CN102307505B - 带有用于检测机器中咖啡量的传感器的自动咖啡机 - Google Patents

Abstract

该机器包括：泡制单元(3)；水储存器(7)；锅炉(11)，其用于产生热水以提供给该泡制单元；咖啡容器(13)；电子控制单元(27)；使用者界面(33)。至少一个电容传感器(31)与所述咖啡容器相关联以检测所述容器(13)中的剩余咖啡量。该传感器连接到电子控制单元，电子控制单元被编程以通过界面向使用者提供关于所述容器中咖啡量的至少一条信息。

Description

带有用于检测机器中咖啡量的传感器的自动咖啡机

技术领域

本发明涉及家用和专业用咖啡机的领域，且具体而言涉及自动或半自动咖啡机的领域。

背景技术

为了产生基于咖啡的饮料，使用具有大量功能装置和控制装置的半自动或自动机器。高水平的自动装置也应用于家用机器而非仅用于专业用的机器。

通常，咖啡机具有：泡制单元；水储存器；锅炉，其用于产生热水来提供给泡制单元；咖啡容器；电子控制单元；以及使用者界面。利用该界面，使用者能够设置用于产生饮料和其它物质的一系列功能、参数（这取决于机型和机器性能）。在某些情况下，该机器只产生咖啡，而在其它情况下，其可甚至产生其它饮料，例如热水、卡普奇诺、热奶或类似物质。所有这些功能(若存在)可通过使用者界面来选择。此也用于向使用者传达该机器可能故障的信号、报警条件的信号或可阻止该机器正确操作的其它事件的信号。在这种类型的许多机器中，还存在咖啡豆储存器和研磨器，研磨器研磨咖啡豆且产生咖啡粉，咖啡粉被提供到泡制单元。在其它机器中，储存器直接接收咖啡粉且以使用者预定且设置的剂量提供给泡制单元。

在现代咖啡机中出现的问题之一为，需要向使用者传达缺少咖啡的信号，特别是在研磨器上游的储存器中缺少咖啡豆的信号。

当包含于该容器中的咖啡豆不足以制备咖啡剂量时，即不足以充分地填充泡制单元的泡制腔室时，该机器停止，向使用者提供报警信号，使用者得负责再次填充咖啡容器。

在某些已知机器中，为了控制已研磨的咖啡量，提供用于测量研磨器产生的粉的体积系统。如果在预设研磨时间内并未达到一个饮料剂量所需的咖啡粉量，则被该机器的中央单元理解为在该容器中缺乏咖啡豆。该机器停止且使用者必须用新咖啡豆填充该容器，重启该机器。由于该中央单元知道研磨的咖啡的体积，在此情况下，能执行第二研磨操作来到达获得该杯咖啡所需的研磨的咖啡的体积。

这种系统具有两个缺陷。首先，需要采用一系统来测量研磨的咖啡量，这显著地增加了该机器的成本和大小。其次，体积测量器会出现故障且因此其代表机器操作中的关键元件。而且，当咖啡豆在研磨阶段用尽时，该机器停止且使用者不得不再次填充该容器，而另一方面，使用者将希望能快速地获得一杯饮料。这使得该机器的使用非常令人不舒服。为了避免该机器在研磨和泡制循环期间停止，使用者应在每次启动该机器前控制容器中咖啡豆高度。

在更现代的机器中，已经去除了咖啡体积测量，且假定在旋转量与研磨的咖啡量之间存在一对一的关系（对所请求的目标而言是一种充分精确的假设），则基于研磨器产生所希望的研磨的咖啡量所必须进行的旋转量来执行测量。但是，以此方式，在研磨器已经执行对应于待研磨的咖啡剂量的旋转量之前，在咖啡装料研磨期间咖啡豆容器变空时，研磨器在没有咖啡的情况下继续旋转，因此不产生粉，且该机器在特定时段之后停止。在其它情况下，根据指示研磨器空载运转的事实的信号来执行停止。在每种情况下，当研磨器停止时，中央单元不能识别已研磨的咖啡量且因此不能知道在使用者向该容器再次填充豆之后仍应研磨多少咖啡。

因此当咖啡豆容器被再次填充且该机器重启时，控制单元使得必需完全卸载在部分研磨循环中所产生的咖啡粉，部分研磨循环保持为在停止之前的阶段中不完全的状态，且必须重启整个循环。这涉及以下明显缺点：对于由于容器中的咖啡豆用尽而引起的的每次中断而言，浪费部分咖啡剂量。

为了检测容器系统中豆的缺乏，研究了各种类型的容器系统，例如基于对驱动该研磨器的引擎的电参数所进行的测量的容器系统(WO-A-2008/001403)，其为基于测量振动的系统(US-A-2006/0222736)。

也研究了光学型系统，测量在容器中足量咖啡豆的存在。这些测量装置具有至少一光学屏障，其具有发送器和发射器，发送器和发射器被布置成使得光束与豆容器的体积相交。当豆量低于光学屏障的高度时，光学检测器发送报警信号，其向使用者传达需要在容器完全变空之前恢复容器中豆高度的信息。

这些光学系统具有显著缺陷，这归因于以下现实：它们必须工作的环境涉及咖啡粉末或屑的沉积，这会阻止所用的光电管（photocell）或光学传感器正确操作。而且，该系统是特别昂贵的，因为其需要两个构件施加于容器上(发送器和接收器)。而且，必需将传感器布置于容器壁内或利用透明材料来制成该容器壁，然而透明材料来制成的容器壁可能会变脏或磨损直到阻止传感器正确操作。而且，如已知的那样，咖啡豆可能难以在容器内滑动且形成保持暂时静止的豆桥或豆块。如果这种情况在包含于容器中的咖啡量较缺乏的条件下发生且沿着从发送器到接收器的路径锁定该光束，那么即使是在容器中的咖啡量不足以制备一个饮料剂量时，该装置也不操作且其并不发送缺乏咖啡的信号。

WO-A-2007/000195描述了一种自动咖啡机，其包括水储存器和咖啡豆储存器。咖啡豆被提供到下面的咖啡研磨器，咖啡研磨器产生咖啡粉，用咖啡粉产生饮料。对于每次泡制循环而言，预定剂量的咖啡粉被加载到泡制腔室内。电容传感器与咖啡豆储存器相关联，该传感器应适用于向使用者传达咖啡豆存在和随即缺少豆的信号，但不能提供适用于更正确地处置咖啡豆储存器含量的信息。

发明内容

根据一方面，本发明提出实施一种上文所提到类型的咖啡机，其完全或部分地克服了已知机器的一个或多个缺陷。

根据一实施例，根据本发明的机器提供不同类型的检测器或传感器以用于通过使用者界面来传达需要恢复容器中咖啡量的信号。

在一实践实施例中，传感器为电容型传感器，其允许发送作为容器中咖啡量的函数的信号。优选地，该机器的传感器和控制单元被实施、布置且编程以向使用者提供关于容器中咖啡短缺的信息，来警告使用者使得他/她采取行动来恢复容器中充分的咖啡高度。有利地，当容器中仍有足以制备至少一个预定的饮料量，例如足以提供一杯或两杯或更多杯咖啡时，提供这条信息。与使用电容传感器的其它已知机器不同，以此方式传感器并不限于警告消费者容器变空了，他/她能够以任何其它合适方式来验证的情形且因此无需采用适当传感器。相反，电容传感器以创新方式实施且使用：其允许使用者知道必需要恢复容器中咖啡(呈咖啡豆或粉的形式)的正确高度，但这条信息在容器中的咖啡用尽之前提供，使得使用者仍可执行至少一次提供循环。以此方式避免了最现代的机器中的上述缺陷。特别地避免了仅当容器完全变空时和在由于缺少产品而使一次咖啡提供循环失败的情况下使用者才注意到容器中缺少咖啡。

以下，咖啡机通常指其中插入咖啡豆且咖啡豆被研磨器研磨的咖啡机，因为这种类型的机器比直接插入研磨粉的其它机器更普遍，且因为在这些机器中更加感知到需要以及时且可靠方式检测咖啡豆用尽来在正确的时机干预且提供容器中所需咖啡量的恢复。但必须了解到，即使当该机器请求加载研磨的咖啡粉时可利用本发明优点中的至少某些优点。

实质上，至少一电容传感器可与处于适当位置的咖啡豆容器相关联，使得这种传感器可提供咖啡豆在对应于阈值的位置的存在/缺乏的至少一个信号，在对应于阈值的位置下方仍存在足量咖啡来产生例如一杯、两杯或甚至更多杯咖啡，但一旦到达此阈值，必需向使用者传达利用豆再次填充容器的可能性或需要利用豆再次填充容器以避免在随后循环的一个循环中该机器停止。

该界面可提供关于容器中咖啡豆量的信息，该信息作为传感器信号的函数。这种信号可为光学类型，例如，可提供在显示器上的消息或通过一个或多个发光二极管(LED)的灯光信令。并不排除提供声类型信号的可能性，例如利用音响装置或甚至语音合成器，其向使用者传达加载咖啡容器的需要。

在某些实施例中，传感器可提供放置于容器外表面上的至少一根导电条带，该导电条带在与容器内咖啡豆高度降低所沿的方向相对应的方向上拓展充分长度。以此方式能获得模拟或数字信号，该模拟或数字信号不仅在咖啡降低到低于最小阈值或最小高度(超过该最小阈值或最小高度，必需恢复容器中的咖啡量)时提供报警，而且也提供关于实际存在的咖啡高度的指示。实践中，以此方式能通过界面向使用者指示剩余咖啡量，使得使用者具有关于容器中实际咖啡高度的更详细信息。于是，甚至当该量远高于一种高度（超过该高度必须再次填充该机器）时他/她也能认识到咖啡量。这可特别例如适用于允许使用者计划购买新咖啡包。

通过使用按顺序排列的多个传感器可获得类似结果，其中的每个传感器具有更小尺寸的条带，以利用条带电容的局部测量来局部或准时检测咖啡高度。然后这些传感器中的每一个将通常提供咖啡存在/缺乏的信号。若干信号的组合提供关于容器中实际咖啡高度的离散信息，而不仅是当此高度低于限度值时提供报警信号。

一般而言，该由传感器所进行的测量和因此由传感器生成的信号是基于以下现实：条带或其它测量元件的电容取决于测量元件紧邻处咖啡存在还是缺乏而变化。因此，通过使用具有适当形状和/或可变数量和位置的测量元件，能向使用者提供若干类型的信息。

在某些实施例中，可提供在界面上展示的曲线图或条状图，其中每个条对应于按顺序排列的传感器之一。接通/关掉显示器或其它界面上的每个光条允许使用者具有存在于容器中的咖啡量的即时且直观的概念。作为显示器上条形图的替代，能使用一系列LED或其它光指示器。

根据某些实施例，一个或多个传感器可为差分（differential）类型，即，它们可具有两根条带或其它更多或更少扩展的测量元件（由例如铜或类似导电材料制成），且被布置成生成两个信号，其差异允许获得对由乱真因素（spurious factor）造成的共模信号的排除。这特别适用于例如避免信号受到湿度变化或热漂移或者传感器电路构件老化或其它因素的影响。

附图说明

通过下文的描述和附图，将更好地理解本发明，附图示出本发明的非限制性实践实施例。更特别地，在附图中：

图1示出自动咖啡机的主要构件的示意表示，电容传感器施加到该自动咖啡机上，其用于检测咖啡豆量；

图2示出传感器的示意表示，其具有延伸的条带以提供表示容器中咖啡豆高度的模拟信号；

图3示出容器的部分局部截面，图2的传感器施加于其上；

图4示出在图3中标注为IV的细节的放大图；以及，

图5和图6示出传感器的其它实施例的示意表示。

具体实施方式

在图1中，自动咖啡机的主要构件以功能块的形式表示，本发明可施加于该自动咖啡机上。若干块的表示是示意性的，因为它们是本领域技术人员已知的。图1中的表示只是代表实例，因为本发明可实施于各种类型的机器中，甚至用于无研磨器单元的实例中，如上文所指示的那样。

参看图1，总体上标注为1的机器包括泡制单元3，热水在压力下通过管线5提供至泡制单元3。水通过泵9从储存器7抽取，泵9使得从储存器7抽取的水通过锅炉11流动。锅炉11表示为瞬间加热的锅炉，即，其中从泵9抽汲的冷水在经过锅炉期间被加热。因此，锅炉11也可为其它类型，例如蓄热锅炉。

在其它未图示的实施例中，提供多于一个的锅炉和/或多于一个的泡制单元，例如用于制备不同类型的咖啡，或甚至用于制备不同于咖啡的饮料。在某些实施例中，可提供冻干或浓缩物质的储存器以提供给与泡制单元3相关联或组合的一个或多个混合器来产生咖啡，这全部是本领域技术人员已知的。

在图1的图中，咖啡容器标注为3，其在此实施例的实例中适于容纳咖啡豆。储存器13具有下部输出15，咖啡豆通过下部输出15提供给研磨器17。研磨器可以以本身已知的方式包括两个研磨机，此处示意性地标注为19A和19B，其中的至少一个可例如受引擎21以旋转方式控制。

从储存器13提供到研磨器17的咖啡豆被研磨且咖啡粉通过管23朝着包含于泡制单元3中的泡制腔室(未图示) 提供。泡制单元3为任何类型的泡制单元且这里利用普通块来示意性地表示，其具有出口25，基于咖啡的饮料通过出口25提供，基于咖啡的饮料通过以下步骤而获得：使在压力下通过管线5提供的热水经过泡制腔室（研磨的咖啡在泡制腔室中已经被压缩）。可根据使用者能够获得的饮料类型来控制和改变水压。

除了泡制压力之外，在某些实施例中，可设置其它参数，诸如对应于每个剂量的研磨的咖啡量，水温、咖啡粉更大或更小的精细度等。

可通过示意性地标注为27的适当编程的电子控制中央单元来控制各种功能。控制单元27可包括微处理器或其它可编程的逻辑。

如在图1中示意性地示出，在某些实施例中，控制中央单元27连接到泡制单元3；连接到锅炉11；连接到泵9；连接到研磨器17和其引擎；视情况连接到水储存器7以及与咖啡容器13相关联的电容传感器31。中央单元27通过界面朝向外部通信，界面示意性地且总体上标注为33。此可具有显示器33A和一个或多个元件、构件或装置，示意性地标注为33B，诸如LED、旋钮、开关或使用者可用来设置功能或控制的其它元件，即其可用来提供关于机器操作条件等信息的元件。

界面33的性质和配置可为任何类型且并不特别重要。重要的是，中央单元27通过界面33或其它合适构件或通信元件可向使用者提供指示容器13内咖啡量的至少一个信号。此通信元件可插入到界面33内或者其也可由与机器的主界面分开的额外界面所构成，其中界面表示能够向使用者提供呈光、声、语音信号或其它信号形式的易懂信息的任何装置、系统、构件或元件。

在该机器最容易的实施例中，电容传感器3可由准时的或局部的传感器构成，其包括单根条带或其它导电测量元件（即使具有小的表面尺寸），位于容器13的对应于以下高度的高度处：即，认为低于该高度必需考虑再次填充该咖啡容器13以避免该机器且特别是研磨器17空载运行。这种类型的简化传感器可被定位的高度将会使得由此传感器传达的咖啡豆体积低于该高度的信号是静态的，以便允许制备例如至少一小杯咖啡。以此方式，使用者可获得适用信号，他/她可基于该适用信号认识到需要向容器13再次填充咖啡，因为剩余咖啡量不足。此外，当该机器仍能完成后续泡制循环时并且在一个或多个随后循环的情况下，提供此信号，从而避免了上述缺陷。

在更先进的实施例中，与容器13相关联的电容传感器允许更进一步处理的信号，其除了在咖啡低于最低高度时指示需要再次填充容器13之外，也可提供关于包含于容器本身中实际咖啡量的指示。图2、图3和图4示出能提供这种类型的一条信息的模拟传感器的可能形状。在图3中示出储存器13被部分地剖视，且在其外侧的壁13A处施加传感器，传感器整体地标注为31。在此情况下容器13的壁13A由非导电材料制成以允许通过将传感器布置于外部而对其内部的咖啡量进行电容检测。将传感器31施加于容器外部是优选的，尽管并不排除将传感器插入于容器本身内的可能性。此外，将传感器插入于容器本身的解决方案使得传感器经受变脏或经受损坏，这是由于咖啡豆在其表面上持续经过所致。在其它实施例中，传感器可合并于形成容器13的壁的材料中。

传感器31具有支承的层状元件31A，其例如由vetronite或其它绝缘材料制成，在其两个相对面上施加两个导电条带31B和31C。这可通过生产印刷电路的常用技术来实施。如在图2中可看出，每根条带(在图2中仅示出条带31C，但相对条带具有基本上相等的拓展)具有在对应于方向F(图3)的方向中的细长形状，沿着该方向，咖啡豆的质量随着它们被提供到下面的研磨器17而逐渐移动。于是，实质上，每根条带31B、31C在容器13内豆高度降低的方向中具有纵向拓展。以此方式，每根条带且特别是朝向容器13的壁13A的条带31B的电容随着容器13中的咖啡豆高度L(图3)降低而逐渐地改变，允许利用传感器31生成模拟信号函数的情形，该模拟信号函数为咖啡所在高度L的高度的函数并因此为实际存在于容器13中的量的函数。

电路31D安装于条带31A上，条带31A电连接到导电条带31B和31C。电路31D是本身已知的类型且其与条带31B和31C(形成可传感的元件)一起构成实际的电容传感器。

咖啡豆的质量对于朝向壁13A的条带31B的电容具有更大影响且对于朝向相对点位的条带31A的电容具有更小或可忽略的影响。这允许获得差分信号，来自其的共模干扰，即，并不取决于容器13内咖啡高度的条带电容的变化，例如由于湿气存在所致的变化或由于能够更改两根条带电容的主体靠近所致的变化。

电路31D连接到控制单元27，控制单元27基于由电路31D获得的差分信号(适当地数字化)向使用者提供关于储存器13中实际咖啡高度的指示，且当此高度低于阈值(例如在图3中由点划线S所表示的高度)时发出报警。

图5示意性地示出类似于图4的情形的传感器，但其中提供彼此相同的两对条带，在图中仅可看到其中的两个条带。每对条带标注为31X和31Y，连接到检测电路31D且其具有细长三角形状。两个三角形以倒置位置排列以覆盖基本呈矩形的表面。以此方式，当咖啡高度对两对条带的电容的影响以不同方式（对一对条带和另一对条带而言）变化时，使得传感器可提供更强信号。

在图5中示出额外实施例，其中作为单个传感器31的替代，使用由31(1), 31(2), 31(3), ... 31(n)所标注的N个传感器。传感器中的每一个包括一对条带31B/31C和电连接到两根条带的电路31D。其可如图6所示具有比图2中的条带31B和31C的拓展小很多的拓展。这些传感器按顺序沿着容器13中咖啡高度降低的方向F排列，使得每个传感器可提供咖啡存在/缺乏的信号，且这些信号的组合提供容器中实际咖啡高度的指示。实质上，其为获得信息的数字解决方案，该数字解决方案类似于利用图5，即图2、图3和图4中的布置以模拟方式获得的解决方案。图6的传感器和图5的传感器能够以类似于图3所示的配置施加于容器13上。

应理解，附图仅示出范例，其被给出作为本发明的实际演示，其在实施例和布置中可变，但仍处在本发明所依赖的概念内。在所附的权利要求书中，可能存在的附图标记是为了便于参考描述和附图来阅读权利要求书，且其并不限制由权利要求书所表示的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动咖啡机，其包括：泡制单元；到锅炉的水提供，用于产生提供到所述泡制单元的热水；咖啡容器；电子控制单元；使用者界面；其中，至少一个电容传感器与所述咖啡容器相关联以检测所述容器中的咖啡量，该电容传感器连接到所述电子控制单元；且其中所述电子控制单元被编程以通过所述界面向使用者提供关于所述容器中咖啡量的至少一条信息，其特征在于：所述至少一个电容传感器包括与所述容器成接口连接的至少一根导电条带以至少在所述容器中的咖啡量低于阈值时提供信号。

2.根据权利要求1所述的自动咖啡机，其特征在于，所述容器是咖啡豆容器，且提供研磨器以研磨所述咖啡豆且产生研磨的咖啡用于所述泡制单元，所述至少一个电容传感器被实施和布置成提供关于所述容器中咖啡豆的量的至少一条信息。

3.根据权利要求1所述的自动咖啡机，其特征在于，所述电子控制单元被编程以至少在所述容器中的咖啡量低于所述阈值时通过所述使用者界面来提供信号。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的自动咖啡机，其特征在于，所述电容传感器被布置和实施成提供作为所述容器中咖啡量的函数的信号变量，所述电子控制单元被编程以通过所述使用者界面以连续或离散方式提供一条信息变量，该信息变量指示所述容器中可变的咖啡量并作为所述信号的函数。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的自动咖啡机，其特征在于，所述至少一个电容传感器包括沿着所述容器中咖啡高度降低的方向按顺序排列的多个导电条带。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的自动咖啡机，其特征在于，所述至少一个电容传感器包括沿着所述容器中咖啡高度降低的方向延伸的至少一根导电条带。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的自动咖啡机，其特征在于，所述至少一个电容传感器包括电路，其用于消除或减轻由乱真因素造成的信号干扰。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的自动咖啡机，其特征在于，所述至少一个电容传感器包括至少两个测量元件和一个电路，该电路用于消减由所述两个测量元件提供的两个信号以消除共模干扰，所述两个测量元件布置于距所述容器的内部体积不同距离处，使得通过消减所述两个测量元件的信号而获得的信号是所述容器中咖啡量的函数。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的自动咖啡机，其特征在于，所述至少一个传感器位于所述容器的壁的外侧，所述壁至少部分地由非导电材料制成。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的自动咖啡机，其特征在于，所述至少一个传感器包括形成测量元件的两个板或条带，所述测量元件连接到测量电路且由不导电的元件相互间隔开，所述传感器安装成使得所述两个测量元件相对于所述容器的壁处在不同距离。

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