ITMO20130297A1

ITMO20130297A1 - Capsula per bevande

Info

Publication number: ITMO20130297A1
Application number: IT000297A
Authority: IT
Inventors: Andrea Bartoli; Davide Capitini; Alessandro Grillenzoni; Flavio Traldi
Original assignee: Sarong Spa
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-18
Also published as: CA2925686A1; US20160229624A1; CN105658543A; JP2016539675A; AU2014335706B2; JP6797682B2; CN105658543B; CA2925686C; BR112016007413B1; KR102240605B1; BR112016007413A2; EP3057886A1; ES2648919T3; KR20160074497A; WO2015056202A1; EP3057886B1

Description

Descrizione di invenzione industriale

Capsula per bevande

L’invenzione concerne capsule o contenitori per la preparazione di prodotti, ad esempio bevande, in macchine erogatrici automatiche.

In particolare, l’invenzione riguarda una capsula sigillata, monodose e monouso contenente un prodotto iniziale quale ad esempio caffè in polvere oppure un prodotto da infusione in grado di realizzare interagendo con fluido in pressione un prodotto finale. Le capsule note per l’impiego su macchine erogatrici sono contenitori monouso e monodose comprendenti un involucro esterno, realizzato in materiale plastico impermeabile ai liquidi ed ai gas ed avente forma di bicchiere o tazza.

Figura 3 mostra una capsula 1 come descritta dalla domanda ITMO2013A000214, dello stesso richiedente.

L’involucro, indicato con 2 presenta una parete di fondo 3 ed una parete laterale 4 definenti una cavità 5 aperta nella quale può essere inserito un prodotto P, ad esempio caffè macinato oppure tè, da cui ottenere la bevanda. Un bordo 7 a forma di flangia è collegato alla parete laterale 4, si estende da essa ed è disposto intorno ad un’apertura superiore della cavità 5. L’apertura superiore è chiusa ermeticamente da un elemento di copertura 8, tipicamente una pellicola di alluminio o di film plastico, in modo da sigillare all’interno del contenitore il prodotto P, fissato al bordo 7 dell’involucro 2.

La parete di base 3 della capsula 1 presenta inoltre un’apertura preferibilmente circolare delimitata da un bordo di base 3a anulare sul quale è fissato un ulteriore elemento di copertura 25, realizzato in materiale analogo al materiale dell’elemento di copertura 8. La capsula è perforabile per consentire l’immissione di liquido in pressione, tipicamente acqua, e l’uscita della bevanda di caffè ottenuta. In particolare, sono perforabili da opportuni di mezzi di iniezione di fluido in pressione e di estrazione di una macchina erogatrice rispettivamente l’ulteriore elemento di copertura 25 e l’elemento di copertura 8 e per consentire l’immissione del liquido in pressione e l’estrazione della bevanda.

In alternativa, la capsula può essere anche inserita in macchine erogatrici di tipo noto in cui l’elemento di copertura 8 e l’ulteriore elemento di copertura sono rispettivamente perforabili da mezzi di iniezione di fluido in pressione e di estrazione di una macchina erogatrice.

In altre parole, sia l’elemento di copertura 8 che l’ulteriore elemento di copertura 25 sono realizzati in un materiale facilmente perforabile che fa sì che la capsula possa essere usata con grande flessibilità di utilizzo in macchine erogatrici indifferentemente con la cavità rivolta verso l’alto oppure verso il basso.

Le capsule sono usualmente riempite con il prodotto iniziale P mediante un processo produttivo che prevede di alimentare gli involucri termoformati ad una stazione di riempimento e successivamente alimentare tali involucri riempiti ad una stazione di saldatura per sigillare la cavità fissando mediante saldatura l’elemento di copertura al bordo a flangia della capsula, l’ulteriore elemento di copertura essendo già stato fissato a chiusura del bordo di base 3a. Durante tale fissaggio dell’elemento di copertura, è previsto immettere in ciascuna capsula un gas inerte, quale l’azoto, in sostituzione dell’aria per mantenere inalterate le proprietà organolettiche del prodotto iniziale P grazie all'azione inibente e batteriostatica del gas utilizzato.

Tuttavia, nel caso in cui caffè macinato sia alimentato a ciascun involucro, è noto che dopo la torrefazione e la macinazione il caffè continua a trasformarsi anche in presenza del gas inerte, liberando nel tempo anidride carbonica e aromi in misura inversamente proporzionale al tempo trascorso dalla tostatura. Per questo motivo usualmente il caffè macinato viene sottoposto ad una fase di degasaggio in silos di stoccaggio, necessaria per liberare il caffè dell'anidride carbonica che viene da esso naturalmente rilasciata.

Un problema delle capsule di tipo noto è che possono essere riempite con caffè macinato per il quale la fase di degasaggio non sia stata condotta oppure non sia stata condotta in modo efficiente. In tali capsule il caffè può rilasciare anidride carbonica e quindi può determinare un aumento non previsto della pressione all’interno della capsula, che può provocare deformazioni un rigonfiamento indesiderato dell’elemento di copertura e/o dell’ulteriore elemento di copertura ma che può persino compromettere l'integrità della capsula stessa, usualmente in corrispondenza dell’ulteriore elemento di copertura.

La pressione eccessiva può infatti provocare la lacerazione dell’ulteriore elemento di copertura ed il suo distacco dalla parete di base della capsula, essendo l’ulteriore elemento di copertura collegato alla parete di base mediante un bordo di saldatura che dipende dalle dimensioni, spesso ridotte, della parete di base.

Il problema del rilascio di anidride carbonica è noto non solo per il caffè secondo quanto detto in precedenza ma anche per alcuni tipi di tè parzialmente fermentato, che può quindi continuare a fermentare rilasciando anidride carbonica anche dopo il riempimento delle capsule. Anche in questo caso, si può verificare la rottura di una capsula riempita, a causa della pressione eccessiva sviluppata al suo interno.

Questo problema è tanto maggiore se consideriamo che le capsule dopo essere state riempite con il prodotto iniziale P e confezionate possono essere mantenute anche a lungo in magazzini in attesa di essere distribuite ai consumatori. La rottura di una capsula può avere luogo anche dopo l’acquisto da parte di un consumatore, e può quindi provocare danni in modo incontrollato.

Uno scopo della presente invenzione è di migliorare le capsule note per bevande, in particolare capsule utilizzabili in macchine erogatrici note, garantendo l’integrità della capsula indipendentemente dal prodotto iniziale con la quale viene riempita.

Altro scopo è realizzare una capsula la quale possa essere riempita anche con prodotti iniziali in grado di rilasciare un gas dopo il riempimento senza che nel tempo ne venga compromessa l’integrità.

Ulteriore scopo è realizzare una capsula in cui sia presente un elemento di chiusura fissato ad un bordo a flangia ed un ulteriore elemento di chiusura fissato alla parete di base in cui l’ulteriore elemento di chiusura non si distacchi dalla parete di base quando soggetto a pressione.

Ulteriore scopo ancora è ottenere una capsula economica e semplice da realizzare .

Secondo un primo aspetto dell’invenzione è prevista una capsula per bevande secondo la rivendicazione 1 ed una o più delle rivendicazioni da essa dipendenti.

L’invenzione potrà essere meglio compresa ed attuata con riferimento agli allegati disegni che ne illustrano alcune forme esemplificative e non limitative di attuazione, in cui:

Figura 1 è una sezione trasversale schematica, con parti asportate per chiarezza di una capsula secondo l’invenzione;

Figura 2 è una sezione trasversale schematica parziale ingrandita di una parete di base della capsula di Figura 1;

Figura 3 è una sezione trasversale schematica di una capsula per bevande nota.

Con riferimento alla figura 1 è illustrata una capsula 1 per bevande secondo l’invenzione, per produrre un prodotto finale, in particolare una bevanda calda, ad esempio caffè, orzo, tisana, tè, cioccolata, ecc., mediante iniezione di un fluido F caldo in pressione al suo interno.

Si precisa che per uniformità rispetto alla capsula di prior art descritta in figura 3, a medesimi componenti sono attribuiti medesimi riferimenti numerici.

La capsula 1 dell’invenzione comprende un involucro o contenitore 2 esterno, a sua volta comprendente una parete di base 3 ed una parete laterale 4 definenti una cavità 5 aperta ed atta a contenere un prodotto iniziale P, ad esempio alimentare, solubile o percolabile da unire ad un fluido, tipicamente acqua, per ottenere un prodotto finale. La parete di base 3 e la parete laterale 4 definiscono un corpo della capsula 1 sostanzialmente a forma di bicchiere o tazza. Secondo una forma di attuazione la parete di base 3 è piana ed è in particolare di forma circolare.

L’involucro comprende inoltre un bordo a flangia 7 collegato alla parete laterale 4 ed estendentesi da essa, disposto intorno ad un’apertura superiore della cavità 5. Il bordo a flangia 7 è inoltre opposto alla parete di base 3 e rivolto all’esterno rispetto alla cavità 5. La parete di base 3 della capsula presenta un’apertura 30 preferibilmente circolare delimitata da un bordo di base 3a, ad esempio anulare, estendentesi fino alla parete laterale 4 della capsula e comprende una parete anulare 31 che si estende attorno all’apertura 30 all’interno della cavità 5 e che definisce una porzione rientrante della parete di base 3, realizzata in corpo unico con la parete di base 3 stessa.

La parete anulare 31 presenta un’estremità interna dotata di un rispettivo bordo 31a rivolto verso un asse di simmetria A della capsula 1, che delimita un foro 32 sostanzialmente della medesima dimensione dell’apertura 30. La parete anulare 31 definisce in questo modo un condotto passante presentante l’apertura 30 di estremità esterna, rivolta cioè verso l’esterno della capsula, e dal lato opposto il foro 32 di estremità interna.

Come mostrato in figura 1, il bordo 31a della parete anulare 31 si affaccia alla porzione della cavità 5 destinata a ricevere il prodotto iniziale P e contribuisce, se la parete di base 3 della capsula 1 è destinata in uso ad essere perforata da mezzi di iniezione della macchina erogatrice ed il prodotto iniziale è caffè in polvere, a mantenere compattata tale polvere di caffè evitando che siano create in essa vie preferenziali di fluido che possono dare origine ad una bevanda di cattiva qualità. È infatti noto che il fluido in pressione iniettato nella capsula deve essere distribuito quanto più uniformemente possibile nel prodotto iniziale per poter estrarre da esso componenti aromatiche da trasferire alla bevanda, soprattutto se il prodotto iniziale è caffè in polvere. Il condotto passante definito dalla parete anulare 31 realizza in uso mezzi di guida di mezzi di iniezione della macchina erogatrice.

L’involucro 2 è realizzato mediante formatura di un foglio di materiale plastico termoformabile (non illustrato) idoneo al processo di preparazione del prodotto finale a partire dal prodotto iniziale P, ad esempio in grado di sopportare senza deformarsi temperature fino a 100°C e pressioni fino a 5 bar.

Tale foglio di materiale plastico 100 può avere uno spessore compreso tra 15 micron e 1600 micron, in particolare tra 400 micron e 1200 micron ed è realizzato in poliolefine, ad esempio polipropilene PP e/o polietilene PE e/o poliammide PA.

Nel dettaglio, il materiale in foglio può comprendere un primo strato di materiale, in particolare idoneo a contattare e/o conservare il prodotto iniziale P, ad esempio realizzato in polipropilene PP impermeabile all’umidità, un secondo strato di materiale non a contatto con il prodotto iniziale P realizzato in materiale gas-impermeabile, in particolare all’ossigeno ed opzionalmente anche all’umidità, denominato anche strato barriera ed un terzo strato di materiale esterno.

Lo strato barriera, interposto tra primo ed il secondo strato, garantisce il completo isolamento dell’ambiente esterno della cavità 5, in particolare nel caso in cui il primo strato sia permeabile nel tempo all’ossigeno. Lo strato barriera ha uno spessore compreso tra 2 micron e 100 micron, in particolare tra 15 micron e 70 micron, ed è realizzato ad esempio in etilenvinilalcool (EVOH), il quale è gas-impermeabile solo all’ossigeno oppure polivinildencloruro (PVDC), il quale è gas-impermeabile sia all’ossigeno che all’umidità. Secondo una prima forma di realizzazione (non illustrata) del materiale in foglio, il primo ed il terzo strato sono realizzati nello stesso materiale, ad esempio polipropilene PP e sono accoppiati allo strato barriera tra loro interposto. Tali strati possono presentare il medesimo spessore (ad esempio 350 micron), oppure spessori diversi (ad esempio il primo strato può avere spessore di 500 micron mentre il terzo strato può avere spessore di 300 micron). Secondo una seconda forma alternativa di realizzazione (non illustrata), il primo strato è di supporto ed è realizzato in polipropilene PP, il secondo strato è lo strato barriera (EVOH oppure PVDC) ed il terzo strato è uno strato estruso di polipropilene PP oppure polietilene PE, di spessore pari a 15 micron, che viene accoppiato al primo ed al secondo strato durante il processo di produzione del materiale in foglio.

Il materiale in foglio, sia in accordo con la prima che con la seconda forma di realizzazione, è quindi selezionato in modo da proteggere nel tempo il prodotto iniziale P contenuto nella capsula dall’umidità e dall’ossigeno.

La capsula comprende, inoltre, un elemento di copertura 8 fissato al bordo 7 dell’involucro 2 per chiudere ermeticamente la capsula 1, ossia la cavità aperta 5 e preservare così il prodotto P. L’elemento di copertura 8 comprende una pellicola di alluminio od un film plastico provvisto di strato barriera perforabile da mezzi di estrazione del prodotto finale oppure da mezzi di iniezione del fluido iniziale F della macchina erogatrice.

L’elemento di copertura 8 è fissato al bordo 7 dell’involucro 2 mediante saldatura, termica o ad ultrasuoni, oppure incollaggio. Preferibilmente l’elemento di copertura 8 è fissato all’involucro 2 mediante termosaldatura bloccante, nel senso che tale termosaldatura garantisce che la capsula conservi nel tempo il prodotto iniziale P nelle proprie condizioni ideali quando immagazzinata durante lo stoccaggio.

Un elemento di chiusura 26, analogo all’elemento di copertura 8 e perforabile da mezzi di iniezione del fluido F oppure da mezzi di estrazione del prodotto finale è fissato all’ulteriore bordo 3a esternamente alla parete di base 3, a chiusura ermetica dell’apertura 30. Come già detto per l’elemento di copertura 8, l’elemento di chiusura 26 è fissato al bordo anulare 3a mediante saldatura, termica o ad ultrasuoni, oppure incollaggio e preferibilmente l’elemento di chiusura 26 è fissato all’involucro 2 mediante termosaldatura bloccante in una porzione di unione 33.

Lo spessore dell’elemento di copertura 8 e/o dell’elemento di chiusura 26 è espresso in grammatura ed è compreso tra 5 e 120 gr/metro quadro.

Secondo l’invenzione, l’elemento di chiusura 26 è di dimensioni maggiori della parete di base 3 ed è anche fissato alla parete laterale 4 per rimanere unito alla capsula anche in presenza di un aumento di pressione interno alla capsula stessa, come di seguito vedremo. Si noti che il bordo di base 3a definisce uno spigolo di base 34 con la parete laterale 4 e che l’elemento di chiusura 26 si estende oltre lo spigolo di base 34 ed è sovrapposto alla parete laterale 4 lungo tutto lo spigolo di base 34, e cioè angolarmente a 360° rispetto all’asse di simmetria A della capsula.

L’elemento di chiusura 26 è sovrapposto e fissato alla parete laterale per almeno un lembo di 2 mm misurato dallo spigolo di base 34, in particolare per 2.5 mm, ma può essere fissato alla parete laterale 4 per l’intera parete laterale 4 stessa.

Nel caso in cui l’elemento di chiusura 26 sia sagomato a disco e la parete di base sia circolare e piana, o un poligono inscrivibile in un cerchio, l’elemento di chiusura 26 ha diametro maggiore del diametro della parete di base 3.

La parete laterale 4 comprende una prima porzione 4a collegata allo spigolo di base 34 ed una seconda porzione 4b definente con la prima porzione uno spigolo laterale 35. La seconda porzione 4b si estende fino al bordo a flangia 7, come mostrato in Figura 1.

Si noti che la prima porzione 4a è di forma troncoconica e presenta una prima inclinazione, la quale è maggiore di una seconda inclinazione della seconda porzione 4b, anch’essa di forma troncoconica. La prima e la seconda inclinazione sono misurate rispetto all’asse di simmetria A della capsula.

Tuttavia si precisa che la parete laterale 4 e quindi il corpo della capsula potrebbe essere sagomata diversamente e non presentare porzioni troncoconiche ma ad esempio troncopiramidali inscrivibili in porzioni troncoconiche. Ad esempio, la prima porzione potrebbe essere troncopiramidale e la seconda porzione potrebbe essere anch’essa troncopiramidale entrambe ad esempio a base ottagonale ma con diversa inclinazione. Opzionalmente, la parete laterale 4 della capsula potrebbe comprendere anche una pluralità di porzioni troncoconiche oppure troncopiramidali di inclinazione via via sempre decrescente e quindi comprendere una pluralità di spigoli laterali.

Abbiamo detto che l’elemento di chiusura 26 è fissato al bordo di base 3a e alla parete laterale 4 mediante termosaldatura.

Nel dettaglio, l’elemento di chiusura 26 è fissato alla parete laterale 4 in tutta la prima porzione 4a. In altre parole, la porzione di unione 33 tramite la quale l’elemento di chiusura 26 è termosaldato alla capsula 1 si sviluppa nel bordo di base 3 anulare, il quale è piano, e nella prima porzione 4a della parete laterale 4, obliqua rispetto al bordo di base 3a, attraverso lo spigolo di base 34 fino allo spigolo laterale 35.

Sperimentalmente è stato verificato che l’elemento di chiusura 26 rimane unito alla capsula anche in presenza di un aumento di pressione interno alla capsula in quanto la porzione di unione 33 posta in corrispondenza del bordo di unione 3a si dissalda alla pressione di circa 2 bar mentre invece la porzione di unione 33 posta nella parete laterale 4 si mantiene inalterata fino a 4.5 bar, pressione oltre la quale si lacera l’involucro 2 della capsula 2 insieme all’elemento di chiusura 26.

Nel dettaglio è stato verificato che:

- a 0.5 bar l’elemento di chiusura 26 mostra un rigonfiamento ma la porzione di unione 33, posta nel bordo di unione 3a e nella prima porzione 4a, rimane inalterata;

- a 1 bar comincia a dissaldarsi la porzione di unione 33 posta nel bordo di unione 3a ma quella posta nella prima porzione 4a rimane inalterata;

- a circa 2 bar si dissalda la porzione di unione 33 posta nel bordo di unione 3a ma quella posta nella prima porzione 4a rimane inalterata;

- fino a 4.5 bar la porzione di unione 33 nella prima porzione 4a rimane inalterata;

- oltre 4.5 bar si lacera per pressione eccessiva l’elemento di chiusura 26 e l’involucro 2 ma la termosaldatura nella porzione di unione 33 con cui è unito l’elemento di chiusura 26 alla capsula 1 rimane inalterata.

Fino a 4.5 bar, viene quindi garantito che un bordo circonferenziale dell’elemento di chiusura 26 rimanga unito alla capsula, in particolare alla sua parete laterale 4, mediante termosaldatura bloccante garantendo l’integrità della capsula stessa anche a pressioni elevate.

Si è infatti osservato che la pressione rilasciata all’interno della cavità 5 della capsula sollecita perpendicolarmente l’elemento di chiusura 26 in corrispondenza dell’apertura 30 e questo fa sì che la porzione di unione venga spinta in una direzione ortogonale al piano di saldatura nel bordo di base 3a.

Tuttavia la porzione di unione 33 è sollecitata solo obliquamente in corrispondenza della prima porzione 4a, dopo che il bordo di base 3a si è dissaldato, in quanto l’elemento di chiusura 26 continua ad essere spinto prevalentemente perpendicolarmente in corrispondenza dell’apertura 30 dalla pressione interna alla capsula.

Grazie quindi al fatto che l’elemento di chiusura 26 è fissato sia al bordo di base 3 che alla parete laterale 4, una capsula può essere riempita anche con un prodotto iniziale che rilascia gas internamente alla capsula, in quanto sia l’elemento di copertura 8 che l’elemento di chiusura 26 possono resistere a pressioni elevate senza compromettere l’integrità della capsula stessa.

Ne segue che la capsula può essere riempita anche con caffè non perfettamente degassato, in quanto la pressione più alta che può sviluppare internamente ad una capsula è minore della pressione alla quale l’elemento di chiusura 26 si distacca dalla capsula. La capsula dell’invenzione rimane quindi sigillata anche a distanza di tempo dal proprio riempimento, indipendentemente dal prodotto iniziale con la quale viene riempita (caffè macinato degassato oppure no oppure tè) ed indipendentemente dal momento in cui viene consumata dall’utilizzatore.

Inoltre, viene reso più economico il processo produttivo di realizzazione di ciascuna capsula in quanto non è più necessario sottoporre il caffè macinato ad una fase di degassaggio ma è possibile riempire le capsule con caffè appena torrefatto e macinato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Capsula per bevande comprendente un involucro (2) a sua volta comprendente: una parete di base (3) ed una parete laterale (4) definenti una cavità (5) atta a contenere un prodotto iniziale (P) da unire ad un fluido (F) per ottenere un prodotto finale, ed inoltre un bordo a flangia (7) estendentesi da detta parete laterale (4), detta parete di base (3) presentando un’apertura (30) delimitata da un bordo di base (3a) estendentesi fino a detta parete laterale (4); in cui detta capsula comprende inoltre un elemento di copertura (8), fissato a detto bordo a flangia (7) per chiudere ermeticamente detta cavità (5) il quale è perforabile da mezzi di estrazione oppure mezzi di iniezione di una macchina erogatrice in cui detta capsula è utilizzabile, ed un elemento di chiusura (9) fissato a detto bordo di base (3a) per chiudere ermeticamente detta apertura (30), il quale è perforabile rispettivamente da mezzi di iniezione oppure mezzi di estrazione di detta macchina erogatrice; detta capsula essendo caratterizzata dal fatto che detto elemento di chiusura (9) è di dimensioni maggiori di detta parete di base (3) ed è fissato anche a detta parete laterale (4) per rimanere unito a detta capsula anche in presenza di un aumento di pressione interno a detta capsula.
2. Capsula secondo la rivendicazione 1, in cui detto bordo di base (3a) definisce uno spigolo di base con detta parete laterale (4), detto elemento di chiusura (26) estendentesi oltre detto spigolo di base (34) ed essendo sovrapposto a detta parete laterale (4) lungo tutto detto spigolo di base (34).
3. Capsula secondo la rivendicazione 1, oppure 2, in cui detto elemento di chiusura (26) è sovrapposto e fissato a detta parete laterale per almeno un lembo di 2 mm misurato da detto spigolo di base (34), in particolare preferibilmente per un lembo di 2.5 mm.
4. Capsula secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento di chiusura (26) è sovrapposto e fissato a detta parete laterale (4) per l’intera parete laterale (4).
5. Capsula secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui detto elemento di chiusura (26) è sagomato a disco e presenta un diametro maggiore di un diametro di detta parete di base (3).
6. Capsula secondo la rivendicazione 5, in cui detta parete laterale comprende una prima porzione (4a) collegata a detto spigolo di base (34) ed una seconda porzione (4b) definente con detta prima porzione (4a) uno spigolo laterale (35), detto elemento di chiusura (26) essendo fissato a detta prima porzione (4a) di detta parete laterale (4).
7. Capsula secondo la rivendicazione 6, in cui detta prima porzione (4a) è di forma troncoconica e presenta una prima inclinazione la quale è maggiore di una seconda inclinazione di detta seconda porzione (4b), anch’essa di forma troncoconica, detta prima e detta seconda inclinazione essendo misurate rispetto ad un asse di simmetria (A) di detta capsula.
8. Capsula secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento di chiusura (26) è fissato a detto bordo di base (3a) di detta capsula (1) e a detta parete laterale (4) mediante termosaldatura in corrispondenza di una porzione di unione (33).
9. Capsula secondo la rivendicazione 8, quando dipendente dalla rivendicazione 6, oppure 7, in cui detta porzione di unione (33) si sviluppa in detto bordo di base (3a) ed in detta prima porzione (4a) attraverso detto spigolo di base (34) fino a detto spigolo laterale (35).