MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA PREVENIR LA SALIDA INADVERTIDA DE UN FLUIDO DE UN RECIPIENTE PARA BEBER
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un método y a un dispositivo arreglados para prevenir el flujo involuntario de líquido de recipientes para beber, tales como bolsas, envases de cartón y botellas. El dispositivo puede estar formado, por ejemplo, como un popote para beber o como una espita para beber, y por lo tanto podría reemplazar fácilmente los popotes para beber actuales, en aquellos casos en donde se desee una función adicional sin derrames. El flujo de líquido es iniciado y controlado por medio de la fuerza de succión impartida por- el usuario. El flujo se detiene cuando cesa la fuerza de succión, y luego una válvula sella el paso de flujo, inclusive cuando se encuentre presente una sobrepresión dentro del recipiente. Además de los popotes para beber o espitas para beber, comunes, la literatura de patente describe varios dispositivos especiales que previenen eficientemente que el liquido fluya libremente desde un recipiente para beber. La patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. 5,975,369 y la patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. 5,465,876 proporcionan ejemplos de esos dispositivos. Estos dispositivos no tienen mecanismos automáticos de cierre, y por lo tanto el usuario debe llevar a cabo un movimiento mecánico cuando abra y cierre el dispositivo. También se conocen dispositivos que tienen funciones de cierre automático, pero estos poseen otras desventajas, tales como una baja tolerancia a las diferencias de presión, una complejidad relativamente alta y requerimientos de disponer de recipientes diseñados especialmente. La patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. 5,607,073 proporciona un ejemplo de ese dispositivo. Además, se conoce un dispositivo que previene la fuga de líquido, inclusive si el líquido está presurizado. Éste se describe en la patente Noruega No. 137258. Este tipo de dispositivo aumenta la fuerza de sobrepresión del líquido con el objetivo de cerrar la válvula, y por lo tanto el dispositivo no es apropiado para beber del mismo si el líquido se encuentra presurizado. Una característica común de todos los dispositivos mencionados anteriormente es que exhiben un costo de producción relativamente alto, y que estos dispositivos no podrán ser comercializados como artículos desechables . El objetivo de la invención es remediar esas desventajas de la técnica anterior. El objetivo se consigue de conformidad con las características especificadas en la siguiente descripción de la invención. El objetivo se consigue formando un popote para beber o una espita para beber, denominada de aquí en adelante simplemente como tubo exterior, en una forma tal que el líquido no pueda fluir o ser forzado a salir del recipiente para beber, hasta que el usuario suministre una fuerza de succión. El dispositivo comprende un tubo exterior que conduce el líquido desde el recipiente hasta el usuario, que protege un tubo interior contra cargas físicas externas, y que forman simultáneamente un objeto de anclaje circundante para aquellas partes del dispositivo que se muevan unas con relación a otras cuando el usuario ejerza una fuerza de succión. El tubo exterior puede tener también un extremo puntiagudo que sea lo suficientemente rígido para perforar un agujero en un recipiente para beber, apropiado para éste. El dispositivo comprende también un tubo interior formado con un dispositivo de unión para unirse al tubo exterior. En una porción longitudinal el tubo interior está formado como un fuelle flexible. Si el fuelle está provisto de un patrón helicoidal, longitudinal, puede surgir una fuerza y rotación incrementadas cuando se ejerza la fuerza de succión. El diseño de éste patrón se selecciona en base a la fuerza necesaria, a la necesidad de área libre del flujo de líquido, a la longitud del tubo disponible y a la naturaleza del material, de manera tal que una diferencia de presión aceptable entre el interior y el exterior del fuelle de lugar a un cambio de la longitud y/o rotación del fuelle. Haciendo el patrón profundo y estrecho se logra un fuelle más elástico y helicoidal, pero simultáneamente se reduce el área libre disponible para el flujo de líquido. El paso del patrón helicoidal 33- determina substancialmente la relación de transmisión entre fuerza y movimiento. Un paso grande proporciona mayor fuerza pero poco movimiento; un paso pequeño proporciona la situación opuesta. Un paso de entre 30 y 60 grados parece proporcionar una fuerza apropiada y suficiente movimiento al mismo tiempo. Ese patrón puede variarse substancialmente y se pueden combinar diferentes direcciones y patrones de rotación, en el mismo tubo, a fin de conseguir la función deseada. En algunos casos puede ser deseable aislar el movimiento como movimiento vertical únicamente . Esto puede conseguirse combinando dos o más zonas del fuelle, que tengan patrones de direcciones de rotación opuestas, o usando un fuelle provisto de muescas en forma de anillo. La última solución proporciona poca fuerza en exceso pero proporciona una gran flexión con relación a la longitud total del fuelle. También es posible aislar la fuerza de rotación combinando, por ejemplo, un patrón helicoidal y un patrón de fuelle que tenga al menos una muesca en forma de anillo, en donde esta parte del fuelle absorba el movimiento vertical debido a su pequeña rigidez vertical, a la vez que transmita eficientemente la fuerza de rotación. El movimiento es transmitido a una porción en el extremo del tubo interior, que está dispuesta como una válvula, y que se mueve con relación al tubo exterior a fin de abrir y cerrar. Por ejemplo, el mecanismo de válvula puede producirse continuando el tubo, a partir del cual se forma el fuelle, a cierta distancia por debajo del fuelle y usándolo como una cabeza de válvula que selle contra el tubo exterior, y proporcionando al tubo exterior uno o más agujeros de paso dispuestos en una manera tal que la cabeza de válvula corte el flujo de fluido hasta que el movimiento la desplace lo suficiente hacia arriba para que los agujeros que se encuentran en el tubo exterior no sean bloqueados más por el tubo interior. ¦ Alternativamente la válvula puede ser hecha deformando previamente, durante la producción, la porción que sigue al fuelle, en una manera tal que la válvula normalmente esté cerrada, y que el movimiento transmitido desde el fuelle mediante la fuerza de succión cause la apertura de la válvula (ver las figuras 9a, 9b, 10a y 10b) . Las válvulas del tipo deformable deben ser unidas al tubo exterior también en el extremo inferior. En algunos casos, una válvula deformable requerirá tanto del movimiento de rotación como del movimiento longitudinal para funcionar óptimamente. Entonces es esencial inmovilizar tanto la parte superior como la inferior del tubo interior, al tubo exterior, en una forma tal que se prevenga la rotación en los puntos de unión, y también que se mantenga un sello suficiente contra el tubo exterior. La inmovilización puede llevarse a cabo en ranuras separadas, por lo cual el sellado e inmovilización puedan ser optimizados independientemente uno del otro. También, se pueden producir acanaladuras auxiliares, oblicuas, o ranuras en forma de embudo, en una o ambas partes, corrigiendo la torsión de la válvula durante el empalme. Otra forma de fabricar la válvula puede ser la de introducir una parte adicional que selle el extremo del mismo tubo a partir del cual se forma el fuelle, y que funcione simultáneamente como un sello deslizante contra la pieza de válvula de la válvula interior (ver el ejemplo de la figura 12) . Una válvula del tipo deformable o del último tipo, puede ser colocada libremente por arriba o por debajo del nivel del líquido en el recipiente, y que por lo tanto no requiera de succión del líquido desde los lados del tubo. Además, puede no requerir del cierre del extremo inferior del tubo para formar una válvula que funcione, que sea preferida en ciertas situaciones. Cuando no se usa el dispositivo, el fuelle estará sometido a igual presión en ambos lados, y no surge fuerza para rotación y/o cambio longitudinal del fuelle. La parte de válvula mantiene entonces su posición cerrada, inclusive si se forma una sobrepresión en el recipiente para beber al cual esté conectada. En algunos casos el tubo a partir del cual está hecho el fuelle, ventajosamente puede ser recubierto, externamente con un material plástico diferente al del interior. Por ejemplo, el material plástico externo puede ser polipropileno, permitiendo asi que el tubo sea asegurado por soldadura a un tubo exterior que pueda formar parte de un recipiente para beber, por ejemplo una bolsa. En otros casos puede ser relevante usar un tipo de plástico más suave en el interior del tubo, con lo cual se pueda lograr un mejor sello por deformación del tubo. Una combinación de estas propiedades también puede ser apropiada, por la cual el tubo pueda ser soldado y mantener simultáneamente un interior suave que asegure un sellado suficiente . En la mayoría de las modalidades de la invención se coloca al menos un orificio de venteo, convenientemente, en el tubo exterior, para asegurar que el espacio entre el fuelle y el tubo exterior esté siempre expuesto a la presión atmosférica completa. Los mismos agujeros pueden estar hechos también lo suficientemente pequeños para que el usuario experimente cierto retardo en el tiempo de respuesta del mecanismo cuando se active y desactive. Esta adaptación también puede amortiguar cualquier oscilación que pueda ocurrir cuando se use. Otras adaptaciones especiales también pueden ser apropiadas, tal como formar una o más superficies de sellado, perfiladas, entre los tubos interior y exterior. También, en ciertos casos el fuelle está provisto ventajosamente de uno o más agujeros de paso más pequeños, a fin de drenar liquido de la zona entre el tubo exterior y el fuelle. Otro detalle importante del dispositivo es el de la entrada de aire, que puede reemplazar el volumen de liquido consumido de los recipientes, y que permite que el recipiente mantenga su forma física (envases de cartón, botellas y recipientes rígidos similares) . El retardo de tiempo mencionado previamente, para la activación y desactivación, puede permitir que el aire entre al recipiente, asegurando por ello que el recipiente mantenga su forma. Otro método consiste en proporcionar una o más válvulas de paso único para aire, hacia el exterior de la parte del tubo exterior colocada sobre el interior del recipiente. Por ejemplo, una o más de las lengüetas que aseguran el dispositivo para que no se afloje cuando se use, se cortan en una manera que les permita funcionar como válvulas de paso único. Alternativamente, el extremo puntiagudo del tubo exterior puede estar hecho como una válvula de paso único, que abra solamente hacia el lado del recipiente que presenta sobrepresión. Estas adaptaciones se explicarán con detalle en los siguientes dibujos. Un mecanismo de fijación mejorado para prevenir que el popote para beber/espita para beber, se afloje cuando se use o cuando sea expuesto a sobrepresion en el recipiente, se consigue proporcionando al tubo exterior un reborde de retención que asegure la aplicación correcta del popote para beber/espita para beber, mediante una o más lengüetas asociadas . También es posible fabricar el tubo exterior como una parte de una tapa, o proveer al tubo exterior con roscas u otros mecanismos de fijación, por los cuales pueda aplicarse a botellas o recipientes similares que tengan conectores estandarizados o especiales. Cuando se usen válvulas deformables también es posible encerrar el tubo interior, o partes del mismo, dentro del mismo recipiente para beber, por ejemplo como parte de una bolsa (ver la figura 15) , o dentro de una bolsa separada o envoltura rígida en donde los extremos del tubo interior sean de una extensión tal que puedan ser usados como un popote para beber (ver las figuras 16a, 16b) . Durante la producción en masa los popotes para beber/espitas para beber, pueden ser empacados, manipulados y aplicados, en la misma forma que para los popotes para beber/espitas para beber, existentes. En lo siguiente se describen varios ejemplos no limitativos de modalidades preferidas, que se visualizan en los dibujos adjuntos, en donde: La figura 1 muestra una modalidad preferida del dispositivo de conformidad con la invención, en donde el dispositivo tiene un popote para beber dispuesto en el mismo; La figura 2 muestra una sección de un dispositivo de sujeción y detalles del mismo dispositivo; La figura 3a muestra una sección de una válvula preferida colocada en su posición cerrada; La figura 3b muestra la misma válvula colocada en su posición abierta; La figura 4 muestra otra modalidad del dispositivo de conformidad con la invención; Las figuras 5, 6, 7 y 8 muestran diferentes modalidades del fuelle incorporado en el dispositivo; Las figuras 9a, 9b, 10a, 10b, lia, 11b, 12a y 12b muestran diferentes modalidades de la válvula incorporada en el dispositivo; Las figuras 13 y 14 muestran un dibujo en principio esquemático del método y funcionamiento del dispositivo; Las figuras 15, 16a y 16b muestran una modalidad alternativa del tubo exterior del dispositivo; y Las figuras 17a y 17b muestran una modalidad adicional del tubo exterior del dispositivo. La figura 1 muestra una modalidad preferida, en la que un tubo exterior 1 está provisto de un tubo interior 29. El tubo 29 está formado parcialmente como un fuelle 4 que tiene un patrón helicoidal 33. Mediante el fuelle 4 el tubo 29 puede contraerse longitudinalmente con la presión P2 sobre el interior 22 del tubo 29 que se 'vuelve menor que la presión Pl sobre el exterior 13 del tubo 29. En su extremo inferior B el tubo 29 termina como una cabeza de válvula 26, véase la figura 3a. Debido a su forma la cabeza de válvula 26 funciona, entre otras cosas, como un sello contra el interior 21 del tubo 1, pero también como una válvula 70 junto con los orificios de válvla 36a, 36b. En su posición cerrada la válvula 70 será sellada, inclusive si la presión P3 del líquido dentro de un recipiente para beber asociado, excede la presión atmosférica Pl. Cuando se ensambla el tubo exterior 1 y su tubo interior 29, una ranura de conexión 38 en el extremo superior A del tubo 29 se acoplará a una ranura de forma complementaria 37 del tubo exterior 1. Por lo tanto el tubo 29 se une sellado a presión al interior del tubo exterior 1. Las ranuras 37, 38 posiblemente pueden formarse a través del calentamiento subsecuente para empalmar las partes con untamente en una posición mutuamente fija. En el extremo inferior del tubo exterior 1 el tubo 1 es apretado conjuntamente en un punto estrecho y rígido 35 para perforar un recipiente para beber. El tubo exterior 1 está provisto también de un anillo 39, el propósito del cual es estabilizar la extensión de los pliegues que resulten de apretar conjuntamente el extremo 35. Además, el dispositivo está provisto de un resalto de retención 31 y cuatro lengüetas 32a, 32b, 32c, 32d que aseguren la correcta aplicación, y que prevengan que el dispositivo sea forzado hacia afuera del recipiente cuando sea sometido a una sobrepresión. En una de las lengüetas 32a, 32b, 32c, 32d se ha cortado una hendidura 2 que forma un mecanismo de entrada de aire, de paso único y continuo, hacia el recipiente para beber 61. El tubo exterior 1 está provisto de un orificio de venteo 20. que suministra presión atmosférica Pl a través de la hendidura 2 hacia el exterior 13 del tubo 29 y hacia el interior del recipiente para beber 61. De otra manera, el tubo exterior 1 está formado con una punta flexible 30, que permite que una porción longitudinal 5 del tubo exterior 1 sea plegada en paralelo a la longitud restante del tubo exterior cuando se empaque . La figura 2 muestra una sección del dispositivo mostrado en la figura 1, después de ser insertado dentro de un recipiente para beber 61. La figura 3a muestra una sección de un dispositivo similar al de la figura 1, pero que tiene una porción de válvula 70, en la que la cabeza de válvula 26 está provista de los empaques 41a, 41b y 41c que mantienen el sellado apropiado entre la cabeza de válvula 26, el tubo exterior 1 y la zona de presión Pl entre el tubo exterior 1 y el tubo interior 29. La figura 3b muestra la misma válvula que la de la figura 3a, pero en la posición abierta. La figura 4 muestra otra modalidad del dispositivo, en la que únicamente el extremo inferior del tubo exterior 1 está insertado dentro del recipiente 61, 'y en la que el tubo exterior 1 está formado entonces como una espita para beber. El fuelle 4 es más corto, y la porción de válvula 70 ha sido movida más cerca del anillo de retención 31 y de las lengüetas 32a, 32b, 32c, 32d. Por lo demás, la válvula es de la misma configuración que la de la figura 3. La figura 5 muestra un fuelle helicoidal 4 que tiene inicialmente una forma ovalada 71 cuando se observa en sección transversal. Cuando la presión en el interior 22 disminuye con relación a la presión en el exterior 13 , la forma ovalada 71 es comprimida, cambiando por ello la forma, longitud y ángulo de torsión del fuelle 4 debido a su patrón 33. La figura 6 muestra otro fuelle helicoidal 4 que tiene, cuando se observa en sección transversal, dos formas esféricas 72a y 72b, en donde estas forman la base del patrón 33. La figura 7 muestra otro fuelle helicoidal 4 que tiene, cuando se observa en sección transversal, una forma circular 73 _interrumpida por dos ranuras en V situadas diametralmente 75a, 75b que se extienden hacia dentro en el tubo 77. La figura 8 muestra otro fuelle helicoidal 4 que tiene, cuando se observa en sección transversal, una forma circular 73 interrumpida por dos ranuras en V situadas diametralmente 76a, 76b que se extienden hacia fuera desde el tubo 77. La figura 9a muestra una sección del dispositivo mostrado en la figura 1, pero provista de otro tipo de válvula 70'. Esta válvula deformable 70' funciona en respuesta a las tiras preconformadas 44a, 44b, 44c, 44d que están plegadas y fruncidas conjuntamente durante la producción, y luego inmovilizando la hendidura 46 en la hendidura opuesta 45 de la tapa exterior. Aqui, las ranuras 45 y 46 están hechas ligeramente onduladas para evitar la rotación relativa entre las ranuras del tubo exterior 1 y las del tubo interior 29. Tanto la rotación como la contracción del fuelle 4 contribuyen a abrir la válvula 70'. -Cuando desaparece la subpresión, la rigidez del fuelle 4 asegurará que la válvula 701 gire en la dirección opuesta y sea forzada nuevamente a su posición cerrada. La flecha indica la dirección del flujo. La figura 9b muestra el mismo dispositivo que el de la figura 9a, pero aquí en la posición cerrada. En forma similar a la figura 9, la figura 10a muestra una válvula deformable, pero en donde únicamente el movimiento vertical del fuelle 4 se usa para abrir las zonas comprimidas 80a y 80b cuando el usuario suministra una subpresión al fuelle 4. La parte inferior del tubo interior 29 está soldada, fusionada o adherida con adhesivo a un tubo exterior 1 en las superficies 45' y 46' . La figura 10b muestra el dispositivo de la figura 10a, pero aqui'en el estado abierto. La flecha indica la dirección del flujo descendente. La figura lia muestra una sección del dispositivo de la figura 1,. pero provisto de otro tipo de válvula. Aguí, tanto el acortamiento longitudinal como la rotación causada por un fuelle helicoidal 4 se usan para conseguir una apertura total empleando la fuerza de succión más baja posible suministrada por el usuario. El extremo 47 de la cabeza de válvula 26 ha sido cortado oblicuamente, de manera tal que una rotación causará un incremento substancial en la apertura en comparación con una válvula que emplee únicamente el movimiento vertical de la cabeza de válvula 26. La figura 11b muestra el dispositivo de la figura lia, pero ahora en el estado abierto. La flecha indica la dirección del flujo. La figura 12a muestra una sección del dispositivo de la figura 1, pero provisto de otro tipo de válvula. Aquí la cabeza de válvula 26 es de un diámetro reducido para alojar una contraparte de válvula 50 empalmada, que tiene canales de paso 51 para permitir el flujo de líquido hacia delante de la cabeza de válvula 26. También, la contraparte de válvula 50 está provista de una superficie selladora 52 que sella contra la cabeza de válvula 26. Las ranuras 55 y 56 inmovilizan la parte de válvula 50 en su lugar en el tubo exterior 1. La figura 12b muestra el dispositivo de la figura 12a, pero aquí en el estado abierto. Las flechas indican el flujo descendente del líquido. La figura 13 muestra un dibujo de principio, de conformidad con el método, en donde la diferencia de presiones entre el exterior 13 del fuelle (presión atmosférica, Pl) y el interior 22 del fuelle (subpresión proveniente de la fuerza de succión, P2) causa un movimiento con relación al tubo exterior 1. El movimiento se usa para abrir la válvula 70 que de otra manera permanecería cerrada, inclusive con la sobrepresión P3 en el recipiente asociado 51. Entre otras situaciones, la sobrepresión P3 puede surgir cuando el usuario apriete el recipiente para beber 61, o si el recipiente para beber 61 se deja en una posición horizontal que tenga un nivel de líquido localizado por arriba del nivel del dispositivo.
La figura 14 muestra una sección de la figura 13 en donde la válvula 70 se encuentra en su estado abierto. La figura 15 muestra otra modalidad del dispositivo de la presente. Aquí, el recipiente para beber 61 es una bolsa. El tipo de válvula usado en el ejemplo se asemeja substancialmente a la válvula de las figuras 10a y 10b. El fuelle 4 es formado a vacío a partir del tubo 95, el cual se fija a la bolsa mediante soldadura o adhesivo en -las superficies 94a y 94b. La parte restante de la bolsa está soldada o adherida con adhesivo a lo largo del borde 93. La membrana 4 y la válvula 70' están encerradas en la misma manera dentro de una porción separada del recipiente 61. El dispositivo está provisto de un orificio de venteo 20 que dirige el aire hacia el fuelle 4,. proporcionando por ello presión atmosférica al exterior 13 del fuelle . Para proteger la parte superior del tubo interior 29 integrado contra la suciedad y bacterias, la bolsa 61 está provista de una parte protectora 92 que se jala antes de usarse. La figura 16a muestra una modalidad alternativa de la invención, en la que el tubo exterior 1 está compuesto de delgadas películas plásticas que son formadas a vacío y luego soldadas o adheridas con adhesivo firmemente, de manera conjunta, a lo largo de toda la superficie 93 y al tubo 29 en las superficies 94a y 94b. La envoltura encierra, fija y protege el fuelle 4 y la válvula 701. El tubo 29 termina en un borde cortado oblicuamente 96 para facilitar la inserción del tubo interior 29 en un recipiente para beber 61. Aquí, la válvula deformable 70' se muestra en su estado cerrado. La figura 16b muestra la modalidad de la figura 16a, pero aquí en el estado abierto. Las flechas indican la dirección del flujo del líquido. La figura 17a muestra otra modalidad alternativa del dispositivo de conformidad con la invención, en el que el tubo exterior 1 está formado como una tapa. El fuelle 4 y el asiento de válvula 53 son de un tipo correspondiente y proporcionan la misma función que el dispositivo mostrado en las figuras 12a y 12b. Para asegurar un suministro de aire eficiente al recipiente 61, la tapa 1 está provista de un dispositivo que permite la entrada continua de aire, y que consiste de una o más ranuras 100a, 100b y un empaque 101 que tiene un orificio circular interior 104 que proporciona un sello contra la superficie circular 102 cuando la presión en el interior 106 del empaque es igual o mayor que la presión en' el exterior 105 del empaque. El empaque 101 funciona también como un empaque común para producir un sello entre la tapa 1 y el recipiente 61. Cuando la presión del recipiente 61 (que actúa también sobre la superficie interior 106 del empaque) llega a ser menor que la presión atmosférica (que actúa también sobre la superficie exterior 105 del empaque) , el empaque 101 se flexionará hacia abajo, causando que las superficies 102 y 104 no produzcan un sello una contra la otra. El aire ' mbiental será admitido después hacia el recipiente 61 mientras el usuario consuma el contenido, obviando por ello un paro en el consumo para dejar que el aire entre al recipiente 61. Las flechas muestran la dirección del flujo del líquido y la admisión de aire a través de la ranura 100a. La figura 17b muestra el dispositivo de la figura 17a, pero vista desde arriba.