IT201900013458A1 - Dispositivo infusore per la preparazione di bevande da capsule monouso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

DISPOSITIVO INFUSORE PER LA PREPARAZIONE DI BEVANDE DA CAPSULE MONOUSO

Settore Tecnico dell’Invenzione

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo infusore per la preparazione di bevande a partire da cartucce monouso contenenti del materiale da infondere, tipicamente sotto forma di capsule o cialde.

In particolare, la presente invenzione trova applicazione nell’impiego di cartucce che richiedono di essere perforate per consentire l’iniezione di acqua di infusione e/o l’estrazione della bevanda.

Un esempio di tali cartucce sono quelle, comunemente denominate cialde, costituite da due fogli, impermeabili o meno, che vengono accoppiati tra loro attorno ad un certo quantitativo del materiale da infondere, per esempio caffè macinato e pressato, in modo tale da definire un involucro costituito da una porzione centrale bombata, che contiene il materiale da infondere, e da una flangia circolare piatta che circonda e sigilla la porzione centrale.

Stato dell’Arte

Com’è noto, per perforare le cartucce e consentire l’iniezione di acqua di infusione e/o l’estrazione della bevanda, i dispositivi infusori vengono equipaggiati con dei dispositivi perforatori atti a perforare le cartucce durante la chiusura di una camera di infusione oppure immediatamente dopo la chiusura della camera di infusione, in risposta all’iniezione dell’acqua di infusione in pressione.

In generale, i dispositivi infusori noti sono composti da due parti, le quali definiscono rispettive semi-camere di infusione e sono montate per spostarsi, una rispetto all’altra, lungo un asse orizzontale tra una configurazione distanziata, nella quale una capsula può essere caricata tra le due parti, ed una configurazione di accoppiamento, nella quale le due parti sono premute l’una contro l’altra e le rispettive semi-camere di infusione definiscono tra loro la camera di infusione.

Normalmente, una delle due parti è un gruppo di iniezione di acqua di infusione, mentre l’altra parte è un gruppo di estrazione della bevanda. A seconda della cartuccia utilizzata, una o entrambe le semi-camere di infusione alloggiano un rispettivo dispositivo perforatore.

Nel caso delle cialde, in particolare quelle con involucro impermeabile, per esempio realizzato in alluminio, sia il gruppo di iniezione, sia il gruppo di estrazione sono provvisti di rispettivi dispositivi perforatori.

Com’è noto, esistono sul mercato molte tipologie di dispositivi perforatori, i quali comprendono, in generale, un piattello solidale al fondo della rispettiva semi-camera di infusione, ed una pluralità di punte perforatrici portate dal piattello e provviste di passaggi interni per l’acqua di infusione o per la bevanda, oppure piene. In quest’ultimo caso, il piattello è normalmente provvisto di fori per consentire il passaggio dell’acqua o della bevanda.

Esempi di dispositivi perforatori sono offerti in: WO 2014/188285 A1, WO 2009/013777 A1, WO 2005/039258 A1, EP 2 906 087 B1, EP 2445 379 B1, EP 2422 661 B1, EP 1247 480 B1, CH 697407 B1, EP 2053 950 B1.

Oggetto e Riassunto dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un dispositivo infusore provvisto di un dispositivo perforatore perfezionato rispetto ai dispositivi perforatori noti.

Secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo infusore secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni allegate.

Breve Descrizione dei Disegni

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra, in prospettiva e con parti asportate per chiarezza, una preferita forma di attuazione del dispositivo infusore per la preparazione di bevande della presente invenzione;

- la figura 2 è una sezione longitudinale del dispositivo infusore della figura 1 disposto in una configurazione aperta di carico di una capsula;

- le figure 3, 4 e 5 illustrano, in prospettiva ed in scala ingrandita, rispettivi particolari del dispositivo infusore disposto nella configurazione della figura 2;

- la figura 6 è una sezione longitudinale del dispositivo infusore della figura 1 disposto in una prima configurazione intermedia di chiusura;

- la figura 7 è una sezione longitudinale del dispositivo infusore della figura 1 disposto in una seconda configurazione intermedia di chiusura;

- la figura 8 è una sezione longitudinale del dispositivo infusore della figura 1 disposto in una configurazione chiusa di estrazione della bevanda;

- le figure 9 e 10 illustrano, in prospettiva ed in scala ingrandita, rispettivi particolari del dispositivo infusore disposto nella configurazione della figura 8;

- la figura 11 illustra il dispositivo perforatore delle figure 5 e 10;

- la figura 12 è una vista laterale del dispositivo perforatore della figura 11;

- la figura 13 è una sezione, secondo la linea XIII-XIII, della figura 12;

- la figura 14 illustra una differente forma di attuazione del dispositivo perforatore delle figure 5 e 10;

- la figura 15 è una vista laterale del dispositivo perforatore della figura 14; e

- la figura 16 è una sezione, secondo la linea XVI-XVI, della figura 15.

Descrizione Dettagliata di Preferite Forme di Realizzazione dell’Invenzione La presente invenzione verrà ora descritta in dettaglio con riferimento alle Figure allegate per permettere a una persona esperta di realizzarla e utilizzarla. Varie modifiche alle forme di realizzazione descritte saranno immediatamente evidenti alle persone esperte ed i generici principi descritti possono essere applicati ad altre forme di realizzazione e applicazioni senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto la presente invenzione non deve essere considerata limitata alle forme di realizzazione descritte e illustrate, ma le si deve accordare il più ampio ambito protettivo conforme ai principi e alle caratteristiche qui descritte e rivendicate.

Nella figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un dispositivo infusore per la produzione di bevande a partire da una cialda 2 monouso contenente una dose di materiale da infondere quale, ad esempio, caffè macinato.

La cialda 2 è una cialda di tipo noto comprendente un involucro formato da due fogli di plastica e/o alluminio o carta accoppiati tra loro per formare un corpo centrale 3 compatto contenente una certa quantità di materiale da infondere, per esempio caffè macinato, ed avente una forma genericamente lenticolare, ed una flangia 4 anulare esterna che si estende tutt’attorno, e sigilla, il corpo centrale 3.

Preferibilmente, la cialda 2 ha una forma simmetrica rispetto ad un piano centrale contenente la flangia 4 e rispetto ad un asse 2A perpendicolare a detto piano centrale e passante per il centro del corpo centrale 3. Preferibilmente, inoltre, il corpo centrale 3 e la flangia 4 hanno una forma circolare.

Il dispositivo infusore 1 è strutturato per realizzare un processo automatico di infusione, di per sé di tipo noto, ossia un processo di infusione che prevede l’iniezione di acqua calda in pressione da un lato della cialda 2, che è stata precedentemente chiusa a tenuta di fluido all’interno di una camera di infusione, e l’estrazione della bevanda dal lato opposto della cialda 2.

Il dispositivo infusore 1 è configurato per essere collegato ad una sorgente di acqua calda in pressione e può essere integrato in una macchina per la produzione di bevande per uso domestico o da ufficio, come nel caso dell’esempio descritto nella presente trattazione ed illustrato nei disegni allegati, oppure può essere montato all’interno di un distributore automatico di bevande.

Secondo quanto illustrato nelle figure 1 e 2, il dispositivo infusore 1 comprende un telaio 5 composto da due semi-gusci (di cui uno solo è illustrato) assemblati tra loro in maniera smontabile. Il dispositivo infusore 1 comprende, inoltre, due gruppi funzionali, i quali sono supportati dal telaio 5, sono contrapposti ed allineati lungo un asse 6 sostanzialmente orizzontale, e sono mobili uno rispetto all’altro per fare assumere al dispositivo infusore 1 una configurazione aperta (figura 1), nella quale i due gruppi funzionali sono distanziati in modo da definire tra loro uno spazio per il caricamento di una cialda 2, ed una configurazione chiusa (figura 8), nella quale i due gruppi funzionali sono accoppiati e definiscono tra loro la summenzionata camera di infusione.

I due gruppi funzionali comprendono un gruppo di iniezione 7 avente la funzione di alimentare acqua calda in pressione alla cialda 2 racchiusa nella camera di infusione, ed un gruppo di estrazione 8 avente la funzione di convogliare la bevanda estratta dalla cialda 2 ad un condotto di uscita 9 ricavato nel gruppo di estrazione 8 stesso e comunicante fluidicamente, tramite un condotto flessibile (non illustrato), con un ugello di erogazione (non illustrato) della bevanda.

Secondo una preferita forma di attuazione, come quella illustrata nelle figure allegate, il gruppo di estrazione 8 è montato in modo fisso sul telaio 5, mentre il gruppo di iniezione 7 è mobile, sotto la spinta di un meccanismo di azionamento 10, lungo l’asse 6, tra una posizione arretrata, che corrisponde alla configurazione aperta del dispositivo infusore 1, ed una posizione avanzata, che corrisponde alla configurazione chiusa del dispositivo infusore 1.

Il meccanismo di azionamento 10 è di tipo manuale e comprende un meccanismo a ginocchiera 11 disposto tra il gruppo di iniezione 7 ed un’estremità longitudinale del telaio 5 e comprendente una manovella 12 incernierata al telaio 5 per ruotare attorno ad un perno 13 orizzontale e trasversale all’asse 6, ed una biella 14 avente un’estremità incernierata alla manovella 12 tramite un perno 15 parallelo al perno 13 e l’altra estremità incernierata al gruppo di iniezione 7. Il meccanismo di azionamento 10 comprende, inoltre, una leva di trasmissione 16 incernierata, ad una estremità, al perno 15 e, all’estremità opposta, ad una maniglia 17 di azionamento montata girevole sul telaio 5. In uso, la rotazione della maniglia 17 tra una posizione sollevata (figura 2) ed una posizione abbassata (figura 8) controlla, tramite la leva di trasmissione 16 ed il meccanismo a ginocchiera 11, la traslazione del gruppo di iniezione 7 tra la posizione arretrata e la posizione avanzata.

Tra il telaio 5 e la manovella 12 è disposta una molla 18 che agisce come una molla bistabile, ossia assicura il raggiungimento e la tenuta delle posizioni sollevata ed abbassata da parte della maniglia 17.

A tale scopo, un’estremità della molla 18 è fissata al telaio 5, mentre l’altra estremità è fissata alla manovella 12 in corrispondenza di un punto che, quando la maniglia 17 è nella posizione sollevata (figura 2), è disposto al di sopra del perno 13 in modo tale che la forza della molla 18 applicata alla manovella 12 generi una coppia “di apertura”, ossia una coppia che tende a far ruotare la maniglia 17 verso la posizione sollevata; e, quando la maniglia 17 è nella posizione abbassata (figura 8), è disposto al disotto del perno 13 in modo tale che la forza della molla 18 applicata alla manovella 12 generi una coppia “di chiusura”, ossia una coppia che tende a far ruotare la maniglia 17 verso la posizione abbassata.

Secondo una variante non illustrata, il meccanismo di azionamento 10 non è manuale ma automatizzato e comprende, ad esempio, un attuatore rotativo accoppiato al meccanismo a ginocchiera 11 oppure un attuatore lineare accoppiato direttamente al gruppo di iniezione 7.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il gruppo di estrazione 8 ed il gruppo di iniezione 7 definiscono rispettive semi-camere di infusione 19 e 20, le quali sono conformate per definire tra loro, quando il dispositivo infusore 1 è nella posizione chiusa, una camera di infusione avente una forma all’incirca complementare a quella del corpo centrale 3 della cialda 2.

In particolare, secondo quanto illustrato nelle figure 2, 8 e, con maggior dettaglio, nelle figure 4 e 9, la semi-camera di infusione 19 del gruppo di estrazione 8 è ricavata in un corpo a tazza 21 disposto con la propria concavità verso il gruppo di iniezione 7 ed è definita da una cavità coassiale all’asse 6, rivolta verso il gruppo di iniezione 7 ed avente una forma sostanzialmente complementare alla metà del corpo centrale 3 della cialda 2, relativamente al piano passante per la flangia 4.

Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, la semicamera di infusione 19 è formata da un inserto concavo 22 disposto all’estremità aperta della concavità del corpo a tazza 21 e delimitato da una superficie di fondo, preferibilmente perpendicolare all’asse 6, e da una parete laterale anulare ricurva.

Il gruppo di estrazione 8 comprende, inoltre, un dispositivo perforatore 23 atto a forare la cialda 2 quando quest’ultima viene chiusa nella camera di infusione, per consentire l’estrazione della bevanda. Il dispositivo perforatore 23 è portato dall’inserto concavo 22 e comprende una pluralità di perforatori 24 sporgenti dalla superficie di fondo dell’inserto concavo 22 verso il gruppo di iniezione 7. I perforatori 24 sono punte piene e possono presentare una qualsiasi forma adatta allo scopo quale, ad esempio, una forma piramidale, come nel caso illustrato nelle figure allegate. L’inserto concavo 22 presenta, inoltre, una pluralità di fori passanti, distribuiti nella superficie di fondo tra i perforatori 24 ed atti a convogliare la bevanda estratta dalla cialda 2 ad una camera di raccolta ricavata nel corpo a tazza 21 e comunicante fluidicamente con il condotto di uscita 9.

Secondo quanto illustrato in dettaglio nelle figure 4 e 9, il gruppo di estrazione comprende, infine, un dispositivo centratore/estrattore segmentato 25 avente la funzione di favorire il centraggio della cialda 2 nella semi-camera di infusione 19 durante la chiusura del dispositivo infusore 1 ed il distacco della cialda 2 esausta dal dispositivo perforatore 23 quando il dispositivo infusore 1 torna nella posizione aperta al termine della fase di erogazione della bevanda.

Il dispositivo centratore/estrattore segmentato 25 è definito da un anello 26 (figure 2, 6, 7 e 8), montato elasticamente tra il corpo a tazza 21 e l’inserto concavo 22, e da una pluralità di elementi aggettanti 27, i quali sono solidali all’anello 26, sono distribuiti uniformemente attorno all’asse 6 e si estendono in maniera scorrevole, in direzione parallela all’asse 6, attraverso rispettive asole ricavate nell’inserto concavo 22.

Gli elementi aggettanti 27 sono configurati per assumere una normale posizione estratta o sporgente, in cui si estendono all’interno della semi-camera di infusione 19 formando una corona di elementi aggettanti 27 tutt’attorno al dispositivo perforatore 23 (figura 4), ed una forzata posizione arretrata o rientrante, nella quale gli elementi aggettanti 27, a seguito dell’inserimento di una cialda 2 nella semi-camera di infusione 19, sono spinti indietro nelle rispettive asole verso il fondo del corpo a tazza 21 in modo da non protendere più all’interno della semi-camera di infusione 19 (figura 9).

Alla riapertura del dispositivo infusore 1, quando la cialda 2 non è più forzata nella semi-camera 19 dal gruppo di iniezione 7, gli elementi aggettanti 27 tornano elasticamente nella loro normale posizione estratta impartendo in questo modo alla cialda 2 una spinta in direzione assiale tale da provocarne il distacco e l’allontanamento dal dispositivo perforatore 23.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2, 8 e, con maggior dettaglio, nelle figure 5 e 10, il gruppo di iniezione 7 comprende anch’esso un corpo a tazza 28 disposto con la propria concavità verso il gruppo di estrazione 8 e la rispettiva semi-camera di infusione 20 è ricavata nel corpo a tazza 28 ed è definita da una cavità coassiale all’asse 6, rivolta verso il gruppo di estrazione 8 ed avente una forma sostanzialmente complementare alla metà del corpo centrale 3 della cialda 2, relativamente al piano passante per la flangia 4.

La semi-camera di infusione 20 è provvista di un dispositivo perforatore 29 atto a forare la cialda 2 quando quest’ultima viene chiusa nella camera di infusione per consentire l’iniezione dell’acqua calda in pressione. Il dispositivo perforatore 29 comprende un disco 30 accoppiato in modo solidale al fondo del corpo a tazza 28 e provvisto di una pluralità di perforatori 31, di cui si tratterà in dettaglio nel seguito, sporgenti dal disco 30 verso l’interno della semi-camera di infusione 20.

Il disco 30 presenta una pluralità di fori 32 atti a consentire l’ingresso nella semicamera di infusione 20 di acqua calda in pressione alimentata al gruppo di iniezione 7 attraverso un condotto di ingresso 33.

Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate e, in dettaglio, nelle figure 5 e 10, il gruppo di iniezione 7 comprende, infine, un dispositivo centratore/estrattore anulare 34 avente la funzione di favorire il centraggio della cialda 2 nella semi-camera di infusione 20 durante la chiusura del dispositivo infusore 1 ed il distacco della cialda 2 esausta dal dispositivo perforatore 29 quando il dispositivo infusore 1 torna nella posizione aperta al termine della fase di erogazione della bevanda.

Il dispositivo centratore/estrattore anulare 34 comprende un elemento anulare 35, il quale è montato, con l’interposizione di mezzi elastici, tra il dispositivo perforatore 29 ed il corpo a tazza 28 e presenta, verso il gruppo di estrazione 8, una porzione di estremità svasata concava 36 coassiale all’asse 6. L’elemento anulare 35 è mobile parallelamente all’asse 6 tra una normale posizione estratta, nella quale la porzione di estremità svasata concava 36 è disposta oltre i perforatori 31 (figura 5), ed una forzata posizione arretrata, nella quale la porzione di estremità svasata concava 36 è spinta verso il fondo del corpo a tazza 28 dalla cialda 2 che occupa la semi-camera di infusione 20 ed è disposta attorno ai perforatori 31 in modo da definire parte della semi-camera di infusione 20 stessa (figura 10).

Alla riapertura del dispositivo infusore 1, quando la cialda 2 non è più forzata nella semi-camera di infusione 20, il dispositivo centratore/estrattore anulare 34 torna, sotto la spinta dei citati mezzi elastici, nella normale posizione estratta impartendo in questo modo alla cialda 2 una spinta in direzione assiale tale da provocare il distacco e l’allontanamento della cialda 2 stessa dal dispositivo perforatore 29.

Con riferimento alle figure 1, 2 e 3, il dispositivo infusore 1 comprende, inoltre, un dispositivo di supporto cialda 37, il quale è disposto tra il gruppo di iniezione 7 ed il gruppo di estrazione 8 ed è configurato per ricevere e trattenere una cialda 2 nuova che, in uso, è alimentata per gravità attraverso un’apertura di inserzione 38 formata nel telaio 5 o in un rivestimento esterno supportato dal telaio 5.

Il dispositivo di supporto cialda 37 è montato sul telaio 5 per ruotare attorno ad un asse 39 orizzontale e trasversale all’asse 6 tra una posizione di ritegno cialda, nella quale il dispositivo di supporto cialda 37 è affacciato ai gruppi di iniezione ed estrazione 7 e 8 ed è in grado di trattenere una cialda 2 in una posizione di carico (figura 2), ed una posizione di disimpegno, nella quale il dispositivo di supporto cialda 37 è ruotato verso l’alto attorno all’asse 39 e non contribuisce più al supporto della cialda 2, che è in consegna ai gruppi di iniezione ed estrazione 7 e 8 (figura 8).

In particolare, l’asse 39 è disposto sopra al gruppo di iniezione 7 e al gruppo di estrazione 8, ed il dispositivo di supporto cialda 37 comprende due piastre 40 disposte da bande opposte dell’asse 6 e collegate tra loro tramite una traversa 41 superiore.

Le piastre 40 presentano, su rispettive superfici interne rivolte l’una verso l’altra e verso l’asse 6, rispettive scanalature 41, le quali sono speculari rispetto ad un piano longitudinale verticale passante per l’asse 6 e sono configurate per essere impegnate, in uso, dalla flangia 4 di una cialda 2 alimentata dall’alto attraverso l’apertura di inserzione 38.

Le scanalature 41 presentano sul fondo una porzione ricurva che definisce uno spallamento trasversale configurato per trattenere la cialda 2 nella detta posizione di carico, ma per essere facilmente scavallato dalla flangia 4 stessa quando il dispositivo di supporto cialda 37 viene fatto ruotare verso l’alto. In questa fase, infatti, come si vedrà in seguito, mentre il dispositivo di supporto cialda 37 si sposta verso la posizione di disimpegno e accompagna la cialda 2 nella semi-camera di infusione 19, la flangia 4 si disimpegna dal dispositivo di supporto cialda 37 grazie alla flessibilità della flangia 4 stessa che si deforma lievemente in corrispondenza del suo diametro maggiore per lasciare libero il dispositivo di supporto cialda 37 di sfilarsi verso l’alto e consentire alla cialda 2 di rimanere tra le semi-camere di infusione 19 e 20.

Secondo quanto illustrato in figura 2, le piastre 40 sono disposte tra l’asse 39 ed il gruppo di estrazione 8 e le scanalature 41 sono disposte in prossimità della semi-camera 19.

In uso, come si vedrà meglio nel seguito, il dispositivo di supporto cialda 37 viene spostato dalla posizione di ritegno cialda alla posizione di disimpegno tramite una rotazione, attorno all’asse 39, del dispositivo di supporto cialda 37 verso il gruppo di estrazione 8, in maniera tale da determinare un accostamento delle scanalature 41 alla semi-camera di infusione 19.

Lo spostamento del dispositivo di supporto cialda 37 dalla posizione di ritegno cialda alla posizione di disimpegno può essere realizzato tramite un attuatore dedicato oppure, come nell’esempio illustrato nelle figure allegate, tramite il gruppo di iniezione 7 che, avanzando verso il gruppo di estrazione 8 durante la chiusura del dispositivo infusore 1, intercetta il dispositivo di supporto cialda 37 e gli imprime una spinta assiale che determina la rotazione del dispositivo di supporto cialda 37 attorno all’asse 39.

Alla riapertura del dispositivo infusore 1 il dispositivo di supporto cialda 37 si sposta dalla posizione di disimpegno alla posizione di ritegno cialda per effetto del proprio peso, eventualmente assistito da messi elastici di ritorno.

Secondo quanto illustrato nelle figure 1, 2 e 3, in una preferita forma di attuazione, il dispositivo infusore 1 comprende, inoltre, un dispositivo di supporto cialda ausiliario 42, il quale è disposto al di sotto del dispositivo di supporto cialda 37 ed ha la funzione di cooperare con quest’ultimo per supportare dal basso la cialda 2 quando questa è nella posizione di carico. Benché il dispositivo di supporto cialda ausiliario 42 sia opzionale in quanto il dispositivo di supporto cialda 37 è in grado da solo di supportare la cialda 2 nella posizione di carico, la sua funzione risulta particolarmente vantaggiosa nella fase di inserimento della cialda 2, soprattutto nel caso di cialde con una massa relativamente elevata, in quanto impedisce che la cialda 2, per effetto dell’energia cinetica generata nel moto in caduta libera, riesca ad oltrepassare le scanalature 41 e scivolare al di fuori del dispositivo di supporto cialde 37.

Il dispositivo di supporto cialda ausiliario 42 comprende una mensola 43 che si estende sotto il dispositivo di supporto cialda 37 trasversalmente all’asse 6 in modo da definire un appoggio per la flangia 4 di una cialda 2 impegnata tra le scanalature 41. La mensola 43 è montata girevole sul telaio 5 per spostarsi tra una posizione operativa (figura 2), nella quale è in grado di supportare inferiormente una cialda 2, ed una posizione inoperativa (figure 6, 7 e 8), nella quale è ruotata verso il basso e lascia libero lo spazio sottostante il dispositivo di supporto cialda 37 e la semi-camera di infusione 19 in modo tale da non interferire con la caduta della cialda 2 alla riapertura del dispositivo infusore 1 al termine del processo di estrazione.

La mensola 43 può essere azionata in modo automatizzato tramite un attuatore dedicato oppure può essere azionata in modo manuale, come nell’esempio illustrato nelle figure allegate, tramite un meccanismo di trasmissione a leve configurato per trasmettere alla mensola 43 il movimento della maniglia 17 in maniera tale che la mensola 43 si trovi nella posizione operativa quando la maniglia 17 è nella posizione sollevata e si sposti verso la posizione inoperativa non appena la maniglia 17 viene ruotata verso al posizione abbassata.

Le figure 11, 12 e 13 illustrano in dettaglio il dispositivo perforatore 29 del gruppo di iniezione 7.

In aggiunta a quanto esposto in precedenza, dalle figure 11-13 si può apprezzare che i perforatori 31 sporgenti dal disco 30 hanno la forma di punte spuntate (blunt tips), limitate lateralmente da una superficie laterale 44a e superiormente da una superficie di sommità 44b, la quale definisce, con la superficie laterale 44a, un bordo di taglio 44.

Secondo quanto illustrato nella figura 13, la superficie di sommità 44b di ciascun perforatore 31 è concava verso l’esterno del perforatore 31 stesso.

Ciascun perforatore 31 ha genericamente la forma di un solido pieno ottenuto immaginando di asportare dalla superficie laterale di un tronco di cono retto due porzioni, speculari rispetto ad un piano passante per l’asse longitudinale del tronco di cono e delimitate da rispettive superfici concave 44c, che, preferibilmente, si estendono per l’intera altezza del perforatore 31.

Convenientemente, le superfici concave 44c di ciascun perforatore 31 sono le superfici di intersezione che risulterebbero dalla compenetrazione del tronco di cono con due cilindri o coni virtuali disposti simmetricamente da bande opposte del perforatore 31.

A ciascun perforatore 31 è inoltre associata una coppia dei summenzionati fori 32, i quali sono disposti simmetricamente ai lati del perforatore 31 e ciascuno di essi è parzialmente delimitato da una delle dette superficie concave 44c.

In altre parole, ciascuna coppia di fori 32 associati ad un perforatore 31 possono considerarsi come i fori risultanti dalla compenetrazione del disco 30 con i summenzionati cilindri o coni virtuali che compenetrano il perforatore 31 troncoconico. Preferibilmente, le superficie concave 44c sono superfici coniche, con conicità invertita rispetto a quella della superficie troncoconica e, di conseguenza, i fori 32 sono fori conici, con sezione trasversale crescente verso la sommità del perforatore 31.

La forma della superficie di sommità 44b, invece, si può considerare la risultante dell’intersezione tra il perforatore 31 con una superficie sferica il cui centro è disposto dalla stessa parte dei perforatori 31 rispetto al disco 30 (figura 13).

Ne deriva che il bordo di taglio 44 presenta una forma genericamente bilobata, delimitata da due porzioni convesse separate da due porzioni concave simmetriche.

Questa conformazione consente di avere un bordo di taglio 44 significativamente acuto, particolarmente vantaggioso nei casi in cui il materiale dell’involucro della cialda 2 sia relativamente resistente, per esempio sia un foglio di alluminio e/o alluminio e plastica relativamente spesso.

La superficie di sommità 44b è disposta in modo asimmetrico rispetto al corrispondente perforatore 31, ossia la concavità sferica definita dalla superficie di sommità 44b è decentrata rispetto all’asse longitudinale del perforatore 31. Ne risulta che la superficie di sommità 44b è obliqua rispetto all’asse del perforatore 31 ed una delle porzioni convesse del bordo di taglio 44 definisce un apice di taglio 45.

La forma concava ed asimmetrica della superficie di sommità 44b permette di ottenere una dinamica di taglio aggressiva ed una concentrazione degli sforzi di compressione della polvere di caffè sull’asse centrale del perforatore 31, compensando in parte le deviazioni laterali dovute alla forma della cialda 2.

Preferibilmente, per migliorare la robustezza del bordo di taglio 44 e spostare l’apice di taglio 45 verso l’asse del perforatore 32, la superficie di sommità 44b è connessa alla superficie laterale 44a, in corrispondenza dell’apice di taglio 45, tramite un raccordo raggiato convesso 46.

I perforatori 31 hanno un’altezza differente tra loro, crescente dal centro verso la periferia del disco 30, in maniera tale da conferire al dispositivo perforatore 29 un profilo concavo all’incirca complementare al profilo convesso della cialda 2 così che i fori realizzati dai perforatori 31 nella cialda 2 abbiano una profondità quanto più possibile simile tra loro. Inoltre, per una migliore uniformità di penetrazione, i perforatori 31 sono distribuiti sul disco 30 lungo due cerchi concentrici e sono orientati in modo tale che tutti gli apici di taglio 45 siano rivolti verso il centro del disco 30 (figura 11).

Le figure 14, 15 e 16 illustrano in dettaglio una forma di attuazione alternativa del dispositivo perforatore 29 del gruppo di iniezione 7 che si differenzia dal dispositivo perforatore 29 descritto con riferimento alle figure 11-13 per la forma dei perforatori 31.

Anche in questo caso, i perforatori 31 hanno la forma di coni limitati superiormente da una superficie di sommità 44b curva. In questo caso, tuttavia, la superficie di sommità 44b di ciascun perforatore 31 non è concava ma convessa verso l’esterno e si può considerare la risultante dell’intersezione tra il perforatore 31 con una superficie sferica il cui centro è disposto dalla parte opposta ai perforatori 31 rispetto al disco 30 (figura 16).

Come nel caso precedentemente descritto, anche in questo caso la superficie di sommità 44b è disposta in modo asimmetrico rispetto al perforatore 31, ossia la convessità sferica definita dalla superficie di sommità 44b è decentrata rispetto all’asse longitudinale del perforatore 31.

Preferibilmente, in corrispondenza della porzione convessa del bordo di taglio 44 opposta all’apice di taglio 45, la superficie di sommità 44b è raccordata alla superficie laterale 44a tramite un raccordo raggiato convesso 47 avente una curvatura differente rispetto alla curvatura della superficie di sommità 44b. In questo caso, quindi, la superficie di sommità 44b presenta un profilo genericamente toroidale che si raccorda tangente alla superficie laterale 44a del perforatore 31. La doppia curvatura ha la funzione di portare verso il centro del perforatore 31 la risultante delle forze di compressione privilegiando in questo modo la post compressione della polvere di caffè.

La forma evolutiva del perforatore 31, generata dalla rivoluzione del profilo interno, permette di ottenere una dinamica di foratura ed apertura con progressione non lineare.

Questa geometria consente coefficienti di deformazione della pellicola degradanti all’aumentare della profondità di penetrazione dei perforatori 31 nella cialda 2. Questa conformazione risulta particolarmente vantaggiosa nel caso in cui l’involucro della cialda 2 sia realizzato di materiale relativamente poco resistente perché evita che l’involucro si strappi in corrispondenza del foro creato, ma resti sempre un lembo attaccato.

Come nel caso precedente, anche in questo caso, ciascun perforatore 31 è affiancato da una coppia di fori 32 conici e i perforatori 31 hanno un’altezza differente tra loro, crescente dal centro verso la periferia del disco 30, in maniera tale da conferire al dispositivo perforatore 29 un profilo concavo all’incirca complementare al profilo convesso della cialda 2 così da realizzare fori nella cialda 2 abbiano con una profondità sostanzialmente uniforme.

Anche in questo caso, infine, per ottenere una migliore uniformità di penetrazione, i perforatori 31 sono distribuite sul disco 30 lungo due cerchi concentrici e sono orientati in modo tale che tutti gli apici di taglio 45 siano rivolti verso il centro del disco 30 (figura 14).

A completamento di quanto sopra esposto, è opportuno notare che, secondo una variante non illustrata, la posizione dei gruppi di iniezione 7 e di estrazione 8 potrebbe essere invertita in modo tale che il gruppo di iniezione 7 sia fisso ed il gruppo di estrazione 8 sia mobile da e verso il gruppo di iniezione 7. In questo caso, il dispositivo di supporto cialda 37 rilascerebbe la cialda 2 nella semi-camera 20 del gruppo di iniezione 7.

Il funzionamento del dispositivo infusore 1 verrà nel seguito descritto facendo particolare riferimento alle figure 2, 6, 7 e 8 che descrivono le fasi salienti del processo di preparazione di una bevanda a partire dal caricamento di una cialda fino all’erogazione della bevanda.

FIGURA 2 – CONFIGURAZIONE DI CARICAMENTO DELLA CIALDA

In questa configurazione la maniglia 17 è nella posizione sollevata e lascia libera l’apertura di inserzione 38 per consentire l’introduzione di una cialda 2 nuova nel dispositivo di supporto cialda 37, che è disposto nella posizione di supporto cialda.

La flangia 4 della cialda 2 impegna in modo scorrevole le scanalature 41 fino a quando la cialda 2 si ferma nella posizione di carico, nella quale è affacciata alla semicamera di infusione 19 del gruppo di estrazione 8 ed è supportata lateralmente dal dispositivo di supporto cialda 37 ed inferiormente dalla mensola 43.

Preferibilmente, il dispositivo di supporto cialda 37 è configurato per trattenere la cialda 2 in una posizione decentrata rispetto alla semi-camera di infusione 8, ossia in una posizione in cui l’asse 2A della cialda 2 è disposto al di sotto dell’asse 6 del dispositivo infusore 1. Preferibilmente, le scanalature 41 sono configurate per supportare la cialda 2 in modo tale che l’asse 2A di quest’ultima sia sostanzialmente orizzontale e parallelo all’asse 6.

La posizione decentrata abbassata della cialda 2 rispetto alla semi-camera di infusione 19 ha la funzione di compensare il successivo sollevamento della cialda 2 generato dalla rotazione verso l’alto del dispositivo di supporto cialda 37 nelle successive fasi di chiusura del dispositivo infusore 1.

Convenientemente, lo scostamento tra asse 2A della cialda 2 e l’asse 6 è all’incirca di 2,5 mm.

Secondo una differente forma di attuazione non illustrata, la cialda 2 è trattenuta in posizione coassiale all’asse 6 ed è previsto un elemento di contrasto per evitare il suo successivo sollevamento durante la rotazione del dispositivo di supporto cialda 37.

Infine, nella configurazione di carico, sia il dispositivo centratore/estrattore segmentato 25, sia il dispositivo centratore/estrattore anulare 34 sono nelle rispettive posizioni estratte.

FIGURA 6: CONFIGURAZIONE DI PRIMO CONTATTO TRA DISPOSITIVO DI SUPPORTO CIALDA E GRUPPO DI INIEZIONE

Quando la maniglia 17 viene spostata verso la sua posizione abbassata, il gruppo di iniezione 7 abbandona la sua posizione arretrata e trasla lungo l’asse 6 verso la sua posizione avanzata.

Ad un certo punto di questo avanzamento, il gruppo di iniezione 7 entra in contatto con il dispositivo di supporto cialda 37 tramite due appendici 48 laterali del gruppo di iniezione 7 (Figura 6, dettaglio) che impegnano corrispondenti porzioni delle piastre 40 del dispositivo di supporto cialda 37. L’avvicinamento del gruppo di iniezione 7 al dispositivo di supporto 37 comporta conseguentemente l’avvicinamento della semi-camera 20 alla cialda 2.

In questa configurazione di primo contatto tra il dispositivo di supporto cialda 37 e il gruppo di iniezione 7, il dispositivo di supporto cialda 37 è ancora nella posizione di ritegno cialda iniziale, il dispositivo di supporto cialda ausiliario 42 si è spostato verso la posizione inoperativa, ed entrambi il dispositivo centratore/estrattore segmentato 25 ed il dispositivo centratore/estrattore anulare 34 sono ancora nelle rispettive posizioni estratte.

FIGURA 7: CONFIGURAZIONE DI DISTACCO DELLA CIALDA DAL DISPOSITIVO DI SUPPORTO CIALDA

In risposta ad un ulteriore avanzamento del gruppo di iniezione 7 e alla conseguente spinta assiale impartita alle piastre 40 dalle due appendici 48 laterali, il dispositivo di supporto cialda 37 ruota verso l’alto attorno all’asse 39 determinando il sollevamento verso l’alto della cialda 2 e, contemporaneamente, l’inserimento della cialda 2 nella semi-camera 19, con flessione della flangia 4 e suo progressivo disimpegno dalle scanalature 41.

Quando il dispositivo di supporto cialda 37 ha compiuto un determinato angolo di rotazione, preferibilmente di circa 11°, il dispositivo di supporto cialda 37 cessa di supportare la cialda 2 che è inserita nella semi-camera 19 con il proprio asse 2A sostanzialmente coincidente con l’asse 6.

In questa configurazione, la cialda 2 si trova sostanzialmente nella posizione di infusione, ossia nella posizione che assumerà quando il gruppo di iniezione 7 terminerà la sua corsa e si accoppierà al gruppo infusore 8 comprimendo tra loro la flangia 4 in maniera tale da realizzare un accoppiamento a tenuta di fluido.

Secondo quanto illustrato nella figura 7, in questa configurazione, il corpo centrale 3 della cialda 2 è in appoggio sui perforatori 24 del dispositivo perforatore 23, che è ancora nella posizione estratta, e sugli elementi aggettanti 27 del dispositivo centratore/estrattore segmentato 25, anch’esso nella posizione estratta.

La cialda 2, abbandonata dal dispositivo di supporto cialda 37, è tenuta ferma nella semi-camera di infusione 19 dall’azione passiva di contrasto esercitata dal gruppo di iniezione 7, in particolare dal dispositivo centratore/estrattore anulare 34, disposto nella sua posizione estratta.

In altre parole, l’inserimento della cialda 2 all’interno della semi-camera di infusione 19 è effettuato dal dispositivo di supporto cialda 37, mentre il gruppo di iniezione 7, in particolare il dispositivo centratore/estrattore anulare 34, non contribuisce attivamente all’inserimento della cialda 2 nella semi-camera di infusione 19, ossia non impartisce sostanzialmente alcuna spinta assiale alla cialda 2 mentre questa è ancora trattenuta dal dispositivo di supporto cialda 37, ma si limita ad esercitare un’azione passiva di contrasto quando la cialda 2 viene abbandonata dal dispositivo di supporto cialda 37 nella semi-camera di infusione 19.

Ne risulta che lo spostamento della cialda 2 dalla posizione di carico alla posizione di infusione avviene senza sottoporre la cialda 2 a sollecitazioni assiali, in particolare da parte del gruppo di iniezione 7. Di conseguenza viene eliminato, o quantomeno minimizzato, il rischio che la cialda 2 subisca deformazioni significative nella fase di chiusura della camera di infusione, deformazioni che potrebbero compromettere il processo di estrazione della bevanda e lo scarico della cialda 2 esausta.

FIGURA 8: CONFIGURAZIONE DI INFUSIONE ED EROGAZIONE

Un ulteriore spostamento della maniglia 17 verso la posizione abbassata determina un’ulteriore rotazione del dispositivo di supporto cialda 37, preferibilmente di circa altri 4-5°, e l’avanzamento del gruppo di iniezione 7 con conseguente inserimento della cialda 2 nella semi-camera di infusione 20, arretramento dell’elemento anulare 35 del dispositivo centratore/estrattore 34 e penetrazione dei perforatori 31 nel corpo centrale 3 della cialda 2.

Quando la maniglia 17 raggiunge la posizione abbassata, la superficie di estremità del gruppo di iniezione 7 e la superficie di estremità del gruppo di estrazione 8 pinzano tra loro la flangia 4 della cialda 2 e chiudono a tenuta la camera di infusione formata dalle semi-camere di infusione 19 e 20 e contenente la cialda 2.

È opportuno precisare che la chiusura della camera di infusione determinata da quest’ultimo spostamento del gruppo di iniezione 7 non modifica sostanzialmente la precedente posizione della cialda 2, in particolare del corpo centrale 3 della cialda 2, che rimane in appoggio sui perforatori 24 e sugli elementi aggettanti 27, mentre viene perforato, dalla parte opposta, dai perforatori 31.

La flangia 4, spinta assialmente dal dispositivo di iniezione, subisce una leggera flessione verso il gruppo di estrazione 8 e viene quindi compressa tra i due gruppi.

A questo punto, dell’acqua calda in pressione viene alimentata alla camera di infusione tramite il condotto di ingresso 33.

L’imbibizione della cialda 2 causa il rigonfiamento della cialda 2 stessa, la quale spinge gli elementi aggettanti 27 verso la loro posizione arretrata e viene penetrata dai perforatori 24, permettendo così alla bevanda estratta di fuoriuscire dalla cialda 2 e di fluire quindi all’esterno del gruppo di estrazione 8 tramite il condotto di uscita 9.

Quando l’erogazione è terminata e la maniglia 17 viene riportata nella posizione sollevata, il gruppo di iniezione 7 si allontana dal gruppo di estrazione 8 e la cialda 2 cade per gravità verso il basso. La cialda 2 si distacca efficacemente dai dispositivi perforatori 23 e 29 grazie all’azione del dispositivo centratore/estrattore segmentato 25 e del dispositivo centratore/estrattore anulare 34.

Sia l’elemento anulare 35 del dispositivo centratore/estrattore anulare 34, sia gli elementi aggettanti 27 del dispositivo centratore/estrattore segmentato 25 hanno il vantaggio di impartire alla cialda 2 una spinta assiale uniforme lungo una porzione anulare della cialda 2 stessa.

In particolare, per quanto riguarda la conformazione del dispositivo centratore/estrattore segmentato 25, il fatto che la spinta alla cialda 2 venga impartita da una corona di elementi discreti quali gli elementi aggettanti 27 comporta i seguenti vantaggi: - a differenza di quanto potrebbe fare un estrattore singolo, gli elementi aggettanti 27 consentono di distribuire in modo omogeneo la forza di spinta e, quindi, non rischiano di danneggiare o persino lacerare la cialda 2 durante l’estrazione del caffè, in cui la cialda 2 è bagnata, soprattutto nei casi di cialde realizzate di materiali poco resistenti, come i materiali biodegradabili;

- la presenza della corona di elementi aggettanti 27 scorrevoli attraverso rispettive asole del fondo della semi-camera di infusione 19 fa sì che il resto della semi-camera di infusione 19 possa essere realizzato in un unico pezzo, l’inserto concavo 22, a tutto vantaggio dell’uniformità della superficie di appoggio della cialda 2;

- la presenza delle asole ed il montaggio elastico degli elementi aggettanti 27 fa sì che nella semi-camera di infusione 19 si creino delle zone di espansione per la cialda 2 quando questa viene imbibita di acqua calda in pressione. In questo modo è possibile conformare la superficie concava della semi-camera di infusione 19 in modo da riprodurre con relativa precisione la convessità della cialda 2 ed attribuire agli elementi aggettanti 27 la funzione di definire, nelle rispettive asole, delle zone di espansione per la cialda 2 che subisce un naturale, seppur minimo, rigonfiamento quando iniettata di acqua;

- la posizione degli elementi aggettanti 27, che sono disposti in modo da impegnare un bordo periferico del corpo centrale 3 della cialda 2, evita che venga “oscurata” l’area centrale della cialda 2 da cui maggiormente fuoriesce la bevanda durante l’erogazione ed evita, quindi, che ci sia una riduzione della sezione di flusso in uscita, come succederebbe, per esempio, se fosse previsto un estrattore singolo centrale.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) a partire da una cartuccia (2) monouso sotto forma di capsula o cialda; il dispositivo infusore (1) comprende almeno un dispositivo perforatore (29) atto a perforare la cartuccia (2) e comprendente un piattello (30) ed una pluralità di perforatori (31) sporgenti dal piattello (30); il piattello (30) è provvisto di fori (32) per il passaggio di un fluido, e ciascun perforatore (31) ha la forma di una punta spuntata delimitata da una superficie laterale (44a) e da una superficie di sommità (44b), la quale definisce, con la superficie laterale (44a), un bordo di taglio (44); la superficie di sommità (44b) è la risultante dell’intersezione tra il perforatore (31) con una superficie sferica, ed il bordo di taglio (44) presenta una forma genericamente bilobata, delimitata da due porzioni convesse separate da due porzioni concave simmetriche.
2. 2. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun perforatore (31) ha la forma di un solido pieno ottenuto da un tronco di cono retto al quale sono state asportate due porzioni, disposte specularmente rispetto ad un piano passante per un asse del tronco di cono e delimitate da rispettive superfici concave (44c), le quali sono ricavate sulla superficie laterale (44a) troncoconica del perforatore (31) e definiscono, ciascuna, una rispettiva detta porzione concava del bordo di taglio (44).
3. 3. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 2, in cui le superfici concave (44c) di ciascun perforatore (31) sono le superfici di intersezione che risulterebbero dalla compenetrazione del tronco di cono con due cilindri o coni virtuali disposti simmetricamente da bande opposte del perforatore (31).
4. 4. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 3, in cui le superfici concave (44c) di ciascun perforatore (31) sono le superfici che risulterebbero dalla compenetrazione del tronco di cono con due coni virtuali.
5. 5. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui le superfici concave (44c) hanno conicità invertita rispetto a quella della superficie laterale (44a) troncoconica del tronco di cono.
6. 6. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui i cilindri o coni virtuali che definiscono le superfici concave (44c) si estendono per l’intera altezza del perforatore (31) ed attraverso il piattello (30) in modo tale da definire, ciascuno, uno di detti fori (32).
7. 7. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di sommità (44b) è disposta in modo asimmetrico rispetto al corrispondente perforatore (31) in maniera tale da risultare obliqua rispetto ad un asse longitudinale del perforatore (31) e definire un apice di taglio (45) sul bordo di taglio (44).
8. 8. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 7, in cui almeno alcuni dei perforatori (31) hanno un’altezza differente tra loro e crescente dal centro verso la periferia del piattello (30) in maniera tale da conferire al dispositivo perforatore (29) un profilo concavo.
9. 9. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui i perforatori (31) sono distribuiti sul piattello (30) in cerchi concentrici e sono orientati in modo tale che gli apici di taglio (45) siano rivolti verso il centro del piattello (30).
10. 10. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di sommità (44b) è concava verso l’esterno del perforatore (31) ed è la risultante dell’intersezione tra il perforatore (31) con una superficie sferica, il cui centro è disposto dalla stessa parte dei perforatori (31) rispetto al piattello (30).
11. 11. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 10 quando dipendente dalla rivendicazione 7, in cui, in corrispondenza dell’apice di taglio (45), la superficie di sommità (44b) è connessa alla superficie laterale (44a) tramite un raccordo raggiato convesso (46).
12. 12. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di sommità (44b) è convessa verso l’esterno del perforatore (31) ed è la risultante dell’intersezione tra il perforatore (31) con una superficie sferica, il cui centro è disposto dalla parte opposta dei perforatori (31) rispetto al piattello (30).
13. 13. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo la rivendicazione 12 quando dipendente dalla rivendicazione 7, in cui, in corrispondenza della porzione convessa del bordo di taglio (44) opposta all’apice di taglio (45), la superficie di sommità (44b) è raccordata alla superficie laterale (44a) tramite un raccordo raggiato convesso (47) avente una curvatura differente rispetto alla curvatura della superficie di sommità (44b).
14. 14. Dispositivo infusore per la preparazione di bevande (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre un gruppo di iniezione di acqua (7) ed un gruppo di estrazione della bevanda (8) definenti rispettive semi-camere di infusione (20, 19) e mobili relativamente uno all’altro lungo un asse longitudinale (6) tra una configurazione aperta, nella quale definiscono tra loro uno spazio per il caricamento di una cartuccia (3), ed una configurazione chiusa, nella quale le due semicamere di infusione (20, 19) definiscono tra loro una camera di infusione per la cartuccia (3); il gruppo di iniezione di acqua (7) comprende il detto dispositivo perforatore (29).