用于制备咖啡的机器的制作方法

1.本文描述的实施例涉及一种用于制备饮料的自动机器，特别是用于制备美式咖啡的自动机器，该自动机器适于自动执行以下操作：用咖啡粉装载冲泡室、制备和输送咖啡饮料、以及排放用过的咖啡粉。


背景技术：

2.用于制备美式咖啡的咖啡机(也称为“滴式咖啡机”)是已知的，包括水箱、锅炉、冲泡室和容器，在冲泡室内设置有过滤器，每次都将咖啡粉引入冲泡室，容器位于冲泡室下方以接收饮料。
3.由锅炉加热的水被供给到冲泡室，在那里，由于重力的作用，水渗入咖啡粉，提取其芳香物质，以获得聚集在容器中的咖啡饮料。
4.滴式咖啡机结构简单，生产成本低。传统机器的一个缺点是它们需要用户的手动干预来装载咖啡粉并且在饮料制备结束时将其除去。
5.此外，由于咖啡饮料和用过的咖啡粉往往弄脏与它们接触的容器和管，这些机器需要频繁的清洁操作以确保它们的正确运行。
6.部分自动咖啡机也是已知的，其包括用于研磨咖啡豆的装置、用于加热冲泡水流的锅炉和放置过滤器的抽屉。咖啡粉直接落入过滤器中，随后随着水从上面落下而发生渗滤。除了必须清洁过滤器之外，这些机器还具有这样的缺点，即咖啡粉的进入区很容易被堵塞，因为它位于与冲泡区接触的位置，并因此受到湿度的影响。
7.自动咖啡机也是已知的，其包括用于研磨咖啡豆的装置、用于加热冲泡水流的锅炉、包括限定开放冲泡室的冲泡筒的可移动的冲泡单元、以及适于与可移动的冲泡单元接合以关闭冲泡室的阀装置。
8.冲泡筒在下部通过可滑动地设置在其中的排出活塞封闭，并且构造成在饮料输送结束时去除用过的咖啡粉。
9.存在用于供给冲泡水流(经过阀装置)、并适于将水从上方供给到冲泡室中的管，以及连接到冲泡室底部并经过排出活塞的用于输送咖啡饮料的管。
10.此外，还设有排放管，在饮料输送结束时，排放通过压缩用过的咖啡粉而获得的残余水。
11.已知解决方案的阀装置特别复杂且不可靠，因为它在其内部包括用于供给冲泡水的管和允许液体通过并流向冲泡室的液压机构。此外，由于残余水回路共用至少一部分供给回路，由于被其拖曳的咖啡粉，供给回路可能变脏。
12.其它已知的机器在饮料输送管的入口处还包括与排出活塞对应的起泡器阀，该起泡器阀适于产生典型的浓缩咖啡的泡沫。
13.已知的解决方案的一个缺点是它们被优化用于制备浓缩咖啡型咖啡而不是制备美式咖啡，并且需要复杂的阀装置以允许在高压下冲泡咖啡粉。
14.文献us-a-2014/0150664描述了一种用于制备浓缩咖啡或美式咖啡的自动机器，
其中在咖啡饮料(无论是浓缩咖啡或美式咖啡)输送结束时，通过压缩用过的咖啡粉而获得的残留液体被输送到其中注入咖啡饮料的容器中。
15.在ep-a-0536616、ep-a-2254449和ep-a-3253263中描述了用于制备咖啡(特别是浓缩咖啡型咖啡)的其它已知机器。
16.本发明的一个目的是提供一种“超自动”类型的用于制备咖啡的机器，即基本上全自动的，其被优化用于制备低压美式咖啡。
17.本发明的另一个目的是提供一种使用简单的用于制备咖啡的机器。
18.另一个目的是提供一种用于制备咖啡的机器，该机器是可靠的并且不需要用户的手动清洁干预。
19.本发明的另一个目的是提供一种如上所述类型的用于制备美式咖啡的机器，其允许制备不同的甚至大量的饮料。
20.另一个目的是完善用于制备饮料(特别是美式咖啡)的方法，该方法对于用户来说是可靠和安全的。
21.申请人已经设计、测试和实施本发明以克服现有技术的缺点，并获得这些和其它目的和优点。


技术实现要素：

22.本发明在独立权利要求中阐述和表征，而从属权利要求描述本发明的其它特征或主要发明构思的变型。
23.按照上述目的，本发明涉及一种所谓的超自动咖啡机，其用于制备咖啡，特别是美式咖啡。
24.所谓“超自动”机器，在本文和下文的描述中，我们指的是适合于自动执行制备咖啡饮料所需的所有操作的机器，包括至少将一剂量的咖啡粉装入冲泡室，用热水冲泡粉末，输送咖啡饮料和排放用过的咖啡粉。
25.根据一些实施例，该机器特别优化用于制备美式咖啡。
26.美式咖啡和用于制备它的机器通常根据特定标准进行分类，这些标准要求满足关于冲泡温度、咖啡粉的提取均匀性和其它方面的确定要求，这些标准不同于通常要求的关于浓缩咖啡的标准。
27.通常使用的标准是主要用于北美的专业咖啡协会(sca)标准和欧洲咖啡酿造中心(ecbc)标准。
28.这些标准要求最终冲泡的饮料的香味浓度在1.15％-1.36％之间(sca)，或相应地在1.30％-1.55％之间(ecbc)，考虑到根据粉末粒度，在标准压力温度下操作的水与咖啡粉的接触时间在约4分钟至8分钟之间。
29.此外，由于咖啡粉的冲泡是在低压下进行的，与在浓缩咖啡的制备中所发生的情况不同，水必须均匀地润湿通过它的咖啡粉，以提取所需的芳香量。
30.根据本发明的机器包括可移动的冲泡单元，该冲泡单元包括可装载一剂量的咖啡粉的开放冲泡筒，在冲泡室内可滑动的排出活塞，以及设置有关闭活塞的阀装置，该关闭活塞可与冲泡筒接合以形成封闭的冲泡室。
31.该机器还包括与冲泡室相关联的第一管和第二退出管，第一管用于供给冲泡水，
第二退出管位于相对于第一供给管的相对侧上。
32.阀装置包括与关闭活塞连接的固定体和相对于固定体可移动的体。
33.该阀装置还包括弹性构件，该弹性构件适于在轴向方向上施加确定的对比力，以便保持可移动体相对于固定体是静止的，直到大于预定值的力施加在弹性构件上。
34.该阀装置还包括安全装置，该安全装置能够通过在可移动体和固定体之间的往复运动而被选择性地启用和停用，并且适于限制冲泡室内的压力。
35.根据一些实施例，安全装置包括微动开关，该微动开关定位成与可移动主体相对于固定体的下行程结束位置对应。
36.在一个实施例中，微动开关是常开型的，即，通过固定体和可移动体之间的往复接触正常地保持有效。
37.当在冲泡室中产生高于确定的预定值的压力时，例如克服与可移动体相关的弹性元件的弹力，可移动体从固定体移开，停用微动开关。
38.因此，在冲泡循环期间，冲泡室中的压力超过最大压力值(例如等于3巴)的情况下，微动开关可以执行安全功能，并且微动开关还可以执行可移动体相对于固定体的行程结束的功能，以便在干燥用过的咖啡粉的步骤期间在用过的咖啡粉上限定期望的压缩力。
39.根据一些实施例，阀装置没有液压机构，因此相对于已知的解决方案提供了相当简化的结构。
40.根据这些实施例，可以在退出管的一端设置在阀装置外部的单个输送和排放阀，并且适合于选择性地使冲泡室与用于将饮料输送到容器的回路或与排放回路连通。
41.由于这种构造，由于输送和排放阀与阀装置分离，因此可以根据需要反转供给回路和退出回路，而不需要修改阀装置。
42.因此，可以从底部或从顶部向冲泡室供给水，饮料将以相反的方向退出。
43.由于设置了单一的输送和排放阀以及单一的退出管，所以可以选择是否也将通过压缩用过的咖啡粉获得的残余水的一部分输送到容器中。
44.此外，通过经由与饮料相同的退出管排出残余水，供给管保持清洁，从不与粉末或液体形式的咖啡接触。
45.这里描述的实施例还涉及一种用上述机器制备饮料的方法，其中所述方法提供：
46.将一剂量的咖啡粉引入在第一装载位置可移动的冲泡筒的开放的冲泡室；
47.定位可移动的冲泡筒与阀装置对应，在冲泡筒内引入其关闭活塞以关闭冲泡室；
48.通过供给管将冲泡水流供给到冲泡室中，并使饮料通过与供给管相对的退出管和通过输送管退出，并将其注入容器中；
49.在饮料输送结束时，通过在关闭活塞和可滑动地设置在冲泡室内的排出活塞之间压缩用过的咖啡粉来干燥该咖啡粉；
50.通过所述退出管和排放管排放从压缩的用过的咖啡粉中获得的残余水。
51.在干燥步骤结束时，该方法还提供将冲泡筒转移到排放位置，并驱动排出活塞以从冲泡筒中除去压缩的用过的咖啡粉。
52.根据一些实施例，在压缩用过的咖啡粉之前，该方法提供，切换沿着退出管设置的偏转阀以选择性地使退出管与排放管连通，从而防止残余水朝向输送管转移。
53.根据一些实施例，该方法提供压缩冲泡室中的用过的咖啡粉，直到冲泡室内部的
压力超过预定值以致与阀装置相关联的安全装置停用。
54.根据一些实施例，该方法提供，如果在饮料的制备期间冲泡室中的压力超过预定值以致与阀装置相关联的安全装置停用，则停止饮料的制备循环。
附图说明
55.本发明的这些和其它方面、特征和优点将从以下对一些实施例的描述中变得显而易见，参考附图作为非限制性示例给出，在附图中：
56.图1是根据本发明的用于制备咖啡的机器的示意性截面图，其中冲泡单元处于装载一剂量的咖啡粉的位置；
57.图2是图1的机器的一部分的示意性截面图，其中冲泡单元处于冲泡位置；
58.图3是图1的机器的一部分的示意性截面图，其中冲泡单元处于冲泡期间；
59.图4是图1的机器的一部分的示意性截面图，其中冲泡单元处于干燥用过的咖啡剂量的位置；
60.图5是图1的机器的一部分的示意性截面图，其中冲泡单元处于提取用过的咖啡剂量的位置；
61.图6是图1的机器的一部分的示意性截面图，其中冲泡单元处于排出用过的咖啡剂量的位置。
62.为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来标识附图中相同的公共元件。应当理解，一个实施例的元件和特征可以方便地并入其它实施例而无需进一步澄清。
具体实施方式
63.现在将详细参考本发明的各种实施例，附图中示出了其中的一个或多个示例。每个示例通过说明本发明的方式来提供的，而不应理解为对本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分而示出或描述的特性可被采用在其它实施例上、或与其它实施例相关联以产生另一实施例。应当理解，本发明应包括所有这些修改和变型。
64.此处描述的实施例涉及用于制备咖啡(特别是美式咖啡)的机器10。
65.机器10有利地是所谓的“超自动”机器，即能够以完全自动的方式执行装载咖啡粉、制备和输送饮料、以及排出用过的咖啡粉的操作。
66.根据一些实施例，机器10包括框架，该框架界定冲泡单元11存在于其中的容纳体。
67.冲泡单元11包括可移动的冲泡筒12，在每次都可以将一剂量的咖啡粉装入该冲泡筒12中。
68.冲泡筒12在下部通过可滑动地设置在其中的排出活塞13封闭。
69.冲泡单元11还包括设置有关闭活塞14的阀装置16，该关闭活塞14可接合在冲泡筒12中以形成封闭的冲泡室15。
70.冲泡室15与制备咖啡饮料的每个操作一起形成，并且由冲泡筒12的横向表面横向地限定，在下部由排出活塞13限定，并且在上部由关闭活塞14限定。
71.机器10包括驱动装置17，该驱动装置17构造成至少在装载位置、冲泡位置、以及用于排出用过的咖啡粉剂量的位置之间移动冲泡筒12，在装载位置中，一剂量的咖啡粉被引入冲泡筒12中，在冲泡位置中，筒12与阀装置16接合并且进行咖啡粉的冲泡。
72.根据一些实施例，冲泡单元11包括供给管19，用于冲泡的水通过该供给管19从液压回路31供给至冲泡室15。
73.冲泡单元11还包括用于使该液体从冲泡室离开的退出管20，该退出管20相对于供给管19沿相反的方向延展。
74.根据一些实施例，两个管19、20中的一个穿过排出活塞13延展，而另一个管穿过关闭活塞14延展。
75.在附图中通过示例示出的实施例中，供给管19经过排出活塞13，而退出管20经过关闭活塞14和阀装置16的阀体21。
76.根据一些实施例，截止阀22沿着供给管19设置，该截止阀22可以被选择性地致动以允许或防止水从液压回路31沿着供给管19并朝向冲泡室15通过。
77.液压回路31通常包括泵(未示出)和加热装置(未示出)，泵用于从罐供给水，加热装置用于加热在运输过程中用于冲泡的水至所需温度。
78.例如，可将用于冲泡的水加热到包含在85℃至100℃之间的温度。
79.根据优选的实施例，用于冲泡的水可以被加热到90
°
至96
°
之间，甚至更优选92
°
至94
°
之间。
80.根据一些实施例，偏转阀23沿着退出管20设置，该偏转阀23可以选择性地被致动，以便使退出管20与输送管24或与排放管25连通。
81.输送管24构造成将冲泡的饮料输送到用户的容器32中，而输送管25构造成将来自干燥用过的咖啡粉剂量的残余水输送到收集盘33中。
82.根据一些实施例，偏转阀23有利地设置在阀体21外部的退出管20的区段中。
83.根据该方案，阀装置16不具有任何液压机构，而仅具有用于输送液体的通道，使得其结构极其简化。
84.根据一些实施例，阀体21包括固定体26和相对于固定体26可移动的体27。
85.根据一些实施例，阀装置16包括弹性构件18，弹性构件18构造成相对于固定体26保持移动体27就位，弹性构件18适于承受沿轴向作用的预定值的力。
86.根据一些实施例，弹性构件18可以构造成对沿轴向方向作用并产生大于40kg/m2的压力的力进行对比。该压力值实际上是压缩和干燥用过的咖啡粉所必需的压力值。
87.根据变型实施例，弹性构件18可以构造成对沿轴向方向作用并产生大于50kg/m2(例如高达60kg/m2)的压力的力进行对比。
88.然而，一般来说，弹性构件18的构型和弹性常数可根据冲泡室15的尺寸和因此根据可容纳在其中的咖啡粉的最大量来选择。
89.根据一些实施例，弹性构件18连接到移动体26，并且构造成当施加大于预定值的轴向力时相对于固定体27移动移动体26。
90.阀装置16还包括安全装置28，该安全装置28可以通过在固定体26和移动体27之间的往复运动而被选择性地启动/停用。
91.特别地，安全装置28构造成确保施加在移动体27上的轴向推力不超过确定的阈值。
92.根据一些实施例，安全装置28包括设置在固定体26和移动体27之间的中间位置的微动开关29。
93.根据一些实施例，微动开关29是常开型的，通过固定体26和移动体27之间的往复接触保持有效。
94.当施加在移动体27上的力超过预定阈值时，弹性构件18使移动体27远离固定体26移动，从而使微动开关29停止工作。
95.此外，弹性构件18的尺寸可以保证在饮料制备期间冲泡室15中的压力保持在最大设定值以下，例如低于3巴(约3
×
105帕)。
96.特别地，如果在冲泡室15中，在饮料的制备期间，压力超过最大值，例如克服由弹性构件18施加的力(该力与它们被校准的负载相关)，则微动开关29被停用——移动移动体27远离固定体26——并且饮料制备循环被停止。
97.这允许获得饮料的低压冲泡，典型地适于制备例如约2巴(约2
×
105帕)的美式咖啡。
98.根据一些实施例，安全装置28还可以用作用于冲泡筒12相对于阀装置16的运动的行程结束指示器。
99.在冲泡期间，冲泡筒12与阀体16的关闭活塞14接合，该关闭活塞14在上部关闭冲泡室15。
100.在冲泡位置，存在于冲泡室15中的该剂量的研磨咖啡不经受任何压缩。
101.根据一些实施例，在饮料输送结束时，冲泡筒12可借助于驱动装置17朝向阀体21移动，以便将用过的咖啡粉剂量推向关闭活塞14并将其压缩，提取它的残余水，该残余水可通过退出管20和排放管25排放。
102.冲泡筒12相对于关闭活塞14的运动通过弹性元件18的弹性力进行对比，直到达到第一预定值，这需要移动体27远离固定体26移动，以及停用微动开关29，在这种情况下，微动开关29用作行程结束指示器。
103.以这种方式，微动开关29允许在制备冲泡的饮料期间控制冲泡室15内的压力，并且还允许控制施加在用过的咖啡粉上的压缩力，从而防止对阀装置16和机器10的可能损坏。
104.根据一些实施例，机器10包括构造成调节其运行的控制和命令单元34。
105.控制和命令单元34尤其可以根据通过合适的界面(未示出)从用户接收制备饮料的命令，来调节冲泡单元11的运行和冲泡水的供给和加热的这些装置的运行。
106.例如，用户可以通过界面来命令饮料的制备循环的开始，并且可能指示要制备的饮料的量，例如一杯、半瓶或一瓶。
107.根据一些实施例，机器10包括用于供给咖啡粉的单元35，该单元35构造成将一剂量的咖啡粉供给到冲泡室15中。
108.根据一些实施例，用于供给咖啡粉的单元35包括用于供给咖啡的料斗36，该料斗连接到适于向装载区输送咖啡粉的输送通道38。
109.根据一些实施例，供给料斗36可以构造成容纳已经研磨的咖啡粉，并且设置有选择器装置以允许或防止咖啡粉朝向输送通道38通过。
110.根据其它实施例，供给料斗36可构造成包含咖啡豆，并且机器10可包括连接到其上的研磨装置37，该研磨装置37构造成根据对待制备的饮料的每个请求研磨所需量的咖啡粉，并将其供应到输送通道38。
111.根据其它实施例，还可以提供手动装载咖啡的门，用户可以通过该门将咖啡粉通过输送通道38直接引入位于装载区中的冲泡筒12中。
112.下面描述用于制备饮料的机器10的运行方法。
113.当饮料制备循环开始时，驱动装置17将冲泡筒12定位在装载位置以接收与待制备的饮料的量相关的咖啡粉剂量(图1)。
114.作为示例，该剂量可以根据获得的最终饮料的量(例如一杯、半瓶或一瓶)而包括在10g至30g之间。
115.该剂量咖啡粉可有利地通过利用设置在机器10中的研磨装置37研磨确定量的豆来获得。
116.随后，冲泡筒12移动到冲泡位置，在该位置，冲泡筒12与阀装置16接合，使得关闭活塞14自身定位在冲泡筒12的口处，并在上部关闭冲泡室15，而不压缩咖啡粉。
117.根据一些实施例，可以提供冲泡筒12总是相对于阀体21将其自身定位在相同的位置，而不管其中咖啡粉的量。
118.在循环的该步骤中，截止阀22关闭，并且偏转阀23处于排放构造(图2)。
119.一旦冲泡筒12被定位，截止阀22被打开，偏转阀23被放置在输送构造中(图3)，并且加热装置和泵被指令以便沿着供给回路19和在冲泡室15内供给冲泡水。
120.在所需温度下用于冲泡的水渗出咖啡粉，并通过退出管20和输送管24朝容器32排出。
121.在饮料的冲泡和输送结束时，截止阀22返回到关闭状态，并且偏转阀23进入排放构造。
122.根据一些实施例，水可以从下方供给到冲泡室15，并且在到达室自身内部的溢流点时，冲泡的饮料可以向上离开冲泡室15。
123.根据其它变型，可以反转液压回路，并且水可以从上方供给到冲泡室15，使冲泡的饮料从下方离开。
124.随后，执行干燥用过的咖啡剂量的步骤，在该步骤中，冲泡筒12向关闭活塞14轴向移动，以便在排出活塞13和关闭活塞14之间压缩湿的用过的咖啡粉。
125.施加在咖啡粉上的压缩力由弹性构件18进行对比，直到压缩力超过弹性构件18的对比力，使微动开关29停用，并因此驱动装置17停止(图4)。
126.特别地，当超过由弹性元件18施加的对比力时，这使移动体27远离固定体26移动，并因此导致微动开关29的停用。
127.在压缩期间，残余水通过退出管20和排放管25向收集盘33排放。
128.在干燥步骤结束时，冲泡筒12与阀装置16脱离接合(图5)，并且由驱动装置17转移到提取和排出用过的咖啡剂量的第三位置。
129.在该位置，驱动排出活塞13，使其在冲泡筒12内滑动，并将压缩的用过的咖啡粉的剂量推向开口端12a，以便将其除去。
130.根据一些实施例，排出活塞13和关闭活塞14具有与冲泡筒12的区段基本匹配的区段。
131.根据一些实施例，可以提供一个或多个与排出活塞13和/或关闭活塞14相关的密封构件30，以确保存在于冲泡室15中的液体只能沿着供给管19或退出管20流动。
132.密封构件30可以由可变形的塑料材料制成，并且可以既适于用作相对于冲泡筒12的侧壁的液压密封，又适于从其侧壁去除咖啡粉的可能残留物，从而保持其基本清洁。
133.举例来说，两个密封构件30可与排出活塞13相关联以获得双重液压密封，以便防止发生不希望的液体从冲泡室15泄漏。
134.根据其它变型，密封构件30可以集成在排出活塞13和/或关闭活塞14中，或者排出活塞13和/或关闭活塞14本身可以至少部分由可变形塑料材料制成。
135.显然，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对如前所述的用于制备饮料的机器10和方法进行部件或步骤的修改和/或添加。
136.同样清楚的是，虽然已经参考一些具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员肯定能够实现许多其它等同形式的用于制备饮料的机器10或方法，所述机器10或方法具有权利要求中提出的特征，因此所有这些都在由此限定的保护领域内。