IT201900006046A1

IT201900006046A1 - Capsula con tenuta

Info

Publication number: IT201900006046A1
Application number: IT102019000006046A
Authority: IT
Inventors: Gino Rapparini; Maurizio Generali
Original assignee: Aroma System S R L
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-10-18
Also published as: EP3917860A1; WO2020212892A1; AU2020259382B2; CA3131503A1; CA3131503C; ES2945338T3; EP3917860B1; US20220169439A1; AU2020259382A1

Description

CAPSULA CON TENUTA

CAMPO TECNICO

La presente invenzione riguarda il campo del delle capsule per bevande ed in particolare il campo delle capsule comprendenti un impegno di tenuta per sigillare un bordo esterno della capsula al dispositivo di erogazione per la realizzazione di bevande e della loro realizzazione con tecnologia ad iniezione o a compressione.

BACKGROUND

Sono noti dallo stato della tecnica sistemi per preparare bevande, come un caffè, che usano un dispositivo di infusione per fornire un liquido, come l'acqua, sotto pressione ad una capsula comprendente una dose di un ingrediente da bevanda, quale caffè.

Comunemente, il dispositivo di erogazione comprende un elemento di contenimento per racchiudere la capsula. Durante l’utilizzo, è previsto un impegno di tenuta tra la capsula e l'elemento di contenimento, in modo da impedire una fuoriuscita di liquido, ad esempio acqua o bevanda. L'impegno di tenuta viene solitamente ottenuto premendo la capsula e l'elemento di contenimento l'uno contro l'altro lungo una linea di contatto circonferenziale.

Per esempio, EP 2303077 A1 descrive un impegno di tenuta comprendente una serie di creste circolari concentriche rastremate che sono posizionate lungo una superficie superiore del bordo sporgente della capsula.

Tuttavia, sebbene tale sistema sia apparentemente in grado di fornire una tenuta tra la capsula e l’elemento di contenimento, sarebbe desiderabile trovare un impegno di tenuta più efficace e di più semplice realizzazione.

Per quanto riguarda l’efficacia della tenuta, l’inventore ha studiato che la tenuta descritta in tale documento brevettuale presenta degli svantaggi in quanto la forma circolare delle creste può causare uno spostamento relativo tra la capsula e l’elemento di contenimento, e quindi uno scivolamento relativo tra i due elementi. Questo è dovuto probabilmente al fatto che i cerchi presentano linee tangenziali parallele tra loro.

Inoltre, la tenuta descritta in tale documento è chiaramente una tenuta a barriera, ossia una tenuta nella quale il fluido incontra una serie di barriere da superare. Nel caso in cui per esempio il numero di cerchi concentrici sia pari a tre, il fluido avrà tre barriere. Sarà quindi per il fluido sufficiente passare ciascuna delle tre barriere in un punto specifico di ciascuna delle tre barriere in modo da superare tale tenuta. Tale soluzione è particolarmente svantaggiosa e poco affidabile in quanto basteranno delle piccole imprecisioni delle creste concentriche per incorrere in una mancanza di tenuta.

Inoltre, il processo di realizzazione delle creste circolari è poco affidabile in quanto si tratta di linee chiuse e quindi di più difficile realizzazione a causa della difficoltà nel riempire la parte terminale della capsula e quindi la parte destinata alla tenuta. Questo è dovuto al fatto che l’aria intrappolata all’interno della cavità e chiusa dello stampo, se non espulsa all’esterno con appositi accorgimenti nello stampo stesso, il più delle volte crea mancanze sulle creste che risultano incomplete e quindi non a tenuta perfetta.

Inoltre, per lo stesso motivo, ovvero per il fatto che tale parte è l’ultima ad essere riempita, il materiale arriva già più freddo e quindi meno fluido.

Pertanto, alla luce di quanto descritto sopra, la presente invenzione affronta il problema di fornire un impegno di tenuta che sia più affidabile e di più facile realizzazione rispetto a quello mostrato nello stato della tecnica.

SOMMARIO

La presente invenzione è basata sull’idea fornire una capsula comprendente una cresta a forma di spirale in grado di fornire una tenuta tra la capsula e l’elemento di contenimento.

Nell’ambito della presente invenzione, i termini ”sopra”, “sotto”, ” inferiore”, ” superiore”, dove non diversamente specificato, si riferiscono alla collocazione dei vari elementi considerando una vista in sezione della capsula in cui la porzione di chiusura superiore della capsula occupa il livello più alto.

Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione viene fornita una capsula per la preparazione di una bevanda comprendente: un volume di contenimento comprendente una parete laterale ed una porzione di chiusura superiore configurati in modo da alloggiare un prodotto all’interno del volume di contenimento; un bordo sporgente configurato in modo da sporgere dall’estremità inferiore del volume di contenimento lungo una direzione perpendicolare rispetto all’asse del volume di contenimento, in cui il bordo sporgente comprende una superficie superiore rivolta verso la porzione di chiusura superiore del volume di contenimento; in cui la superfice superiore del bordo sporgente comprende una cresta a forma di spirale. Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa in quanto permette, in primo luogo, una tenuta efficace tra la capsula e l’elemento di contenimento e, in secondo luogo, permette di ottenere un metodo di realizzazione più semplice ed efficace. Per quanto riguarda l’efficacia della tenuta, questa è dovuta principalmente al fatto che la forma ellittica presenta una linea continua avente linee tangenziali disposte in maniera più sparsa e con inclinazioni variabili. Inoltre, il vantaggio della tenuta è fornito anche dal fatto che la linea a spirale presenta un diametro variabile in maniera continua avendo quindi una distribuzione continua di diametri e non discreta come invece accade in EP 2303077 A1. Inoltre, per quanto riguarda il metodo di realizzazione, tramite la forma a spirale è migliorata la fase di riempimento della zona di tenuta considerata la parte più critica, rispetto a quanto avviene per il metodo di produzione della capsula descritta in EP 2303077 A1. Infatti, riempire una spirale, che risulta essere un percorso continuo a spessore sostanzialmente costante, aiuta il flusso del materiale fuso permettendo di completare la parte terminale della capsula senza lasciare difetti di riempimento. Il materiale infatti passerà dallo spessore “grosso” della parete, attraverso la spirale, fino ad arrivare al bordo della flangia a sua volta di spessore “grosso” rispetto alla zona di tenuta. Un altro vantaggio della spirale è che, rispetto ai cerchi concentrici, si sviluppa in modo continuo su tutta la superficie del bordo sporgente andando quindi a rinforzare la zona e permettendo quindi di ridurre gli spessori della zona piana. Questo vantaggio è considerevole per quanto riguarda i materiali compostabili che necessitano di spessori sottili per facilitare la fase di disintegrazione. Inoltre, la realizzazione della cresta a forma di spirale, come sarà spiegato più in dettaglio nella descrizione, permette di avere una tenuta più efficace in quanto rappresentata da una tenuta a perdita di carico anziché da una tenuta a barriera come invece descritto in EP 2303077 A1.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione viene fornita una capsula per la preparazione di una bevanda in cui la cresta a forma di spirale comprende una porzione terminale posizionata lungo il bordo esterno del bordo sporgente del volume di contenimento. Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa in quanto, grazie al fatto che il bordo sporgente è interrotto dalla parte opposta della fine della spirale, è effettivamente possibile creare un “serbatoio” per l’aria o la plastica in eccesso e facilitare il raggiungimento degli spessori sottili ed evitare la creazione di bave esterne al bordo della capsula dovute agli sfiati dell’aria esterni alla sagoma della capsula. Inoltre, un’interruzione sul bordo esterno ha solamente uno svantaggio estetico del tutto trascurabile e non crea nessun tipo di malfunzionamento.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione viene fornita una capsula per la preparazione di una bevanda in cui la cresta presenta almeno 5 rivoluzioni attorno all’asse del volume di contenimento, più preferibilmente 6 rivoluzioni attorno all’asse del volume di contenimento.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione viene fornita una capsula per la preparazione di una bevanda, in cui la cresta a forma di spirale presenta un passo di 0.5 mm.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione viene fornita una capsula per la preparazione di una bevanda, in cui detta cresta a forma di spirale presenta una sezione triangolare. Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa in quanto si hanno in questo modo due superfici laterali inclinate che permettono un’ efficace deformazione quando sottoposte a pressione, per esempio quando la capsula viene pressata contro l’elemento di contenimento.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione viene fornita una capsula in cui la capsula è realizzata in materiale compostabile. Questa soluzione è vantaggiosa in quanto permette di poter avere una capsula sostenibile ed evitare inutili sprechi.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

La presente invenzione sarà descritta con riferimento alle figure allegate nelle quali gli stessi numeri e/o segni di riferimento indicano le stesse parti e/o parti simili e/o corrispondenti del sistema.

Figura 1 mostra schematicamente una vista tridimensionale di una capsula secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

Figura 2 mostra schematicamente una vista in sezione della capsula mostrata in figura 1 lungo un piano passante per l’asse della capsula.

Figura 2a mostra schematicamente un particolare della cresta mostrata in figura 2.

Figura 3 mostra una vista in pianta della capsula mostrata in figura 1.

Figura 3a mostra un particolare della cresta mostrata in figura 3.

Figura 4 mostra una vista in sezione della capsula inserita all’interno dell’elemento di contenimento prima che una pressione relativa tra la capsula e l’elemento di contenimento sia applicata.

Figure 4a e 4b descrivono dei dettagli di Figura 4.

Figura 5 mostra una vista in sezione della capsula inserita all’interno dell’elemento di contenimento dopo che una pressione relativa tra la capsula e l’elemento di contenimento è stata applicata.

Figure 5a e 5b descrivono dei dettagli di Figura 5.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Di seguito, la presente invenzione è descritta facendo riferimento a particolari forme di realizzazione, come illustrate nelle tavole di disegno allegate. Tuttavia, la presente invenzione non è limitata alle forme di realizzazione particolari descritte nella seguente descrizione dettagliata e rappresentata nelle figure, ma piuttosto le forme di realizzazione descritte esemplificano semplicemente i vari aspetti della presente invenzione, lo scopo della quale è definito dalle rivendicazioni. Ulteriori modifiche e variazioni della presente invenzione appariranno chiare all ́uomo del mestiere.

Figura 1 mostra una vista tridimensionale di una capsula 100 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Come mostrato in figura, la capsula 100 comprende un volume di contenimento 110 comprendente una parete laterale circonferenziale 111 ed una porzione di chiusura superiore 112 fornita integralmente con la parete laterale 111.

Un bordo sporgente 120 è fornito integralmente al volume di contenimento 110 ed è configurato in modo da sporgere dall’estremità inferiore del volume di contenimento 110, in corrispondenza quindi di una porzione opposta alla porzione di chiusura superiore 112 del volume di contenimento 110 lungo una direzione perpendicolare all’asse Ax1 della capsula 100 (mostrato in figura 2).

Come mostrato in figura 1, la superficie superiore 121 del bordo sporgente 120 comprende una cresta 122 a forma di spirale, mostrata più in dettaglio nelle figure seguenti. La cresta 122 si estende lungo il perimetro della parete laterale 111 del volume di contenimento 110.

Al fine di comprendere appieno uno dei vantaggi forniti dalla cresta 122 a forma di spirale, verrà qui di seguito brevemente presentata la differenza tra una tenuta a barriera ed una tenuta a perdita di carico.

La tenuta a barriera è un tipo di tenuta che si ha per esempio in un elemento di tenuta piano comprendente una o più creste concentriche. In questo caso, la tenuta è realizzata dalle varie barriere formate dalle creste concentriche stesse. Per esempio, nel caso si abbiano due creste concentriche si tratterà di una tenuta formata da due barriere. Se il liquido avrà passato la prima barriera in un punto, sarà sufficiente che esso passi la seconda barriera in un secondo punto per non avere più alcuna tenuta.

Come ben noto dalla fisica, un liquido in pressione tende ad espandersi verso regioni aventi una pressione inferiore. Pertanto, nel caso della tenuta a barriera si ha che il fluido in pressione va a realizzare una pressione contro la parete della barriera stessa e, nel caso in cui riesca a passare attraverso di essa, andrà in pressione contro la parete successiva.

Pertanto, basterà avere due creste aventi delle imprecisioni, per perdere la tenuta stessa. Per questo motivo, la presente invenzione mira a risolvere tale svantaggio e a realizzare un tipo di tenuta più sicuro.

A questo riguardo, la tenuta a perdita di carico descritta nella presente invenzione, rappresentata per esempio dalla cresta 122 a forma di spirale della presente invenzione, presenta un concetto di tenuta completamente diverso.

La cresta a forma di spirale 122 permette al fluido di essere incanalato tra due pareti successive della cresta 122. Pertanto, il fluido tenderà a scorrere lungo tale porzione circonferenziale senza andare a spingere sulle pareti della cresta 122, proprio per il fatto che la via di uscita del canale è la zona a minor pressione.

A questo riguardo, come ben noto dalla fluidodinamica, un liquido che fluisce lungo un canale è soggetto a perdite di carico distribuite, che sono dipendenti dal numero di Reynolds, e a perdite di carico concentrate, dovute a particolari conformazioni di punti specifici del canale stesso. Le perdite di carico complessive saranno quindi proporzionali alla lunghezza del canale e alla forma del canale, per esempio restringimenti, gradini e simili andranno vantaggiosamente a formare delle perdite di pressione.

Dato che, come detto, il fluido è incanalato all’interno del canale formato tra due pareti successive della cresta a forma di spirale 122, esso dovrà percorrere un lungo percorso andando a perdere gran parte della sua pressione fino ad arrestarsi.

Pertanto, sfruttando il fatto che il fluido dovrà compiere un lungo percorso prima di poter uscire dalla tenuta, sarà possibile prevenire, grazie alle perdite di pressione a cui il fluido è sottoposto, che esso raggiunga l’uscita della tenuta stessa.

Figura 2 mostra una vista in sezione della capsula 100 mostrata in figura 1. Come si può vedere nel dettaglio di figura 2a, la cresta 122 presenta una sezione triangolare che si estende attorno al perimetro della parete laterale 111 e protrude dalla superficie superiore 121 del bordo sporgente 120 verso la porzione di chiusura superiore 112 della capsula 100.

Tuttavia, a seconda delle necessità, la cresta potrà assumere svariate forme quali, per esempio, una forma tronco-conica.

Il passo della cresta 122 è preferibilmente pari a 0.5 mm e la larghezza massima della cresta 122 è preferibilmente pari a 0.2 mm. L’altezza della cresta è preferibilmente pari a 0.5 mm.

Come mostrato in figura, la cresta 122 è fornita integralmente al bordo sporgente 120 della capsula 100 in modo da poter realizzare la capsula 100 in un singolo passo.

Come si può vedere nel particolare di figura 2a, la porzione terminale del bordo sporgente 120 presenta una sporgenza 123 che si estende da una porzione terminale radiale del bordo sporgente 120 verso la porzione di chiusura superiore 112 della capsula 100 per una lunghezza maggiore rispetto all’estensione assiale della cresta 122.

A questo riguardo, la distanza misurata lungo l’asse Ax1 della capsula 100 tra la porzione terminale della sporgenza 123 e la porzione terminale della cresta 122 è preferibilmente pari a 0.2 mm.

La funzione della sporgenza 123 è quella di poter interagire con una parete laterale interna 12 dell’elemento di contenimento del dispositivo di infusione, come sarà descritto più chiaramente con riferimento alle figure 4 e 5.

Come mostrato in figura 3, la cresta 122 compie una pluralità di rivoluzioni attorno all’asse Ax1 della capsula 100. Preferibilmente, il numero di rivoluzioni è maggiore o uguale a 5, più preferibilmente pari a 6.

Come mostrato nel particolare di figura 3a, il punto circonferenziale di inizio della cresta 122 coincide con il punto circonferenziale di fine della cresta 122. Anche se non mostrato in figura, la cresta 122 a forma di spirale, secondo una forma di realizzazione preferibile, può comprendere una porzione terminale posizionata lungo il bordo esterno del bordo sporgente 120. Con bordo esterno si intende chiaramente la porzione terminale esterna del bordo sporgente 120.

Lo stesso concetto inventivo, ossia la fornitura di una cresta di tenuta 122 posizionata lungo una superficie superiore del bordo sporgente, può essere utilizzata anche per anelli di rinforzo come quelli descritti nel documento brevettuale EP 3152134 A1.

Inoltre, la capsula 100 può essere preferibilmente realizzata in materiale compostabile. Pertanto, anche la cresta 122 sarà realizzata in materiale compostabile.

Come mostrato nelle figure 4 e 5, la capsula 100 descritta nella presente invenzione può essere utilizzata in dispositivi di erogazione, quali per esempio dispositivi per la preparazione di bevande quali caffè, comprendenti un elemento di contenimento 10 configurato in modo da racchiudere la capsula 100. L’elemento di contenimento 10 comprende un’apertura 13 posizionata nella porzione superiore dell’elemento di contenimento 10 in modo da poter inserire un elemento di perforazione in grado di perforare la porzione di chiusura superiore 112 della capsula 100 ed inserire liquido in pressione all’interno di essa.

Come mostrato in figura 4, durante l’utilizzo, vi è un impegno di tenuta tra la capsula 100 ed una parete inferiore 11 dell’elemento di contenimento in modo da impedire una fuoriuscita di liquido.

Come accennato in precedenza, la sporgenza 123 permette di poter interagire con una parete laterale interna 12 dell’elemento di contenimento 10 del dispositivo di infusione. Questo permette quindi di regolare il posizionamento relativo tra la capsula 100 e l’elemento di contenimento 10 in modo da garantire che la parete inferiore 11 dell’elemento di contenimento 10 sia in contatto con almeno una porzione della cresta 122 a forma di spirale.

È chiaro dall’esempio mostrato in figura che non è necessario che l’asse della capsula sia centrato con l’asse dell’elemento di contenimento 10 in quanto la cresta a forma di spirale 122 è in grado in ogni caso di fornite una tenuta tra i due elementi.

Figura 4 mostra uno stato che precede l’applicazione di una pressione relativa tra l’elemento di contenimento 10 e la capsula 100. Pertanto, come si può vedere, vi è un semplice appoggio tra la cresta a forma di spirale 122 e la parete inferiore 11 dell’elemento di contenimento 10.

Come si può apprezzare confrontando le figure 4(a) e 4(b) la distanza tra la parete laterale 111 e la prima cresta 122 varia tra la sezione mostrata in figura 4(a) e quella mostrata in 4(b). In particolare, la distanza D1 tra la porzione interna della cresta 122 e la parete laterale 111 mostrata in figura 4(a) è minore rispetto alla distanza D2 tra la porzione interna della cresta 122 e la parete laterale 111 mostrata in figura 4(b). Questo è chiaramente dovuto al fatto che la cresta 122 ha una forma a spirale. Tali distanze varieranno quindi in maniera continua lungo la semicirconferenza che congiunge la sezione mostrata in figura 4(a) e quella mostrata in 4(b).

Inoltre, si può vedere che nel particolare esempio rappresentato in figura 4 la parete inferiore 11 è in contatto in tre punti diversi con la cresta 122, ossia su tre passi consecutivi della cresta 122. Pertanto, nel caso in cui il fluido in pressione voglia uscire dalla tenuta dovrà effettuare almeno tre rivoluzioni attorno all’asse Ax1. Questo, a causa delle perdite di carico in gioco che si hanno lungo un percorso così lungo è sostanzialmente impossibile. Si può ottenere quindi in questo modo una tenuta particolarmente affidabile.

Figura 5 mostra uno stato successivo a quello mostrato in figura 4. In particolare, Figura 5 mostra uno stato in cui è stata applicata una pressione relativa tra l’elemento di contenimento 10 e la capsula 100.

Come mostrato in figura, a causa della pressione applicata, la porzione della cresta 122 a contatto con la parete inferiore 11 è stata schiacciata andando a deformarsi. Questo comporta in primo luogo una porzione di contatto maggiore tra la cresta 122 e la parete inferiore 11 dell’elemento di contenimento 10 ed in secondo luogo una deformazione del canale che si andrà quindi a rimpicciolire.

Come ben noto dalla fluidodinamica, le perdite di carico distribuite sono inversamente proporzionali al numero di Reynolds, ossia inversamente proporzionali al diametro medio del canale.

Pertanto, a causa della pressione applicata e quindi alla conseguente riduzione della sezione, si avrà un aumento delle perdite di carico che andrà quindi a diminuire la pressione del fluido e di conseguenza ad aumentare la affidabilità della tenuta.

È chiaro che la tenuta è realizzata per mezzo della cresta 122 della capsula 100, la quale cresta verrà posta a diretto contatto con una parete dell’elemento di contenimento.

Anche se la presente invenzione è stata descritta con riferimento alle forme di realizzazione descritte sopra, è chiaro per l’esperto del ramo che è possibile realizzare diverse modifiche, variazioni e miglioramenti della presente invenzione alla luce dell’insegnamento descritto sopra e nell’ambito delle rivendicazioni allegate, senza allontanarsi dall’oggetto e dall’ambito di protezione dell’invenzione.

Per esempio, anche se è stato mostrato un contatto tra la parete inferiore 11 dell’elemento di contenimento 10 e la capsula 100 in corrispondenza di tre punti diversi della la cresta 122, ossia su tre passi consecutivi della cresta 122, è possibile realizzare un contatto con un numero diversi di punti, ossia di passi consecutivi della cresta 122, per esempio pari a 4, 5 o 6.

Infine, quegli ambiti che si ritengono conosciuti da parte degli esperti del ramo non sono stati descritti per evitare di mettere eccessivamente in ombra in modo inutile l’invenzione descritta.

Di conseguenza, l’invenzione non è limitata alle forme di realizzazione descritte sopra, ma è solo limitata dall’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Capsula (100) per la preparazione di una bevanda comprendente: un volume di contenimento (110) comprendente una parete laterale (111) ed una porzione di chiusura superiore (112) configurati in modo da alloggiare un prodotto all’interno di detto volume di contenimento (110); un bordo sporgente (120) configurato in modo da sporgere dall’estremità inferiore di detto volume di contenimento (110) lungo una direzione perpendicolare rispetto all’asse (Ax1) di detta capsula (100), in cui detto bordo sporgente (120) comprende una superficie superiore (121) rivolta verso la porzione di chiusura superiore (112) di detto volume di contenimento (110); detta capsula (100) essendo caratterizzata dal fatto che detta superfice superiore (121) di detto bordo sporgente (120) comprende una cresta (122) a forma di spirale.
2. Capsula (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detta cresta (122) a forma di spirale comprende una porzione terminale posizionata lungo il bordo esterno di detto bordo sporgente (120).
3. Capsula (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta cresta (122) presenta almeno 5 rivoluzioni attorno all’asse di detta capsula (100), più preferibilmente 6 rivoluzioni attorno all’asse (Ax1) di detta capsula (100).
4. Capsula (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detta cresta (122) a forma di spirale presenta un passo di 0.5 mm.
5. Capsula (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detta cresta (122) a forma di spirale presenta una sezione triangolare.
6. Capsula (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detta capsula (100) è realizzata in materiale compostabile.
7. Macchina per la realizzazione di una bevanda comprendente una capsula (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detta macchina comprende un elemento di contenimento (10) configurato in modo da racchiudere detta capsula (100), in cui la tenuta tra detta capsula (100) e detto elemento di contenimento (10) è realizzato per mezzo dell’interazione tra una parete (11) di detto volume di contenimento e detta cresta (122) a forma di spirale di detto bordo sporgente (120).