CN1248893A - 咖啡自动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种咖啡机(100),它有较小的结构高度和可以设计为有惹人喜欢的美观造型。具有咖啡冲泡室(25、26)的冲泡体(32)在一圆形轨道(R)上被导引,它采取三个不同的工作位置,在此过程中冲泡活塞(29、30)以及过滤/排出活塞在咖啡冲泡室(25、26)内轴向运动。冲泡部件(1)的驱动及控制通过正齿轮和凸轮实现,它们装在两个彼此对置的凸轮外壳(59)内。按照本发明的方法,按步长30°旋转到这三个位置,在这种情况下,复位时旋转60°。

Description

咖啡自动机

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的咖啡机及运行此咖啡机的方法。

按权利要求1前序部分所述的咖啡机(也称咖啡自动机)主要用于餐饮业。这种机器一般是大体积的产品，在售饮料区占据不相称的大的位置，以及无论如何与餐馆时新和惹人喜爱的设计不相配。此外，这种机器需要较大的维护工作量，在出现故障时造成相当长时间的服务中断。还有，它的机械构件由于设计的原因经常被咖啡粉和/或逸出的水和咖啡弄脏。

因此本发明的目的是创造一种咖啡机，与现有已知的相比它的结构高度较小和/或它的正面有可见的孔口。因此，机器可在外观上惹人喜爱，并易于操作和维护。此外，它的结构应设计为没有咖啡粉和咖啡驻留的不卫生区域，在这种情况下采用适当的介质导引路线应完全不会产生污染。

按本发明为达到此目的采取的措施是，咖啡冲泡室制在冲泡体内，冲泡体可部分地在一圆形轨道上被导引绕一水平布置的轴回转到第一加料位置，接着到第二冲泡位置，加入热水和放出咖啡，以及到第三咖啡渣块排出位置，以及，此冲泡体间接或直接地带动一个或多个同样类型可沿轴向工作的活塞。

在权利要求1中说明特征的咖啡机具有的优点是，它是一种恰当地安置在圆形轨道上的结构紧凑的设备，尽管它只需要小的结构高度，但仍有规定的工作位置，而且在运动学上是有利的。因此它适用于需要大的零售饮料输出量，尤其适合在餐饮业中用于连续供应。

在权利要求中使用的间接操纵活塞的概念包括了这样一些方案，即其中冲泡体的运动仅用作启动活塞行程的基准。

优先的设计方案在于，介质流从上向下进行；但也可以按类似的方式用另一种任意的方式导引介质，只要例如由于其他的饮料零售设备要求这样做。

下面的从属权利要求说明了有利的进一步设计或运行方法。

按权利要求2的设计可以非常经济地实现，以及在运行中既干净又卫生。

按权利要求3所述的法兰允许实现一种非常简单的冲泡部件的机械驱动。

按权利要求4的正齿轮和凸轮只需要包含一个可装在冲泡部件之外市场上可买到的借助于减速电机的中央驱动装置。

与之不同地可按权利要求5使用各自的驱动机构。

按权利要求6的咖啡机允许在平行进行的冲泡过程中同时供应两杯或多杯咖啡。

按权利要求7的碾碎机配置，再次显著降低机器必要的结构高度。

按权利要求8的摆动漏斗的设计允许方便地实现平行地布置冲泡室，尤其是实现具有不同大小的直径和容积的平行布置的冲泡室。这就允许同时供应多杯咖啡，而这些咖啡具有与单杯咖啡相同的质量。

按权利要求9所述运行此咖啡机的方法业已证实是特别成功的，按此方法所选择的最佳角度位置可从一个任意配置的起始位置出发实施。

按权利要求10的方法的运动学是有利的，并允许经济地运行此机器。

下面借助于附图说明本发明对象的实施例。其中：

图1  咖啡机简化的透视图；

图2  按图1的冲泡部件的构件原理图；

图3  从前面看图1所示咖啡自动机的局部剖视图；

图4  从侧面看图1所示咖啡自动机的局部剖视图；

图5  按图3、图4的一个过滤/排出活塞放大图；

图6  在按图1的咖啡自动机冲泡部件中的运动过程结构图；

图7  按图6的运动过程的运动学，其中图7a表示冲泡头的运动、冲泡体的旋转、在冲泡体内过滤/排出活塞的提升运动，以及图7b表示按运动的时间顺序的控制和开关函数；以及

图8  借助于凸轮和传动件实现按图7所示运动过程的优选方案，其中图8a和图8b分别表示一个正齿轮的一侧。

所有的图中同样的部分用相同的标号表示。

在用100标示的机器外壳内部是一台具有带咖啡粉准备装置的冲泡部件1的咖啡自动机。

在咖啡豆容器2内按众所周知的方式装有咖啡豆，此容器2有一隔板3，如图3所示，它允许使用两种不同品种的咖啡。

在机器外壳100的上部设一台已知的水泵4，它向电锅炉5、6、7供水，电锅炉本身卷绕有螺旋加热丝8、9、10。咖啡磨11和12互成90°角布置，它们包括装料漏斗13、14；咖啡粉出口和电动机18、19。在图1中只能看见咖啡粉出口15。在咖啡磨11、12之间有一个可控制的摆动漏斗22，它按选择将磨好的新鲜咖啡粉供入位于它下方的冲泡室25或26。

在一个所谓的冲泡头27内有一个冲泡架28，一个较大的和一个较小的冲泡活塞29或30固定在冲泡架28上。具有一个平的表面33的冲泡体32在图中表示处于加料位置，在冲泡体内容纳有前面已提及的冲泡室25、26。

此外还可见一块侧盖34，在其下方是后面要说明的主轴驱动装置42和43及其传动装置外壳44或45。

整个部件装在一扁平的外壳支架51、52内，它们通过用螺钉拧紧的定距器55固定在一起。在图1中可见冲泡部件支承在两根导轨56上处于拉出后的状态。导轨56形锁合地配合在外壳支架51、52内互相对应的槽57内。

此外可见凸轮外壳58、59，它们设有位于上方的冲泡架导引件49。

用点划线表示的机器外壳100在其下部区内设有一块包括杯座的示意表示的底板101；在底板与真正的机器外壳100之间有一弧形的槽102。

图2的原理图用于更好地理解所画的详图。

由图2可见具有其冲泡架28及装在它下面的冲泡活塞29和30的可沿箭头方向提升和下降的冲泡头27。在冲泡体32内，可轴向移动的过滤/排出活塞36和37插入冲泡室25和26内，其中每根活塞杆38或39有内螺纹。在冲泡体32侧面装有法兰46、47，它们用于使冲泡体绕轴线A-A回转。

图3的局部剖面图再次表示具有其冲泡部件1的机器外壳100及其用于准备和分配咖啡粉的设备。

此外，这里还画有碾碎机17和第二个咖啡粉出口16，电动机18、19之间的角α，以及冲泡体32的回转位置I-III。

第一个加料位置用I表示并相应于在图3中所表示的位置。沿反时针方向转30°角是第二个所谓的冲泡位置II，而咖啡渣块排出位置III则位于逆时针方向在圆形轨道R上相对于起始位置(加料位置I)转60°的地方。

同样可看到热水入口31，它通过图中没有表示的阀与图1中的电锅炉5、6、7连接并通入冲泡活塞30中。

可以看出，冲泡体32与其侧盖34和35设计为一体。

在冲泡架28旁设有一个可沿箭头方向摆动的刮渣器50。它通过冲泡头27的旋转运动操纵，为此在侧盖35上设有一个为了视图能看得清楚起见没有画上的操纵凸块，它使被弹簧张紧的刮渣器50顺时针转动，或使之翻倒，如绕旋转轴的箭头所示。

在机器外壳100的左部按已知的方式设可取出的用于咖啡粉沉渣的抽屉(图中未表示)。

在冲泡部件的侧旁分别设有一热水出口103和蒸汽出口104，它们是众所周知的。

咖啡磨11和12的装料通过具有两个咖啡豆出口21的关闭盘20。

咖啡豆容器2也可以在装满的状态下从机器取出和运输；为此旋转关闭盘20，从而关闭咖啡豆出口21。

可通过咖啡自动机看到的弧形槽102的中央有高度可调整的咖啡出口105。

图4的局部剖面图表示了从侧面看的其他细节。例如可看到通过导引件107可调整咖啡出口105的高度。

同样还可看到法兰46和47及其轴的支承53、54相对于冲泡体32的布局。此外可见不同直径的冲泡室25和26，其中较大的冲泡室25用于同时配制两杯咖啡。咖啡粉必要的按选择向冲泡室25、26内的分配通过可控制的摆动漏斗22进行，它借助于摆动驱动器23和齿条24使漏斗22绕摆动轴22′旋转。

摆动驱动器23有一个带主动小齿轮的市场上常见的电动机。

在图4中可见到的用于使活塞轴向运动的螺杆87必需的旋转通过两个传动装置外壳44和45实现。

图5中代表性地表示的过滤/排出活塞36在端面有一滤板80，它用作众所周知的冲泡滤网。它用中心螺钉82固定在活塞体81上。在活塞体81内沿圆周有一环槽83，其中装入密封圈84，即一个Neoprene(商标)O型密封圈。滤板80下面可见一环形槽85，它与一有内螺纹88的出口86连通，在内螺纹88中连接一个带有用作咖啡出口的软管40的软管接头41。

带内螺纹的活塞杆38作用在活塞体81中央；通过针对图4已提及的螺杆87驱动活塞杆38。

借助于图6的结构图可分析运动过程的运动学。为中央机械传动所必需的凸轮用单个凸轮K象征性表示；驱动装置D也是如此。

按图6，首先进行凸轮的旋转运动a，然后是冲泡体回转30°的第一运动b，回转30°的第二运动c，向上经过第一段的活塞运动d，向上经第二段的活塞运动e；此外需要凸轮K的驱动装置f和活塞的驱动装置g。

下面借助图8说明凸轮K实际的执行过程。

由图7可见作为时间t的函数的真实的运动过程，其中可确定下面列举的运动m和函数S。时间t从0至Z相应于一个完整的工作循环。

按图7a：

vm37        冲泡头的运动m(垂直运动)

cm32        冲泡体的运动m(圆周运动)

sm36、37    过滤/排出活塞的提升运动(行程运动)

按图7b，下面顺序的控制和开关函数S对应于按图7a的运动过程：

i   电气设备、位置和热水起始化

ii    选择咖啡粉通道，小量或大量(表示的是大量的)

iii   选择相关的磨

iv    磨碎时间-确定咖啡量

v     去小量的路线，短的磨碎时间

vi    从电锅炉去冲泡室的冲泡阀

vii   水泵输送时间，借助流量计记录流量

viii  在冲泡室内的冲泡过程和放出咖啡

ix    冲泡阀置于放出位置

x     将剩余水排入出口的行程运动(再加压)

xi    排出咖啡沉渣和刮渣

xii   转回起始位置，限位开关监控

在机械控制中最简单的运动学执行过程按图8通过两个彼此相对地装在轴A-A上的凸轮实现，它们配属于具有齿61的正齿轮60。

周缘上有槽64，它们用于传动件69的进入和退出，传动件69是前已说明的冲泡头27的组成部分。凸轮通过曲线槽62和63实现，所以传动件-销子69和70被两侧导引。

因此，在图8a中可见外曲线槽63，而在图8b中可见用实线表示的正齿轮60的内曲线槽62。除此之外，在正齿轮60内侧(图8a)可见开关板66，它启动微型开关(图中未表示)。

中心支承孔68允许正齿轮60绕轴线B-B旋转。

正齿轮60的结构设计为，在冲泡部件两侧的凸轮外壳58和59内使用一致的零件。见图4。

上述最佳实施例的实现借助于市场上可买到的零部件和通用的技术，尤其是驱动和控制机构。例如为了驱动正齿轮采用汽车工业已知的借助于蜗轮蜗杆传动装置和24v直流电动机的刮水器驱动装置。同样，除咖啡磨以外其余的电动机驱动装置也都是已知在汽车工业中采用的。按时间顺序的过程控制同样用一般的微处理器和控制及开关元件来实现。

按本发明实现的咖啡自动机，有能力用功率为3kW的电锅炉每小时供应200杯美味的咖啡。还可以有更大的供应量，只要提供更大的连接功率和采取相应的措施运走咖啡沉渣。

整个冲泡部件1可在导轨56(见图1)上从咖啡自动机拉出，因此维护特别方便。在拉出的状态还便于接近机器的其他构件和组件，所以万一需要修理时可花费最少的时间以及停止工作的时间也可以最短。

采用特殊的步进电动机和其他与电子伺服控制器结合使用的驱动装置，还可以进一步减小整个冲泡部件的结构高度，所以凸轮的功能实际上可通过软件设计来实现。

当然，在实施例中借助于市场上常见的微型开关触发的功能也可以非接触式地实现，这尤其通过软件设计在技术上是有优点的。

本发明对象的上述改进和技术上的进一步发展可由专业人员无需附加的发明工作来实现；所存在的主要是费用支出问题并因而是要生产的件数问题。

在平行的专利申请(亦即21283PCT)中详细说明了可特别节省位置地装在上述咖啡自动机中的咖啡磨的一种最佳实施例。当然也可以使用已知的咖啡磨。

符号表1           带咖啡粉准备设备的冲泡部件2           咖啡豆容器3           隔板(2种)4           水泵(冷端)5、6、7     电锅炉8、9、10    螺旋加热丝(卷绕)11、12      咖啡磨13、14      装料漏斗15、16      咖啡粉出口17          碾碎机18、19      电动机20          关闭盘21          咖啡豆出口22          摆动漏斗(可控制的)22′        摆动轴23          摆动驱动装置(带主动小齿轮的电动机)24          齿条25          大的冲泡室26          小的冲泡室27          冲泡头28          冲泡架29          大的冲泡活塞30          小的冲泡活塞31          热水入口32          冲泡体33          平的表面34、35      侧盖36          大的过滤/排出活塞37          小的过滤/排出活塞38、39      带内螺纹的活塞杆40          出口软管41          软管接头42、43      主轴驱动装置(减速电动机)44、45      传动装置外壳46、47      法兰48、49      冲泡架导引件(缝-导引)50          带橡胶唇的刮渣器51、52      外壳支架53、54      轴的支承(A-A)55          定距器(螺钉固定)56          导轨57          56用的槽58、59      凸轮外壳60          正齿轮；带外齿的凸轮61          齿62          内部曲线槽(凸轮)63          外部曲线槽(凸轮)64          槽65          凸块66          开关板67          内槽68          用于轴的孔(B-B)69、70      传动件-销子80          滤板(冲泡滤网)81          活塞体82          中心螺钉83          环槽84          密封圈(O型密封圈)85          环形槽86          出口87          螺杆88          内螺纹100         机器外壳101         带杯座的底板102         弧形槽103         热水出口104         蒸汽出口105         咖啡出口(高度可调)106         咖啡粉装料107         咖啡出口的导引件α          18和19之间的角度A-A         32的回转轴线B-B         60的旋转轴线K           凸轮(结构图)D           驱动装置(结构图)F           支承R           圆形轨道S           函数(控制和开关函数)Z           循环持续时间(0至Z)a           凸轮旋转运动b           第一运动转30°c           第二运动转30°d           活塞向上运动(第一段)e           活塞向上运动(第二段)f           凸轮驱动装置g           活塞驱动装置t           时间(时间坐标)i           电气设备、位置和热水起始化ii          选择咖啡粉通道，小量或大量(表示的是大量的)iii         选择相关的磨iv          磨碎时间-确定咖啡量v           去小量的路线，短的磨碎时间vi          从电锅炉去冲泡室的冲泡阀vii         水泵输送时间，借助流量计记录流量viii        在冲泡室内的冲泡过程和放出咖啡ix          冲泡阀置于放出位置x           将剩余水排入出口的行程运动(再加压)xi          排出咖啡沉渣和刮渣xii         转回起始位置，限位开关监控vm37        冲泡头的运动m(垂直运动)cm32        冲泡体的运动m(圆周运动)sm36、37    过滤/排出活塞的提升运动(行程运动)

Claims (10)

1.咖啡机，有至少一个圆柱形的、咖啡冲泡室和一个准备和分配咖啡粉的设备，咖啡冲泡室可分别借助于一个上部和一个下部的可沿轴向移动的活塞封闭以及可在压力下向里面引入热水，其特征为：冲泡室(25；26)制在冲泡体(32)内，冲泡体可部分地在一圆的轨道(R)上被导引绕一水平布置的轴(A-A)回转到第一加料位置(I)，接着到第二冲泡位置(II)，加入热水和放出咖啡，以及到第三咖啡渣块排出位置(III)，以及，此冲泡体(32)间接或直接地带动一个或多个同样类型可沿轴向工作的活塞(29、30；36、37)。

2.按照权利要求1所述的咖啡机，其特征为：冲泡体(32)可回转地固定在两个布置在侧面的法兰(46、47)之间；以及，此冲泡体(32)有局部圆柱形的外形，它在咖啡冲泡室(25、26)的所在区内包含一个与它的壁垂直的平的表面(33)。

3.按照权利要求2所述的咖啡机，其特征为：这两个法兰(46、47)通过在其外面力锁合连接的正齿轮(60)驱动。

4.按照权利要求3所述的咖啡机，其特征为：为正齿轮(60)配设凸轮(62、63)，它们使冲泡体(32)及其上部冲泡活塞(29、30)运动，并除此之外它们还操纵一刮渣器(50)，刮渣器在排出渣块时刮除残渣。

5.按照权利要求1至4之一所述的咖啡机，其特征为：活塞(29、30；36、37)的操纵以及在排出渣块时去除残渣的刮渣器(50)的操纵通过电、机电和/或流体力学的方式实现。

6.按照权利要求1至5之一所述的咖啡机，其特征为：沿轴向(A-A)并列地设至少两个咖啡冲泡室(25、26)，它们有不同的直径和容积。

7.按照权利要求6所述有两个咖啡磨的咖啡机，其特征为：在咖啡冲泡室(25、26)的上方设碾碎机(17)；以及，它们的电动机(18、19)互相形成一个180°至30°的角(α)。

8.按照权利要求7所述的咖啡机，其特征为：在咖啡冲泡室(25、26)之间的上方设一可控制的摆动漏斗(22)，用于摆动地供应咖啡粉。

9.用于运行按照权利要求1至6所述咖啡机的方法，其特征为：冲泡体(32)绕轴线(A-A)沿一个方向从其在第一加料位置(I)的起始位置到第二冲泡位置(II)回转30°，从冲泡位置(II)到第三排出位置(III)继续回转30°，接着，沿反方向旋转60°回到其起始位置。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征为：当在第二冲泡位置(II)流出咖啡后，冲泡活塞向上运动，直至它从冲泡室移开；以及，接着在排出位置(III)过滤/排出活塞一直移到冲泡室的上端并完全排出咖啡渣块；以及，过滤/排出活塞至少在转回第一加料位置(I)的部分过程中留在其上部位置；以及，与此同时将刮渣器靠放在冲泡体平的表面上。

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