CN102166101B - 用于饮料制备机器的带集成热块的加热装置 - Google Patents

Abstract

一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热装置(1，2，3，4)，液体在该机器中经该加热装置循环并且然后被引导到冲煮室中。该加热装置包括：带金属块状物(1)的热块，该金属块状物结合了进口、出口和在它们之间延伸的加热室以形成用于引导经所述块状物循环的所述液体的通道，该块状物设置成积聚热量并向液体供给热量；以及一个或多个电气构件(60，70，75)，其刚性固定在热块上或其中并连接至设置成控制热块的印刷电路板(4)和/或挠性印刷电路板(4’)。电气构件特别是经由刚性连接器插销或叶片或刚性插头和插座部件刚性连接至该印刷电路板和/或挠性印刷电路板。

Description

用于饮料制备机器的带集成热块的加热装置

本申请是申请号为200880119033.0的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2008年10月1日，发明名称为“用于饮料制备机器的带集成热块的加热装置”。

技术领域

本发明涉及一种带有用于加热液体食物或饮料制备机器中的液体的集成热块的加热装置。

背景技术

多年来就已公知液体食物和饮料制备机。例如，US 5,943,472公开了一种在espresso咖啡机的水储器与热水或蒸汽分配室之间的水循环系统。该循环系统包括阀、金属加热管和泵，其连接在一起并经由使用夹圈(clamping collar)接合的不同硅树脂软管连接至储器。

EP 1 646 305公开了一种带加热装置的饮料制备机，该加热装置加热随后被供给至冲煮(调制，brew)单元的进口的循环水。该冲煮单元设置成使已加热的水通向容纳用于其冲煮的饮料成分的胶囊。冲煮单元具有由第一部分和可相对于第一部分移动的第二部分限定的腔室以及引导件，该引导件用于在使第一和第二部分一起从冲煮单元的打开构型移动至封闭构型之前将胶囊定位在第一和第二部分之间的中间位置。

用于加热循环液体特别是水的直列(in-line)加热器也是众所周知的，并且例如在CH 593 044、DE 103 22 034、DE 197 32 414、DE 197 37 694、EP 0 485 211、FR 2 799 630、US 4,242,568、US 4,595,131、US 5,019,690、US 5,392,694、US 5,943,472、US 6,393,967、US 6,889,598、US 7,286,752、WO 01/54551和WO 2004/006742中公开。

更具体而言，CH 593 044和US 4,242,568公开了一种带直列热块加热器的咖啡机，该加热器具有金属块状物(mass)，该金属块状物带有铸造在块状物中的电阻加热电缆以及用于循环待加热的水的管道。

EP 0 485 211公开了一种用于热水器、淋浴器、洗衣机、洗碗机或水壶的加热器。该加热器包括用于加热液体的容器，以及设置成加热容器的一部分的电加热元件。加热元件将厚膜电阻加热电路与包含在厚膜中的热断路器(thermal fuse)结合。该文献进一步公开了一种三端双向可控硅开关元件(triac)型功率调节器，其直接安装在用作用于该三端双向可控硅开关元件的散热装置的加热元件上。还公开了热敏电阻、形成在厚膜上的温度传感器、热断路器、用以连续调节通过加热器的流量的流量控制阀、流量控制器和温度控制器的存在。这些电气构件连接至控制单元，该控制单元可为遥控型或在靠近其中加热器的金属基底通过进入的冷水保持冷态的进口管的部位形成为厚膜的介电层的一部分。DE 103 22 034、DE 197 32414和DE 197 37 694公开了类似的概念。WO 01/54551、WO 2004/006742和US 7,286,752中公开了用于饮料制备装置的直列管状加热器。

US 6,889,598公开了一种容纳液体并具有用于加热、冷却、搅动、搅打、抽吸或发泡液体或碾磨成分的操作装置的饮料装置，该操作装置通过电子开关如三端双向可控硅开关元件供电，该电子开关通过与液体成传热关系冷却以便特别是经由由钢或铝制成的液体加热槽的底部将开关产生的热量排出至液体，并且该操作装置可选地带有散热器。

此外，US 5,019,690公开了一种沸水分配器，其具有经由三端双向可控硅开关元件供电的电阻加热器，该三端双向可控硅开关元件经由电缆连接至控制模块并安装在分配器的水储器的底部上以经由水排出在三端双向可控硅开关元件处产生的热量。

US 4,595,131公开了一种带有水加热储器的饮料制备机，该储器经由通向储器中的恒温控制加热器和热敏电阻探头的一系列电缆连接至印刷电路板。EP 1 610 596公开了一种用于印刷电路板的排热系统，其包括延伸至位于并沿着印刷电路板的边缘的导热条的高导热性材料层以散发印刷电路板产生的热量。

FR 2 799 630公开了一种espresso咖啡机，其具有经由泵连接至冲煮单元的冷水储器以及热块。该热块包括温度传感器和电加热器。温度传感器和加热器连接至带控制器的印刷电路板，电力经由位于印刷电路板上并由控制器控制的三端双向可控硅开关元件传递至加热器。

发明内容

本发明的一个优选目的是简化并改进液体食物或饮料制备机器中的加热功能的结合，以促进和容许增加机器组装的自动化、减少制造操作和成本并增加机器的可靠性。

此目的特别是通过提供一种加热装置来实现，该加热装置集成了电和可选地流体连接而无需任何用于引导电流或液体的柔性和可变形的电缆或管，以将加热功能连接至液体食物或饮料制备机器的其它功能单元，或至少限制此类柔性和可变形连接的数量。

因此，本发明涉及一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热装置。在此类机器中，液体例如经由泵从液体储器循环通过该加热装置。通常，循环通过加热装置的液体是水。已加热液体从加热装置被引导到可在其中冲煮成分的机器的冲煮室中。冲煮室可包括胶囊或易理包(pod)壳体，如容器，用于容纳胶囊或易理包内供给到冲煮室中的成分。

例如，冲煮室设置成容纳食物或饮料成分，例如可选地处于胶囊或易理包中的粉汤(powder soup)、研磨咖啡或茶叶。冲煮室可具有热液体喷射到其中以冲煮容纳在腔室中的食物或饮料成分的上游部分和通向出口用于引导通过冲煮产生的液体食物或饮料的下游部分。

热块通常为直列加热器，液体经其循环以进行加热。它们包括特别由钢制成的加热室，例如一个或多个管道，其延伸穿过特别是由铝、铁和/或另一种金属或合金制成的(大块)金属块状物，其具有高热容量以聚集热能和高导热性以在任何需要的时候将所需的聚集的热量的量传递给经其循环的液体。代替独特的管道，热块的管道可为在管道本体中机加工或以其它方式形成(例如，在热块的块状物的铸造步骤期间形成)的贯通通道。当热块的块状物由铝制成时，基于健康方面的考虑，优选设置例如由钢制成的分离的管道以避免循环的液体与铝之间的接触。块的块状物可由一个或若干组装在管道周围的部分形成。热块通常包括将电能转换成加热能量的一个或多个电阻加热元件，例如分离或集成的电阻器。此类电阻加热元件通常在热块的块状物中或其上，与管道相距1mm以上，特别是2至50mm或5至30mm。热量被供给至热块的块状物并经由块状物供给至循环的液体。加热元件可铸造或容纳在金属块状物中或靠在金属块状物的表面上固定。管道可具有沿着热块的螺旋设置或另一种设置以使其/它们的长度和通过块的热传递最大化。

本发明的加热装置包括：带金属块状物的热块，其结合有进口、出口和在它们之间延伸的加热室，该块状物设置成聚集热量并向液体供给热量；以及一个或多个电气构件，其刚性固定在热块上或固定于其中，并连接至设置成控制此类热块并可选地控制液体食物或饮料制备机器的更多功能的印刷电路板(PCB)和/或挠性印刷电路板(flex-print)。此类电气构件可包括传感器、热断路器和/或电源构件，特别是温度传感器、流量计、电阻加热器、电流表和电源调节器。

按照本发明，这些电气构件中的一个或多个特别是经由刚性连接器插销(pin)或叶片或刚性插头和插座部件刚性连接至印刷电路板和/或挠性印刷电路板(或柔性电路)。

为了减少组装操作的数量，特别是在制造过程期间的人工干预，减少了柔性、可变形的电缆连接的数量。特别地，电气构件可刚性连接至该印刷电路板或挠性印刷电路板，例如经由刚性连接器插销或叶片，或刚性插头和插座部件。有可能的是，电气构件以集成构件的形式设置在固定于热块并使这些电气构件与热块的金属块状物接触的印刷电路板或挠性印刷电路板上。这样，电气构件，特别是与诸如加热电阻器的液体循环系统接触的那些电气构件，可自动安装在印刷电路板或挠性印刷电路板上，并且然后可将带有其电气构件的板或挠性印刷电路板自动组装(例如夹固或胶粘)在液体循环系统上而无需使用板或挠性印刷电路板与液体循环系统之间的任何柔性、可变形的电连接器(例如，电缆)。可选地，电气构件可在第一步骤中自动安装在液体循环系统的专用部位，并且然后在第二步骤中，例如经由适当的连接器将印刷电路板或挠性印刷电路板组装至电气构件。还可通过焊接将电气构件组装至液体循环系统、特别是热块和/或印刷电路板或挠性印刷电路板。如前文所述，可作为印刷电路板或挠性印刷电路板中的集成构件提供这些电气构件的一部分，诸如形成在印刷电路板或挠性印刷电路板的表面上并抵靠热块的金属块状物的表面直接附贴的加热电阻膜。

在一个实施例中，将此类电气构件固定在热块的金属块状物的空腔中。可选地，借助于空腔中的偏压弹簧元件将该构件固定在该空腔中或该空腔形成用于包括该构件的插头的插座。也可将电气构件铸造在金属块状物中或胶粘在金属块状物中或其上，或通过任何其它合适的手段与金属块状物附接在一起，例如，螺纹连接、压紧配合、焊接等。

此类电气构件可包括电源构件，诸如电阻加热器和/或电源开关，其经由刚性电源插销和具有用于接纳该刚性电插销的插座的刚性电源连接器刚性连接。该刚性连接器可有弹性，特别是由一个或多个弹簧叶片制成，以允许插座的小量位移从而使插座围绕插销自行定位并确保插销与连接器之间的电接触。

印刷电路板可容纳在绝热和电绝缘的壳体中，诸如塑料壳体，所述壳体特别是经由卡扣件(snap)机械连接至热块。优选地，壳体基本上是不可渗透的/密封的以保护板免受机器中的液体和蒸汽影响。印刷电路板可具有用于电连接器通过的一个或多个开口，以用于将刚性固定在金属块状物上或金属块状物中的此类电气构件连接至印刷电路板。

挠性印刷电路板可固定(通常为胶粘)至热块的表面，特别是固定至其金属块状物。该挠性印刷电路板可具有：内侧，其面向热块或金属块状物并结合了形式为加热箔或膜的电阻加热器；以及外侧，一个或多个电气构件可选地刚性固定在其上。可选地，挠性印刷电路板可在内侧上结合一个或多个电气构件，特别是分离的构件，诸如电阻加热器、传感器和/或电源开关，例如三端双向可控硅开关元件，它们刚性固定在金属块状物中和/或金属块状物上，和/或在挠性印刷电路板的另一侧上的一个或多个构件，例如用于液体食物或饮料制备机器的其它电气装置如泵、电子阀、用户接口、液体储器中的液位检测器或已使用成分收集器等的控制器、时钟元件和接口连接器。

电气构件可为分离的构件和/或集成的构件，例如直接形成在挠性印刷电路板中并与挠性印刷电路板一起直接固定在热块或其金属块状物上。通常，热断路器、加热电阻器和温度传感器可采用挠性印刷技术形成。

一般而言，印刷电路板及挠性印刷电路板可设置成控制热块并可选地控制上面通过示例描述的类型的液体食物或饮料制备机器的更多功能。

金属块状物中的加热室沿着液体流经块状物的方向通常是细长的，例如形成管道。加热室可包括上部流动部分，其后跟随有向下流动部分，例如沿着水平轴线或非竖直倾斜轴线成螺旋形地延伸的大致螺旋形管道的部分。此类上部流动部分和向下流动部分可具有用于促进沿着其的液体的速度增加的变窄的横截面，以通过速度增加的液体的流动将它们下推到向下流动部分而抑制泡沫/气泡积聚在此类上部流动部分中。在这种构型中，该细长腔室设置成使得其横截面的尺寸沿着腔室改变，以增加某些区域(通常是上部区域)中的流速，这些区域否则用来捕获泡沫，特别是蒸汽泡沫。这些区域中增加的液体速度通过这些区域中的液体的快速流动向下“冲洗”泡沫并使其离开这些区域。为了避免此类横截面缩小的区域中的过热，可减小加热器的相应部分上的加热功率，例如，通过调节这些部分上的电阻装置。

本发明的另一方面涉及一种液体食物或饮料制备机器。该机器包括：冲煮室，其用于通过使已加热液体经其循环而冲煮食物或饮料成分；以及如上所述的带热块的直列加热装置，该热块具有金属块状物，所述加热装置用于加热并向冲煮室供给循环的液体。冲煮室可为用于接纳胶囊或易理包内供给到冲煮室中的成分的胶囊或易理包壳体。

通常，金属块状物的进口、出口和加热室共同形成刚性通道，特别是刚性自由流动通道，用于引导经块状物循环的液体。

热块本身可结合冲煮室的上游部分，该上游部分由金属块状物形成或刚性锚固在金属块状物中使得金属块状物的刚性通道特别是刚性自由流动通道延伸到冲煮室中。此外，该机器通常包括下游部分，该下游部分具有液体食物或饮料出口并与上游部分配合以形成冲煮室。下游部分和上游部分可移动分开和移动到一起以(分别)将所述成分供给到冲煮室中和从冲煮室排出所述成分。例如，上游部分和金属块状物是固定的，下游部分可移向和移离上游部分。可选地，上游部分和金属块状物可整体移向和移离下游部分，而下游部分在所述机器中是固定的或可移动的。

因此，本发明的加热装置可结合EP 1 646 305或EP 07117853.7(NO8405)中公开的类型的冲煮室使用。

本发明的另一方面涉及一种液体食物或饮料制备机器，特别是如上所述的机器。该机器包括：可连接至电源的供电电路；由供电电路供电的加热器；以及与加热器热连通并与供电电路相关的热断路装置。该热断路装置设置成当加热器超过一温度界限/极限时从电源中断供电电路。

按照本发明，热断路装置是可逆的/可重置的并包括用于当加热器超过该温度界限时自动中断供电电路的开关。该开关可由用户操作以当加热器具有已回到所述温度界限之下的温度时闭合供电电路。通常，断路装置包括致动器，该致动器设置成当加热器超过该温度界限时抵接在用户开关上推出销、杆或活塞以便致动用户开关并断开电路。

该饮料或液体食物机器可包括任何以上公开的特征或特征的组合。

断路装置可具有致动器，该致动器包括热力构件，该热力构件与加热器热连通并且当加热器超过温度界限时机械地致动用户开关以断开供电电路。热力构件特别是包括形状记忆元件或双金属元件。

断路装置可包括与加热器热连通的安全电气温度传感器以及机电致动器，该机电致动器当安全传感器暴露于由加热器产生的超过温度界限的温度时致动用户开关以断开供电电路。

在一个实施例中，饮料或液体食物机器具有带控制电路的印刷电路板，该控制电路用于控制加热器并可选地控制机器的更多功能，诸如泵或电气接口，该印刷电路板进一步包括安全电路，其在印刷电路板上与控制电路电分离(在电/电力方面分离)，该安全电路连接至安全传感器，特别是刚性连接至安全传感器，并设置成控制机电致动器。

断路装置的至少一部分，特别是致动器、机电或热力致动器、用户开关和/或安全传感器(当存在时)可刚性连接至液体食物或饮料机器的印刷电路板，可选地在与机器的普通控制单元电绝缘的一部分上，所述普通控制单元例如为用于控制机器的日常操作如饮料或液体食物分配、自行清洁、用户接口等的单元。因此，改善了断路装置在液体食物和饮料机器中的组装、集成和安全性。

本发明的又一方面涉及一种液体食物或饮料制备机器，特别是如上所述的机器。该机器包括流体装置和印刷电路板，特别是承载有用于控制流体装置的一个或多个功能的控制单元的印刷电路板。通常，这些功能可包括泵或加热器(诸如上述热块)的使用，以及传感器、检测器和用于流体装置的用户控制的用户接口。

该印刷电路板被包封在基本上不可渗透/密封的壳体内，以保护印刷电路板免受来自流体装置的流体和/或蒸汽排放物的损害。

该饮料或液体食物机器可包括任何以上公开的特征或特征的组合。

在本发明的又一方面，一种用于例如如上所述的饮料制备机器的印刷电路板或挠性印刷电路板刚性连接至流量计，特别是磁性流量计。该流量计可包括：结合在印刷电路板或挠性印刷电路板中的磁场检测器，诸如霍尔传感器，以及位于管道或管内的可旋转的磁性螺旋管(helix)或涡轮，其设置成用于使液体在其中循环并刚性固定至印刷电路板或挠性印刷电路板。

通过避免使用柔性、可变形的电缆，减少了在液体食物和饮料制备机器的组装过程期间的操作数量，特别是减少了人工干预的数量。因此，相应降低了制造和组装成本，以及由于人为失误而引起故障的风险。通过避免柔性和可变形的电缆连接，可增加组装的自动化程度。

附图说明

现将参照示意图描述本发明，图中：

-图1显示了根据本发明的结合了热块和在其壳体中的印刷电路板的加热装置；

-图2和3显示了其壳体中的同一印刷电路板的更多细节；

-图4显示了按照本发明的带流量计的印刷电路板；

-图5和6显示了按照本发明将电源构件组装至热块的金属块状物和印刷电路板；

-图7至9显示了按照本发明将传感器组装至热块的金属块状物和印刷电路板；

-图10显示了按照本发明的热块的金属块状物中的电源构件与印刷电路板之间的电源连接；

-图11a和11b示出了根据图10所示的电源连接的第一方向的偏斜；

-图12a和12b示出了根据图10所示的电源连接的第二方向的偏斜；以及

-图13显示了按照本发明带有热块和挠性印刷电路板的加热装置；

-图14和15示意性地示出了按照本发明的带有用户可逆的/可重置的安全断路器的饮料机器的电路的发明的两个实施例。

具体实施方式

图1显示液体食物或饮料制备机的加热装置，其中使液体经该热块循环并然后将其引导进冲煮室，用于冲煮供应到该冲煮室中的食物或饮料成分。例如，以预先包装好的形式，例如容纳在胶囊或易理包中，将饮料成分供应至机器。通常，这种液体食物或饮料机器适合制备咖啡、茶和/或其它热饮，或甚至汤等食物的制备。循环至冲煮室的液体的压力例如可达约10至20atm。

该加热装置结合了根据本发明的热块和印刷电路板。图2和3显示了图1的加热装置的壳体3中的印刷电路板4的更多细节。

图1至3所示的加热装置具有带铝金属块状物1的热块和功能块2，该功能块2包括容纳印刷电路板4的绝热和电绝缘塑料壳体3。

金属块状物1结合了进水口、出水口和在它们之间延伸的水加热管道，以形成用于引导借助于泵从水储器经金属块状物1循环的水的刚性自由流动通道(未示出)。

如上所述，加热管道可包括接以向下流动部分的上部流动部分，例如沿着水平轴线或非竖直倾斜轴线延伸的大致螺旋形管道的部分。此类上部流动部分和向下流动部分可具有用于促进沿着其的水的速度增加的变窄的横截面，以通过速度增加的水的流动将它们下推到向下流动部分而抑制泡沫积聚在此类上部流动部分中。在这种构型中，该管道设置成使得其横截面的尺寸沿着腔室改变，以增加某些区域(通常是上部区域)中的流速，这些区域否则用来捕获泡沫，特别是蒸汽泡沫。这些区域中增加的液体速度通过这些区域中的液体的快速流动“冲洗”所有可能的泡沫使其离开这些区域。为了避免此类横截面缩小的区域中的过热，可减小加热器的相应部分上的加热功率，例如，通过调节这些部分上的电阻装置。

在一种变型中，该管道沿着其整个长度具有缩小的横截面，以提供用于在加热期间冲刷形成在其中的可能的蒸汽泡沫的水流的充足的速度。

热块的金属块状物1还包括开口1b，其形成或刚性锚固冲煮室(未示出)的上游部分使得金属块状物1的刚性通道延伸到冲煮室中。该液体食物或饮料制备机器还包括具有液体食物或饮料出口并与上游部分配合以形成冲煮室的下游部分(未示出)，该下游部分和该上游部分可移动分离并且可移动到一起以将成分供给到冲煮室中并从冲煮室排出成分。

通常，集成在热块中的冲煮室的上游部分将固定在液体食物或饮料制备机中，而冲煮室的下游部分将可移动。冲煮室可具有大致水平定向，即，使得水沿着大致水平的方向流经冲煮室中的食物或饮料成分这样的构型和定向，并且上游部分和/或下游部分可沿与腔室中的水流相同或相对的方向移动。此类热块和冲煮室的实施例例如在EP 07117853.7(NO8405)中公开，通过引用将其内容结合于此。

功能块2借助于壳体3的卡扣件3a固定在金属块状物1上，当壳体3在箭头3’的方向上组装至金属块状物1时该卡扣件与金属块状物1的表面中的相应凹部1a配合。

功能块2的两部分壳体3在所有侧上特别是以基本密封/不可渗透的方式包封印刷电路板4，以便保护板4免受机器中的液体和蒸汽。壳体3的两个部分可通过螺钉3b或任何其它合适的组装手段如铆钉、胶粘、焊接等组装。功能块2包括带有经由壳体3连接至印刷电路板4的主开关2a和两个控制开关2b的用户接口。当然可使用包括屏幕和触屏的更复杂的用户接口。印刷电路板4包括用于经由穿过壳体3中的相应开口延伸的电源插销11向金属块状物1供给电加热功率的电源连接器80，在需要时用于液体食物或饮料制备机中的一个或多个另外的电气装置如用户接口、泵、风扇、阀、液体冷却元件等的另外的电连接器4a，以及通向中心电源供应的总线的连接器4b。

热块包括电气构件，即连接至插头部件52的温度传感器70、热断路器75、在其开口形成于突出壁102与带连接器插销11的加热电阻器(未示出)之间的空腔中的形式为三端双向可控硅开关元件60的电源开关，它们刚性固定在金属块状物1中并刚性连接至印刷电路板4，如以下将结合图5至12b更详细地说明。此外，印刷电路板4经由刚性连接器或电缆91与流量计的霍尔传感器90电连接，该流量计位于饮料制备机的水回路上，通常在泵与水或其它液体源如水储器或液体储器之间，或泵与加热装置之间，或加热装置内。

此外，印刷电路板4可承载微控制器或处理器和可能的石英钟，以基于通过流量计测定的循环水的流速和通过温度传感器测定的已加热水的温度控制通向电阻加热元件的电流的强度。为了增加温度控制的准确性，可将一个或多个温度传感器结合在金属块状物1中和/或冲煮室中和/或金属块状物1的上游或在其进水口处。控制器或处理器还可控制液体食物或饮料制备机的更多功能，诸如泵、供水储池中的液位检测器、阀、用户接口、电源管理装置、自动饮料成分供应装置如集成的咖啡碾磨装置或成分胶囊或易理包的自动供应装置等。

图4示出了用于根据本发明的液体食物或饮料制备机的流量计95的根据本发明的另一实施例。流量计95包括霍尔传感器90’，其作为印刷电路板4的集成构件或作为通常通过焊接安装或连接在其上的分离的构件结合在印刷电路板4上。流量计95还集成在水循环回路5中并连接至进水管5’和出水管5”且经由霍尔传感器90’连接至印刷电路板4。水管5’、5”可以是柔性的，例如由硅树脂制成，或者是刚性的，以有利于自动组装。流量计95包括水经其循环的内部磁性螺旋管或转子(未示出)。水流在流量计95内驱动磁性螺旋管或转子以与水流的速度成比例的角速度旋转，从而导致磁性螺旋管或转子产生的磁场的相应旋转，该磁场旋转由霍尔传感器90’检测并在印刷电路板4上被转换成相应的电信号。

通过设置带有直接在印刷电路板4上的霍尔传感器90’的流量计95，液体食物或饮料制备机的相应制造步骤无需人工干预，构件更少，特别是没有单独的连接器链接，特别是没有电缆，并因此由于包括更少的零件以及也减少了人为因素而降低了液体食物或饮料制备机的组装成本以及提高了其可靠性。

在使用期间，例如通过使用泵使待加热液体经由流量计90、90’、91、95循环并且然后自由通过金属块状物1的进口、通过加热管道并通过块状物1的出口进入用于冲煮容纳在其中的成分的冲煮室。印刷电路板4上的控制器设置成控制用于调节经由电源插销11通向金属块状物1中的加热电阻器的加热电流的三端双向可控硅开关元件60，该控制基于借助于流量计90、90’、91、95对液体流量的测量和借助于连接至插头部件52的温度传感器70对已加热液体的温度的测量。

图5和6，其中相同的参考标号表示相同的元件，更详细地示出了根据本发明将形式为三端双向可控硅开关元件60的分离的电源构件刚性组装至金属块状物1和印刷电路板4上。不过图5以分解透视图显示了组装，图6以横截面图揭示了组装。

金属块状物1，其一部分在图5和6中示出，具有用于接纳电源构件60的凹部101。其开口形成在突出壁102之间的凹部101与弹簧元件103关联，该弹簧元件103的形状例如为弹簧片，例如经由螺钉104组装在金属块状物1上。当然可使用其它弹簧和组装系统，例如，弹簧片可与金属块状物1成一体或焊接在其上以便减少零件数量。当构件60插入凹部101中时，弹簧元件103将电源构件60推靠在金属块状物1中的凹部101的壁102上，以将构件60固定在块状物1中并提供块状物1与构件60之间的最佳接触。

电源构件60具有一个或多个刚性电连接器插销61，例如图5和6所示的用于三端双向可控硅开关元件的三个插销，其刚性连接至印刷电路板4。此外，电源构件60覆盖有可协助将电源构件60固定在凹部101中的例如由硅制成的可选的罩盖62，以及在其连接器插销61周围的可选的不导电套盒(sleeve)63，该套盒将电源构件60的主体与印刷电路板4隔开并保护插销61免受环境影响。另外，罩盖62和套盒63在电源构件60周围提供电绝缘。

因此，金属块状物1通过在使用期间经由块状物1并可选地经由经块状物1循环的水排出电源构件产生的热量而起到用于电源构件60的散热装置的作用。为此，块状物1由允许沿着穿过块状物1的排热通路从电源构件最佳地排出热量的金属如铝或钢配置和制成。

电源构件60可为开关或调节元件，例如如上所述的三端双向可控硅开关元件，用于调节向电阻装置如加热电阻器供应的所需要的电功率，以在金属块状物1中产生期望的热量，从而将循环的水加热至适当的温度。

图7至9，其中相同的参考标号表示相同的元件，示出了将分离的电子元件70刚性组装在金属块状物1中和印刷电路板4上。该电子元件可为诸如温度传感器的传感器、流量计、热断路器或另一类似的构件，诸如用于提供通过电阻加热装置如加热电阻器的电流的反馈的电流表。为了进行说明，公开了用于控制经由插销11通向加热电阻器的加热电流和调节金属块状物1中产生的热量的热传感器70。热传感器70例如可位于金属块状物1的进口或出口或它们之间。可使用若干热传感器以允许更精确地控制经由金属块状物1通过的水的加热。

金属块状物1，其一部分在图7至9中示出，具有用于接纳电子元件70的凹部111。凹部111形成在突出的壁112之间并在金属块状物1的表面下方延伸。

传感器70具有连接器插座71，传感器元件72经该插座与插座71的相对侧上的扁平电连接器73接合。传感器的连接插销73与印刷电路板4的扁平连接器插销51接触，图8中示出了扁平连接器插销51中的一个。插销51穿过板4的插头部件52延伸到插座71中以接触传感器70的相应连接插销73。当在本体1的壁112之间推动连接器插座71时，传感器元件72位于金属块状物1的凹部111中。如图2所示，插头部件52经由相应开口延伸穿过壳体3。可选地，插头部件52可与壳体3成一体并与印刷电路板4电连接。

当传感器70为温度传感器时，传感器元件72的电气性能将取决于凹部111中的温度，该温度将被用来在间接评估程序中评估金属块状物1在该部位的温度并且可选地还评估在金属块状物1中循环的水的温度。

传感器元件72例如可为NTC(负温度系数)电阻器或PTC(正温度系数)电阻器。

此类传感器构型容许可靠地测量加热器的相应部位中的温度，快速反应(低惯性)，并提供优异和可靠的电接触系统。

传感器70可预组装在例如由热塑性材料制成的插座71中，并在全自动程序中组装在金属块状物1中和印刷电路板4上。可使用例如环氧化合物将传感器70胶粘在金属块状物1中。然后可通过以连接至传感器元件72的方式将插座的扁平连接器73压合在插座71的连接狭缝中来连接预组装的传感器70。然后经由插头52和连接器插销51将印刷电路板4与壳体3安装在插座70上。

因此，热块与金属块状物1和印刷电路板4的组装不需要处理任何柔性零件，并且因此可自动执行组装而不需要任何人工干预。此外，传感器70本身的组装仅需要低成本的构件。因此，传感器70在金属块状物1上的组装及其在印刷电路板4上的连接显著节省了成本。

图10是用于将加热电阻器连接至印刷电路板4并用于向其供应或从其获取加热电流的自行定位的刚性电源连接器80在xyz正交坐标(基准线，referential)——如与图10至12b相关的相应箭头所示——中的透视图。图11a和11b在一方面而图12a和12b在另一方面分别示意性地显示了电源连接器80在y方向和x方向上的自行定位。

电源连接器80通常基于金属，并且特别是可含有提供充分的导电性、机械阻力和弹性的钢、铝和/或铜合金。

电源连接器80在用于连接至印刷电路板4的一对扁平插脚81之间延伸。各插脚81连接至扁平的大致垂直弹簧部件82的底部。垂直弹簧叶片82的上部经由横向弹簧部件83连接在一起，该弹簧部件83包括在一对倾斜的中间部分85、85’中间的扁平中心水平部分84。垂直部件82、横向部件83的中间部分84和倾斜部分85、85’在该对插脚81上成大致M形设置。横向部件83进一步包括带有贯通通道的插座86，用于通过该贯通通道固定从金属块状物1延伸的电连接器插销11。

在图11a、11b、12a和12b中，其中相同的参考标号表示相同的元件，示意性地示出了电源连接器80经由电源插销11组装在金属块状物1中的加热电阻器(未示出)上。电源插销11从金属块状物11的表面垂直延伸并固定在横向部件83的插座86的贯通通道中。为了简化图示，图11a至12b中未示出如图1至3所示在印刷电路板4与金属块状物1之间延伸的壳体3。

电源连接器80的插脚81例如通过铆钉或焊接81’或任何其它合适的组装装置电连接并固定在印刷电路板4上。金属块状物1面向印刷电路板4使得电源插销11穿过壳体3中的相应开口并经由板4中的贯通开口55穿过板4延伸至板4的另一侧，并且然后固定在电源连接器80的贯通通道86中。可通过将插销11压紧配合或焊接在贯通通道86中来实现电源插销11与横向部件83之间的连续电连接。

参照与图10至12b相关的xyz坐标，电源连接器80允许贯通通道86在x方向和y方向上的小定位位移。不同的位移方向由弹性弹簧叶片部件82、83的不同的定向、特别是垂直定向提供，其容许沿相应方向的位移。

图11a和11b在一方面而图12a和12b在另一方面分别显示了组装在电源插销11上的连接器的插座86沿着y方向和x方向的位移。插座86在x和y方向上的位移分别通过垂直弹簧叶片82的小弯曲和倾斜的中间部分85、85’的小弯曲来实现。

图11a和12a显示了正好穿过贯通开口55的中间并穿过插座86的贯通通道延伸的电源插销11，该贯通开口和插座86的贯通通道都沿着基本相同的轴线延伸。在这种构型中，电源插销11定位成与电源连接器80成一直线，电源连接器80因此不会在其垂直弹簧叶片82和倾斜的中间部分85、85’中承受任何位移弯曲应力。

相反，图11b和12b显示了偏心地穿过贯通开口55延伸的电源插销11。与插销11对准的插座86的贯通通道相对于贯通开口55相等地/同样地偏心。在此情形中，印刷电路板4未精确地与加热器的电源插销11对准，并且电源连接器80通过如图12b所示的其垂直弹簧叶片82在x方向上的弯曲，或通过如图11b所示的其横向弹簧部件83在y方向上的弯曲自行适应其在插座86中的贯通通道的位置，以精确地匹配插销11的位置。为了有利于将电源插销11插入插座86的贯通通道中，插座86的下部86’具有设置成接纳电源插销11的大致锥形上端的大致漏斗状或截头锥形。

插座86为适应电源插销11的位置而进行的位移可由印刷电路板4上的一对电源连接器80的相对定位相对于金属块状物上相应的一对电源插销11的相对定位之间的偏差(例如，制造公差或不同的温度相关的膨胀机构)所致。此外，刚性连接至印刷电路板和饮料制备机器的固定部分(特别是金属块状物)的其它电气构件如温度传感器和电源调节器或开关(例如图5至9所示的电气构件)的相对位置，可引起在电源连接位置的位移。

在使用中，通过电源开关或调节器，例如如图5和6所示的三端双向可控硅开关元件60，控制电流经由第一电源连接器80、第一电源插销11、金属块状物1中的加热电阻器(未示出)、第二电源插销11、第二电源连接器80向印刷电路板4的往复通过。

图11a和11b还示出了电源连接器80如何处理插脚81和倾斜部分85、85’在印刷电路板4上的相对定位的误差。如图所示，插脚81以及因此倾斜部分85、85’在x方向上并非精确对准而是稍微互相偏移。然而这种偏移通过横向部件83的相应弹性偏斜完全补偿而不会导致印刷电路板4或电源连接器80中过大的应力。同样，如果当电源连接器处于松弛状态时印刷电路板4上用于锚固插脚81的两个锚固部位之间的间隔大于或小于插脚81之间的间隔，则部件82的相应弹性偏斜可吸收/消减此类间隔差异而不会在电源连接器80或印刷电路板4中产生过大或有害的应力。

试验表明，在图10至12b所示类型的M形电源连接器的情形中——该电源连接器在插脚上方的总宽度和高度为约1.3cm×1cm，由具有约3mm×0.2mm或0.3mm的横截面的弯曲叶片型导电金属弹簧部分制成，其在保持用于10安培以上的电流和80℃左右的温度的良好电接触和机械接触的情况下，在所有方向上能够接受和补偿的定位偏移可在3％至8％的范围内，特别是约5％，或0.25至0.7mm，通常在0.4mm左右。

因此，利用此类允许在其连接部分86的一个或多个方向上相对于其用于连接至印刷电路板4的基部81的小位移的电源连接器，可补偿预组装或预成型的加热元件连接器的小位置公差，并且在高电流和升高的温度条件下仍然可提供良好的电接触性能。

因此，利用此类将其插座86自行定位在连接器插销11上的电源连接器80，可提供用于高电流的无电缆的精确和连续的接触，特别是在加热器上的电阻加热装置与在印刷电路板4的电源之间。不存在柔性电缆增加了集成度，有利于装置的制造自动化水平，降低了其生产成本，并且通过减少人为因素而增加了其可靠性。

图13示出了按照本发明的加热装置的一个变型，其包括代替印刷电路板的挠性印刷电路板4’。

挠性印刷电路板4’粘合(特别是胶粘)在热块的金属块状物1的表面上。挠性印刷电路板4’具有：附贴在结合了形式为加热箔或膜的电阻加热器的金属块状物1上的内侧。挠性印刷电路板4’的外侧承载一个或多个刚性固定至该外侧的电气构件60、75’。挠性印刷电路板4’也可在其内侧上结合一个或多个电气构件。电气构件可为集成的构件或分离的构件，诸如固定在金属块状物中和/或其上的电阻加热器、传感器和/或电源开关如三端双向可控硅开关元件，和/或挠性印刷电路板的外侧上的一个或多个构件，例如控制器。

如图13所示，挠性印刷电路板4’刚性连接至热断路器75’和三端双向可控硅开关元件60。由于挠性印刷电路板4’的内表面匹配金属块状物1的表面，所以挠性印刷电路板4’的外表面上的三端双向可控硅开关元件60经由挠性印刷电路板4’与金属块状物1热连通，使得三端双向可控硅开关元件60在使用期间产生的热量可经由金属块状物1并可选地经由在块状物1中循环的水良好地排出。在一个变型中，三端双向可控硅开关元件和/或其它电气构件如热传感器可刚性连接至挠性印刷电路板的内侧以改善三端双向可控硅开关元件与金属块状物之间的热连通。

挠性印刷电路板4’经由臂4”连接至壳体3中的功能块2以用于数据和动力连接。挠性印刷电路板4’可经由臂4”连接至例如壳体3中的印刷电路板，和/或连接至更多电气装置，诸如用户接口或主开关2a。带有其金属块状物1的热块也刚性连接至功能块2，例如借助于卡扣件、螺钉、铆钉等。

图14和15，其中相同的参考标号大致表示相同的元件，示意性地揭示了带有用户可重置型断路装置的饮料或液体食物机器的两个可选实施例。

根据本发明的机器具有供电电路57，其可连接至电源(未示出)，诸如主电源或等效电源。供电电路57连接至印刷电路板(PCB)4，该印刷电路板承载机器的控制单元，例如微控制器、存储设备、机器中需要自动控制的各种零件如用户界面、泵、加热器1、传感器60、70等的各种接口。供电电路57具有允许用户接通和切断饮料或液体食物机器的主开关205、205’。

直列加热器1具有特别是经由泵(未示出)连接至水源的进水口1’，以及限定冲煮单元的上部的下游空腔1b，其设置成接收预先包装的饮料成分如咖啡或茶胶囊并与饮料或液体食物出口部件或组件(未示出)配合。

有利地，主开关205、205’机械地安装在PCB 4上以有利于组装并增加系统的集成度。

此外，机器包括热断路装置200，其具有在电路57上的开关205以及致动器201、201’，该致动器设置成当加热器1具有超过一温度界限(例如，在120℃至180℃、特别是140℃至160℃的范围内的温度界限)的温度时通过致动开关205而断开电路57，指示加热器1或其控制单元4的故障。

热断路装置200是用户可逆的/可重置的。在通过断路装置200安全断开电路57后，开关205可由用户操作以重新连接电路57并重新建立对PCB4的供电。因此，如果热断路装置200工作不正常或如果加热器1仅具有偶然的一次过热状态，则本发明的液体食物或饮料机器不需要返回进行维修来更换断路装置，这与现有的装配有一次性热断路器的饮料或液体食物机器不一样。

断路装置200具有致动器201、201’，其设置成当加热器超过所述温度界限时抵靠在用户开关如按钮型开关上推出销、杆或活塞202以便致动用户开关并断开电路57。

图14所示的实施例具有带致动器201的断路装置200，该致动器201包括可沿着箭头202’的方向移动的销202以及安装在加热器1上并与其热连通的热力构件。该热力构件可为任何适合将温度水平的通过转换成机械动作或位移的装置，诸如由记忆其形状的形状记忆合金制成的元件或双金属带状元件。

因此，当加热器1超过温度界限时，致动器201的热力构件被激活并且将推动销202抵靠在用户开关205上。这将使机器的电气部分从连接至电路57的电源断开。当加热器的温度下降至温度界限以下时，热力构件将返回到其正常状态，并且销202将跟随热力构件或可由致动开关205的用户推回至其正常位置以重新建立机器的动力连接。

在图14所示的实施例中，与热断路器配合的用户开关205还可用作可独立于过热状况操作以普通接通和断开饮料或液体食物机器的主开关。

相反，在图15所示的实施例中，与热断路器配合的用户开关205是与主开关205’分离的专用开关。

断路装置200包括抵接在加热器1上机械地安装并与其热连通的安全电气温度传感器203。此外，为了简化组装并进一步集成机器的电气构件，温度传感器203以与如上所述类似的方式刚性连接至PCB 50。在一个优选度较低的实施例中，此类温度传感器也可由其它装置连接至PCB，特别是以部分或完全柔性的方式。

温度传感器203监测加热器1的温度。温度传感器203与根据测定的温度经由其连接电路204控制致动器201’的供电的控制装置相关。例如，该控制装置包括在连接至温度传感器203的连接电路204上的电源开关，例如晶体管。

有利地，温度传感器203、与其相关的电源开关、用户开关205以及甚至致动器201’刚性安装在PCB 4上。优选地，这些构件安装在与饮料和液体食物机器在PCB 4上的普通控制单元电绝缘的PCB 4的部段41上。因此，通过将基本上所有电子和电气零件都设置在同一PCB 4上但设置在两个不同的电路中，方便了构件的机械组装并且增加了机器的安全性。

Claims (24)

1.一种流量计和印刷电路板的组合，所述印刷电路板用于液体食物或饮料制备机器，所述印刷电路板刚性地连接至所述流量计。

2.根据权利要求1的组合，其特征在于，所述流量计是磁性流量计。

3.根据权利要求1或2的组合，其特征在于，所述流量计包括：磁场检测器，所述磁场检测器结合在所述印刷电路板中，以及可旋转的磁性螺旋管或涡轮，所述磁性螺旋管或涡轮位于设置成用于使液体在其中循环并且刚性固定至所述印刷电路板的管道或管内。

4.根据权利要求3的组合，其特征在于，所述磁场检测器是霍尔传感器。

5.根据权利要求1的组合，其特征在于，所述印刷电路板是挠性印刷电路板。

6.一种液体食物或饮料制备机器，包括直列加热装置(1，2，3，4)和如权利要求1至5中任一项所述的组合，在所述机器中液体经所述加热装置循环并且然后被引导到冲煮室中，以冲煮供给到所述冲煮室中的食物或饮料成分，此类加热装置包括：

-带金属块状物(1)的热块，所述金属块状物结合有进口、出口和在它们之间延伸的加热室，以形成用于引导经所述块状物循环的所述液体的通道，所述块状物设置成积聚热量并向所述液体供给热量；以及

-一个或多个电气构件，所述电气构件刚性固定在所述热块上或固定于所述热块中并连接至所述印刷电路板(4)，所述印刷电路板(4)设置成控制所述热块，

其中，所述一个或多个电气构件刚性连接至所述印刷电路板。

7.根据权利要求6的机器，其特征在于，所述食物或饮料成分在胶囊或易理包内供给到所述冲煮室中。

8.根据权利要求6的机器，其特征在于，所述电气构件是传感器(70)、热断路器(75)和/或电源构件(60)。

9.根据权利要求6的机器，其特征在于，所述一个或多个电气构件经由刚性连接器插销(11，51，61，73)或叶片或刚性插头(11，51)和插座(80，71)部件刚性连接至所述印刷电路板。

10.根据权利要求6的机器，其特征在于，一个或多个电气构件固定在所述金属块状物上或固定在所述金属块状物中并选自温度传感器、热断路器、流量计、电阻加热器、电流表和电源调节器。

11.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，电气构件固定在所述金属块状物的空腔中。

12.根据权利要求11的机器，其特征在于，所述电气构件借助于偏压式弹簧元件固定在所述空腔中或者所述空腔形成用于包括所述电气构件的插头的插座。

13.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，所述一个或多个电气构件包括电源构件，所述电源构件经由刚性电源插销和具有用于接纳所述刚性电源插销的插座的刚性电源连接器刚性连接，所述刚性连接器有弹性，以允许所述插座位移而使所述插座在所述插销周围自行定位，并确保所述插销与所述连接器之间的电接触。

14.根据权利要求13的机器，其特征在于，所述电源构件是电阻加热器和/或电源开关。

15.根据权利要求13的机器，其特征在于，所述刚性连接器由一个或多个弹簧叶片制成。

16.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，所述机器包括容纳在不可渗透的和/或绝热且电绝缘壳体中的所述印刷电路板，所述壳体机械连接至所述热块，并具有用于电连接器通过的一个或多个开口以将刚性固定在热块上或刚性固定于热块中的所述一个或多个电气构件连接至所述印刷电路板。

17.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，所述印刷电路板是固定至所述热块的表面的所述挠性印刷电路板，所述挠性印刷电路板具有：内侧，所述内侧面向所述热块并结合有形式为加热箔的电阻加热器；以及外侧，一个或多个电气构件刚性固定在所述外侧上。

18.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，所述印刷电路板设置成控制泵或电气接口。

19.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，所述金属块状物中的所述加热室沿着液体流经所述块状物的方向为细长的，所述加热室包括上部流动部分，继之以向下流动部分，所述向下流动部分具有变窄的横截面以促进液体沿所述上部流动部分和向下流动部分的速度增加，从而抑制泡沫在所述上部流动部分中的积聚。

20.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，所述金属块状物的进口、出口和加热室共同形成刚性通道，用于引导经所述块状物循环的所述液体。

21.根据权利要求20的机器，其特征在于，所述热块包括所述冲煮室的上游部分，所述上游部分由所述金属块状物形成或刚性锚固在所述金属块状物中使得所述金属块状物的所述刚性通道延伸到所述冲煮室中。

22.根据权利要求21的机器，其特征在于，所述机器包括具有液体食物或饮料出口并与所述上游部分配合以形成所述冲煮室的下游部分，所述下游部分和所述上游部分能够移动分开和能够移动到一起以将所述成分供给到所述冲煮室中和从所述冲煮室排出所述成分。

23.根据权利要求22的机器，其特征在于，所述上游部分和所述金属块状物是固定的，所述下游部分能够移向和移离所述上游部分；或者所述上游部分和所述金属块状物能够整体移向和移离所述下游部分，所述下游部分是固定的或可移动的。

24.根据权利要求6至10中任一项的机器，其特征在于，所述机器包括：

-供电电路(57)，所述供电电路能够连接至电源；

-加热器(1)，所述加热器由所述供电电路供电；以及

-热断路装置(200)，所述热断路装置与所述加热器热连通并与所述供电电路相关联，所述热断路装置设置成当所述加热器超过温度界限时从所述电源中断所述供电电路，

其中，所述热断路装置(200)是可逆的并且包括用于当所述加热器超过所述温度界限时自动中断所述供电电路的用户开关(205)，所述用户开关能够由用户操作以当所述加热器具有已返回到低于所述温度界限的温度时闭合所述供电电路，所述热断路装置包括致动器(201)，所述致动器设置成当所述加热器超过所述温度界限时抵靠在所述用户开关上推出销、杆或活塞(202)以便致动所述用户开关并断开所述供电电路(57)。