CN105916419B - 用于食品制备机中的编码插入件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种编码插入件(100)，所述编码插入件用于与适于被功能性地插入食品制备机(1)的腔室的食品配料胶囊(11)相关联，其特征为，所述编码插入件(100)是圆盘或圆环，所述圆盘或圆环包括至少一个可变形部分(17,19,20,21,22,23,25,26,27,29,31,33,34,35,38)，所述可变形部分在所述插入件被插入所述制备机腔室时和/或所述腔室闭合时变形，使得通过检测由变形的部分施加在所述制备机腔室上的反作用力，来设定至少一个制备机操作参数，由此为每个同与其相关联的胶囊一起插入制备机的编码插入件(100)定制制备机冲煮功能参数。

Description

用于食品制备机中的编码插入件

技术领域

本发明涉及一种与食品制备机(例如饮料制备机)内的配料胶囊搭配使用的编码插入件。

背景技术

饮料制备机在食品科学和消费品领域中是众所周知的。此类制备机允许消费者在家制备给定类型的饮料例如基于咖啡的饮料，如意式浓咖啡或冲煮类杯装咖啡。

现今，用于在家制备饮料的大部分饮料制备机包括由以下机器组成的系统，即，该机器可容纳用于饮料制备的分份配料。这些份料可为软质的易理包(pod)或垫包，或者袋，但是越来越多的系统使用半刚性或刚性的份料，诸如刚性易理包或胶囊。在下文中，应认为本发明的饮料机是与刚性或半刚性的胶囊一同工作的饮料制备机。

这种制备机包括用于容纳所述胶囊的接收器或腔室和流体注入系统，所述流体注入系统用于使流体(优选为水)在压力下注入所述胶囊。在压力下被注入到胶囊中以用于根据本发明制备咖啡饮料的水优选为热的，即，温度高于70℃。然而，在一些特定情形下，也可为环境温度或甚至是冷水。在胶囊容纳物的提取和/或溶解期间，胶囊腔室内部的压力在用于溶解产品时通常为约1巴至约8巴，而在用于提取烘焙与研磨咖啡时为约2巴至约12巴。这一制备过程与饮料制备(特别是对于茶和咖啡而言)的所谓“冲煮”过程大不相同，不同之处在于冲煮需要通过流体(例如，热水)对配料进行长时间的浸泡，而该饮料制备过程允许消费者在几秒内制备好饮料，例如咖啡。

在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的容纳物的原理是已知的，并且通常包括将胶囊插入制备机的接收器或腔室内，一般在采用穿刺注入元件(诸如安装在制备机上的流体注入针)刺穿胶囊的面之后将一定量的加压水注入胶囊，使得在胶囊内部产生加压环境以提取物质或溶解物质，然后通过胶囊释放所提取的物质或溶解的物质。允许应用该原理的胶囊已在例如申请人的欧洲专利EP 1472156 B1和EP 1784344 B1中进行了描述。

允许应用该原理的制备机已在例如专利CH 605 293和EP 242 556中进行了描述。根据这些文献，所述制备机包括用于胶囊的接收器或腔室和穿孔与注入元件，该穿孔与注入元件制成中空针的形式，该中空针包括位于其远侧区域中的一个或多个液体注入孔口。所述针具有双重功能，一方面其打开胶囊的顶部，而另一方面其形成进入胶囊的进水通道。

所述制备机还包括流体箱，在大部分情况下该流体为水，所述流体箱存储用于在压力下溶解和/或浸泡和/或提取包含在胶囊内的配料的流体。所述制备机包括加热元件诸如热水器或热交换器，所述加热元件能够将其中使用的水加热至工作温度(传统上为高达80-90℃的温度)。最后，制备机包括用于使水从流体箱任选地通过加热元件流到胶囊的泵元件。水在制备机内流通的方式可例如通过选择阀装置进行选择，所述选择阀装置诸如为申请人的欧洲专利申请EP 2162653 A1中所述类型的蠕动阀。

当所要制备的饮料为咖啡时，一种令人感兴趣的制备咖啡的方法是给消费者提供包含烘焙与研磨咖啡粉的胶囊，该烘焙与研磨咖啡粉用注入到其中的热水进行提取。

在多种情况下，所述制备机包括用于保持胶囊的胶囊保持器，所述胶囊保持器旨在要插入所述制备机的对应腔室或接收器中以及从所述制备机的对应腔室或接收器移除。当胶囊保持器装载有胶囊并以功能性方式插入制备机时，制备机的水注入装置可流体连接到胶囊以向其中注入水来制备食品，如上文所述。胶囊保持器例如在申请人的欧洲专利EP1967100 B1中进行了描述。

已研发了用于这种食品制备(特别是饮料制备)应用的胶囊，其在申请人的欧洲专利EP 1784344 B1或在欧洲专利申请EP 2062831中被描述并要求保护。

简言之，这种胶囊通常包括：

-中空主体和注射壁，所述注射壁不透液体和空气并且附接到所述主体且适于被例如制备机的注入针刺穿，

-腔室，所述腔室容纳待提取的烘焙与研磨咖啡，或可溶性配料或可溶性配料混合物的料层，

-铝膜，所述铝膜设置在胶囊的底端处，封闭胶囊，用于保持腔室的内部压力。

所述铝膜被设计为能被穿刺装置刺穿，所述穿刺装置与胶囊一体，或位于所述胶囊外部，例如在制备机的胶囊保持器内。

所述穿刺装置适于在腔室的内部压力达到特定的预定值时在铝膜中刺出分配孔。

另外，任选地，胶囊还可包括被构造为打断流体射流的装置，以减小注入到胶囊内的流体射流的速度并且使流体以减小的速度分配到整个物质料层上。

现有技术的胶囊具有注射壁或膜(称作顶膜)，所述注射壁或膜被作为流体系统的一部分的饮料制备机的流体注入元件(如，针)刺穿。当流体注入到胶囊隔室中时，压力增大，这用作提取和/或溶解包含在胶囊内的配料的提取手段，如上文所述。这些配料可为例如烘焙与研磨咖啡的料层。除烘焙与研磨咖啡外或与烘焙与研磨咖啡结合，所述配料可包含可溶性配料，诸如饮料预混物。

目前，制备机使用了若干种系统来识别胶囊，但现有解决方案的主要缺点是，识别系统的成本和/或适于这种识别的胶囊的复杂度和成本较高。此类识别系统提供了将制备机操作参数自动设定为适当值的良好解决方案，制备机需要这些适当值来用容纳在胶囊内的特定配料制备食物产品。这些操作参数包括但不限于要注入胶囊，用于与配料混合的水量(注入的水量将对应于分配给消费者杯子的产品量减去冲煮循环结束时留在胶囊内的少量残余量)。制备机操作参数还包括注入水的压力，该压力随配料不同而变化(例如，若要制备可溶性产品，压力通常较低；而若要提取烘焙与研磨咖啡粉，则压力通常较高)。制备机参数还包括注入胶囊内的水的温度，该温度可以是冷的、环境温度或者约80℃至90℃的高温。

此类识别系统包括但不限于：颜色识别装置、条形码，识别位于胶囊表面的突出部、凹槽或其他人工痕迹的装置，识别电导率和电阻率的装置，概括地讲，已知的借助电流或磁场来检测或识别胶囊的所有装置。此外，当前的识别装置嵌入胶囊中，不允许将食品制备机自动设定为恰当的操作参数，同时胶囊不包含与制备机相互作用的内置识别代码。

因此，本发明的目的是提供一种与价廉的胶囊搭配使用的装置，该装置允许将所述制备机自动设定为适于制备容纳在所述胶囊内的特定食品配料的适当操作参数。

发明内容

上文提出的目的由一种编码插入件实现，该编码插入件与适于被功能性地插入食品制备机腔室的食品配料胶囊相关联，其特征在于：所述编码插入件是圆盘或圆环，这种圆盘或圆环包括至少一个可变形部分，该可变形部分在所述插入件被插入制备机腔室时和/或所述腔室闭合时变形，这样，通过检测由变形的部分施加在制备机腔室上的反作用力，来设定至少一个制备机操作参数，由此为每个同与其相关联的胶囊一起插入制备机的编码插入件定制制备机冲煮功能参数。

编码插入件的“至少一个可变形部分”，意思是该插入件的至少一个部件的形状或制造材料使该部件能在负荷施加于其上时发生机械变形(弹性变形或塑性变形)。插入件的至少一个部分的这种机械变形是在胶囊-插入件组件被插入制备机腔室时，和/或制备机腔室闭合从而功能性地封闭所述胶囊和插入件时由制备机施加在插入件上的机械负荷引起。若干实施方案将在下文的具体实施方式部分进行描述。

所谓“变形特性”，意思是每个对象(在本发明的背景下是插入件的可变形部分)的特定材料行为，其取决于该对象的形状和制造该对象的材料。可变形材料的行为定律表明，当负荷施加于编码插入件的可变形部分，使该可变形部分从平衡位置移出时，该可变形部分向后推的力是所述舌部距该平衡位置的距离的函数。换句话讲，取决于材料的类型、每个对象的尺寸和几何形状以及施加的力，可产生各种类型的变形。

所谓“操作数据”，是指与操作制备机功能上相关的任何数据，换言之，可被制备机的电子器件用来设定饮料制备参数的任何数据。更确切地说，操作数据对应于饮料制备参数的设定值，例如，如果饮料制备参数是水温，则操作数据将是制备机电子板中编程的对应该水温的值，于是所述电子板驱使水加热器运作，将水加热至某个对应的温度。在本发明的食品制备机或饮料制备机背景下，与前体配料混合以制作最终的食物产品或饮料产品的水的使用温度一般在4℃至100℃范围内，优选在12℃至85℃范围内。更精确地举例，市面上的大多数饮料制备机使用两种不同的温度，具体取决于待制作饮料的类型。在这种情况下，视所冲煮饮料的类型而定，与水温对应的制备机操作数据的值可为“热”或“冷”(当然，这种值在制备机电子程序内被编码为数字值)。

优选的是，每个插入件的可变形部分选自下列各项：

(i)一系列舌形突出部，

(ii)一系列波形突出部，

(iii)螺旋弹簧部分，

(iv)一系列弯曲的柔性弓形部，这些弓形部从编码插入件内表面的最下方朝着所述插入件的中心向内并向上延伸，

(v)一系列向下取向的曲线形突出部，这些突出部从插入件的底部边缘延伸出，

或者上述各项的组合。

还优选的是，所述可变形部分位于所述插入件的周边。

在本发明的第一可行的实施方案中，插入件-胶囊组件的至少一个外部尺寸大于腔室的对应内部尺寸，并且该可变形部分的位置被设计成在所述腔室闭合为功能配置的情况下，允许所述插入件弹性压缩并贴合在所述腔室内。

在本发明的第二可供选择的实施方案中，插入件-胶囊组件的至少一个外部尺寸小于腔室的对应内部尺寸，并且该可变形部分的位置被设计成在所述腔室闭合为功能配置的情况下，允许所述插入件弹性扩张并贴合在所述腔室内。

在本发明的一个优选实施方案中，可变形部分可变形的幅度介于0.1mm和20mm之间，优选介于0.15mm和10mm之间，更优选介于0.5mm和5mm之间。

此外，可变形部分的取向优选地使该可变形部分沿轴线D变形，其中轴线D基本上平行于与所述编码插入件相关联的胶囊的竖直轴线。

另外，可变形部分优选能在介于0.2N和500N之间的力的作用下变形，更优选能在介于20N和300N之间的力的作用下变形。

本发明还涉及一种食品制备系统，该系统包括上述编码插入件、配料胶囊以及适合与所述胶囊-插入件组件功能性协作的食品制备机；所述制备机包括腔室，用于可选地接收所述胶囊-插入件组件，使得可通过将流体从所述制备机注入所述胶囊，从而在所述胶囊-插入件组件内制备食物产品；其特征在于所述腔室包括力敏感部分，该力敏感部分适合与编码插入件的可变形部分协作，从而将与食品制备设定相关的数据从所述插入件传输至所述制备机，所述数据是所述可变形部分的机械变形特性的函数。

优选的是，所述力敏感部分连接到所述制备机的控制板，这样，所述力敏感部分与所述插入件可变形部分之间的协作便能够在可变形部分将机械变形传递至所述压力敏感部分时，触发所述制备机内的操作，所述操作为：识别所述制备机是接通还是关断，以及/或者设定食品制备参数，其中食品制备参数包括但不限于待分配食品的体积、温度和/或粘度，注入胶囊内的流体的压力，和/或冲泡/混合时间。

还优选的是，所述压力敏感部分是连接到电路板的力传感器。

食物产品优选为通过注入流体，在介于0.5巴和30巴之间、优选介于1巴和20巴之间、更优选介于2巴和15巴之间的压力下与封装的配料混合，而在胶囊内制备的液体产品或半液体产品。

本发明还涉及一种包括至少两个上述编码插入件的套件，该套件内的不同编码插入件包括具有不同的预定机械特性的可变形部分，以便为每个同胶囊一起插入制备机的编码插入件定制制备机冲煮功能参数。

优选的是，该套件中的每个编码插入件的可变形部分选自下列各项：

(i)一系列舌形突出部，

(ii)一系列波形突出部，

(iii)螺旋弹簧部分，

(iv)一系列弯曲的柔性弓形部，这些弓形部从编码插入件内表面的最下方朝着所述插入件的中心向内并向上延伸，

(v)一系列向下取向的曲线形突出部，这些突出部从插入件的底部边缘延伸出，

或者上述各项的组合。

本发明的一般基础原理是，施加于插入件可变形部分的变形遵循材料行为定律，因此，不管变形的类型是压缩、挠曲还是扭转，所述可变形部分的变形所产生的力都是所述变形的直接函数。无论发生的是何种类型的变形，材料行为定律都表明，弹簧、或舌部或扭曲部分向后推的力是离开该弹簧、或舌部或扭曲部分的平衡长度的距离的函数，该定律如下：

F＝f(x)

其中

“x”是位移向量，即可变形部分从其平衡长度变形的距离和方向。

“f(x)”是弹簧施加的回复力的大小和方向。

螺旋弹簧和其他常见的弹簧通常服从虎克定律。有些可用的弹簧不服从虎克定律，以梁弯曲为基础的弹簧可例如产生随位移变化非线性地改变的力。

就本发明而言，假设插入件的可变形部分是复合弹簧元件，该弹簧元件在变形时产生的力不必与变形幅度线性相关。

所谓“食品”，是指任何种类的可食用产品。食品涵盖但不限于：粘度或大或小的面糊状、半液体或液体产品，诸如液体饮料(如茶、咖啡、巧克力饮料、汤)、浓汤、冰淇淋或果汁冰糕、软冰淇淋、酸奶制品、婴儿营养品(诸如婴儿配方乳)、谷类制品。

在本发明的一个优选实施方案中，所述食物产品是液体或半液体，尤其是冷的、常温的或热的饮料。在以下描述中，考虑将胶囊搭配液体饮料制备机使用，作为示例。

附图说明

本发明的额外特征和优点在下文参照附图给出的对现有优选实施方案的说明中有所描述，并且这些特征和优点将从该说明中显而易见，其中：

图1是适合与配料胶囊和根据本发明的编码插入件搭配使用的食品/饮料制备机的示意立体图；

图2A和图2B是包括配料胶囊与根据本发明的编码插入件的组件的示意透视图，分别示出配料胶囊与编码插入件两者均插入食品/饮料制备机的打开的接收器中(2A)和闭合的接合器中(2B)；

图3至图9是根据本发明的编码插入件的可供选择实施方案的示意立体图；

图10A和图10B是根据本发明的编码插入件的另一个实施方案的示意透视图；

图11和图12是根据本发明的编码插入件的另外两个实施方案的示意立体图；

图13A至图13C用图形示意性地表示实心可变形机械元件分别在线性压缩或拉伸、弯曲以及扭转(即扭曲)期间，与施加于该机械元件的力有关的弹性变形的演变过程；

图14用图形示意性地表示实心可变形机械元件与施加于该机械元件的力有关的弹性和塑性变形的演变过程(实线)，以及在所施加的力被释放后该弹性和塑性变形恢复的演变过程(虚线)。

具体实施方式

根据本发明的编码插入件100意在与装有食品配料(优选为饮料配料)的食品制备胶囊11联合使用。然后将编码插入件100与配料胶囊的组件插入图1所示饮料制备机1的冲煮腔室内，由此形成饮料制备系统。

如图1所示，制备机1包括制备机主体2和水贮存器3，水贮存器3可从制备机主体2移除以便重新灌装。主体2包括开/关按钮4。制备机1还包括提取头部5。头部5包括用来选择热水或冷水的水温选择器6、锁定杆7、以及用来插入胶囊保持器9的开口8。制备机1还包括杯托盘10，用来将杯子保持在提取头部下方。

胶囊保持器9适于接收与编码插入件100相关联的胶囊11。胶囊保持器9的轮廓剖视图在图2A和图2B中示出，其中，胶囊11与编码插入件100设置在一起，所述保持器9、胶囊11和编码插入件100被插入提取头部的对应接收器内。胶囊保持器9包括被设计成胶囊11的接收器的主体部分12，此外还包括手柄13。

胶囊11所包括的胶囊主体大致为截锥体，在其底部由与主体侧壁一体形成的底壁闭合。底壁的中心包括开口，此开口用作分配开口，让胶囊中制备好的饮料从所述胶囊流出，进入放置在下方的杯子中。胶囊还包括可刺穿铝膜和穿刺板，其中可刺穿铝膜靠近底壁密封于胶囊内部，穿刺板用于在胶囊内部的压力增大时刺穿所述铝膜。穿刺板位于铝膜与胶囊的底壁之间。最后，胶囊11在其顶部由可刺穿铝膜闭合。胶囊以隔水隔氧的方式制作。

根据本发明的编码插入件100可以是图1所示的圆盘，也可以采取图2A至图12所示的圆环形式。根据本发明，编码插入件被设计成与配料胶囊相关联，使得在将胶囊-插入件组件插入制备机中时，制备机感测嵌入插入件内的代码，并将所述代码转变成适当的饮料制备参数，这些参数适于最佳地满足胶囊内容纳的配料的需求。插入件100内的代码为机械变形曲线，以下说明内容将对该曲线作出解释。

通过简单地将根据本发明的编码插入件100放在胶囊11的表面，优选放在所述胶囊上侧或下侧，就可使插入件100与胶囊11以组件形式相关联。然而，关联成组件可通过把所述插入件100永久地或可拆除地附接到所述胶囊而实现，这些附接方式包括：夹持(即，用夹子紧固)、胶合、贴扎、用螺钉固定、卡口式装配，或这些方式的组合。

编码插入件100的形状和尺寸使得其能够实现与胶囊的恰当贴合，然后贴合到制备机的腔室内。优选的是，如图2A、图2B、图10B、图11和图12所示，圆盘形或圆环形插入件的直径等于该插入件组装到其上的胶囊表面的直径。该插入件的直径优选介于10mm和150mm之间，优选介于15mm和50mm之间。编码插入件100的总厚度优选介于0.5mm和20mm之间、更优选介于1.5mm和7mm之间。该编码插入件可由能够在经受外部机械约束时变形的任何适宜的材料制成，但应当优选地具有提供良好弹性的机械特征，示例包括金属、橡胶、合金、纸材、硬纸板，优选为热塑性塑料。应避免使用玻璃那样的刚性和脆性极强的材料。在编码插入件由热塑性材料制成这种优选的实施方案中，插入件优选注塑成型，如果使用了若干种塑料，则优选共同注塑成型。合适的热塑性材料包括但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、聚丙烯酸酯(PA)、橡胶或这些材料的组合。

更确切地说，图2A示出了装在胶囊保持器9内的胶囊11。塑料圆环形式的编码插入件100被放置在胶囊上表面之上，使得胶囊11和编码插入件100形成一个组件。在该实施方案中，插入件未固定至胶囊，而是以可拆除的方式放置在胶囊上。编码插入件100的外径被设计为基本上对应于胶囊上表面的直径，并且基本上不伸出胶囊上边缘18之外，如图2A所示。

编码插入件100和装有所述胶囊11的胶囊保持器9在提取头部5处于图2A所示打开位置的情况下，被插入该提取头部5内。在处于该打开位置的情况下，锁定杆7位于向上位置并解除锁定。提取头部5包括可移动针板14，针板14包括适于刺穿胶囊壁并将水(或另一种流体)在压力下注入胶囊内的针15。压力下的水由制备机的泵从水贮存器3泵送穿过管道系统(未示出)和提取头部5的流体连接器16。提取头部5处于打开位置时，针板的位置远离胶囊保持器，此外针15也远离胶囊，如图2A所示。

消费者如图2B所示那样向下致动锁定杆7时，针板14向下移动，提取头部5闭合。处于该位置时，针15刺穿胶囊的顶壁，并处于恰当的配置用于使水在压力下注入胶囊。圆环形编码插入件100的内径被设计为允许制备机注入针15在所述制备机闭合为功能配置(即，其中插入了胶囊并准备好将水注入胶囊内)时刺穿胶囊上壁，如图2B所示。

换句话讲，可以理解，制备机的提取头部5所包括的胶囊接收器的容积和形状基本上类似于胶囊的外部体积和外部形状，还为编码插入件100预留了空间。所述提取头部的胶囊接收器由胶囊保持器9和位于该胶囊保持器上方的针板14限定。针板14能够大体上竖直地朝向和远离所述胶囊保持器移动，从而分别闭合与打开所述胶囊接收器。将针板抬离胶囊保持器时，也就是提取头部处于打开位置时，胶囊保持器可像抽屉那样滑入或滑出提取头部。图2B示出了闭合的提取头部，其中胶囊保持器装有胶囊，该胶囊保持器插入提取头部中，并且针板处于闭合(即，下移)位置。从图2B可明显看出，处于该闭合位置时，胶囊11组装至编码插入件100所得的组件的外部体积和外部形状大体上对应于胶囊保持器和针板所限定的接收器的容积和形状，并与胶囊保持器和针板所限定的接收器的容积和形状匹配。

嵌入编码插入件的数据可对应于容纳在胶囊中的配料的类型，并且/或者可对应于由该胶囊制备食品或饮料的一种或几种参数。通常，这种数据由嵌入制备机的机械读取装置28(诸如安装在制备机内的压力传感器)读取。

力传感器28可安装在制备机内任何恰当的位置，此位置允许所述传感器在插入件与胶囊一起被引入制备机的接收器时，或在所述接收器正被闭合时，感测插入件的弹性和/或塑性变形。例如，传感器28可如图2A和图2B所示那样集成到针板14中，其功能被设计为一旦胶囊11和编码插入件100被引入制备机1的胶囊保持器9内，传感器28便能够在制备机的胶囊接收腔室(即，接收器)闭合，并且所述针板14如图2B所示那样被带动继而与插入件的可弹性变形部分接触时，感测插入件的变形。

插入件处于该位置时，如图2B所示，插入件的可变形部分(下文将给出此类可变形部分的若干个可供选择的实施方案)弹性地变形，从而产生变形力，由于传感器28与本身被放置到胶囊上侧的编码插入件接触并压在该编码插入件上，所以该变形力可被制备机感测到。感测到的机械变形的值被存储在制备机电子芯片(或电子板)内的程序转变成制备机操作数据，诸如水温值，或者将从制备机贮存器泵送通过胶囊的水量。

力传感器28可如上所述那样集成到饮料制备机中，也可集成到胶囊保持器9中。力传感器实际上可集成到制备机或胶囊保持器内的任意位置，只要在所述编码插入件和胶囊被功能性地插入制备机和/或胶囊保持器时，所述传感器与编码插入件(特别是编码插入件的可变形部分)接触即可。

由于弹簧效应，编码插入件100向制备机施加反作用力，更确切地讲，向集成在所述制备机内的力传感器施加反作用力。

依据力传感器28测得的反作用力，制备机读取有关容纳在胶囊内的配料的至少一种饮料制备数据和/或用于由所述配料制备饮料的参数。使用集成在制备机内的计算机芯片将反作用压力测量值转化为数据，这样解译感测到的压力并将其转变为饮料制备设定值，或者任何其他类似的数据，诸如所插入胶囊的类型、或容纳在胶囊内的饮料配料的类型。在插入胶囊-编码插入件组件期间和/或闭合制备机腔室期间，可由力传感器执行一次以上测量，其中针对编码插入件的可变形部分的各种预定变形幅度进行各个测量。

插入件100的可变形部分可采取各种形式、形状和尺寸，现将结合附图对其中一些进行更详细的描述，作为示例。

在图3示出的第一实施方案中，插入件100的可变形部分可采取位于插入件周边的一系列波形突出部17的形式。根据本发明的原理，编码插入件100整个周边上的波形突出部17的数量可视承载数据需要的力(反作用压力)而定。如图4所示，如果有需要，波形突出部17的数量相比图3所示插入件的这种突出部的数量可减少。在该实施方案中，波形突出部17越多，编码插入件变形达到给定变形幅度所产生的力就越大。

在根据该第一实施方案的编码插入件100连同胶囊一起被放置在胶囊保持器中，并且被功能性地插入饮料制备机的对应凹陷部内时，波形突出部17的顶面突出该胶囊保持器上表面的高度之上。所以插入件的位置比胶囊保持器高，因此，用户闭合制备机头部(如上文结合图2B所述)时，便带动针板14的下表面与每个突出部17的顶端部分接触。向下按压锁定杆7以完全闭合制备机头部时，针板14向波形突出部17施加压力，导致所述突出部17发生弹性变形。这种变形导致突出部机械地向针板施加反作用力。所述针板包括压力传感器(图中未示出)，更确切地说是力传感器，用于感测已变形的突出部17所施加的反作用力。产生的反作用力是突出部17的机械特征的函数，更确切地说，该反作用力是这些突出部的构成材料、形状(尤其是这些突出部的厚度和曲率)的函数。这种反作用力还是突出部数量的函数，突出部的数量如上文解释的那样可以改变：数量较多的突出部将在所述突出部的变形所产生的弹簧效应中提供更多的能量，也就是说，更大的反作用力。

在图5所示的第二实施方案中，编码插入件100的可变形部分包括多个舌部19。舌部的数量和宽度可以改变，例如，图6示出的编码插入件的舌部与图5实施方案中示出的那些舌部相比，数量较少但宽度较大。图5和图6所示的舌部从插入件的周边边缘向外延伸，并相对于水平面以介于0度和70度之间的角度指向下方。在这种情况下，在插入件被放置到胶囊11的上表面上并且插入件和胶囊11都如图2A所示那样被插入胶囊保持器9中时，舌部的末端抵靠在胶囊保持器9的顶面上，因此，用户闭合饮料机提取头部5时，向下移动的针板14与编码插入件的上表面接触，并在制备机头部5闭合移动期间向下挤压编码插入件的上表面。

这导致舌部19弹性地变形，并且舌部19的末端向上移动，从而使头部5能够闭合。闭合提取头部时，舌部19被夹在胶囊11的上表面与针板14的下表面之间，这样，所述舌部便大致在与胶囊顶部边缘18的其余部分相同的平面内取向(例如图2B中所示)，即大致水平取向。

当提取头部再次打开，针板14向上移动时，舌部19回移以再次如图5或图6所示那样向下取向，因此编码插入件自动地从胶囊保持器9向上移动。处于该位置时，插入件的可变形部分(即舌部19)变形，并且该机械变形对制备机提取头部的各元件(尤其是针板与集成在针板内的压力传感器)产生反作用力，如图2B所示。该机械变形被传感器感测，并且被制备机的电子芯片转变成制备机操作数据，诸如需由制备机输送到胶囊内的水的体积、压力或温度设定参数值。舌部19的机械变形既可以是弹性的(即可逆的)，也可以是塑性的(即永久的)。此外，可将传感器编程为在一个给定时刻(例如，在制备机提取头部完全闭合时)感测一个变形力值；作为替代，可将传感器28编程为在制备机提取头部正被闭合的同时，感测插入件的各个变形力值并加以存储。在后一种情况下，制备机可形成胶囊的变形曲线，该曲线是用于制作插入件的可变形部分的材料(在本实施方案中，用于制作舌部19的材料)的函数。如果感测的是插入件的机械变形曲线，而不是单个变形力值，则可将制备机编程为计算若干个操作数据。换句话讲，插入件100内设定参数的编码变得更复杂，并且一条以上信息被编码在插入件结构内。例如，通过感测变形曲线而不是单个变形值，可对水温、并且对要注入胶囊的水量进行编码。制备机的芯片内编程的准确算法可改变并适当地选择，具体取决于插入件的结构、以及应将多少不同的操作数据嵌入在每个插入件结构内。

例如，可在插入件内编码仅仅一种操作数据，如水温。如果只需编码两种温度类型(热或冷)，则要制作两种不同类型的插入件，每个插入件具有不同类型的可变形部分。在本实施方案中，第一种类型的编码插入件可具有如图5所示的较小舌部。这些较小舌部在因提取头部如图2B所示那样被完全闭合而水平变形时，将产生例如0.5N的变形力。该0.5N的力值被集成在针板中的传感器感测到，并且将通过恰当的算法转变为操作数据，例如转变为有关水温的“热”值，从而制备机加热器将启动，以便制备需要输送至胶囊的热水。如果把具有较大舌部19的编码插入件(如图6所示)插入制备机，由于插入件的可变形部分的机械结构不同(在该情况下，即舌部较大)，传感器感测到的变形力将会不同。例如，由于舌部较大，舌部的机械阻力较大，并且在提取头部闭合时，舌部将产生的变形力也较大(例如1N)。在这种情况下，测得的变形力将被制备机转变为有关需注入胶囊内的水的温度的“冷”值。

除水温外的其他制备机操作数据也可由感测到的插入件可变形部分的弹性或塑性变形转变而来。

此外，不单是插入件的一部分(例如，舌部19)可以是可变形的，整个编码插入件都可由可变形材料制成。在这种情况下结果不变，被嵌入制备机以便在闭合提取头部期间和/或在提取头部闭合时与插入件接触的传感器将能够感测机械变形，使得制备机程序可将该机械变形转变成制备机操作数据(水温设定、水压、或需要注入胶囊的水量)。

作为替代，舌部19可如图7和图8所示那样，相对于水平面以介于0度和70度之间的角度指向上方。在该实施方案中，舌部19在制备机提取头部闭合期间的变形移动与上文结合图5和图6描述的移动是相反的。更确切地说，针板14在提取头部5闭合期间向下移动时，图7和图8所示的舌部的末端与针板14的下表面接触，这种接触向下挤压所述舌部19，使所述舌部19向下移动，直到头部闭合为止。在提取头部处于闭合位置时，这些舌部也大致定位在与插入件其余部分相同的平面内，即，如图2B所示那样大致水平定位。于是在提取后，当用户再次打开提取头部5时，针板14再次向上移动，将舌部释放。舌部向上回移，恢复其如图7或图8所示的正常形状。

作为图5至图8所示的笔直舌部的一种替代形式，插入件可包括具有如图9所示更复杂形状的可变形舌部。在这种情况下，每个舌部19都包括第一部分(即下部)20，第一部分20大体上是水平的，用于将舌部连接至插入件的其余部分。舌部还包括第二部分(即中间部分)21和第三部分(即上部)22，第二部分21向上取向，第三部分22和第一部分20一样都是基本上水平的。提取头部5闭合时，第三部分22与针板14的下表面接触，同时每个舌部19的第一部分(即下部)20抵靠在胶囊的上表面上。在针板14由于提取头部5正被闭合而向下移动时，每个舌部的中间部分21弹性地变形，带动上部22到达与第一部分20相同的平面。提取头部闭合时，每个舌部都被压平，并且弹性变形导致所述舌部产生趋向于将针板和胶囊保持器分开的反作用力。该反作用力可由例如位于针板内的压力传感器测量。

在上文结合图3至图9描述的第一实施方案和第二实施方案中，编码插入件的可变形部分被设计成：只要该插入件在胶囊的上侧组装至该胶囊，该插入件的上部在被插入胶囊保持器时就伸出胶囊保持器外(在本文未示出的本发明的另一些实施方案中，上文所述的编码插入件可组装在胶囊的下侧)。因此，压力传感器的一个恰当位置将在针板内，这样，在针板与波形突出部17或上述舌部19接触，并开始导致波形突出部17或舌部19变形时将测得由插入件的已变形部分产生的反作用压力。

重要的是，显而易见，如上文结合第一实施方案和第二实施方案描述的那样，包括编码插入件100和胶囊11的组件的体积优选大于饮料机提取头部内的接收器的容积。如上所述，这种体积差异导致插入件在所述提取头部闭合时变形，从而适应较小的容积。这种变形涉及所述插入件的可变形部分的变形。该原理被认为是本发明的优选选项。然而，也可考虑导致插入件的可变形部分变形的其他可行途径，这些可行途径将在下文结合第三实施方案并参照图10A和图10B进行描述。

在图10A和图10B所示的第三实施方案中，插入件的可变形部分采取位于该插入件的上部周边部分的可变形区域23的形式，结合以如图10B所示的胶囊顶部边缘18的凹陷部分26。如图10A所示，插入件100的这个可变形区域23包括在可变形区域23的中间部分径向延伸的狭缝25。狭缝25产生弱化效果，因此在编码插入件厚度中产生可变形的柔性部分。此外，图10B示出了胶囊顶部边缘的凹陷部分26，当压力从插入件上方施加到所述区域23上时，凹陷部分26确保插入件的带狭缝可变形区域可向下挠曲进入所述凹陷部分26内。

制备机针板14在图10B中以虚线示出的最外侧部分包括一系列向下延伸的销形突出部27，这些销形突出部27被定位成在制备机提取头部闭合并且针板向下朝胶囊和插入件移动时接触可变形区域23。处于该位置时，插入件定位在胶囊保持器9内，使得其抵靠在所述胶囊保持器的顶面上并从该顶面突伸出，并且使得可从所述插入件上方直接触及可变形区域23。在闭合制备机的提取头部期间，当针板14向下朝胶囊保持器9以及插入胶囊保持器9的编码插入件和胶囊移动时，销形突出部27挤压到插入件的可变形区域23上，并使其向下挠曲进入胶囊的凹陷部分26内。销形突出部27连接至位于针板14中的力传感器28，或者是力传感器28的一部分，其中力传感器28用于感测和测量由编码插入件100的弹性变形区域23产生的弹性反作用力。

如上文阐释的那样，测得的由插入件的已变形部分施加于传感器的力对应于预定值，该预定值取决于插入件的机械特性，尤其是取决于可变形部分的力常数“k”。这种测得的力与对应于要在制备机中设定的饮料制备参数的数据值有直接联系。饮料机的计算机芯片将把测得的力解译为饮料制备参数的给定值，例如有关将注入胶囊内的流体的给定温度、和/或给定的流体注入压力、和/或要注入胶囊的给定流体体积。

例如，如果传感器测得的弹性力为0.02N，则制备机将把该弹性力解译为向胶囊内注入60mL 83℃的水。如果测得的值为0.06N，则制备机将注入180mL常温水。

根据本发明，编码插入件的可变形部分的机械特性(尤其是弹性变形特性)通过为所述插入件的可变形部分仔细地选择下列结构参数(取决于所使用的可变形部分的类型)来预先确定，例如所使用材料的类型(如橡胶)、可变形部分的形状(如插入件的厚度，以及上述实施方案中的预切狭缝25的宽度和长度)，或者可变形舌部的长度、厚度和角度，等等。然后将制备机编程为能够将测得的力转变成给定的饮料制备参数(例如，注入胶囊的流体的体积、压力和/或温度)。

根据编码插入件的可变形部分的每个具体实施方案，将相应地调适制备机内或胶囊保持器内的压力传感器，以便能够感测插入件在所述可变形部分变形时产生的弹性变形力。

在图11所示的第四实施方案中，插入件的可变形部分包括一系列从所述编码插入件100延伸出的曲线形突出部29，这些曲线形突出部29向下取向。每个突出部30的曲率为编码插入件100提供足够大的柔性，便于插入件100在压力下挠曲。

如图11所示，编码插入件是圆环100，圆环100的形状和尺寸被设计成紧密贴合胶囊11的凹陷底部50，因此插入件的外径基本上等于胶囊侧壁中插入件组装至所述胶囊这一区域的外径。另外，该编码插入件的厚度优选被设计为与凹陷底部的高度对应。该编码插入件可被卡扣、夹持，或者通过附图中未示出的机械附接装置以其他方式永久性地或可拆卸地附接至胶囊。

使用过程中，当组装的编码插入件和胶囊被引入胶囊保持器中时，突出部30抵靠在胶囊保持器的对应边缘(附图中未示出)上，使得整个胶囊-编码插入件组件与未和编码插入件相关联的胶囊相比抬升，还使得胶囊的顶部边缘18被抬升到胶囊保持器的上表面上方。

制备机的提取头部闭合时，针板14压到胶囊的上表面上，该上表面向下移动，直到顶部边缘18与胶囊保持器的上表面接触并抵靠在胶囊保持器的上表面上为止。处于提取头部的该闭合位置时，也就是顶部边缘18被夹在胶囊保持器与针板之间时(如例如图2B所示)，插入件100的曲线形突出部29向上弹性变形(即，突出部29在胶囊内向上挠曲)。

处于该位置时，弹性变形的突出部29产生竖直指向胶囊顶部的反作用力。该反作用力可由位于针板内或与针板接触的力传感器28测量。再次打开制备机的提取头部时，针板被抬升离开胶囊和胶囊保持器。此时，突出部29返回其正常位置，因而胶囊被从胶囊保持器提升。本实施方案除具有本发明提供的优点(即，胶囊-编码插入件组件将饮料制备参数数据包含在由突出部29产生的预定弹性变形力内)之外，在以下方面同样引人关注：编码插入件的弹性变形效应产生了抬升效果，在已制好饮料、需要丢弃胶囊时，这种抬升效果方便用户拿起使用过的胶囊并将其从胶囊保持器取出，具有该优点的原因是胶囊的顶部边缘18定位在胶囊保持器上方，所以用户可较轻松地抓住所述顶部边缘，将胶囊从胶囊保持器内取出。

在图12所示的第五实施方案中，编码插入件100是圆环，该圆环的直径和高度都经过调整，以便与胶囊11的上部周边边缘贴合。编码插入件100的可变形部分包括一系列水平舌部31，这些水平舌部31基本上位于胶囊高度的一半处并从竖直支柱32延伸出，其中竖直支柱32从插入件周边的上部环形边缘33向下延伸，如图12所示。这些舌部31与插入件的其余部分优选采用注塑成型一体制成。水平舌部31的数量可改变，但是其中至少三个、优选至少四个、更优选至少十个舌部围绕插入件周长等距分布。把该编码插入件设置在胶囊上时，这些水平的可变形舌部31在胶囊主体外部向外延伸，如图12所示。

编码插入件100和胶囊11所构成的组件被功能性地插入胶囊保持器时，由于水平舌部31抵靠住胶囊保持器一半高度处的边缘，所以胶囊的底部并不与胶囊保持器接触。处于该位置时，整个插入件(除水平舌部31外)被从胶囊保持器抬升，并且不与胶囊保持器接触。

闭合制备机的提取头部5时，针板14向下朝插入件移动。依据例如图2B所示的原理，针板14接触插入件100的上边缘33，推动整个插入件向下移动。当该插入件在针板所施加的压力作用下移入胶囊保持器时，舌部31向上挠曲。舌部31的弹性变形产生了竖直向上指向针板的反作用力。类似于上文提到的本发明的前述可供选择的实施方案，该反作用力可由与该插入件的上表面直接或间接接触的压力传感器测量。

本发明的一般基础原理是，施加于插入件可变形部分的变形遵循材料行为定律，因此，不管变形的类型是压缩(如图13A所示)、挠曲(如图13B所示)还是扭转(如图13C所示)，所述可变形部分的变形所产生的力都是所述变形的直接函数。无论发生的是何种类型的变形，材料行为定律都表明，弹簧、或舌部或扭曲部分向后推的力是离开该弹簧、或舌部或扭曲部分的平衡长度的距离的函数，该定律如下：

F＝f(x)

其中

“x”是位移向量，即弹簧从其平衡长度变形的距离和方向。

“f(x)”是弹簧施加的回复力的大小和方向。

就简单的弹簧元件而言，材料内产生的弹性变形力是变形幅度的直接线性函数(F＝k.x)，弹性变形力和变形幅度由称为“弹簧常数”或“杨氏模量”的常数“k”联系在一起，其中常数“k”是材料的固有特性。

如上所述，本发明的一般原理是，每个插入件的常数“k”被饮料制备机测量并解译为饮料制备参数。

就本发明而言，假设编码插入件的可变形部分是复合弹簧元件，该弹簧元件在变形时产生的力不必与变形幅度线性相关，如例如图14所示。

在上文描述的所有实施方案中，可变形部分可变形的幅度介于0.1mm和20mm之间，优选介于0.15mm和10mm之间，更优选介于0.5mm和5mm之间。

在上述全部实施方案中，可变形部分的特定变形特性的特征包括所述可变形部分产生的与其本身的变形幅度相关的反作用力的测量值。该反作用力可如上所述那样利用力传感器或压力传感器测量。施加在可变形部分上的变形的幅度由光学传感器、机电式传感器(多位置)、感应传感器或能够测量变形区域在其变形期间的位置的任何其他传感器测量，并且测量精度足够高(精度通常介于0.01mm和0.5mm之间)。

优选的是，饮料机包括联合使用的压力传感器和机电式传感器，其中压力传感器用于感测胶囊的可变形部分施加于所述传感器的反作用力，机电式传感器用于测量所述可变形部分在变形时的位移。机电式传感器例如被设置在制备机冲煮腔室内插入胶囊的一部分的表面上，使得所述传感器依次检测胶囊可变形部分的下列位置：休止位置，该位置对应冲煮腔室的打开配置(即，传感器不与胶囊接触)；中间变形位置(即，冲煮腔室正被闭合，因而传感器接触胶囊的可变形部分)；最后是可变形部分的完全变形位置(即，制备机的冲煮腔室被完全闭合到胶囊上，使得冲煮腔室和传感器向胶囊的可变形部分施加最大压力，因而该可变形部分最大幅度变形时)。

所述可变形部分施加的反作用力的至少三个不同的测量值是针对所述可变形部分的三个不同位置(即，变形幅度)感测的。例如，反作用力针对可变形部分的下列位置测量：首先是0mm位移(即，休止位置)，然后是0.5mm位移，最后是1mm位移。对于根据本发明的胶囊套装内的两个不同的胶囊，在两者的变形幅度相同时，压力传感器测得的反作用力是不同的。测得的变形特性差异提示制备机其中插入的是哪一种类型的胶囊，这样，制备机程序就可自动选择适当的饮料制备参数(例如，要注入胶囊的适宜水量、水温，等等)。

应当理解，对本文所述的目前优选的实施方案作出的各种变化和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。可以在不脱离本发明的精神和范围并且不减少所伴随的优点的情况下作出这些变化和修改。因此，这些变化和修改旨在由随附权利要求书涵盖。

Claims (19)

1.一种编码插入件(100)，所述编码插入件用于与适于被功能性地插入食品制备机(1)的腔室的食品配料胶囊(11)相关联，其特征为，所述编码插入件(100)是圆盘或圆环，所述圆盘或圆环包括至少一个可变形部分，所述可变形部分在所述编码插入件(100)被插入所述食品制备机的腔室时和/或所述腔室闭合时变形，使得通过检测由变形的部分施加在所述食品制备机的腔室上的反作用力，来设定至少一个制备机操作参数，由此为每个同与其相关联的胶囊一起插入食品制备机的编码插入件定制制备机冲煮功能参数。

2.根据权利要求1所述的编码插入件(100)，其中每个编码插入件的所述可变形部分选自下列各项：

(i)一系列舌形突出部(19,20,21,22)，

(ii)一系列波形突出部(17)，

(iii)螺旋弹簧部分，

(iv)一系列弯曲的柔性弓形部，所述柔性弓形部从所述编码插入件(100)的内表面的最下方朝着所述编码插入件的中心向内并向上延伸，

(v)一系列向下取向的曲线形突出部(29)，所述曲线形突出部从所述编码插入件(100)的底部边缘(30)延伸出，

或者上述各项的组合。

3.根据权利要求1或2所述的编码插入件(100)，其中所述可变形部分位于所述编码插入件的周边。

4.根据权利要求1或2所述的编码插入件(100)，其中，所述编码插入件-胶囊组件的至少一个外部尺寸大于所述腔室的对应内部尺寸，并且其中所述可变形部分被定位成在所述腔室闭合为功能配置时允许所述编码插入件弹性压缩并贴合在所述腔室内。

5.根据权利要求1或2所述的编码插入件(100)，其中，所述编码插入件-胶囊组件的至少一个外部尺寸小于所述腔室的对应内部尺寸，并且其中所述可变形部分被定位成在所述腔室闭合为功能配置时允许所述编码插入件弹性扩张并贴合在所述腔室内。

6.根据权利要求1或2所述的编码插入件(100)，其中所述可变形部分可变形的幅度介于0.1mm和20mm之间。

7.根据权利要求1或2所述的编码插入件(100)，其中所述可变形部分被取向成使得所述可变形部分沿轴线D变形，所述轴线D基本上平行于与所述编码插入件相关联的所述胶囊的竖直轴线。

8.根据权利要求1或2所述的编码插入件(100)，其中所述可变形部分能在介于0.2N和500N之间的力的作用下变形。

9.根据权利要求6所述的编码插入件(100)，其中所述可变形部分可变形的幅度介于0.15mm和10mm之间。

10.根据权利要求6所述的编码插入件(100)，其中所述可变形部分可变形的幅度介于0.5mm和5mm之间。

11.根据权利要求8所述的编码插入件(100)，其中所述可变形部分能在介于20N和300N之间的力的作用下变形。

12.一种食品制备系统，包括根据权利要求1至11中任一项所述的编码插入件(100)、食品配料胶囊(11)以及适合与所述胶囊-编码插入件组件功能性协作的食品制备机(1)，所述食品制备机包括腔室，用于可选地接收所述胶囊-编码插入件组件，使得能通过将流体从所述食品制备机注入所述胶囊，从而在所述胶囊-编码插入件组件内制备食物产品，其特征在于，所述腔室包括力敏感部分，所述力敏感部分适合与所述编码插入件的所述可变形部分协作来将与食品制备设定相关的数据从所述编码插入件传输至所述食品制备机，所述数据是所述可变形部分的机械变形特性的函数。

13.根据权利要求12所述的食品制备系统，其中所述力敏感部分连接到所述食品制备机的控制板，使得所述食品制备机的力敏感部分与所述编码插入件的可变形部分之间的协作能够在所述可变形部分将机械变形传递至所述力敏感部分时，触发所述食品制备机内的操作，所述操作为：识别所述食品制备机是接通还是关断，以及/或者设定食品制备参数，所述食品制备参数包括但不限于待分配食品的体积、温度和/或粘度，注入所述胶囊内的流体的压力，和/或冲泡/混合时间。

14.根据权利要求12或13所述的食品制备系统，其中所述力敏感部分是连接到电路板的力传感器。

15.根据权利要求12或13所述的食品制备系统，其中所述食物产品为通过注入流体，在介于0.5巴和30巴之间的压力下与封装的配料混合，而在所述胶囊内制备的液体产品或半液体产品。

16.根据权利要求15所述的食品制备系统，其中所述食物产品为通过注入流体，在介于1巴和20巴之间的压力下与封装的配料混合，而在所述胶囊内制备的液体产品或半液体产品。

17.根据权利要求15所述的食品制备系统，其中所述食物产品为通过注入流体，在介于2巴和15巴之间的压力下与封装的配料混合，而在所述胶囊内制备的液体产品或半液体产品。

18.一种至少两个根据权利要求1至11中任一项所述的编码插入件(100)的套件，其中所述套件内的不同编码插入件包括具有不同的预定机械特性的可变形部分，以便为每个同胶囊一起插入食品制备机的编码插入件定制制备机冲煮功能参数。

19.根据权利要求18所述的至少两个编码插入件(100)的套件，其中每个编码插入件(100)的所述可变形部分选自下列各项：

(i)一系列舌形突出部(19,20,21,22)，

(ii)一系列波形突出部(17)，

(iii)螺旋弹簧部分，

(iv)一系列弯曲的柔性弓形部，所述柔性弓形部从所述编码插入件(100)的内表面的最下方朝着所述编码插入件的中心向内并向上延伸，

(v)一系列向下取向的曲线形突出部(29)，所述曲线形突出部从所述编码插入件(100)的底部边缘(30)延伸出，

或者上述各项的组合。