GOERING, Alain (Office Mediterraneen de Brevets, d'Invention et de MarquesCabinet Hautier-20 Rue De La Liberte, Nice, F-06000, FR)
BLANC, Jean-Pierre (Office Mediterraneen de Brevets, d'Invention et de MarquesCabinet Hautier-20 Rue De La Liberte, Nice, F-06000, FR)
GOERING, Alain (Office Mediterraneen de Brevets, d'Invention et de MarquesCabinet Hautier-20 Rue De La Liberte, Nice, F-06000, FR)
| REVENDICATIONS 1 . Dispositif pour l'infusion d'une substance à infuser, comportant une chambre d'infusion (1 ) destinée à recevoir la substance à infuser, la chambre d'infusion (1 ) présentant deux parties agencées pour être mutuellement éloignées pour ouvrir la chambre d'infusion (1 ) ou rapprochées pour fermer la chambre d'infusion (1 ) grâce à des moyens de déplacement comprenant un vérin doté d'un piston (7) mobile relativement à un corps de vérin (6) et configuré pour entraîner une première des deux parties, caractérisé en ce que le corps de vérin (6) comporte une chambre intérieure (17), un organe d'emmanchement (14) faisant saillie dans la chambre intérieure (17) et : - une surface de guidage périphérique (21 ) coopérant avec une surface guidée périphérique (20) du piston (7), - une surface de guidage intérieure (19) formée sur l'organe d'emmanchement (14) et coopérant avec une surface guidée intérieure (18) du piston (7), et caractérisé en outre en ce que la surface de guidage périphérique (21 ), la surface guidée périphérique (20), la surface de guidage intérieure (19) et la surface guidée intérieure (18) présentent une symétrie axiale suivant un axe central (25) du vérin, - le vérin est configuré pour que la longueur de la zone de coopération (22) entre la surface de guidage intérieure (1 9) et la surface guidée intérieure (18) diminue lorsque le piston entraîne la première partie (2) vers la deuxième partie (3). 2. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la surface de guidage périphérique (21 ) est une portion de la paroi périphérique de la chambre intérieure (17). 3. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la surface guidée périphérique (20) comporte au moins un joint (9) porté par la paroi périphérique d'une base (8) du piston (7). 4. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le vérin est configuré pour que la zone de coopération (22) entre la surface de guidage intérieure (19) et la surface guidée intérieure (18) soit située sensiblement au même niveau que la paroi périphérique de la base (8) du piston (7) lorsque la première partie (2) est rapprochée de la deuxième partie (3) de sorte à ce que la chambre d'infusion (1 ) soit fermée. 5. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la zone de coopération et la paroi périphérique de la base ont sensiblement la même longueur lorsque la première partie est rapprochée de la deuxième partie de sorte que la chambre d'infusion soit fermée. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la surface de guidage intérieure (19) comporte au moins un joint (24) porté par une portion de la paroi périphérique extérieure de l'organe d'emmanchement (14). 7. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la surface guidée intérieure (18) est formée par la paroi périphérique d'une portion creuse (13) du piston (7). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la surface de guidage périphérique (21 ) est cylindrique. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la surface guidée intérieure (18) est cylindrique. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la première partie (2) est montée exclusivement sur le piston (7). 1 1 . Dispositif selon l'une des revendications précédentes comportant des moyens de commande hydrauliques du vérin configurés pour exercer une pression hydraulique, lorsque la première partie (2) est rapprochée de la deuxième partie (3), supérieure à la pression hydraulique exercée lors du mouvement de rapprochement. 12. Machine de préparation de boissons par infusion d'une substance à infuser comportant un dispositif selon l'une des revendications précédentes. |
La présente invention est relative à un dispositif pour l'infusion d'une substance à infuser. La mouture de café, en vrac, compactée ou emballée dans un conditionnement étanche à l'eau ou non fait partie de telles substances. L'invention s'applique particulièrement aux machines de préparation de boissons par infusion, notamment pour des boissons de type expresse
Dans ce domaine, l'infusion est typiquement réalisée par placement de la substance infusable dans un volume, ici appelé chambre d'infusion, au travers duquel on fait passer de l'eau chaude sous pression. En aval de la chambre d'infusion, une boisson issue de l'extraction de la substance infusable est récupérée. La phase d'extraction implique la mise de la chambre en position fermée alors que l'introduction de la substance et son évacuation s'opèrent chambre ouverte. Ces deux configurations de fonctionnement peuvent être générées par une mobilité relative de deux parties de la chambre d'infusion.
Le document WO-A1 - 9517121 révèle ce mode de fonctionnement. Selon cette référence, le mouvement de rapprochement et d'éloignement relatif des deux parties de chambre d'infusion est produit par un vérin, à commande hydraulique, entraînant l'une des parties de chambre. Un contact cylindre sur cylindre entre le piston et le corps du vérin permet le guidage en translation du piston. En absolu on peut considérer que le cylindre intérieur est en contact avec le cylindre extérieur sur des points appartenant aux arrêtes définies comme intersection du cylindre et des faces planes. On peut également aisément comprendre que le guidage en translation est d'autant meilleur que la distance séparant les plans contenant les points de contact est grande. Dans cette technique, la surface coopérante entre le piston et le corps du vérin doit être suffisamment importante pour éviter les risques de blocage lors de la translation. Dans le même temps, afin d'effectuer un bon accostage en fermeture des deux parties de chambre pour assurer une bonne étanchéité de cette dernière, la technique antérieure implique de faibles tolérances de fabrication ce qui impose le recours aux pièces usinées, couramment réalisée à base de métal.
L'invention permet de remédier au moins partiellement aux inconvénients des système connus et propose un dispositif pour l'infusion d'une substance à infuser, comportant une chambre d'infusion destinée à recevoir la substance à infuser, la chambre d'infusion présentant deux parties agencées pour être mutuellement éloignées pour ouvrir la chambre d'infusion ou rapprochées pour fermer la chambre d'infusion grâce à des moyens de déplacement comprenant un vérin doté d'un piston mobile relativement à un corps de vérin et configuré pour entraîner une première des deux parties.
Suivant un aspect de l'invention, le dispositif est tel que le corps de vérin comporte une chambre intérieure, un organe d'emmanchement faisant saillie dans la chambre intérieure et :
- Une surface de guidage périphérique coopérant avec une surface guidée périphérique du piston,
- Une surface de guidage intérieure formée sur l'organe d'emmanchement et coopérant avec une surface guidée intérieure du piston.
En outre, la surface de guidage périphérique, la surface guidée périphérique, la surface de guidage i ntérieu re et la su rface gu id ée i ntérieu re présentent avantageusement une symétrie axiale suivant un axe central du vérin.
Un intérêt de cette répartition du guidage est qu'il est possible de réduire la longueur effective de guidage et de permettre, si nécessaire, un léger mouvement non axial (en particulier un rotulage) du piston relativement au corps. On peut ainsi compenser des défauts géométriques. Suivant une possibilité, la position relative des deux zones coopérant entre le piston et le corps est variable -elles sont avantageusement rapprochées alors q ue les deux parties de chambres sont rapprochées- de sorte à modifier la rigueur du guidage linéaire. Suivant un aspect préféré de l'invention, une surface de guidage intérieure est formée sur l'organe d'emmanchement pour coopérer avec une surface guidée intérieure du piston et le vérin est configuré pour que la longueur de la zone de coopération entre la surface de guidage intérieure et la surface guidée intérieure diminue lorsque le piston entraîne la première partie vers la deuxième partie. En fin de mouvement du piston, la longueur de la zone de coopération tend vers zéro. A cette position les deux plans de guidage comprenant les points de contact sont confondus. Il n'y a plus de guidage et on permet alors un rotulage autour du point d'intersection entre le plan commun aux deux plans de guidage et l'axe central du vérin.
Une mobilité en rotulage du piston autorise, par sa rotation, une application de la face d'appui de la demi chambre d'infusion qui lui est solidaire sur la demi chambre d'infusion fixe et assure ainsi une bonne étanchéité de la chambre d'infusion vis à vis de l'extérieur.
A noter que la capacité à rattraper des défauts géométriques permet d'envisager une plus large gamme de matériaux pour les éléments constitutifs du dispositif, tels des pièces en matières plastiques dont le module d'élasticité, les méthodes de fabrications et la résistance à la pression induisent des niveaux de tolérances relativement élevés notamment en comparaison de pièces métalliques. L'invention, moins sélective en choix de matériaux, peut s'inscrire au mieux dans une démarche d'éco conception.
D'autres caractéristiques de l'invention sont énoncées ci-après; elles peuvent être mises en œuvre cumulativement ou alternativement :
- la surface de guidage périphérique est une portion de la paroi périphérique de la chambre intérieure,
- la surface guidée périphérique comprend au moins un joint porté par la paroi périphérique d'une base du piston,
- la surface de guidage intérieure comprend au moins un joint porté par une portion de la paroi périphérique extérieure de l'organe d'emmanchement,
- la surface guidée intérieure est formée par la paroi périphérique d'une portion creuse du piston,
- le vérin est configuré pour que la longueur de la zone de coopération entre la surface de guidage intérieure et la surface guidée intérieure diminue lorsque le piston entraîne la première partie vers la deuxième partie,
- le vérin est configuré pour que la zone de coopération entre la surface de guidage intérieure et la surface guidée intérieure soit située sensiblement au même niveau que la paroi périphérique de la base du piston lorsque la première partie est rapprochée de la deuxième partie de sorte à ce que la chambre d'infusion soit fermée,
- la surface de guidage périphérique est cylindrique,
- la surface de guidage intérieure est cylindrique.
- la première partie est montée exclusivement sur le piston,
- la zone de coopération et la paroi périphérique de la base ont sensiblement la même longueur lorsque la première partie est rapprochée de la deuxième partie de sorte que la chambre d'infusion soit fermée.
L'invention concerne également une machine de préparation de boissons par infusion d'une substance à infuser caractéristique en ce qu'elle comporte un dispositif selon invention.
Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément.
La figure 1 présente en coupe transversale un dispositif de l'invention suivant un mode préféré de réalisation et dans une configuration où la chambre d'infusion est ouverte.
La figure 2 montre une vue similaire avec une configuration de chambre d'infusion en cours de fermeture.
La figure 3 montre une vue similaire aux précédentes avec une chambre d'infusion fermée.
La figure 4 en est une alternative avec un léger mouvement de pivot du piston d'un vérin pour rattraper des jeux ou défauts géométriques.
Le mode de réalisation ci-après décrit n'est pas limitatif de l'invention et se place dans le cas particulier d'un dispositif pour l'infusion d'une substance emballée dans un conditionnement du type mouture de café enrobée d'une enveloppe en papier filtre. Dans cet exemple, une chambre d'infusion 1 est réalisée dans le dispositif pour recevoir la substance à infuser. La chambre 1 est avantageusement étanche au niveau du plan de joint entre deux parties 3-4 qui la composent de sorte à éviter toute fuite d'eau par ce biais. A noter que d'autres configurations de chambre 1 peuvent entrer dans le cadre de la présente invention notamment pour des applications à des capsules contenant de la mouture de café moulu ou d'autres substances à infuser ou pour des formes de conditionnements différentes notamment non symétriques.
En comparant les figures 1 à 4, on constate la possibilité de modifier la position relative de deux parties 2-3 d'une chambre d'infusion 1 . Ainsi, en figure 1 , une première partie 2 et une deuxième partie 3 de la chambre d'infusion 1 sont éloignées l'une de l'autre laissant un passage pour une phase d'admission de substance à infuser ou une phase d'évacuation d'une substance déjà infusée. Les deux parties 2-3 se font face et sont susceptibles d'un rapprochement ou d'un éloignement relatif. A titre préféré, ce mouvement réalisé par une mobilité en translation d'une des parties, la première partie 2, de la chambre d'infusion 1. Cependant, d'autres mobilités ou mobilités combinées peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, alors que la deuxième partie 3 est fixe relativement au reste de la machine dans le cas des figures, une mobilité peut lui être affectée. De même, un mouvement de translation unique peut être remplacé par un mouvement combiné de rototranslation.
Dans le mode de réalisation préféré représenté aux figures, les moyens de déplacement permettant de rapprocher et d'éloigner les deux parties 2-3 de la chambre d'infusion 1 comportent un vérin dont le corps 6 est représenté en coopération avec un piston 7 doté d'une mobilité en translation et à l'extrémité duquel est réalisée ou montée la première partie de la chambre d'infusion 1 . Avantageusement, le mouvement du piston 7 est produit par une commande fluidique. Dans le cadre présenté, le vérin est du type hydraulique et comporte un canal fluidique 16 permettant l'admission ou l'évacuation de fluide dans une chambre intérieure 17 au niveau de laquelle une poussée fluidique est réalisée sur le piston 7. Le vérin représenté est simple effet et comporte des moyens de rappel en position par défaut du piston, en position rétractée, correspondant à la figure 1 . A titre d'illustration, les moyens de rappels sont réalisés sous forme d'un ressort 10 entourant une paroi périphérique extérieure d'une partie du piston 7.
Le vérin 6 portant la première partie 2 de la chambre d'infusion 1 ainsi que la deuxième partie 3 sont avantageusement montés dans un châssis périphérique 5 ici présenté sous forme d'un élément en forme de ceinture apte à reprendre les efforts de poussée du vérin et, pour autant, à ménager une surface d'accès par la partie supérieure et la partie inférieure de la chambre d'infusion 1 .
A noter que tout ou partie de ces pièces peuvent être réalisées en matière plastique technique à haute caractéristique mécanique renforcé par des fibres du type fibre de verre, fibre de keviar, fibre de carbone, ou autre renfort. A titre d'exemple, elles peuvent être réalisées en polymère agréé au contact alimentaire du type polyphtalamide renforcé par des fibres de verre ou de carbone ou encore en polysulfone renforcé de fibres de verre ou de carbone Une sortie de boisson 4 est représentée du côté de la deuxième partie 3 de la chambre d'infusion et correspond à l'évacuation de l'extrait de substance à infuser lorsque un écoulement d'eau (non représenté) est passé au travers de la chambre d'infusion 1 alors qu'une substance à infuser y était présente.
Pour parvenir à une phase de fonctionnement dans laquelle l'infusion peut être réalisée, la chambre d'infusion 1 doit passer d'une configuration ouverte telle que dans la figure 1 à une configuration fermée telle que dans les figures 3 et 4.
A cet effet, le piston du vérin est commandé de sorte à opérer un mouvement de translation dans le sens de rapprochement des deux parties 2-3 de la chambre d'infusion 1 .
Selon l'invention, ce mouvement de translation est guidé de manière spécifique. Avantageusement, le guidage en translation du piston 7 est réalisé au niveau de deux zones distinctes, à savoir une zone périphérique et une zone intérieure.
Plus précisément, dans le cadre présenté, le corps du vérin 6 comporte une chambre intérieure 17 délimitée par une paroi périphérique, avantageusement de forme cylindrique et de section circulaire, réalisant une surface de guidage périphérique 21 . Une portion du piston 7 coopère avec la surface de guidage périphérique 21. A titre préféré, cette portion est une partie périphérique d'une base 8 du piston 7 et plus précisément au moins un joint 9, pouvant être un élastomère faisant légèrement saillie sur la surface de la partie périphérique de la base 8 en direction de la chambre 7. Le jeu diamétral installé entre la surface extérieure de la base 8 du piston et la chambre 7 évite le contact des deux parties en dehors du contact sur le joint 9. Les jeux et dimensions sont choisis en fonction de l'amplitude de rotulage souhaitée. On notera, par exemple à la figure 2, que la partie périphérique de la base 8 forme une surface guidée périphérique 20 se déplaçant le long de la surface de guidage périphérique 21 par contact du joint 9.
Outre cette première zone de coopération périphérique, on forme avantageusement une coopération entre le piston 7 et le corps 6 du vérin vers l'intérieur de la chambre 17. Ainsi, un organe d'emmanchement 14 faisant partie du corps du vérin 6 ou lui étant rapporté de manière solidaire fait saillie à l'intérieur du volume de la chambre intérieure 17. Le cas représenté montre un organe d'emmanchement 14 formant une surface de guidage intérieure 19 sur sa paroi périphérique extérieure et coopérant avec une portion femelle du piston 7 réalisée par une portion creuse 13 dans le volume intérieur du piston 7. Toujours à titre préféré, la coopération entre la surface de guidage intérieure et la surface guidée intérieure 18 réalisée par la portion creuse 13 s'effectue cylindre sur cylindre, avec une section circulaire. Il est avantageux de pouvoir modifier la configuration du guidage au cours des phases de fonctionnement du dispositif. A cet effet, on forme une surface de guidage intérieure coopérant de manière variable avec la surface guidée intérieure 18. Plus précisément, la zone coopérant entre ces deux surfaces 18-19 a une longueur qui diminue lorsque la partie 2 est amenée à se rapprocher de la partie 3 de la chambre d'infusion 1 . Par exemple, en figure 1 , la surface 18 s'applique en totalité sur la surface 19. En figure 2 le piston 7 a commencé sa translation avant et la zone coopérante entre les surfaces 18 et 19 ne représente plus sensiblement que la moitié de la longueur de l'organe d'emmanchement 14. En position fermée des figures 3 et 4, la longueur de la zone coopérante au niveau des surfaces 18-19 est minimale. De cette façon, lors de l'amorce du mouvement du piston 7, le guidage linéaire est accentué. A l'opposé, à proximité de la phase de fermeture de la chambre d'infusion 1 , la longueur de guidage est minimale ce qui permet d'augmenter les capacités de mouvements relatifs entre le piston 7 et le corps 6 du vérin, notamment pour permettre de légers ajustements et rattrapages de défauts géométriques. Cette possibilité est illustrée par un léger pivot du piston 7 visible en figure 4 relativement au cas de la figure 3.
Le vérin du dispositif de l'invention assure le déplacement en translation du piston 7 suivant une direction définie par l'axe central 25 repéré en figure 4. On notera que l'organe d'emmanchement 14 est placé sur cet axe. En outre, l'ensemble des surfaces de guidage et guidée, intérieure et périphérique, ont l'axe central 25 comme axe de symétrie. Ainsi, ces surfaces définissent deux zones, périphérique et intérieure, de même axe central. En section transversale, les profils de ces zones de coopération définissent ainsi deux courbes fermées, avantageusement circulaires, de même centre. La cavité de la partie 2 participant à former la chambre d'infusion 1 est par ailleurs préférentiellement aussi symétrique suivant l'axe 25.
En complément de la variation de longueur de zones coopérantes entre les surfaces guidées intérieures 18 et de surface de guidage intérieure 19, il est avantageux de jouer sur la position de la zone coopérante entre la surface guidée périphérique 20 et la surface de guidage périphérique 21 . Ainsi, lorsque la zone coopérante à ce niveau est en retrait dans le corps du vérin 6, tel que c'est le cas en figure 1 , le guidage déjà produit par les surfaces 18-19 est accentué par celui entre les surfaces 20-21 . A l'opposé, dans le cas des figu res 3 et 4 , la surface gu idée périphérique 20 est amenée, dans la direction longitudinale du vérin à une position plus proche et avantageusement, sensiblement au même niveau que la zone coopérante des surfaces guidées intérieures 18 et surface de guidage intérieure 19. La figure 3 indique, par un trait fin vertical, la réalisation d'un tel alignement. En rapprochant les zones coopérantes du piston 7 et du corps 6 de la périphérie et de l'intérieur du vérin, on favorise la possibilité d'un léger mouvement rotationnel du piston 7. La figure 4 montre, par deux traits fins, un rotulage alors que les surfaces de guidage intérieur / extérieur sont au même niveau.
E n résu mé , g râce à ces caractéristi q ues , l e véri n évol u e entre d eux configurations de guidage de piston différentes. Lors de la phase d'approche de la première partie, un guidage long est produit et évite tout jeu en translation. Dans cette phase, le vérin est avantageusement soumis à une pression relativement basse qui n'entraîne pas de déformation des composants lors de l'accostage de la première partie 2 sur la deuxième partie 3. Alors, on peut produire une poussée plus forte sur le piston pour réaliser une étanchéité parfaite de la chambre d'infusion. Dans cette phase, le rotulage autorisé est avantageux car il permet de pouvoir employer des pressions hydrauliques plus élevées pour commander le vérin sans pour autant risquer des ruptures de pièces qui pourraient se produire si le piston ne pouvait s'adapter en position grâce au rotulage.
A titre préféré, un joint 9 est logé au niveau de la surface guidée périphérique 20 de sorte à assurer l'étanchéité tout comme au niveau de la surface de guidage intérieure où une paire de joints 24 est également représentée. La paire de joints 24 peut être remplacée par un seul joint annulaire mais avec un débattement sans contact plus faible. L'utilisation de deux joints positionnés de part et d'autre à égale distance du plan moyen du joint annulaire installé sur le gros diamètre du piston lorsque la chambre d'infusion est fermée permet l'absorption d'une plus grande déformation.
D'une façon générale, des joints annulaires racleurs en élastomère sont utilisables.
Un joint 15 en arrière de la première partie de la chambre d'infusion 1 permet de garantir l'étanchéité au liquide d'infusion en arrière de la chambre d'infusion 1 .
A titre préféré, le piston 7 est réalisé en plusieurs éléments. Ainsi, la possibilité illustrée montre la formation d'un premier élément 1 1 réalisant la partie distale du piston au niveau de laquelle est formée la première partie 2 de la chambre d'infusion 1. Autour du premier élément 1 1 , le ressort 10 est monté entre une surface fixe relativement au châssis périphérique 5 et une couronne installée sur cette pièce 1 1. Cette dernière est avantageusement portée par un deuxième élément 12 constitutif du piston 7. Ce deuxième élément forme ici l'intégralité de la su rface du piston 7 coopérant avec le corps du vérin 6. Ainsi, le deuxième élément 1 1 comporte une partie radiale formant la base 8 ainsi qu'une partie longitudinale formant la surface guidée intérieure 18. Les deux pièces sont avantageusement assemblées au niveau de la base 8, par un clippage dans un léger renfoncement dans la base 8.
Pour des raisons de mode de réalisation par injection de matière plastique facilitée par une conservation de l'épaisseur moyenne de toutes les parois , le premier élément 1 1 peut être ajouré sur les parties non fonctionnelles pour autant que sa surface de contact avec la seconde pièces 12 soit suffisamment importante pour supporter les efforts sans générer de contraintes inadmissible par le matériau qui entraînerait sa rupture.
Comme indiqué précédemment, le dispositif selon l'invention comporte un vérin tel que le guidage en translation de son piston est amélioré. Dans un cas avantageux, cela permet un léger mouvement en rotulage du piston 7 comme c'est le cas de l'illustration de la figure 4. Ainsi, si l'alignement relatif des parties 2 et 3 de la chambre d'infusion 1 n'est pas parfait, cela peut être compensé par le vérin. On notera qu'on ménage avantageusement également un léger mouvement potentiel relatif entre le corps du vérin 6 et le châssis périphérique 5 notamment au niveau d'un retrait 23 formé à l'arrière du corps du vérin 6 coopérant avec un créneau de la ceinture formée par le châssis périphérique 5. La légère mobilité relative entre ces pièces augmente notablement la faculté de produire cette portion d'une machine de préparation de boissons par infusion avec des méthodes de fabrication optimisées et des matériaux mieux sélectionnés.
REFERENCES
1 . Chambre d'infusion
2. Première partie
3. Deuxième partie
4. Sortie de boisson
5. Châssis périphérique
6. Corps de vérin
7. Piston
8. Base
9. Joint
10. Ressort
1 1 . Premier élément
12. Deuxième élément
13. Portion creuse
14. Organe d'emmanchement
15. Joint
16. Canal fluidique
17. Chambre intérieure
18. Surface guidée intérieure
19. Surface de guidage intérieure
20. Surface guidée périphérique
21 . Surface de guidage périphérique
22. Zone de coopération
23. Retrait
24. Joint
25. Axe central
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