PT1353591E - Dispositivo para injectar água num aparelho para preparar uma bebida a partir de uma cápsula. - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO PARA INJECTAR ÁGUA NUM APARELHO PARA PREPARAR UMA BEBIDA A PARTIR DE UMA CÁPSULA" A presente invenção refere-se a um dispositivo para injectar água sob pressão num aparelho para preparar uma bebida a partir de uma cápsula contendo o produto a extrair, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. Um aparelho deste tipo é conhecido a partir do documento US 4389925A.

Conhecem-se, desde há um determinado número de anos, máquinas de café ditas "expresso" que utilizam cápsulas contendo doses de café moido para a preparação de café.

Nestes aparelhos, um liquido é introduzido sob pressão no interior da cápsula situada num compartimento do aparelho por intermédio de um porta-cápsulas, e o café líquido é recolhido à saída do porta-cápsulas.

Estas máquinas de café comportam, de um modo geral, uma bomba para transportar a água, um sistema de aquecimento para aquecer a água e um dispositivo para injectar água para a cápsula.

Em utilização, coloca-se uma cápsula num porta-cápsulas com manipulo e encaixa-se o porta-cápsulas na máquina de café graças a um sistema de baioneta efectuando um movimento de rotação do 1 manipulo, de modo a colocar a cápsula num compartimento da máquina.

Durante esta operação de encaixe, a parte superior da cápsula é perfurada por um bico de injecção saliente, e o fundo do cartucho é perfurado por elementos salientes situados no fundo do porta-cápsulas na altura da pressurização.

Em seguida, a água é injectada sob pressão na cápsula pelo dispositivo de injecção e o café extraído é recolhido por uma chávena colocada sob o porta-cápsulas.

Neste tipo de máquina de café, a pressão de água quente que sai do bico de injecção pode atingir 16 bars, pelo que é necessário que o encaixe do porta-cápsulas na máquina do café seja perfeitamente estanque através do sistema de baioneta, o que impõe um esforço importante sobre o manipulo do porta-cápsulas na altura em que é apertado com o movimento de rotação.

Este esforço sobre o manipulo dá origem, de um modo geral, a uma rotação de toda a máquina, pelo que é necessário manter a máquina do café no lugar com a mão livre. Além disso, este tipo de sistema presta-se mal a uma automatização de um procedimento de carregamento e ejecção das cápsulas.

Além disso, este encaixe pode ser de difícil execução para as pessoas com menos força ou apresentando uma deficiência ao nível da mão. A presente invenção visa remediar estes inconvenientes, proporcionando um dispositivo de injecção de água em que o encaixe do porta-cápsulas na máquina de café deixa de ser 2 efectuado por rotação manual do manipulo do porta-cápsulas. Este objectivo é obtido pelo aparelho de acordo com a reivindicação 1.

Este aparelho compreende um dispositivo de injecção de água comportando uma cabeça de injecção ligada a uma conduta de alimentação de água, um sistema hidráulico para fazer deslocar a cabeça de injecção na direcção de um porta-cápsulas posicionado sob a cabeça de injecção, estando o sistema hidráulico ligado a uma conduta de água de pistão interligada, através de uma válvula de controlo de encaixe, a uma bomba, a qual alimenta, igualmente, a cabeça de injecção. A conduta de água de alimentação está ligada à cabeça de injecção e está, de um modo vantajoso, interligada com a bomba através de uma válvula calibrada para funcionar a uma determinada pressão, por exemplo, na vizinhança dos 4 bar. A conduta de alimentação de água pode ser conectada a uma conduta de purga através de uma válvula de purga para permitir a libertação da pressão na cabeça de injecção no fim do ciclo de extracção de uma bebida. A válvula de controlo de encaixe compreende, de um modo vantajoso, uma posição na qual a conduta de água está ligada a uma conduta de retorno para permitir a perda de pressão e a evacuação da água no sistema hidráulico.

De acordo com a reivindicação 1, o sistema hidráulico comporta um corpo e um pistão munido com uma junta circular circundando um espaço estanque ligado à conduta de água de pistão, tendo o pistão e a junta uma forma e dimensões tais que, 3 quando o pistão assume uma posição enviesada no corpo, dá origem a uma perda de estanquicidade e, por conseguinte, a uma perda de pressão no sistema hidráulico. A cabeça de injecção comporta múltiplas pontas de perfuração e de injecção repartidas sobre uma superfície interior para injectar água na cápsula na forma de um duche. A cabeça de injecção tem uma forma geral de um disco tendo um diâmetro de modo a que possa ser montada de modo deslizante no corpo do sistema hidráulico até se encostar ao pistão, sendo a folga radial entre a cabeça de injecção e o corpo de tal forma que a cabeça de injecção pode inclinar-se com um ângulo suficiente para permitir uma perda de estanquicidade do pistão. A placa da cabeça de injecção pode estar munida com uma passagem que se estende entre uma parte de conexão para conectar a conduta de alimentação com um espaço por cima de uma placa com múltiplas pontas munida com pontas de perfuração e injecção, para a sua alimentação com água de injecção. A cabeça de injecção comporta meios de fixação aos quais se fixam molas de tracção fixadas, pela outra extremidade, a uma armação de suporte do dispositivo de injecção de água para fazer regressar o pistão e a cabeça de injecção para a sua posição de repouso.

Outras características, objectivos e vantagens da invenção surgirão de um modo mais claro a partir da descrição que se segue de um exemplo de realização, indicado a titulo não limitativo e ilustrado pelos desenhos em anexo, nos quais: 4 a Fig. 1 representa uma vista esquemática de um aparelho de acordo com a presente invenção na posição de repouso; a Fig. 2 representa uma vista esquemática do aparelho no inicio do ciclo de funcionamento; a Fig. 3 representa uma vista esquemática do aparelho durante a fase de injecção de água e de extracção do conteúdo da cápsula para fazer uma bebida; a Fig. 4 representa uma vista esquemática durante a fase de purga da cabeça de injecção; a Fig. 5 representa uma vista em perspectiva de um dispositivo de injecção de água de acordo com a presente invenção; a Fig. 6 representa uma vista em corte transversal do dispositivo de injecção de água representado na Fig. 5; a Fig. 7 representa uma vista explodida do dispositivo de injecção de água representado na Fig. 1; a Fig. 8 representa uma vista pormenorizada do duche dinâmico do dispositivo de injecção de água representado nas Figs. 5 a 7; a Fig. 9 representa uma vista em corte transversal do duche dinâmico representado na Fig. 8; a Fig. 10 representa uma vista esquemática do dispositivo de injecção de água e de um porta-cápsulas posicionado sob 5 o dispositivo, que ilustra uma função de segurança do aparelho.

No que se refere à Fig. 1, um aparelho para preparar uma bebida 1 a partir de uma cápsula 2 compreende um dispositivo 3 de injecção de água, um porta-cápsulas 4 para alojar a cápsula e a conduzir a uma posição situada por baixo do dispositivo de injecção de água, uma bomba 5 de alimentação de água, uma fonte 6 de água, tal como um recipiente de água, uma caldeira 7 e um recipiente 8 de recuperação posicionado sob o dispositivo 3 de injecção de água do porta-cápsulas 4. 0 dispositivo 3 de injecção está interligado por uma conduta 9 de alimentação à bomba 5. A conduta 9 de alimentação atravessa a caldeira 7 e uma válvula 10 que está calibrada para funcionar a uma determinada pressão, por exemplo na vizinhança dos 4 bar, pelo que a alimentação da cabeça 3 de injecção pela água de injecção se efectua apenas quando um determinado limiar de pressão no sistema de alimentação é atingido. A cabeça 3 de injecção está ligada, além disso, à bomba 5 por uma conduta 11 de água de pistão através de uma válvula 12 de controlo de encaixe, por exemplo uma electroválvula, que permite interligar a conduta 11 de pistão à conduta 23 de saída da bomba 5 ou, numa segunda posição, a uma conduta 13 de retorno para o recipiente 6 de água. A bomba 5 está interligada ao recipiente 6 de água por uma conduta 14 de alimentação de água através de um medidor 15 de caudal que permite comandar, automaticamente, o volume de água a injectar para preparar uma bebida.

A jusante da válvula 10 calibrada, a conduta 9 de alimentação de água de injecção está conectada a uma conduta 16 de purga que se estende até ao recipiente 8 de recuperação. A 6 conduta 16 de purga atravessa uma válvula 17 de purga da água de injecção, sendo a válvula 17, por exemplo, uma electroválvula de duas posições, uma posição de abertura e uma posição de fecho. 0 dispositivo 3 de injecção de água comporta uma cabeça 18 de injecção amovível e um sistema hidráulico para fazer deslocar a cabeça de injecção na direcção da cápsula 2. Na forma de execução ilustrada, o sistema hidráulico comporta um pistão 19 deslizante num corpo 20 do dispositivo de injecção. O pistão 19 está munido com uma junta 21 de modo a circundar de modo estanque um espaço 22 entre o pistão e o corpo para a injecção de água pela conduta 11 de água de pistão para dar origem ao deslocamento do pistão 19. A cabeça 18 de injecção está apoiada no pistão 19 e é, por conseguinte, impelida pelo pistão quando se desloca na direcção da cápsula.

Com o auxílio das Figuras 1 a 4, ir-se-á descrever, agora, as operações que o aparelho efectua para preparar uma bebida. A Fig. 1 mostra a posição de repouso na qual a válvula 12 de controlo de encaixe está numa primeira posição na qual a conduta 11 de água de pistão ligada ao dispositivo 3 de injecção de água está ligada à conduta 13 de retorno, pelo que a pressão no espaço 22 do sistema hidráulico está à pressão atmosférica. A cabeça 18 de injecção e o pistão 19 estão numa posição elevada, mantida, por exemplo, por molas, sendo os pormenores da construção descritos posteriormente.

Na posição de repouso de acordo com a Fig. 1, a válvula de purga do dispositivo de injecção está numa primeira posição na qual a conduta 9 de alimentação de água de injecção está ligada ao recipiente 8 de recuperação por meio da conduta 16. 7

Para iniciar o ciclo de preparação de uma bebida, a válvula de controlo de encaixe é deslocada para a sua segunda posição, tal como ilustrado na Fig. 2, pelo que a conduta 11 de água de pistão fica ligada à conduta 23 de saída da bomba 5. Além disso, a válvula 17 de purga de injecção é deslocada para a sua primeira posição de modo a que a conduta 16 de purga deixe de estar ligada à conduta 9 de alimentação. A pressão de água de alimentação fornecida pela bomba desloca o pistão 19, bem como a cabeça de injecção, na direcção da cápsula até que a cabeça de injecção se encoste à periferia da cobertura da cápsula aplicada ao rebordo superior do porta-cápsulas, tal como mostrado na Fig. 3. Nesta posição, as pontas 24 de perfuração e de injecção terão perfurado a cobertura da cápsula. 0 deslocamento do pistão e da cabeça de injecção é desse modo bloqueado, e faz aumentar a pressão na conduta 9 de alimentação até que o limiar de pressão da válvula 10 calibrada seja atingido, pelo que a água alimenta a cabeça de injecção e é injectada na cápsula por meio de orifícios nas pontas 24 de perfuração e de injecção. Obviamente, durante esse ciclo, a caldeira está em funcionamento para aquecer a água a injectar, se for caso disso.

Existem, de um modo preferido, múltiplas pontas 24 de perfuração e de injecção repartidas sobre a superfície da cabeça de injecção de modo a que a água seja injectada sob pressão na forma de um duche, repartido sobre a superfície superior da cápsula, de modo a molhar, com mais uniformidade, o café ou outra substância para preparar bebidas, tais como o chá ou o caldo, antes de tornar a sair pelas perfurações formadas no fundo da cápsula. O fundo do porta-cartuchos está munido com pontas 25 de perfuração e extracção para perfurar a cápsula 8 quando uma determinada pressão é atingida. Durante o ciclo de injecção, a pressão é mantida sobre o pistão 19 para assegurar a estanquicidade da cabeça de injecção encostada ao rebordo superior do porta-cápsulas para assegurar a estanquicidade no interior do porta-cápsulas durante a injecção de água e do vapor.

Devido à válvula calibrada, a pressão de aplicação da cabeça de injecção contra o porta-cápsulas é assegurada por uma pressão mínima bem definida, de modo a garantir uma estanquicidade boa e fiável.

Por outro lado, considerando que só existe uma bomba para alimentar, paralelamente, o pistão e a água a injectar na cápsula, a pressão sobre o pistão é, em qualquer caso, sempre mais elevada que a pressão na cápsula de modo a assegurar a estanquicidade do sistema, independentemente das variações de pressão, ou seja, a força de aplicação da cabeça de injecção contra o porta-cápsulas seria sempre mais elevada que a força resultante da pressão na cápsula sobre a cabeça de injecção.

Além disso, o sistema é pouco complicado e não necessita de bomba ou de meio gerador de pressão suplementar para fazer deslocar a cabeça de injecção.

Após a quantidade de líquido pretendida para a preparação da bebida ter sido debitada, a seguir ao controlo do medidor de caudal, a bomba 5 de alimentação é parada e a válvula 17 de purga da cabeça de injecção é deslocada sobre a sua primeira posição para que a pressão na cápsula 2 e na cabeça 18 de injecção seja libertada, podendo um resto de água quente 9 regressar através da válvula de purga para se escoar para o recipiente 8 de recuperação.

Logo após a operação de purga da cabeça de injecção, a válvula 12 de controlo de encaixe é deslocada para a sua primeira posição para permitir o regresso da água no espaço 22 do pistão para o recipiente 6 de água.

Uma vantagem deste sistema consiste no facto da água utilizada para fazer deslocar o pistão ser água fria, pelo que não qualquer retorno de água quente para o recipiente, o que seria desvantajoso pelo facto de facilitar a proliferação de bactérias. Esta última etapa termina, por conseguinte, na posição de repouso, tal como mostrado na Fig. 1.

No que se refere às Figuras 5, 6 e 7, o dispositivo 3 de injecção de água compreende: uma armação de suporte formada por uma placa 27 de base, uma parede 28 intermédia, que pode, por exemplo, fazer parte da caixa do aparelho, e uma placa 29 superior, estando as placas e a parede fixadas entre si, mas sendo mantidas afastadas umas das outras por meios 31 de separação e de fixação, por exemplo sob a forma de pilares 32 fixados às placas por parafusos e porcas 33; um sistema 30 hidráulico fixado sob a placa 29 superior; e a cabeça 18 de injecção. A placa 27 inferior comporta um meio 34 guia sob a forma de um entalhe, que se estende desde a sua orla até ao seu centro, previsto para facilitar a colocação e a orientação correcta de um porta-cápsulas sob a cabeça 18 de injecção. O porta-cápsulas compreende um meio guia complementar, por exemplo, sob a forma 10 de uma protuberância 35 sob a face 36 inferior do lado próximo da pega 37 (ver Fig. 10). O sistema hidráulico comporta o corpo 20 que alberga na sua parte interior oca o pistão 19 e a cabeça 18 de injecção deslizantes. O corpo 20 comporta uma parte 38 cilíndrica, oca, e uma parte 39 de cobertura, comportando esta parte de cobertura um meio 40 de conexão à conduta de água de pistão 19. Neste exemplo, o meio de conexão comporta uma parte saliente assente num furo que atravessa a placa superior e munida com um orifício 41 de modo a criar uma passagem para a injecção de água de pistão no espaço estanque formado pelo corpo 20 e o pistão 19. A parte 39 cilíndrica do corpo 20 comporta três entalhes 42 alongados, repartidos simetricamente, e estendendo-se a partir da sua margem 43 livre inferior ao longo de uma determinada distância na direcção da parte 39 de cobertura. O pistão 19 comporta uma placa espessa em forma de disco e uma junta 21 circular tendo uma secção transversal com uma forma essencialmente em V. A junta está assente numa ranhura 44 sob a forma de um degrau na periferia superior da placa. A junta 21 permite que haja um contacto estanque entre a parede interior da parte cilíndrica do corpo 20 e o pistão 19, desde que o pistão não esteja enviesado. No entanto, a estanquicidade deixa de existir quando o pistão se inclina com um determinado ângulo relativamente à sua posição em funcionamento normal, tal como mostrado na Fig. 10. Esta vertente da invenção tem a vantagem de melhorar a segurança do 11 aparelho, dado que um objecto enfiado entre o rebordo superior do porta-cápsulas 4 e a cabeça 18 de injecção inclina o pistão fazendo, assim, com que haja perda de estanquicidade e, por conseguinte, de pressão no sistema hidráulico, pelo que a força de descida do pistão torna-se muito fraca. A cabeça 18 de injecção, representada de modo pormenorizado nas Figs. 8 e 9, comporta uma placa 45 em forma de disco, comportando um rebordo 46 anelar superior que sobressai no sentido ascendente, e um rebordo 47 anelar inferior que sobressai no sentido descendente. 0 diâmetro da placa 45 relativamente ao diâmetro da placa 38 cilíndrica oca do corpo 20 é dimensionado de modo a criar uma folga suficiente para permitir a inclinação da cabeça de injecção, e, consequentemente, do pistão 19, com um ângulo suficiente para assegurar a perda de estanquicidade tendo em conta as características da junta.

- A cabeça 18 de injecção comporta, além disso, três hastes 48 que se estendem numa direcção radial desde a superfície cilíndrica 49 exterior da placa, tendo cada uma dessas hastes uma posição e dimensão adaptadas para se estender através de um entalhe 42 respectivo do corpo 20, depois da inserção da cabeça de injecção na parte cilíndrica oca do corpo. Estas hastes servem como meios de fixação para molas 50 de tracçâo fixadas do outro lado da placa superior para fazer regressar o pistão 19 à sua posição elevada depois do ciclo de purga do duche e durante a posição de repouso do aparelho. Uma placa 51 de duche com múltiplas pontas é imobilizada de modo estanque contra a superfície 52 interior do rebordo 47 inferior, de modo a formar um espaço 53 de distribuição de água de injecção entre a placa de duche e a parte central da placa da cabeça de injecção. A 12 placa 45 da cabeça de injecção está munida com uma passagem 54 munida com uma conexão 55 destinada a ser conectada com a conduta 9 de alimentação do aparelho, desembocando a passagem 54 no espaço 53 para a injecção de água. A água fornecida ao espaço 53 é injectada na cápsula através de orifícios 56 que atravessam as pontas 24 de perfuração. 0 dispositivo de injecção de água está, igualmente, munido com um detector 57 de presença que detecta, ou não, a presença do porta-cápsulas 4 na sua posição correcta sob a cabeça de injecção. 0 arranque do ciclo de injecção de água e de extracção da bebida é bloqueado enquanto o porta-cápsulas não estiver numa posição bem definida relativamente ao detector 57, ou seja, na sua posição correcta sob a cabeça de injecção, principalmente por razões de segurança. A fim de ter um sistema fiável que detecte apenas um porta-cápsulas e não outro objecto qualquer, o porta-cápsulas está munido com um íman 58 colocado no lado oposto da pega 37, que se insere num entalhe 59 complementar do detector 57 de presença na posição de funcionamento. 0 detector 57 de presença é, neste exemplo, um detector de campo magnético. Outros objectos não magnéticos ou não tendo a forma apropriada não são detectados pelo detector 57, de modo a assegurar um elevado nível de segurança. 0 aparelho de acordo com a invenção permitiria, facilmente, automatizar o carregamento e a ejecção de cápsula por meio de mecanismos relativamente simples, dado que não é necessário ter um mecanismo que encaixe o porta-cápsulas no dispositivo de injecção com um grande aperto, mas que, simplesmente, coloque o porta-cápsulas sob o dispositivo de injecção. Para um sistema de 13 carregamento de porta-cápsulas manual, tal como representado nas figuras, o simples posicionamento do porta-cápsulas sob a cabeça de injecção permite fabricar porta-cápsulas ligeiros com materiais pouco dispendiosos, tais como matérias plásticas, o que também permite produzir vários porta-cápsulas, cada um para uma bebida diferente, de modo a não alterar o gosto de uma bebida pelo gosto de uma outra. 0 aparelho de acordo com a invenção tem também a vantagem de ter um sistema hidráulico simples, só necessitando de uma bomba.

Lisboa, 18 de Maio de 2007 14

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho para preparar uma bebida a partir de uma cápsula contendo o produto a extrair, comportando o aparelho um dispositivo (3) de injecção de água compreendendo uma cabeça (18) de injecção ligada a uma conduta (9) de alimentação de água, e um sistema hidráulico para fazer deslocar a cabeça de injecção na direcção de um porta-cápsulas (4) posicionado sob a cabeça de injecção, estando o sistema hidráulico ligado a uma conduta (11) de água de pistão interligada, através de uma válvula (12) de controlo de encaixe, a uma bomba (5), a qual alimenta, igualmente, a cabeça de injecção, caracterizado por o dispositivo (3) de injecção de água comportar um corpo (20) e um pistão (19) munido com uma junta (21) circular circundando um espaço (22) estanque, tendo o pistão (19) e a junta (21) uma forma e dimensões tais que o pistão pode assumir uma posição enviesada no corpo (20) para dar origem a uma perda de estanquicidade e uma perda de pressão no sistema hidráulico.
2. 2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a conduta de água de alimentação ligada à cabeça (18) de injecção estar interligada com a bomba (5) através de uma válvula (10) calibrada para funcionar a uma determinada pressão.
3. 3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a válvula (10) estar calibrada para funcionar com uma pressão na vizinhança dos 4 bars. 1
4. 4. Aparelho de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a conduta (9) de alimentação de água estar conectada a uma conduta (16) de purga através de uma válvula (17) de purga para permitir a libertação de pressão na cabeça de injecção no fim do ciclo de extracção de uma bebida.
5. 5. Aparelho de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a válvula (12) de controlo de encaixe, colocada entre o sistema hidráulico e a bomba, compreender uma posição para a conduta (11) de água de pistão, ligada a uma conduta (13) de retorno, para permitir a perda de pressão e a evacuação da água no sistema hidráulico.
6. 6. Aparelho de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a cabeça (18) de injecção comportar múltiplas pontas de perfuração e de injecção repartidas sobre uma superfície interior para injectar água na cápsula na forma de um duche.
7. 7. Aparelho de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a cabeça de injecção ter uma forma genérica de um disco tendo um diâmetro tal que possa ser montada de modo deslizante no corpo (20) do sistema hidráulico até se encostar ao pistão (19).
8. 8. Aparelho de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a folga radial entre a cabeça (18) de injecção e o corpo (20) ser tal que a cabeça de injecção pode inclinar-se com um ângulo suficiente para permitir uma perda de estanquicidade do pistão (19) encostado contra a cabeça de injecção. 2
9. 9. Aparelho de acordo com uma das três reivindicações anteriores, caracterizado por a placa da cabeça de injecção estar munida com uma passagem (54) que se estende entre uma parte (55) de conexão para conectar a conduta (9) de alimentação com um espaço (53) por cima de uma placa (51) com múltiplas pontas munida com pontas (24) de perfuração e injecção.
10. 10. Aparelho de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a cabeça (18) de injecção comportar meios (47) de fixação nos quais são fixadas molas de tracção fixas ao outro lado de uma armação de suporte do dispositivo de injecção de água para fazer regressar o pistão (19) da cabeça (18) de injecção para a sua posição de repouso. Lisboa, 18 de Maio de 2007 3