机动化冲泡单元的制作方法

机动化冲泡单元
1.本发明涉及一种用于通过使用包含一种或多种成分(特别是咖啡粉)的胶囊或筒或者替代地通过使用由一种或多种成分组成的压实荚(pod)来制备饮料(特别是咖啡)的机器的机动化冲泡单元。
2.在以下描述中，为了简单起见，将参考胶囊的使用，但显然本发明不限于适于使用胶囊操作的冲泡单元，而是更普遍地也适于冲泡使用筒或替代地使用压实荚的冲泡单元。
3.已知饮料制备机，该饮料制备机包括机动化冲泡单元，其中冲泡单元包括适于限定冲泡室的两个部分以及布置成通过传动机构控制这两个部分在打开位置和关闭位置之间的相对运动的电动机，在打开位置中，两个部分彼此相距一定距离以允许插入胶囊，在关闭位置中，两个部分彼此联接以封闭冲泡室。
4.例如，从专利ep 2,608,705 b1已知这样的机动化冲泡单元，所附独立权利要求1的前序部分基于该专利。本发明的目的是提供一种相对于上述现有技术改进的机动化冲泡单元。
5.根据本发明，通过如所附独立权利要求1中限定的冲泡单元完全实现该目的和其他目的。本发明还涉及如所附独立权利要求11中限定的用于控制冲泡单元的方法。
6.根据本发明的冲泡单元的有利实施例和根据本发明的控制方法的有利实施例在从属权利要求中详细说明，其内容旨在作为以下描述的组成部分。
7.总之，本发明基于以下概念：
8.根据冲泡单元的传动机构的能移动构件的位置，使被配置为在第一和第二操作状态之间切换的微动开关与这种能移动构件相关联，
9.使用与微动开关的操作状态有关的信息，连同与电动机的旋转方向有关的信息，确定第一和第二部分的运动处于第二部分相对于第一部分在打开位置和关闭位置之间的相对运动的多个阶段中的哪个阶段，以及
10.根据由此确定的运动的阶段，依据给定的转速曲线控制电动机。
11.因此，可以先验地限定冲泡单元的第一和第二部分的运动的多个阶段，并且通过微动开关检测第一和第二部分在操作期间处于这些阶段中的哪个阶段以及因此应该是什么样的转速曲线，其中电动机根据该转速曲线来控制。由此，冲泡单元的第一和第二部分的运动可以由冲泡单元的电子控制单元控制，而不必依赖于对阶段进行计时，但要核实运动的后续阶段已经有效到达。
12.冲泡单元的电子控制单元优选地被编程为：
13.使代表电动机的功率消耗的电控参数的给定阈值数据值与运动阶段中的每一者相关联，
14.在每一运动阶段期间，将电控参数的测量值与该运动阶段的阈值进行比较；并且
15.当测量值超过该阈值时，激活给定的安全功能，例如使电动机停止或使电动机的旋转方向反转。
16.根据本发明的冲泡单元优选地还包括具有轮廓的凸轮构件和探针构件，该轮廓具有多个突起和空腔，这多个突起和空腔彼此交替布置并且各自与所述运动的多个阶段的相
应阶段相关联，探针构件适于检测凸轮构件的轮廓，其中凸轮构件连接到传动机构的能移动构件，使得凸轮构件的位置与能移动构件的位置单一地相关联，并且其中微动开关与探针构件在操作上相关联，使得当由于能移动构件的运动，探针构件感测到从凸轮构件的轮廓的突起转变到空腔或者反之亦然时，微动开关从一个操作状态切换到另一个操作状态。
17.能移动构件优选地是具有外齿的齿轮，并且凸轮构件一体地固定到该齿轮以共同旋转，并且凸轮构件相对于外齿布置在齿轮的径向内侧上。
18.从以下参考附图仅以非限制性实例的方式给出的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得更清楚，在附图中：
19.图1是在第二部分相对于第一部分从打开位置到关闭位置的相对运动的初始阶段的根据本发明的冲泡单元的透视图；
20.图2和图3分别是在第二部分相对于第一部分从打开位置到关闭位置的相对运动的中间阶段的从图1中的冲泡单元下方观看的透视图和从冲泡单元上方观看的透视图；
21.图4是在第二部分相对于第一部分从打开位置到关闭位置的相对运动的另一个中间阶段的从图1中的冲泡单元上方观看的透视图；
22.图5是在第二部分相对于第一部分从打开位置到关闭位置的相对运动的最后阶段的图1中的冲泡单元的透视图；以及
23.图6是示出了在第二部分相对于第一部分从打开位置到关闭位置的相对运动期间的电控参数(电流)的阈值、该电控参数的测量值以及图1中的冲泡单元的微动开关的操作状态的趋势的示意图。
24.最初参考图1至图5，用于从包含一种或多种成分(特别是咖啡粉)的胶囊制备饮料(特别是咖啡)的机器的冲泡单元整体用10表示。
25.如前所述，即使本发明是参考使用胶囊(例如包含一种或多种成分的“包装”)来制备饮料而描述的，但本发明不应被解释为仅限于可以使用胶囊来操作的冲泡单元，而是还包括提供代替胶囊的适于通过冲泡来制备饮料的筒或其他类似包装的情况。此外，本发明同样适用于使用压实荚操作的冲泡单元。
26.冲泡单元10主要包括：第一部分12和第二部分14，适于彼此相对运动；电动机16，适于控制第一部分12和第二部分14之间的相对运动；传动机构18，布置在电动机16和两个部分12和14中的一个(在本实例中为第二部分14)之间；以及支撑结构20，支撑第一部分12、第二部分14、电动机16和传动机构18。
27.在图示的实施例中，第一部分12是静止的，即相对于支撑结构20固定，而第二部分14能经过多个中间位置(如图2至图4所示)在打开位置(如图1所示)和关闭位置(如图5所示)之间移动，特别是沿直线方向，在打开位置中，第二部分14与第一部分12相距一定距离以允许引入胶囊(未示出)，在关闭位置中，第二部分14联接到第一部分12以与其一起限定冲泡室。
28.第一部分12包括适于接收胶囊并与第二部分14一起形成冲泡室的容器(未示出)。然而，本发明同样适用于其中容器限定在第二部分14中的情况、以及当容器部分地限定在两个部分12和14中的每一个中的情况。
29.为了将胶囊插入容器中，通道24限定在例如在安装在支撑结构20上的盖22(在图1中被透明地描绘)中，该通道具有合适的形状，并且当第一部分12和第二部分14处于打开位
置时(图1)操作者可以经由该通道引入胶囊。窗口25与第二部分14相关联并且一体地固定到该第二部分，以便与其一起以平移方式运动，并且该窗口配置为随着第二部分14从打开位置移动到关闭位置而逐渐地关闭通道24。
30.如上所述，传动机构18布置在电动机16和第二部分14之间，以便将由电动机16产生的运动传递到第二部分，使得当电动机16被供应给定电压时，第二部分14相对于第一部分12在从打开位置到关闭位置的方向上移动，而当电动机16被供应与先前电压相反的电压时，第二部分14相对于第一部分12在相反的方向上移动，即在从关闭位置到打开位置的方向上移动。
31.传动机构18包括减速单元26和运动转换单元28。
32.减速单元26优选地形成为齿轮减速单元，该齿轮减速单元包括小齿轮30和与小齿轮30啮合的齿轮32(或者更好的是，如在所示的实施例中，齿轮的一部分)，该小齿轮装配在电动机16的轴上以被控制从而旋转。一个或多个中间齿轮可以布置在小齿轮30和齿轮32之间。
33.运动转换单元28配置为将减速单元26的最终元件(从动齿轮)的旋转运动转换为第二部分14的线性运动。运动转换单元28可以由例如肘节机构形成。这样，第二部分14相对于第一部分12的相对位置与齿轮32的角位置相关联。如已经提到的，冲泡单元10还包括微动开关34，微动开关的操作状态与齿轮32的角位置可在操作上相关联。特别地，微动开关34的操作状态可以例如通过与齿轮32相关联的探针构件36的机械作用在两个值或状态(分别为接通操作状态和断开操作状态)之间切换。
34.更具体地，根据图1至图5所示的实施例，冲泡单元10包括具有轮廓的凸轮构件38，该轮廓具有多个彼此交替布置的突起和空腔，并且突起和空腔各自与第二部分14相对于第一部分12在打开位置和关闭位置之间的运动的相应阶段相关联。凸轮构件38一体地连接到齿轮32以共同旋转，使得凸轮构件38的角位置与齿轮32的角位置单一地(univocally)相关联。在特别示出的实例中，凸轮构件38的轮廓具有与两个空腔交替的两个突起，即第一空腔38a、第一突起38b、第二空腔38c和第二突起38d。突起和空腔的数量当然也可以不同。
35.具体地，根据图1至图5所示的实施例，凸轮构件38布置在齿轮32的径向内侧上。在这种情况下，空腔位于距齿轮32的旋转中心的第一径向距离处，而突起位于距齿轮32的旋转中心的第二径向距离处，第二径向距离小于第一径向距离。
36.凭借上述微动开关34、探针构件36和凸轮构件38的设计，微动开关34的操作状态在齿轮32的旋转运动期间从接通切换到断开。事实上，随着齿轮32的旋转，探针构件36与随后的突起或空腔接触，从而使得微动开关34的操作状态从接通变为断开，反之亦然。例如，如果探针构件36与凸轮构件38中的第一空腔38a接触并且微动开关34在第一阶段处于断开操作状态，则当探针构件36在齿轮32的旋转运动期间与凸轮构件38的第一突起38b接触时，微动开关移动到接通操作状态。
37.冲泡单元10还包括适于控制电动机16的电子控制单元ecu(仅在图1中示意性示出)。
38.特别地，电子控制单元ecu被编程为使达到第二部分14相对于第一部分12的运动的后续阶段与微动开关34的操作状态的每次切换相关联，并且依据给定的速度曲线根据所达到的运动的阶段来控制电动机16。
39.为了阐明本发明构思，现在也将参照图6中所示的图表详细描述冲泡单元10的操作实例。
40.图1、3、4和5按顺序描述了冲泡单元10的关闭运动的四个连续阶段，即第二部分14从打开位置朝向第一部分12的运动，在打开位置中第二部分14和第一部分12之间的间距最大。
41.图6在顶部示出了电动机16的电控参数的阈值、在中间示出了该电控参数的测量值的趋势并且在底部示出了在第二部分14相对于第一部分12从打开位置到关闭位置的运动期间微动开关34的操作状态的趋势的不连续曲线图。
42.在图1中，冲泡单元10被示出为第二部分14处于打开位置。在该位置，微动开关34处于第一操作状态，例如断开操作状态，而探针构件36与凸轮构件38中的第一空腔38a接触。在冲泡单元处于该操作状态的情况下，操作者可以经由通道24将胶囊插入到容器中。
43.此时，电子控制单元ecu控制电动机16的启动，以使第二部分14相对于第一部分12移动到关闭位置。在运动的初始阶段(包括第二部分14在打开位置仍然静止的阶段)期间，电动机16必须提供相对高的启动扭矩，以使第二部分14运动。
44.通过由电动机16的启动引起的齿轮32的旋转运动，探针构件36与凸轮构件38的第一突起38b接触，如图3所示，从而诱导微动开关34的操作状态的第一次切换(在该实例中，从断开操作状态到接通操作状态)。电子控制单元ecu被编程为使到达第二部分14相对于第一部分12的运动的中间阶段(如图3和4所示)与微动开关34的操作状态的第一次切换相关联。在该中间阶段，为了使第二部分14移向第一部分12，电动机16供应比其在初始阶段期间供应的低的扭矩就足够了。如图3和4所示的，在该中间阶段期间，窗口25与第二部分14一体地移动，从而逐渐地关闭通道24，以最小化阻塞或者经由通道24引入异物或障碍物的风险。
45.通过齿轮32的旋转运动，探针构件36与凸轮构件38中的第二空腔38c接触，从而引起微动开关34的操作状态(在这种情况下，从接通操作状态到断开操作状态)的进一步切换。电子控制单元ecu使第二部分14到达关闭位置与微动开关34的操作状态的该附加切换相关联(如图5所示)。在该运动的阶段，电动机16将必须供应足够高的电机扭矩，以确保冲泡室被密封地关闭，并且抵抗通过设置在第一部分12和/或第二部分14中的穿孔元件对胶囊的可能刺穿所引起的反作用力。
46.最后，第二部分14相对于第一部分12的运动继续，直到到达行程终止位置(未示出)。齿轮32在运动的这个最后阶段的旋转运动确保探针构件36与凸轮构件38的第二突起38d接触，从而引起微动开关34的操作状态的进一步切换(在这种情况下，从断开操作状态到接通操作状态)。在运动的这个最后阶段，电动机16不必供应任何扭矩，并且形成运动转换单元28的机构的不可逆性确保了第二部分14停留在行程终止位置。
47.为了确定第一部分12和第二部分14处于运动的哪个阶段，除了与微动开关34的操作状态有关的信息外，电子控制单元ecu还使用与电动机16的旋转方向有关的信息，例如可以基于供应给电动机16的电源电压来确定。事实上，基于电动机16的旋转方向，可以确定第二部分14是否从打开位置移动到关闭位置，反之亦然。因此，电子控制单元ecu被编程为基于微动开关34的操作状态和电动机16的旋转方向来确定第一部分12和第二部分14处于运动的哪个阶段。由此根据所确定的运动阶段，电子控制单元ecu依据给定的速度曲线控制电动机16。
48.根据本发明的一个实施例，电子控制单元ecu还被编程为使电控参数i
abs
(例如电动机16的功率消耗强度，其代表电动机16的功率消耗)的特定阈值i
abs,max
与第二部分14相对于第一部分12的运动的每个阶段相关联。在第二部分14相对于第一部分12的运动的上述每个阶段中，电子控制单元ecu被编程为将电控参数i
abs
的测量值i
abs,meas
与阈值i
abs,max
进行比较，该阈值与运动的该特定阶段相关联。如果电控参数i
abs
的测量值i
abs,meas
大于阈值i
abs,max
，则电子控制单元ecu进一步被编程为控制一组安全功能的激活，例如使电动机16停止和/或使电动机16的旋转方向反转。
49.在图中所示的实例中，其中识别了第二部分14相对于第一部分12从打开位置到关闭位置的运动的四个阶段，电子控制单元ecu使电控参数i
abs
的第一阈值i
abs,max,1
与运动的初始阶段相关联、使第二阈值i
abs,max,2
与运动的中间阶段相关联、使第三阈值i
abs,max,3
与运动的最后阶段相关联、以及使第四阈值i
abs,max,4
与运动的行程终止阶段相关联，所述第二阈值i
abs,max,2
小于或等于第一阈值i
abs,max,1
，所述第三阈值i
abs,max,3
与第一阈值i
abs,max,1
具有大致相同的数量级，所述第四阈值i
abs,max,4
包括在第一阈值i
abs,max,1
与第二阈值i
abs,max,2
之间。
50.通过考虑电动机16必须提供的扭矩来限定电控参数i
abs
的阈值。在运动的初始阶段期间，电动机16必须供应适合于使第二部分14运动的扭矩，因此在该阶段期间阈值i
abs,max,1
将必须相对高。然后，当第二部分14处于运动的中间阶段时，电动机16必须供应相对低的扭矩，因此在该阶段期间阈值i
abs,max,2
将相对低。由此，如果通道24被阻塞(例如，如果操作者不经意地将手指插入到该通道中)，则电控参数i
abs
的测量值i
abs,meas
将高于第二阈值i
abs,max,2
，并且因此电子控制单元ecu将能够识别故障状况并激活安全功能，例如，命令电动机16停止并且使其旋转方向反转，如果必要的话。
51.在运动的最后阶段期间，电动机16必须供应相对高的扭矩，以确保冲泡室被密封地关闭并抵抗通过设置在第一部分12和/或第二部分14中的穿孔元件对胶囊的可能刺穿所引起的反作用力，并且因此第三阈值i
abs,max,3
在该阶段期间必须相对高。
52.在运动的行程终止阶段期间，因为电动机16不必提供扭矩，阈值i
abs,max,4
可以例如设置为中间值；形成运动转换单元28的肘节机构的不可逆性确保了冲泡室保持被密封地关闭。
53.当冲泡单元10打开时，即在第二部分14从关闭位置到打开位置的运动期间，电动机16被供应有与先前描述的关闭过程期间的相反方向的电压。在该运动期间，微动开关34的操作状态以与前述相反的方式发生，并且也可以例如被电子控制单元ecu忽略，该电子控制单元在该运动期间将使用电控参数的单个阈值。替代地，微动开关34的操作状态可由电子控制单元ecu根据与参考关闭过程所描述的那些相似的控制逻辑来使用，这可用于确定第二部分14在关闭位置和打开位置之间的运动处于哪个阶段。
54.在打开过程结束时，电子控制单元ecu可以被编程，使得在第二部分14已经到达打开位置时，同时读取微动开关34的操作状态(在所示的实例中是断开操作状态)和由正在到达行程终止位置所引起的电控参数i
meas
的测量值i
meas,abs
的峰值，该行程终止位置与关闭过程的行程终止位置相反，使得电动机16停止并且使冲泡单元倾向新的操作周期。
55.当第二部分14在关闭和打开期间都到达行程终止位置时，电子控制单元ecu优选地进一步被编程为命令第二部分14短暂反转，即第二部分14在与到达行程终止位置的方向相反的方向上移动。该反转运动的进程不大于打开位置和关闭位置之间的运动的总进程的
10％、优选不大于5％、甚至更优选不大于2％、例如等于大约1％。这种反转运动能够降低在过电压之后损坏冲泡单元10的可能性，否则当第二部分14处于打开行程终止位置或关闭行程终止位置时会产生该过电压。
56.有利地，电子控制单元ecu还被编程为命令第二部分14的紧急打开运动，即将第二部分14带回到打开位置，其中，在这种情况下，由于差错，例如由于存储问题或由于电子控制单元ecu的电源意外中断，电子控制单元ecu没有保存、或没有设法确定第二部分14在关闭位置和打开位置之间的运动处于哪个阶段。
57.当然，在不损害本发明的原理的情况下，实施例和实施细节可能相对于仅以非限制性实例的方式所描述的和图示的有很大不同，但没有因此脱离如所附权利要求限定的本发明的范围。