CN1431880A - 具有压力控制功能的咖啡制作装置 - Google Patents

Abstract

带有活塞/缸筒组件的咖啡制作装置，其中活塞(3)被曲轴(11)驱动。摇臂结构(13)也通过内置的凸轮/凸轮从动件机构而被曲轴驱动。摇臂结构设有用于封闭缸筒(2)的自由端的罩盖(19)。罩盖可以通过凸轮结构而按压在缸筒上。

Description

具有压力控制功能的咖啡制作装置

技术领域

本发明涉及一种咖啡制作装置，其包括咖啡供应管、带有泵的热水供应管、带有截止阀的咖啡液出口、咖啡残渣出口，所述咖啡制作装置包括用于容纳咖啡的调制内腔，所述调制内腔连接着所述水供应管和所述咖啡液出口，所述调制内腔包括缸筒，缸筒中设有可往复移动的活塞。

背景技术

一种所述装置可以从EP 0380450A2中得知，该文献中公开了这样一种结构，即不同类型的咖啡可以从不同容器单独供应到调制内腔中。

普通咖啡和espresso咖啡(意大利快速冲饮浓缩咖啡)在调制过程中具有它们各自特定的特性，例如调制剂量、咖啡类型、水温、咖啡与水的接触时间以及咖啡层中的压力等。

如果希望在一个调制系统中实施多种调制程序，则咖啡类型和水温容易为此作出变化。

难以实现的是压力和该压力下的理想调制剂量的转变。

发明内容

本发明的目的是提供一种单一的调制系统，其能够实现不同的调制程序。这一目的可以通过一种前面所述类型的咖啡制作装置而实现，其中所述截止阀被设计得能够形成具有相对较小表面的第一通道或具有相对较大表面的第二通道，而所述泵被设计得能够供应适宜的第一高压小体积水流和第二低压大体积水流。

根据本发明，不但可以改变咖啡的种类和剂量，还能够改变水的输出压力，因此可以利用单一的咖啡制作装置制备不同类型的咖啡。水的输出压力是通过截止阀而控制的，截止阀能够提供出多条通道，从而调节调制系统中的压力。当然，所有上述调压功能还需要借助于泵而实现。术语“截止阀”可以理解为一个或多个电控截止阀。

然而，根据本发明的一个有益实施例，截止阀是由泵的供水压力控制的。为此，截止阀包括节流器，所述节流器可对压力作出反应，并且被以这样的方式设计，即在相对较低压力下形成具有较大通道的节流器，在相对较高压力下形成具有较小通道的节流器。

阀结构被这样设计，即在相对低压下形成相对较大的通道。随着压力升高，通道将变小。

通过这种方式，不需要采用附加的机械元件和/或控制元件，就能够利用流经咖啡的水的压力而建立起更高的压力。通过这种方式，调制内腔中的压力可以简单地由水的引入压力而控制。这样就能够以简单的方式制备普通咖啡或espresso咖啡，或是它们的变种。

可以理解，前面刚刚描述过的阀结构也可以与现有技术中共知的其他咖啡制作装置组合使用。总而言之，这种阀结构相对于咖啡制作装置的其他部分而言是完全独立的。当然，使用这种阀可以使咖啡制作装置中的已经简化了的结构被进一步简化。

根据本发明的一个有益实施例，这种结构可以用在包括缸筒的咖啡制作装置中，缸筒中设有可往复移动的活塞。在这种情况下，水供应管连接着形成在所述缸筒上方的容腔，而且用于容纳咖啡的器具毗邻所述缸筒的自由端形成。在本说明书中，术语“上方”指的是背向驱动端的位置。

根据本发明的另一个有益实施例，活塞包括活塞头部，活塞头部上设有可以相对于所述缸筒运行的密封件，一个引入通道在所述活塞头部下方设在所述活塞中，所述引入通道相对于所述缸筒密封，并且可以在所述活塞相对于所述缸筒的至少两个不同位置上连接到所述水供应管。

根据本发明的另一个有益实施例，所述引入通道通过止回阀连接着位于所述缸筒上方的内腔。

为了在咖啡剂量变化的情况下确保活塞发挥作用，并且还要使咖啡制作装置具有简单的结构，根据本发明的一个有益实施例，咖啡制作装置包括壳体，壳体具有缸筒，缸筒中设有活塞，以便利用活塞压缩放在活塞上的咖啡，所述活塞可以被驱动机构移动，所述驱动机构设在所述壳体中，所述装置还包括：可以安置在所述缸筒上从而与所述缸筒和所述活塞一起限定出压缩腔的罩盖、用于将水引入压缩腔中的器具、用于将调制出的咖啡液从压缩腔排出的器具以及用于去除压缩后的咖啡块的器具，所述可移动罩盖包括摇臂结构，其可以以这样的方式绕着大致垂直于缸筒轴线的轴线转动，即能够使得所述罩盖在离开缸筒端部的上方移动，所述摇臂结构能够大致垂直于其转动轴线往复移动，以带动所述罩盖以密封的方式与所述缸筒端部咬合，所述驱动机构被设计得能够操纵所述活塞和所述摇臂这二者，并且包括旋转输入轴，其中所述活塞的所述驱动机构设有用于将匀速旋转运动转化为非匀速往复运动的器具。

通过某种方式将驱动电机的匀速线性旋转运动转化为非线性运动，可以调节即优化缸筒组件中的活塞的封闭和打开特性。

活塞的这种非线性运动可以通过现有技术中公知的任何方式实现。应当提及的一个例子是使用曲面盘，其被旋转电机驱动，并且反过来驱动活塞。通过曲面的特定形状，可以获得一定的活塞封闭和打开特性。

另一种可能性是使用曲轴结构。

通过这种方式，可以利用单一的电机而获得紧凑的结构。具体地讲，不论咖啡材料的层厚如何，实际咖啡制作程序均可完成。这意味着可以改变咖啡材料的剂量，而不会影响装置的功能，换言之，可以利用一个装置制作不同类型的咖啡，而不必为此设置专门的结构。

利用摇臂结构移动缸筒上的罩盖，可以获得特别简单的结构。由于摇臂基本上绕着曲轴的轴线转动，因此可以获得特别紧凑的装置。

这种摇臂结构可以利用现有技术中公知的任何方式驱动。然而，它优选通过曲轴驱动。如果以适宜的方式设计摇臂结构，则它可以被曲轴直接驱动，换言之，不必添加齿轮或其他传动机构。

对于通过摇臂的往复运动而将罩盖以密封的方式安置在缸筒自由端上这一动作，也可以通过现有技术中公知的任何方式实现。然而，这一动作优选通过凸轮/凸轮从动件机构而实现。所述凸轮/凸轮从动件机构同样优选装配在活塞的曲轴上。通过这一措施，可以获得进一步简化了的根据本发明的咖啡制作装置。这样，咖啡制作装置可以以更低的成本制造，可能磨损的元件减少，而且任何磨损了的元件均能够更容易地更换。清洗也能够以更简单的方式实施。

如果曲轴能够沿不同方向旋转，也就是说，在咖啡制作过程中它不止沿一个方向旋转，则上面所描述的结构更容易运行。特别地讲，如果将曲轴与凸轮/凸轮从动件组合使用，以驱动摇臂结构，则这种不同方向的运动是有益的。当然，要为此设置相应的控制器。

摇臂结构运动过程中的某些部件可以由弹簧或类似物控制。

当然，使用这种阀，可以导致咖啡制作装置中的已经简化了的结构被进一步简化。

附图说明

本发明的其他特征和细节在附图中显示出来，在附图中：

图1是示出了根据本发明的咖啡制作装置中的大部分必要元件的剖视图；

图1a是图1中的阀20的详图；

图2是沿着图1中的线II所作剖视图；

图3-6中示出了图2所示结构在咖啡制作过程的各个阶段中的情形；

图7中示出了前面各图所示活塞驱动机构和摇臂结构的替代性实例。

具体实施方式

附图中只示出了根据本发明的咖啡装置中的那些对于本发明而言必要的部件。具体地讲，只有那些用于压缩咖啡和用于将水输送通过咖啡的部件被示出。

根据本发明的装置可以用于制作espresso咖啡和其他类型的咖啡。然而应当理解，所述装置也可以设计得只用于制备一种类型的咖啡。

根据本发明的装置在附图中总体上以附图标记1表示。所述装置包括一个壳体(未被其他图中详细示出)，壳体的一部分由缸筒2构成。活塞3可以在缸筒中上下移动。活塞3上设有双重密封。顶部密封件以4表示，底部密封件以5表示。两个密封件之间限定了多个窗口6。所述窗口6可以被带到与压力暖水供应管7想连通的位置。所述水是由示意性示出的泵38供应的。窗口6与配送孔8连通。活塞3通过活塞杆9而连接着曲柄销10，所述曲柄销构成了曲轴11的一部分，而曲轴11连接着仅被示意性示出的电机12。活塞3中设有通气阀33，其以这样的方式操作，即限定在活塞3上方的空间中不会出现真空。换言之，活塞3只能产生超压。

装置中设有摇臂13，其带有控制孔14和15。从图中可以看到，孔14、15的边缘咬合在将在后文进一步描述的曲面盘27上。摇臂13被两个螺旋弹簧18沿向上方向(在图中)推动。摇臂13上设有罩盖39，罩盖上装配着设有过滤器20的过滤板19。

过滤板19上设有密封圈32，所述密封圈作用在缸筒2的自由顶端上。阀20装配在过滤板19中。阀20(图1a)包括弹性底部21，其可以由例如类似于橡胶的材料制成，并且设有直径为例如1.0mm的节流片22。

阀20的顶部以23表示，并且由相对坚硬的材料制成。辅助节流器24和分流通道25设在所述顶部中。阀连接着咖啡液出口26，所述出口以未在图中详细示出的方式连接着管线系统，或者以其他方式使咖啡流入杯子或其他储存容器中。在本例中，底部21设有锥体34，顶部设有锥体35。在底部21变形后，锥体34和35相互咬合。

前面所述的曲面盘27装配在曲轴11上。曲面盘上设有凹槽28和29。摇臂13上设有位于控制孔14和15中的凸轮30，用于咬合曲面盘27或其凹槽。

装置中设有以附图标记31示意性表示的控制器。

上面描述的装置是如下操作的：

在咖啡制作过程的第一阶段(图3)，摇臂安置在这样的位置上，即缸筒2的开口是无遮挡的。

在这个位置，咖啡40以未在图中详细示出的方式放在活塞3上。咖啡剂量可以取决于例如预期的制品：普通咖啡采用较小量，espresso咖啡采用较大量。

从图3中可以看出，摇臂13抵靠着壳体中的挡块33，壳体中容纳着根据本发明的装置1。凸轮30安置在凹槽29中，而且摇臂通过螺旋弹簧18的作用而被推向图中的上方。除了产生向上的弹性压力外，所述弹簧还用于产生指向图中左侧的力，换言之，弹簧试图将摇臂13推向缸筒2上方的位置。

从图3所示的位置开始，电机12带动曲轴11向图中左侧旋转。在这一运动中，活塞3向下移动，与此同时，摇臂13与活塞一起向左移动，直至摇臂以未在图中详细示出的方式碰撞到挡块36上。

随着曲轴11沿图3和4所示箭头方向进一步旋转，摇臂13被向下拉动。由于挡块36的作用，摇臂不能进一步向左侧移动，因此，在到达了凹槽29的末端后，凸轮30被曲面盘抵抗着弹簧18的弹力向下推压。其结果是，过滤板19的密封圈32咬合在缸筒2的自由端上。

被仍然向左侧旋转的电机12驱动着的活塞3将再次向上移动，以将咖啡40压缩。

根据咖啡剂量，活塞被安置在较高或较低的位置上。然而，内腔6的高度被这样安置，即窗口6总能够与供应管7连通。通过控制器31，可以建立起对咖啡40的压缩。换言之，作为示例，如果供应到电机12中的电流量超出了一定值，则说明咖啡被充分压缩，因此电机被关闭或供应较小的电流，从而不再压缩或少量压缩咖啡。

之后，水通过管7供应进来。水优选为加热了的水。根据需要制备的制品，水的压力通过控制器31而选择。换言之，控制器31以这样的方式控制泵38的输出，即能够获得理想制品。

对于传统咖啡，可以使用相对较低的压力，而对于espresso咖啡，需要使用较高的压力(例如高于7个大气压)。

在这两种情况下，暖水均通过孔8而流经内腔6中的咖啡，再通过过滤板19离开咖啡，当然，在这一过程中，咖啡被过滤板限定住。根据出口压力，阀20将起作用。在压力相对较低时，橡胶底部21很少或没有变形，换言之，锥部34没有按压在锥部35上。这意味着水只受到了节流器22的阻碍，而咖啡中的压力保持相对较低。

然而，如果水以高压供应，则会导致阀20的底部21出现较大变形，从而随着底部21的变形而使锥部34和35彼此上下密封在一起。除了所述相对小型节流器22以外，更小的节流器24(例如0.7mm)此时也开始发挥作用。

由于这一更狭窄的节流器的作用，会有更高的压力产生在咖啡中，从而可以制备espresso咖啡。

咖啡制备过程通常需要占用10-35秒的时间。在水被强制流经了咖啡块后，电机12再次接通并沿相反方向旋转，如图5和6所示。在这一返回动作中，“咖啡块”保持附着在缸筒上，而不是附着在摇臂上。摇臂上设有刮削条36。通过阀33，可以防止咖啡块与活塞顶侧之间产生真空。所述返回动作一直持续到凸轮30落入凹槽29中为止。此时，由于弹簧力的作用，摇臂13向上移动，而且密封圈32与缸筒2的顶端之间不再具有密封关系。之后，摇臂13与曲轴11一起移动。对咖啡块的刮削动作可以相对容易地实现。摇臂13抵靠着壳体的挡块33移动到图5所示位置。然后，由于曲轴11继续旋转而到达凹槽29的末端，因此摇臂被向下推压。随着曲轴11继续旋转，活塞3向上移动到其上止点，以使咖啡块41移动到位于缸筒2上方的位置处。

之后，凸轮30进入凹槽28中。在螺旋弹簧18的作用下，摇臂13不但会向上移动，还会冲向左侧，如图6所示。在这一过程中，咖啡块被刮削条36排向左侧。随着进一步旋转，在凸轮30咬合到凹槽28的末端后，凸轮将与摇臂13一起转向右侧，直至到达图3所示初始位置。

图7中非常简单地示出了前述装置的一种改型。改型装置总体上以附图标记51表示，并且包括设有活塞53的缸筒52。活塞带有与之刚性连接着的活塞杆59，活塞杆的端部设有凸轮(未在图中详细示出)，凸轮沿着曲面盘54的弯曲轨道55移动。曲面盘54设有中心轴56，所述中心轴以前面所述方式被中央驱动电机(未示出)驱动。摇臂同样以前面所述方式被这个中央驱动电机驱动。在本例中，可以使用前面图中所示的曲面盘27或类似物，其可以与曲面盘54组合为一体，也可以不组合为一体。

Claims (16)

1.咖啡制作装置(1，51)，包括咖啡供应管、带有泵的热水供应管(7)、带有截止阀的咖啡液出口(26)、咖啡残渣出口，所述咖啡制作装置包括用于容纳咖啡的调制内腔，所述调制内腔连接着所述水供应管和所述咖啡液出口，所述调制内腔包括缸筒，缸筒中设有可往复移动的活塞，其特征在于，所述截止阀被设计得能够形成具有相对较小表面的第一通道或具有相对较大表面的第二通道，所述泵被设计得能够供应适宜的第一高压小体积水流和第二低压大体积水流。

2.如权利要求1所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述截止阀包括节流器，所述节流器可对压力作出反应，并且被以这样的方式设计，即在相对较低压力下形成具有较大通道的节流器，在相对较高压力下形成具有较小通道的节流器。

3.如权利要求1所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述截止阀包括两个电控阀。

4.如权利要求1所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述调制内腔包括缸筒，缸筒中设有可往复移动的活塞。

5.如权利要求4所述的咖啡制作装置，包括带有可在其中移动的活塞的缸筒，所述水供应管连接着形成在所述缸筒上方的容腔，而且用于容纳咖啡的器具毗邻所述缸筒的自由端形成。

6.如权利要求5所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述活塞包括活塞头部，活塞头部上设有可以相对于所述缸筒运行的密封件(4)，引入通道(6)在所述活塞头部下方设在所述活塞中，所述引入通道相对于所述缸筒密封，并且可以在所述活塞相对于所述缸筒的至少两个不同位置上连接到所述水供应管(7)。

7.如权利要求6所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述引入通道通过止回阀(33)连接着位于所述缸筒上方的内腔。

8.如前面权利要求中任一所述的咖啡制作装置(1)，包括带有缸筒(2)的壳体，缸筒中设有活塞(3)，以便利用活塞压缩放在所述活塞上的咖啡，所述活塞可以被驱动机构(10，11)移动，所述驱动机构设在所述壳体中，所述装置还包括：可以安置在所述缸筒上从而与所述缸筒和所述活塞一起限定出压缩腔的罩盖(39)、用于将水引入压缩腔中的器具、用于将调制出的咖啡液从压缩腔排出的器具以及用于去除压缩后的咖啡块的器具，所述可移动罩盖包括摇臂结构(13)，其可以以这样的方式绕着大致垂直于缸筒轴线的轴线转动，即能够使得所述罩盖在离开缸筒端部的上方移动，所述摇臂结构能够大致垂直于其转动轴线往复移动，以带动所述罩盖以密封的方式与所述缸筒端部咬合，所述驱动机构被设计得能够操纵所述活塞和所述摇臂这二者，并且包括旋转输入轴，其中所述活塞的所述驱动机构设有用于将匀速旋转运动转化为非匀速往复运动的器具。

9.如权利要求8所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述运动转化器具包括旋转曲面盘和连接着活塞并且咬合在所述盘的曲面上的咬合器具。

10.如权利要求8所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述运动转化器具包括曲轴，其中所述摇臂结构的转动轴线包括所述曲轴的轴线，而且所述活塞连接着所述曲轴的驱动杆。

11.如权利要求10所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述摇臂结构(13)可被所述曲轴驱动。

12.如权利要求8-11中任一所述的咖啡制作装置，其特征在于，设有凸轮/凸轮从动件机构，用于传递所述往复运动。

13.如权利要求9所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述凸轮或凸轮从动件装配在所述曲轴上，所述凸轮从动件或凸轮装配在所述摇臂结构上。

14.如权利要求8-13中任一所述的咖啡制作装置，包括弹簧器具，其用于将所述摇臂结构驱动到位于所述缸筒的自由端上方的位置处。

15.如权利要求8-14中任一所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述摇臂结构设有用于排出所述咖啡块的器具(36)。

16.如权利要求8-15中任一所述的咖啡制作装置，其特征在于，所述驱动机构被设计得能够沿两个方向旋转。

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