño y forma
correctos y transferida subsiguientemente a la estación de ensamble
en la línea de producción sin sufrir deformación. En consecuencia,
la lámina estratificada 5 es particularmente bien adecuada para
soldadura. Pueden ser usados otros materiales para la lámina
estratificada, incluyendo estratificados de PET/Aluminio/PP,
PE/EVOH/PP, PET/metalizado/PP y Aluminio/estratificados de PP. Se
puede usar material estratificado en rollo en lugar de material
cortado en troquel.
El cartucho 1 puede ser cerrado por una tapa
rígida o semirrígida de un estratificado flexible.
El ensamble del cartucho 1 implica los
siguientes pasos:
- a)
- el miembro interior 3 se inserta en el miembro exterior 2;
- b)
- se corta el filtro 4 a su forma y se coloca sobre el miembro interior 3 de manera que sea recibido sobre el embudo cilíndrico 40 y se apoye contra el marco anular 41;
- c)
- se unen el miembro interior 3, el miembro exterior 2 y el filtro 4 mediante soldadura ultrasónica;
- d)
- se llena el cartucho 1 con uno o más ingredientes de bebida;
- e)
- se fija la lámina estratificada 5 al miembro exterior 2.
Estos pasos se explicarán con más detalle en lo
que sigue.
El miembro exterior 2 es orientado con la parte
inferior abierta dirigida hacia arriba. El miembro interior 3 se
inserta a continuación en el miembro exterior 2, siendo el reborde
exterior 51 recibido como un ajuste flojo en una extensión axial 14
en la parte superior 11 del cartucho 1. La extensión cilíndrica 18
del miembro exterior 2 es al mismo tiempo recibida en la porción
superior del embudo cilíndrico 40 del miembro interior 3. La
tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 se asienta dentro
del embudo cilíndrico 40 con la cara inferior cerrada 31 de la
extensión cilíndrica apoyándose contra las almas de soporte 49 del
miembro interior 3. El filtro 4 es entonces colocado sobre el
miembro interior 3 de tal manera que el material de filtro se pone
en contacto con el reborde anular 51. Se usa entonces un proceso de
soldadura ultrasónica para unir el filtro al miembro interior 3 y,
al mismo tiempo y en el mismo paso del procedimiento, el miembro
interior 3 al miembro exterior 2. El miembro interior 3 y el filtro
4 se sueldan alrededor del reborde exterior 51. El miembro interior
3 y el miembro exterior 2 se unen por medio de líneas de soldadura
alrededor de reborde exterior 51 y también de los bordes superiores
de las almas 54.
Como se muestra más claramente en la figura 11,
el miembro exterior 2 y el miembro interior 3, cuando están unidos
conjuntamente, definen un espacio vacío 130 en el interior 120
debajo de la pestaña anular 41 y exterior al embudo cilíndrico 40,
que forma una cámara de filtración. La cámara de filtración 130 y
los pasos 57 por encima del marco anular 41 están separados por el
papel de filtro 4.
La cámara de filtración 130 contiene uno o más
ingredientes de bebida 200. Los uno o más ingredientes de bebida se
envasan en la cámara de filtración 130. Para una bebida de estilo
filtrado el ingrediente es típicamente café tostado y molido o té
en hojas. La densidad de envasado de los ingredientes de bebida en
la cámara de filtración 130 puede ser variada según se desee.
Típicamente, para un producto de café filtrado, la cámara de
filtración contiene entre 5,0 y 10,2 gramos de café tostado y molido
en un lecho de filtración de espesor comprendido normalmente entre
5 y 14 mm. Opcionalmente, el interior 120 puede contener uno o más
cuerpos, tales como esferas, que son libremente movibles dentro del
interior 120 para ayudar a mezclar, mediante inducción de
turbulencia y disgregación, depósitos de ingredientes de bebida
durante la descarga de la bebida.
La lámina estratificada 5 es después fijada al
miembro exterior 2 formando una soldadura 126 alrededor de la
periferia de la lámina estratificada 5 para unir la lámina
estratificada 5 a la superficie inferior de la pestaña 35 que se
extiende hacia fuera. La soldadura 126 se extiende para soldar la
lámina estratificada 5 contra el borde inferior de la pared
cilíndrica 27 de la cámara interior 26. Además, se forma una
soldadura 125 entre la lámina estratificada 5 y el borde inferior
del tubo exterior 42 del embudo cilíndrico 40. La lámina
estratificada 5 forma la pared inferior de la cámara de filtración
130 y obtura también la cámara de entrada 26 y el embudo cilíndrico
40. Sin embargo, existe un pequeño espacio de separación antes de la
dispensación entre la lámina estratificada 5 y el borde inferior de
la boquilla de descarga 43. Se pueden usar una diversidad de
métodos de soldadura, tales como soldadura por calor y ultrasónica,
dependiendo de las características del material de la lámina
estratificada 5.
Ventajosamente, el miembro interior 3 salva la
distancia entre el miembro exterior 2 y la lámina estratificada 5.
El miembro interior 3 está formado de un material de rigidez
relativa, tal como polipropileno. Como tal, el miembro interior 3
forma un miembro de apoyo de carga que actúa para mantener la lámina
estratificada 5 y el miembro exterior 2 separados cuando se
comprime el cartucho 1. Se prefiere que el cartucho 1 sea sometido
a una carga de presión en uso comprendida entre 130 y 280 N. La
fuerza de compresión actúa para evitar que el cartucho falle bajo
la acción de la presión interna y sirve también para presionar el
miembro interior 3 y el miembro exterior 2 conjuntamente. Esto
asegura que las dimensiones internas de los pasos y aperturas en el
cartucho 1 sean fijadas e incapaces de cambiar durante la puesta a
presión del cartucho 1.
Para usar el cartucho 1, se inserta primeramente
en una máquina de preparación de bebida y la entrada 121 y la
salida 122 se abren mediante miembros de perforación de la máquina
de preparación de bebida, que perforan y repliegan la lámina
estratificada 5. Un medio acuoso, normalmente agua a presión, entra
en el cartucho 1 a través de la entrada 121 hacia la cámara de
entrada 26 a una presión comprendida entre 0,1 y 2,0 bares
(10-200 KPa). Desde ahí el agua es dirigida para
fluir a través de las ranuras 30 y alrededor del colector 16 y hacia
la cámara de filtración 130 del cartucho 1 a través de la
pluralidad de ranuras 17. El agua es forzada 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 forzada
al mismo tiempo hacia arriba a través de los ingredientes de bebida.
La bebida formada por paso del agua a través de los ingredientes de
bebida pasa a través del filtro 4 y las aberturas de filtración 55
hacia los pasos 57 que sitúan por encima del marco anular 41. La
unión obturada del filtro 4 sobre los rayos y la soldadura del
reborde 51 con el miembro exterior 2 asegura que no haya
cortocircuitos y que toda la bebida tenga que pasar a través del
filtro 4.
La bebida fluye entonces hacia abajo a lo largo
de los pasos radiales 57 formados entre las almas 54 y a través de
las aberturas 56 y hacia el embudo cilíndrico 40. La bebida pasa a
lo largo de los canales 50 entre las almas de soporte 47 y por la
boquilla de descarga 43 abajo hasta la salida 44, donde es
descargada la bebida en un receptáculo tal como una taza.
Preferiblemente, la máquina de preparación de
bebidas comprende una instalación de purga de aire, en la que el
aire comprimido es forzado a través del cartucho 1 al final del
ciclo de operación para expulsar la bebida restante hacia el
receptáculo.
Una segunda versión de cartucho 1 se muestra en
las figuras 12 a 18. La segunda versión del cartucho 1 está
diseñada particularmente para utilizarse en la dispensación de
productos estilo exprés, tales como café tostado y molido, cuando
es deseable producir una bebida que tenga una espuma de pequeñas
burbujas conocida como crema. Muchas de las características de la
segunda versión del cartucho 1 son las mismas que las de la primera
versión y se han utilizado los mismos números de referencia para
características similares. En la descripción siguiente se
explicarán las diferencias entre las versiones primera y segunda. No
se explicarán en detalle características comunes que funcionan de
la misma manera.
El miembro exterior 2 es de la misma
construcción que el de la primera versión de cartucho 1 y como se
muestra en las figuras 1 a 6.
El marco anular 41 del miembro interior 3 es el
mismo que en la primera versión. Asimismo, el filtro 4 está
dispuesto en el marco anular 41 de manera que cubre las aberturas de
filtración 55. El tubo exterior 42 del embudo cilíndrico 40 es
también como antes. Sin embargo, hay cierto número de diferencias en
la construcción del miembro interior 3 de la segunda versión en
comparación con la primera versión. Como se muestra en la figura
16, la boquilla de descarga 43 está provista de un tabique 65 que se
extiende en parte por la boquilla de descarga 43 arriba desde la
salida 44. El tabique 65 ayuda a impedir que la bebida se extienda
y/o salpique al salir por la boquilla de descarga 43. El perfil de
la boquilla de descarga 43 es también diferente y comprende un
perfil escalonado con una pata de perro 66 distinta cerca del
extremo superior del tubo 43.
Está dispuesto un reborde 67 que se eleva desde
la pestaña anular 47, que une el tubo exterior 42 a la boquilla de
descarga 43. El reborde 67 rodea la entrada 45 para la boquilla 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 escalón 68 dirigido hacia dentro. En un punto alrededor de la
circunferencia del reborde 67 está dispuesta una abertura 70 en la
forma de una ranura que se extiende desde el borde superior del
reborde 67 hasta un punto marginalmente por debajo del nivel del
escalón 68, como se muestra más claramente en las figuras 12 y 13.
La ranura tiene una anchura de 0,64 mm.
\newpage
Una entrada de aire 71 está dispuesta en la
pestaña anular 47 alineada circunferencialmente con la abertura 7,
como se muestra en las figuras 16 y 17. La entrada de aire 71
comprende una abertura que pasa a través de la pestaña 47 de manera
que proporciona comunicación entre un punto por encima de la pestaña
47 y el espacio vacío por debajo de la pestaña 47 entre el tubo
exterior 42 y la boquilla de descarga 43. Preferiblemente, y como
se muestra, la entrada de aire 71 comprende una porción superior
troncocónica 73 y una porción inferior cilíndrica 72. La entrada de
aire 71 está formada normalmente por un útil de moldeo, tal como un
pasador. El perfil convergente de la entrada de aire 71 permite que
el útil de moldeo sea retirado más fácilmente del componente
moldeado. La pared del tubo exterior 42 en la proximidad de la
entrada de aire 71 está configurado para formar un conducto de
bajada 75 que conduce desde la entrada de aire 71 a la entrada 45 de
la boquilla de descarga 43. Como se muestra en la figura 17, un
escalón biselado 74 está formado entre la entrada de aire 71 y el
conducto de bajada 75 para asegurar que el chorro de bebida que sale
por la ranura 70 no tropiece inmediatamente sobre la superficie
superior de la pestaña 47 en la proximidad inmediata de la entrada
de aire 71.
El procedimiento de ensamble para la segunda
versión de cartucho 1 es similar al ensamble de la primera versión.
Sin embargo, existen ciertas diferencias. Como se muestra en la
figura 18, la tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 se
asienta dentro del reborde de soporte 67 en lugar de contra las
almas de soporte. El escalón 32 de la extensión cilíndrica 18 entre
la segunda porción 20 y la tercera porción 21 se apoya contra el
borde superior del reborde de soporte 67 del miembro interior 3. Se
forma así una zona de interfaz 124 entre el miembro interior 3 y el
miembro exterior 2 que comprende una junta de cara entre la
extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 que se extiende
alrededor de casi la totalidad de la circunferencia del cartucho 1.
Sin embargo, la junta entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde
de soporte 67 no es estanca al fluido, puesto que la ranura 70 del
reborde de soporte 67 se extiende a través del reborde de soporte 67
y hacia abajo hasta un punto marginalmente por debajo del escalón
68. En consecuencia, el ajuste de interfaz entre la extensión
cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 transforma la ranura 70 en
una abertura 128, como se muestra del modo más claro en la figura
18, proporcionando comunicación de gas y líquido entre el canal
anular 69 y la boquilla de descarga 43. La abertura tiene
normalmente una anchura de 0,64 mm y una longitud de 0,69 mm.
El funcionamiento de la segunda versión de
cartucho 1 para dispensar una bebida es similar al funcionamiento
de la primera versión, pero con ciertas diferencias. La bebida de
los pasos radiales 57 fluye hacia abajo a lo largo de los pasos 57
formados entre las almas 54 y a través de aberturas 56 y hacia el
canal anular 69 del embudo cilíndrico 40. Desde el canal anular 69
la bebida es forzada a presión a través de la abertura 128 por la
contrapresión de la bebida que se recoge en la cámara de filtración
130 y los pasos 57. La bebida es así forzada a través de la
abertura 128 como un chorro y hacia la cámara de expansión formada
por el extremo superior de la boquilla de descarga 43. Como se
muestra en la figura 18, el chorro de bebida pasa directamente
sobre la entrada de aire 71. A medida que la bebida entra en la
boquilla de descarga 43, disminuye la presión del chorro de bebida.
Como resultado, es arrastrado aire hacia la corriente de bebida en
la forma de una multitud de pequeñas burbujas de aire cuando se
impulsa aire a través de la entrada de aire 71. El chorro de bebida
que sale por la abertura 128 es canalizado hacia abajo hasta la
salida 44, donde la bebida es descargada en un receptáculo tal como
una taza, en la que las burbujas de aire forman la deseada crema. De
este modo, la abertura 128 y la entrada de aire 71 forman
conjuntamente un eductor que actúa para arrastrar aire al interior
de la bebida. El flujo de bebida hacia el eductor ha de ser
mantenido tan suave como sea posible para reducir las pérdidas de
presión. Ventajosamente, las paredes del eductor han de hacerse
cóncavas para reducir pérdidas debidas la fricción del "efecto
pared". La tolerancia dimensional de la abertura 128 es pequeña.
Preferiblemente, el tamaño de abertura se fija en más o menos 0,02
mm^{2}. Se pueden disponer cerdas, fibras u otras irregularidades
superficiales dentro o en la salida del eductor para aumentar el
área de sección transversal efectiva, lo cual se ha visto que
aumenta el grado de arrastre de aire.
Una tercera versión de cartucho 1 se muestra en
las figuras 19 a 29. La tercera versión de cartucho 1 está diseñada
particularmente para usar en la dispensación de productos solubles
que pueden ser en forma de polvo, líquidos, de jarabe, de gel o
similares. El producto soluble es disuelto por, o forma una
suspensión en, un medio acuoso tal como agua cuando se hace pasar
el medio acuoso, en uso, a través del cartucho 1. Ejemplos de
bebidas incluyen chocolate, café, leche, té, sopa u otros productos
rehidratables o solubles en agua. Muchas de las características de
la tercera versión del cartucho 1 son las mismas que en las
versiones previas y se han utilizado los mismos números de
referencia para características similares. En la siguiente
descripción se explican las diferencias entre las versiones tercera
y anteriores. Características comunes que funcionen de la misma
manera no se explicarán con
detalle.
detalle.
En comparación con el miembro exterior 2 de las
versiones precedentes, la extensión cilíndrica hueca 18 dirigida
hacia dentro del miembro exterior 2 de la tercera versión tiene un
diámetro total mayor, como se muestra en la figura 20. En
particular, el diámetro de la primera porción 19 está normalmente
entre 16 y 18 mm, en comparación con los 13,2 mm para el miembro
exterior 2 de las versiones anteriores. Además, la primera porción
19 está provista de una superficie exterior convexa o
abultamiento19a, como se muestra del modo más claro en la figura
20, cuya función se describirá en lo que sigue. Los diámetros de las
terceras porciones 21 de los cartuchos 1 son sin embargo iguales,
dando lugar a que el área del escalón 32 sea mayor en esta, la
tercera versión de cartucho 1. Normalmente el volumen del cartucho
1, cuando está ensamblado, es de 32,5 ml \pm 20%.
El número y posicionamiento de las ranuras del
extremo inferior de la pared anular 13 son también diferentes.
Están previstas entre 3 y 5 ranuras. En la realización mostrada en
la figura 23 están dispuestas cuatro ranuras 36 espaciadas por
igual alrededor de la circunferencia del colector 16. Las ranuras 36
son ligeramente más anchas que en las versiones precedentes del
cartucho 1, teniendo una anchura comprendida entre 0,35 y 0,45 mm,
preferiblemente de 0,4 mm.
En otros aspectos, los miembros exteriores 2 de
los cartuchos son iguales.
La construcción del embudo cilíndrico 40 del
miembro interior 3 es la misma que en la primera versión de cartucho
1, estando previstos un tubo exterior 42, una boquilla de descarga
45, una pestaña anular 47 y almas de soporte 49. La única
diferencia es que la boquilla de descarga 45 está configurada con
una sección superior troncocónica 92 y una sección inferior
cilíndrica 93.
En contraste con las versiones precedentes, y
como se muestra en las figuras 24 y 28, el marco anular 41 es
sustituido por una porción de falda 80 que rodea el embudo
cilíndrico 40 y está unida a él por medio de ocho rayos radiales 87
que están adyacentes al embudo cilíndrico 40 en o cerca de la
pestaña anular 47. La extensión cilíndrica 81 de la porción de
falda 80 se extiende hacia arriba desde los rayos 87 para definir
una cámara 90 con una cara superior abierta. El reborde superior 91
de la extensión cilíndrica 81 tiene un perfil vuelto hacia dentro,
como se muestra en la figura 26. Una pared anular 82 de la porción
de falda 80 se extiende hacia abajo desde los rayos 87 para definir
un canal anular 86 entre la porción de falda 80 y el tubo exterior
42.
La pared anular 82 comprende en el extremo
inferior una pestaña exterior 83 que se sitúa perpendicularmente al
eje principal X. Un reborde 84 se dirige hacia abajo desde una
superficie inferior de la pestaña 83 y contiene cinco aberturas 85
que están circunferencialmente espaciadas por igual alrededor del
reborde 84. De este modo, el reborde 84 está provisto de un perfil
inferior almenado.
Entre los rayos 87 existen aberturas 89 que
permiten la comunicación entre la cámara 90 y el canal anular
86.
El procedimiento de ensamble para la tercera
versión de cartucho 1 es similar al ensamble de la primera versión,
pero con ciertas diferencias. El miembro exterior 2 y el miembro
interior 3 son encajados a presión conjuntamente como se muestra en
la figura 29 y son retenidos por medio de una disposición de encaje
por salto elástico en lugar de ser soldados conjuntamente. En la
unión de los dos miembros, la extensión cilíndrica 18 dirigida
hacia dentro es recibida dentro de la extensión cilíndrica superior
81 de la porción de falda 80. El miembro interior 3 es retenido
dentro del miembro exterior 2 por acoplamiento mutuo de fricción
entre la superficie exterior convexa 19a de la primera porción 19
de la extensión cilíndrica 18 y el reborde 91 vuelto hacia dentro
de la extensión cilíndrica superior 81. Con el miembro interior 3
situado dentro del miembro exterior 2, se define una cámara de
mezcla 134 situada exterior a la porción de falda 80. La cámara de
mezcla 134 contiene los ingredientes de bebida 200 antes de la
dispensación. Se ha observar que las cuatro entradas 36 y las cinco
aberturas 85 están escalonadas circunferencialmente o al tresbolillo
unas con respecto a otras. La posición radial de las dos partes una
con relación a otra no necesita estar determinada o fija durante el
ensamble, ya que el uso de cuatro entradas 36 y de cinco aberturas
85 asegura que ocurra desalineación entre las entradas y aberturas
cualquiera que sea el posicionamiento rotacional relativo de los
componentes.
El uno o más ingredientes de bebida se envasan
en la cámara de mezcla 134 del cartucho. La densidad de envasado de
los ingredientes de bebida en la cámara de mezcla 134 se puede
variar según se desee.
La lámina estratificada 5 es después fijada al
miembro exterior 2 y al miembro interior 3 de la misma manera que
se ha descrito anteriormente en las versiones previas.
En uso, el agua entra en la cámara de mezcla 134
a través de las cuatro ranuras 36 de la misma manera que las
versiones anteriores del cartucho. El agua es forzada radialmente
hacia dentro a través de la cámara de mezcla y se mezcla con los
ingredientes de bebida contenidos en la misma. El producto se
disuelve o mezcla en el agua y forma la bebida en la cámara de
mezcla 134 y es después impulsada a través de las aberturas 85
hacia el canal anular 86 por la contrapresión de la bebida y el agua
de la cámara de mezcla 134. El escalonamiento circunferencial de
las cuatro ranuras de entrada 36 y las cinco aberturas 85 asegura
que los chorros de agua no sean capaces de pasar radialmente de
manera directa desde las ranuras de entrada 36 a las aberturas 85
sin circular primeramente dentro de la cámara de mezcla 134. De este
modo, el grado y consistencia de disolución o mezcla del producto
se aumenta significativamente. La bebida es forzada hacia arriba en
el canal anular 86, a través de las aberturas 89 entre los rayos 87
y hacia la cámara 90. La bebida pasa desde la cámara 90 a través de
entradas 45 entre las almas de soporte 49 hacia la boquilla de
descarga 43 y hacia la salida 44, donde la bebida es descargada en
un receptáculo tal como una taza. El cartucho encuentra particular
aplicación con ingredientes de bebida en la forma de líquidos
viscosos o geles. En una aplicación, un ingrediente de chocolate
líquido está contenido en el cartucho 1 con una viscosidad
comprendida entre 1700 y 3900 mPa a la temperatura ambiente y entre
5000 y 10000 mPa a 0ºC y unos sólidos refractantes de 67 Brix \pm
3. En otra aplicación, está contenido café liquido en el cartucho 1
con una viscosidad de entre 70 y 2000 mPa a la temperatura ambiente
y de entre 80 y 5000 mPa a 0ºC, a la que el café tiene un nivel
total de sólidos de entre 40 y 70%. El ingrediente de café líquido
puede contener entre 0,1 y 2,0% en peso de bicarbonato de sodio,
preferiblemente entre 0,5 y 1,0% en peso. El bicarbonato de sodio
actúa para mantener el valor de pH del café en o por debajo de 4,8,
permitiendo una vida de almacenamiento para cartuchos llenos de café
de hasta 12 meses.
Una cuarta versión de cartucho 1 se muestra en
las figuras 30 a 34. La cuarta versión del cartucho 1 está
particularmente diseñada para usar en la dispensación de 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 previas y se han usado los mismos números de
referencia para características similares. En la siguiente
descripción se explicarán las diferencias entre la versión cuarta y
las versiones precedentes. Las características comunes que
funcionan de la misma manera no se explicarán con detalle.
El miembro exterior 2 es el mismo que en la
tercera versión de cartucho 1 y según se muestra en las figuras 19
a 23.
El embudo cilíndrico 40 del miembro interior 3
es similar al mostrado en la segunda versión de cartucho 1, pero
con ciertas diferencias. Como se muestra en la figura 30, la
boquilla de descarga 43 está conformada con una sección
troncocónica superior 106 y una sección cilíndrica inferior 107.
Tres nervios axiales 105 están dispuestos en la superficie interior
de la boquilla de descarga 43 para dirigir la bebida dispensada
hacia abajo, hacia la salida 44, e impiden que la bebida descargada
gire dentro de la boquilla. En consecuencia, los nervios 105 actúan
como deflectores. Como en la segunda versión de cartucho 1, una
entrada de aire 71 está practicada a través de la pestaña anular
47. Sin embargo, el conducto de bajada 75 debajo de la entrada de
aire 71 es más alargado que en la segunda versión.
Esta dispuesta una porción de falda 80 similar a
la mostrada en la tercera versión del cartucho 1 descrita
anteriormente. Están previstas entre 5 y 12 aberturas en el reborde
84. Normalmente están previstas diez aberturas en lugar de las
cinco dispuestas en la tercera versión de cartucho 1.
Se dispone de una cubeta anular 100 que se
extiende desde la pestaña 83 de la porción de falda 80 y es enteriza
con la misma. La cubeta anular 100 comprende un cuerpo abocinado
101 con una boca superior abierta 104 que está dirigida hacia
arriba. Cuatro aberturas de alimentación 103, mostradas en las
figuras 30 y 31, están situadas en el cuerpo 101 en o cerca del
extremo inferior de la cubeta 100, donde se une a la porción de
falda 80. Preferiblemente, las aberturas de alimentación están
separadas por igual alrededor de la circunferencia de la cubeta
100.
La lámina estratificada 5 es del tipo descrito
anteriormente en las realizaciones previas.
El procedimiento de ensamble para la cuarta
versión de cartucho 1 es el mismo que para la tercera versión.
El funcionamiento de la cuarta versión de
cartucho es similar al de la tercera versión. El agua entra en el
cartucho 1 y en la cámara de mezcla 134 de la misma manera que
antes. Allí el agua se mezcla con el producto líquido y lo diluye,
siendo el producto forzado a continuación a salir por debajo de la
cubeta 100 y a través de las aberturas 85 hacia la salida 44, como
se ha descrito anteriormente. La proporción del producto líquido
inicialmente contenido dentro de la cubeta anular 100, como se
muestra en la figura 34, no está sometido a dilución inmediata por
el agua que entra en la cámara de mezcla 134. En lugar de ello, el
producto líquido diluido de la parte inferior de la cámara de
mezcla 134 tenderá a salir a través de aberturas 85 en lugar de ser
forzado hacia arriba y al interior de la cubeta anular 100 a través
de la boca superior 104. En consecuencia, el producto líquido de la
cubeta anular 100 permanecerá relativamente concentrado durante las
etapas iniciales del ciclo de operación en comparación con el
producto de la parte inferior de la cámara de mezcla 134. El
producto líquido de la cubeta anular 100 cae a través de las
aberturas de alimentación 103 por gravedad en la corriente de
producto que sale de la cámara de mezcla 134 a través de las
aberturas 85 y debajo de la cubeta 100. La cubeta anular 100 actúa
para homogeneizar la concentración del producto líquido diluido que
entra en el embudo cilíndrico 40 reteniendo una proporción del
producto líquido concentrado y liberándolo en la trayectoria de
flujo de la corriente líquida saliente, de manera constante a través
de todo el ciclo de operación, según se ilustra en la figura 35a,
en la que la concentración de la leche, medida como porcentaje de
los sólidos totales presentes, se muestra durante un ciclo de
operación de aproximadamente 15 segundos. La línea a ilustra el
perfil de concentración con la cubeta 100, mientras que la línea b
ilustra un cartucho sin la cubeta 100. Como se puede ver, el perfil
de concentración con la cubeta 100 es más uniforme durante el ciclo
de funcionamiento y no existe caída inmediata grande en la
concentración según ocurre sin la cubeta 100. La concentración
inicial de la leche es normalmente de 30-35% SS y
al final del ciclo de 10% SS. Esto da lugar a una relación de
dilución de alrededor de 3 a 1, aunque son posibles relaciones de
dilución de entre 1 a 1 y 6 a 1 con la presente invención. Para
otros ingredientes de bebida líquidos la concentración puede variar.
Por ejemplo para chocolate líquido la concentración inicial es de
aproximadamente 67% SS y, al final del ciclo, de
12-15% SS. Esto da lugar a una relación de dilución
(relación de medio acuoso a ingrediente de bebida en la bebida
dispensada) de alrededor de 5 a 1, aunque son posibles relaciones
de dilución de entre 2 a 1 y 10 a 1 con la presente invención. Para
café líquido la concentración inicial es de entre 40 y 67% y la
concentración al final de la dispensación, de 1-2%
SS. Esto da lugar a una relación de dilución de entre 20 a 1 y 70 a
1, aunque son posibles relaciones de dilución de entre 10 a 1 y 100
a 1 con la presente invención.
Desde el canal anular 86 la bebida es forzada a
presión a través de la abertura 128 por la
contra-presión de la bebida que se recoge en la
cámara de filtración 134 y la cámara 90. La bebida es así forzada a
través de la abertura 128 como un chorro y hacia una cámara de
expansión formada por el extremo superior de la boquilla de
descarga 43. Como se muestra en la figura 34, el chorro de bebida
pasa directamente sobre la entrada de aire 71. Al entrar la bebida
en la boquilla de descarga 43, disminuye la presión del chorro de
bebida. Como consecuencia, es arrastrado aire a la corriente de
bebida en la forma de una multitud de pequeñas burbujas al ser
impulsado el aire hacia arriba a través de la entrada de aire 71. El
chorro de bebida que sale por las aberturas 128 es canalizado hacia
abajo hasta la salida 44, donde la bebida es descargada en un
receptáculo tal como una taza, donde las burbujas de aire forman la
apariencia cremosa deseada.
\newpage
Ventajosamente, el miembro interior 3, el
miembro exterior 2, la lámina estratificada 5 y el filtro 4 pueden
ser todos fácilmente esterilizados debido a que los componentes son
separables y no comprenden individualmente pasos tortuosos o
hendiduras estrechas. Por el contrario, sólo es después de la unión
conjunta de los componentes, después de la esterilización, cuando
es necesario formar los pasos. Esto es particularmente importante
cuando el ingrediente de bebida es un producto basado en lácteos,
tal como leche líquida concentrada.
La cuarta realización de cartucho de bebida es
particularmente ventajosa para dispensar un producto líquido
concentrado basado en lácteos, tal como leche líquida. Previamente
han sido proporcionados productos de leche en polvo en la forma de
saquitos para añadir a una bebida previamente preparada. Sin
embargo, para bebida del estilo de café capuchino, es necesario
espumar la leche. Esto ha sido conseguido previamente haciendo
pasar vapor de agua a través de un producto de leche líquido. Sin
embargo, esto necesita la existencia de un suministro de vapor de
agua, lo que aumenta el coste y la complejidad de la máquina usada
para dispensar la bebida. El uso de vapor de agua también aumenta
el riesgo de daños durante la operación del cartucho. Por lo tanto,
la presente invención proporciona un cartucho de bebida que tiene en
el mismo un producto líquido concentrado basado en lácteos. Se ha
encontrado que concentrando el producto de leche se puede producir
una mayor cantidad de espuma para un volumen particular de leche en
comparación con la leche fresca o UHT. Esto reduce el tamaño
requerido para el cartucho de leche. La leche fresca semidesnatada
contiene aproximadamente 1,6% de grasa y 10% de sólidos totales.
Las preparaciones de leche líquida concentrada de la presente
invención contienen entre 1,5 y 12% de grasa y de 25 a 40% de
sólidos totales. En un ejemplo típico, la preparación contiene 4%
de grasa y 30% de sólidos totales. Las preparaciones de leche
concentrada son apropiadas para espumación usando una máquina de
preparación de baja presión, como se describe en lo que sigue. En
particular, la espumación de la leche se consigue a presiones por
debajo de 2 bares (200 KPa), de preferencia a 1,5 bares
aproximadamente (150 KPa) usando el cartucho de la cuarta
realización descrito anteriormente.
La espumación de la leche concentrada es
particularmente ventajosa para bebidas tales como cafés capuchinos
y batidos de leche. Preferiblemente, el hacer pasar la leche a
través de la abertura 128 y sobre la entrada de aire 71 y el uso
opcional de la cubeta 100 hacen posible espumar niveles mayores que
40%, preferiblemente mayores que 70% para leche. Para chocolate
líquido son posibles niveles de espumación mayores que 70%. Para
café líquido son posibles niveles de espumación mayores que 70%. El
nivel de formación de espuma se mide como la relación del volumen
de la espuma producida al volumen del ingrediente de bebida líquida
dispensado. Por ejemplo, cuando se dispensan 138,3 ml de bebida, de
los cuales 58,3 ml es espuma, el carácter espumable se mide como
[58,3/(138,3-58,3)] \cdot 100 = 72,9%. El carácter
espumable de la leche (y de otros ingredientes líquidos) se mejora
mediante la existencia de la cubeta 100, como se puede ver en la
figura 35b. El carácter espumable de la leche dispensada con la
cubeta 100 presente (línea a) es mayor que la de leche dispensada
sin la presente cubeta (línea b). Esto es debido a que el carácter
espumable de la leche está positivamente correlacionado con la
concentración de la leche y, como se muestra en la figura 35a, la
cubeta 100 mantiene una concentración mayor de la leche una parte
mayor del ciclo de operación. También se sabe que el carácter
espumable de la leche está positivamente correlacionado con la
temperatura del medio acuoso, como se muestra en la figura 35c. De
este modo, la cubeta 100 es ventajosa, ya que mucha de la leche
permanece en el cartucho hasta cerca del final del ciclo de
operación cuando el medio acuoso está caliente al máximo. Esto
mejora asimismo el carácter espumable.
El cartucho de la cuarta realización es también
ventajosa en la dispensación de productos de café líquidos.
Se ha encontrado que las realizaciones de
cartucho de bebida de la presente invención proporcionan
ventajosamente una consistencia mejorada de la bebida de infusión
cuando se compara con cartuchos de la técnica anterior. Se hace
referencia a la Tabla 1 siguiente, que muestra los resultados de
producto de infusión para veinte muestras, cada una de cartuchos A
y B que contienen café tostado y molido. El cartucho A es un
cartucho de bebida de acuerdo con 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 del solicitante
WO01/58786. El índice de refracción de la bebida de infusión se
mide en unidades Brix y convertidas a un porcentaje de sólidos
solubles (%SS) usando tablas y fórmulas estándar. En los ejemplos
que siguen:
- %SS = 0,7774 \cdot (valor Brix) + 0,0569.
- % de Producto = (%SS \cdot Volumen de infusión (g))/ (100 \cdot peso de café (g))
\newpage
Cartucho
B
\newpage
La realización de un análisis estadístico de
ensayo t sobre los anteriores datos se obtienen los siguientes
resultados:
El análisis muestra que la consistencia de %
producto, que iguala a la intensidad de infusión, para los cartuchos
de la presente invención es significativamente mejor (en un nivel
de confianza de 95%) que en los cartuchos de la técnica anterior,
con una desviación estándar de 0,88, en comparación con 2,24%. Esto
significa que las bebidas de infusión con los cartuchos de la
presente invención tienen una intensidad más repetible y uniforme.
Esto es preferido por los consumidores, a quienes les gustan bebidas
para saborear las mismas una y otra vez y no desean cambios
arbitrarios de intensidad de infusión.
Los materiales de los cartuchos descritos
anteriormente pueden estar provistos de un revestimiento de barrera
para mejorar su resistencia al oxígeno y/o a la humedad y/o otras
materias contaminantes. El revestimiento de barrera puede mejorar
también la resistencia a las fugas de los ingredientes de bebida
desde el interior de los cartuchos y/o reducir el grado de
lixiviación de extractibles de los materiales del cartucho, que
podrían afectar adversamente los ingredientes de bebida. El
revestimiento de barrera puede ser de un material seleccionado del
grupo de PET, Poliamida, EVOH, PVDC o un material metalizado. El
revestimiento de barrera puede ser aplicado por cierto número de
mecanismos, incluyendo, pero sin limitación, deposición de vapor,
deposición en vacío, revestimiento de plasma, extrusión conjunta,
etiquetado en molde y moldeo en dos o en múltiples etapas.
Claims (27)
1. Un método de fabricar un cartucho (1) para la
dispensación de una bebida, que comprende los pasos de:
- a.
- fabricar una pluralidad de miembros exteriores (2) que comprenden al menos un primer tipo de miembro exterior y un segundo tipo de miembro exterior que tienen formas o configuraciones diferentes;
- b.
- fabricar una pluralidad de miembros interiores (3) que comprenden al menos un primer tipo de miembro interior y un segundo tipo de miembro interior que tienen formas y configuraciones diferentes;
- c.
- almacenar dicha pluralidad de miembros exteriores y de dichos miembros interiores;
- d.
- seleccionar a uno del primer tipo de miembro exterior o del segundo tipo de miembro exterior de la pluralidad de miembros exteriores;
- e.
- seleccionar uno del primer tipo de miembro interior o del segundo tipo de miembro interior de la pluralidad de miembros interiores;
- f.
- unir conjuntamente el miembro interior seleccionado al miembro exterior seleccionado de tal manera que el miembro interior quede dentro del miembro exterior;
- g.
- llenar el miembro exterior con uno o más ingredientes de bebida (200) seleccionados de una pluralidad de ingredientes de bebida; y
- h.
- obturar el miembro exterior con una tapa (5) para formar el cartucho, caracterizado porque los tipos primero y segundo de miembro interior son intercambiables.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende además, en el paso b., unir un miembro de filtro (4)
al primer tipo y/o segundo tipo de miembro interior (3).
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1
o la 2, en el que el primer tipo de miembro exterior (2) es
apropiado para contener ingredientes de bebida tostados y molidos o
similares.
4. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que el segundo tipo de miembro
exterior (2) es apropiado para contener ingredientes de bebida
solubles o líquidos, o similares.
5. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el primer tipo de miembro
interior (3) es apropiado para filtrar ingredientes de bebida y
similares tostados y molidos.
6. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el segundo tipo de miembro
interior (3) es apropiado para filtrar ingredientes de bebida y
similares tostados y molidos y para arrastrar una pluralidad de
burbujas de aire en la bebida dispensada.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 5
o la 6, en el que los tipos primero y segundo de miembro interior
(3) comprenden un marco (41) que tiene un filtro (4) dispuesto sobre
el mismo, y en el que un reborde periférico (51) del marco se une
conjuntamente al tipo seleccionado de miembro exterior mediante
soldadura.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que el segundo tipo de miembro interior (3) comprende medios
(70) para producir un chorro de la bebida, cuyos medios comprenden
una abertura en una trayectoria de flujo de bebida entre una
entrada y una salida del cartucho.
9. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además fabricar y
almacenar un tercer tipo de miembro interior (3).
10. Un método de acuerdo con la reivindicación
9, en el que el tercer tipo de miembro interior es apropiado para
dispensar ingredientes de bebida solubles y similares.
11. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 9 a10, que comprende además fabricar y almacenar
un cuarto tipo de miembro interior (3).
12. Un método de acuerdo con la reivindicación
11, en el que el cuarto tipo de miembro interior (3) es apropiado
para dispensar ingredientes de bebida líquidos y similares.
13. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 12, en el que el tercer o cuarto tipos de
miembro interior (3) comprende una falda (80) que rodea una salida,
comprendiendo la falda una extensión superior (81) que tiene un
reborde superior (91) que se aplica, en el ensamble del cartucho, a
una formación cooperante del tipo seleccionado de miembro exterior
(2) para formar una disposición de ajuste por salto elástico para
unir conjuntamente el tipo tercero o cuarto de miembro interior al
tipo seleccionado de miembro exterior.
14. Un sistema de cartuchos que comprende una
pluralidad de cartuchos para dispensar una pluralidad de bebidas,
comprendiendo el sistema de cartuchos:
- a.
- una pluralidad de miembros exteriores (3) que comprende al menos un primer tipo de miembro exterior y un segundo tipo de miembro exterior que tienen forma o configuraciones diferentes;
- b.
- una pluralidad de miembros interiores (2) que comprende al menos un primer tipo de miembro interior y un segundo tipo de miembro interior que tienen forma y configuraciones diferentes;
- c.
- una pluralidad de ingredientes de bebida (200); y
- d.
- una pluralidad de tapas (5), en el que cada cartucho comprende un miembro exterior, un miembro interior, uno o más ingredientes de bebida y una tapa para obturar el cartucho, caracterizado porque los tipos primero y segundo de miembro interior son intercambiables.
15. Un sistema de cartuchos de acuerdo con la
reivindicación 14, en el que cada cartucho comprende además un
filtro (4).
16. Un sistema de cartuchos de acuerdo con la
reivindicación 14 o la 15, en el que el primer tipo de miembro
exterior (3) es apropiado para contener ingredientes de bebida o
similares tostados y molidos.
17. Un sistema de cartuchos de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que el segundo
tipo de miembro exterior (3) es apropiado para contener ingredientes
de bebida solubles o líquidos o similares.
18. Un sistema de cartuchos de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, en el que el primer
tipo de miembro interior (3) es apropiado para filtrar ingredientes
de bebida y similares tostados y molidos.
19. Un sistema de cartuchos de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, en el que el segundo
tipo de miembro interior (3) es apropiado para filtrar ingredientes
de bebida y similares tostados y molidos y comprende medios que
arrastran una pluralidad de burbujas de aire en la bebida
dispensada.
20. Un sistema de cartuchos de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 19, en el que los tipos
primero y segundo de miembro interior (3) comprenden un marco (41)
que tiene un filtro (4) dispuesto sobre el mismo, y en el que un
reborde periférico (51) del marco se une conjuntamente a un tipo
seleccionado de miembro exterior mediante soldadura.
21. Un sistema de cartuchos de acuerdo con la
reivindicación 19 o la 20, en el que el segundo tipo de miembro
interior (3) comprende medios (70) para producir un chorro de
bebida, cuyos medios comprenden una abertura en una trayectoria de
flujo de bebida entre una entrada y una salida del cartucho.
22. Un sistema de cartuchos de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 21, que comprende además un
tercer tipo de miembro interior (3).
23. Un sistema de cartuchos de acuerdo con la
reivindicación 22, en el que el tercer tipo de miembro interior (3)
es apropiado para dispensar ingredientes de bebida solubles y
similares.
24. Un sistema de cartuchos de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 22 y 23, que comprende además un
cuarto tipo de miembro interior (3).
25. Un sistema de cartuchos de acuerdo con la
reivindicación 24, en el que el cuarto tipo de miembro interior (3)
es apropiado para dispensar ingredientes de bebida líquidos y
similares.
26. Un sistema de cartuchos de acuerdo con la
reivindicación 24 o la 25, en el que el cuarto tipo de miembro
interior (3) comprende medios que arrastran una pluralidad de
burbujas de aire en la bebida dispensada.
27. Un sistema de cartuchos de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, en el que los tipos
tercero y cuarto de miembro interior (3) comprenden una falda (80)
que rodea una salida, comprendiendo la falda una extensión superior
(81) que tiene un reborde superior (91) que se aplica, en el
ensamble del cartucho, a una formación cooperante (19) del tipo
seleccionado de miembro exterior para formar una disposición de
ajuste por salto elástico para la unión conjunta con el tercer o
cuarto tipo de miembro interior al tipo seleccionado de miembro
exterior.
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-
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