用于制备饮料的机器的制作方法

本发明涉及用于制备饮料的机器以及使用此类机器的方法。

背景技术

单份饮料制备机器在食品工业和消费品领域中是众所周知的。此类机器允许消费者按需制备单份饮料，诸如滴流咖啡、浓缩咖啡、茶、热巧克力饮品，或甚至是液体食料诸如汤或婴儿配方食品。

大多数家用饮料制备机器根据一种系统操作，在该系统中，饮料配料以单份形式提供在单个容器中，具体地讲以刚性或半刚性胶囊的形式提供。此类胶囊通常是气密密封的，以便在使用之前保持胶囊内饮料配料的新鲜度和品质。

为了制备一份饮料，首先将胶囊插入适于接纳其的饮料制备机器(“饮料制备机器”)中。饮料制备机器包括用于加热一定体积的水并将其传送到饮料胶囊中的装置，在该装置中，经加热的水与饮料配料组合以制备饮料。

饮料制备机器中适于接纳饮料胶囊的装置可采用各种形式，但通常将包括：适于所考虑的胶囊形式的接收器；和包括注射针并且位于饮料胶囊上方的注射单元。

水可在高压下注入(用于例如浓缩咖啡胶囊)，或在大气压力下简单地流入胶囊(用于例如滴流咖啡)。在胶囊以气密密封形式提供的情况下，饮料制备机器可有利地具有中空注射针，用于刺破胶囊的气密密封以及注入热水以制备饮料。

制备好之后，将饮料从胶囊分配到等待容器中以供消费。为了保持胶囊的气密密封，将胶囊的出口保持在密封状态，直至饮料制备过程开始，此时密封被破坏并且出口打开以允许饮料流出胶囊。这有利地通过以下方式实现：由易碎材料构造饮料胶囊，和/或在饮料胶囊的表面上提供适于由注射针刺穿的易碎膜。

由此类饮料胶囊制备的饮料因此具有一致的高品质和稠度。

然而，此类设备有缺点，因为饮料制备过程完成之后，饮料胶囊和/或胶囊接收器中仍可能保留一些残余的饮料液体。

此外，使用者通常不在饮料制备之后立即移除饮料胶囊。这可能导致饮料接收器中处于不清洁状态，并且可能导致残留物沉积，尤其是在胶囊接收器内以及在注射针处和注射针周围的空间中。

在饮料胶囊包含牛奶、糖或其它高度易腐坏的饮料配料的情况下，这种状况可能特别严重，从而有利于不期望的微生物的生长的趋势。在饮料制备机器一段时间不用并且没有先移除用过的饮料胶囊的情况下，这种状况还可能加重。

在某些饮料制备机器中，已知提供能够在饮料制备完成时自动排出饮料胶囊的装置，诸如设置在胶囊接收器中的电机驱动机构。然而，此类机构并不理想，因为它们大大增加了饮料制备机器的成本和复杂性，从而降低了可靠性和使用寿命。

因此需要提供解决上述问题的饮料制备机器。

技术实现要素：

为此，本发明在第一方面涉及用于制备饮料的设备，该设备包括适于接纳包含一定量饮料配料的饮料胶囊的胶囊接收器以及适于将一定量的流体注入所述饮料胶囊的注射头，所述注射头可在第一不活动位置与第二活动位置之间移动。

根据本发明，设备还包括：被构造成选择性地防止注射头保持在第一不活动位置的偏压装置；以及胶囊检测装置，该胶囊检测装置适于当其检测到所述胶囊接收器中存在饮料胶囊时启动所述偏压装置。

如此构造的饮料制备机器是有利的，因为可因此防止饮料制备机器保持在第一不活动位置，直到移除用过的饮料胶囊。这样，防止饮料制备机器处于第一不活动位置(该位置有利于沉积沉积物)，并且防止其中可能存在的微生物生长。

在可能的实施方案中，偏压装置适于选择性地：当胶囊检测装置检测到存在饮料胶囊时将注射头偏压到第二活动位置，以及当胶囊检测装置检测到缺少饮料胶囊时将注射头偏压到第一不活动位置。

这是有利的，因为饮料制备机器能够主动将其自身置于第一位置和第二位置中的任一者，而不是仅仅只是避免保持在第二活动位置。因此，通过操纵偏压系统，可操纵注射头的位置，由此赋予设备操作更多的灵活性和功能。

在优选的实施方案中，偏压装置包括在附接点处可操作地连接到注射头的弹性元件，所述附接点在第一附接位置与第二附接位置之间移动，在第一附接位置处，注射头质量所施加的力大于弹性元件所施加的力，从而将所述注射头偏压到第一不活动位置；在第二附接位置处，弹性元件所施加的力大于所述注射头质量所施加的力，从而将注射头偏压到第二活动位置。

这样，偏压效应以允许简单地通过使附接点移位而将偏压从一个位置改变到另一个位置的方式实现。此类位移可通过相对简单的机械连杆实现，从而简化饮料制备机器的设计。此外，由于注射头的质量始终至少部分地被弹性元件所施加的力抵消，因此使用者只需最少的力即可操纵和/或移位注射头。

在可能的实施方案中，弹性元件为弹性聚合物连杆、金属弹簧或气杆。

弹性元件的这些构型中的每一种在一些方面是有利的。首先，弹性聚合物连杆可模制或成型为多种形式，从而增大饮料制备机器中可能的多功能性和设计范围。气柱可被构造成具有内置阻尼效应，从而在注射头位移时产生平滑的运动。并且机械弹簧可经济地大批量生产。这样，可制造符合其所期望市场定位的设备构型。

在可能的实施方案中，偏压装置包括防止将注射头设置在第一不活动位置的联锁装置。

这是有利的，因为通过接合偏压装置，饮料制备机器不仅被防止保持在第一不活动位置，而且不能首先设置在该位置。这样，有力地引导使用者移除用过的饮料胶囊，从而提高饮料制备机器的清洁度。

优选地，联锁装置为阻挡销，所述阻挡销在第一回缩位置与第二伸长位置之间移动，其中所述阻挡销抵靠所述设备的互补表面，从而防止将注射头设置在第一不活动位置。

此类联锁装置是有利的，因为其以方便且经济的方式提供，并且可被构造成在广泛的应用中可靠且耐用。

最优选地，当阻挡销设置在第一回缩位置时，阻挡销至少部分地设置在胶囊接收器内，使得在饮料胶囊插入所述胶囊接收器中时，将阻挡销移动到第二伸长位置。

这是有利的，因为正是饮料胶囊与阻挡销之间的物理接触使阻挡销移位到第二伸长位置的，因此阻挡销同时充当联锁装置和胶囊检测装置。这样，本发明的优点以简单而经济的方式实现。

在另一个可能的实施方案中，胶囊检测装置为电气传感器或机电传感器。

更具体地讲，胶囊检测装置为磁性、光学、接近或射频传感器。

另选地，胶囊检测装置是设置在胶囊接收器或注射头中的压力传感器。

胶囊检测装置的此类构型是有利的，因为电气装置或机电装置容易集成到可能存在于饮料制备机器中的其它控制系统中。此外，除简单地指示是否存在胶囊之外，胶囊检测装置还可被选择以提供其它功能，诸如识别其内含物或其气密密封的完整性。这样，饮料制备机器的功能进一步扩展。

根据第二方面，本发明涉及使用根据上文所述的饮料制备机器的方法，该方法包括检测胶囊接收器中是否存在饮料胶囊的步骤，所述饮料胶囊包含一定量的饮料配料；启动偏压装置以防止注射头保持在第一不活动位置；将一定体积的水注入所述饮料胶囊以制备饮料；检测所述胶囊接收器中是否缺少所述饮料胶囊；以及停用所述偏压装置。

这种方法是有利的，因为它将如上文所公开的设备的优点付诸实施。

在可能的实施方案中，偏压步骤包括防止将注射头设置在第一不活动位置的阻挡子步骤。

优选地，阻挡子步骤包括接合联锁装置。

最优选地，第一检测步骤和第二检测步骤由设置在注射头或胶囊接收器中的胶囊检测装置执行。

这样，实现了上述胶囊检测装置的优点。

附图说明

本发明的附加特征和优点在下文参照附图给出的目前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是示出根据本发明实施方案的示例性方法的流程图；

图2a和图2b是根据本发明第一实施方案的简化饮料制备机器，分别处于第二活动位置和第一不活动位置；

图3a和图3b是根据本发明第二实施方案的胶囊接收器的侧面剖视图，其中分别未设置有和设置有胶囊；

图4a和图4b是分别根据本发明第三实施方案和第四实施方案的胶囊接收器的侧面剖视图；并且

图5是根据本发明第五实施方案的胶囊接收器的侧面剖视图。

具体实施方式

本发明包括用于制备饮料的方法，其中一个实施方案以方法100的形式示于图1中。

方法100首先在开始循环的步骤s102中启动饮料制备循环。此时，在步骤s104中，胶囊检测装置确定饮料制备机器的胶囊接收器中是否存在饮料胶囊。

如果胶囊检测装置返回“no”响应，则饮料分配设备将在步骤106中分配一定体积的经加热的水。当使用者需要一定体积的经加热的水以用于例如重构粉末状汤或饮料或者浸泡散茶或袋装茶时，该操作十分有用。完成此操作后，循环于步骤s108处结束。

然而，如果胶囊检测装置返回“yes”，其指示存在饮料胶囊，则需要多个另外的步骤。

首先，在步骤s110中，启动饮料制备机器中的偏压装置。接下来，在步骤s112中，通过将流体注入饮料胶囊来提取饮料。

然而，应当指出的是，在步骤s112期间，偏压装置可另选地在饮料提取期间启动或在提取之后立即启动。因此，s110和s112这两个步骤的具体执行时间可根据方法的特定实施方式而变化。

步骤s110中的偏压装置的启动用于防止饮料制备机器保持在不活动位置，只要偏压装置处于活动状态即可。这可能仅导致饮料制备机器自发地返回某个位置；或可能附加地或另选地涉及阻挡饮料制备机器设置在第一不活动位置的阻挡子步骤，诸如通过接合饮料制备机器中的联锁装置的方式。

在任何情况下，当在步骤s114中检测到缺少饮料胶囊时(即，当从胶囊接收器移除饮料胶囊时)，将在步骤s116中停用偏压装置，之后在步骤s108中结束循环。

停用偏压装置之后，设备即自由放置在第一不活动位置。在实践中，这确保先从饮料制备机器中取出用过的饮料胶囊，之后允许所述饮料制备机器留在有利于形成有害沉积物和/或微生物在其中生长的位置中。

本发明的第一实施方案示于图2a和图2b中，分别处于第二活动位置和第一不活动位置。

示出了简化的饮料制备机器200：饮料制备机器200包括注射头202。注射头202根据胶囊型饮料制备机器领域已知的一般原理工作：将饮料胶囊插入胶囊接收器(此处用胶囊接收器204表示)，并且在注射头内设置中空针(未示出)。

为了制备饮料，将中空针制成刺穿饮料胶囊并将一定体积的流体注入其中，该流体通常但不一定必须加热至高温。该流体通常为水，但在一些应用中，可设想蒸汽或蒸汽/水混合物，例如浓缩咖啡。将流体与饮料胶囊中的饮料配料混合以制备饮料，然后分配到接收器中，诸如供消费的杯子或瓶子。

因此，饮料制备机器200包括其中设置有杯子、瓶子或其它容器的容器接收器206，使得由设备制备的饮料从注射头202流出并分配到其中。

饮料制备机器200还设置有基座单元208，此处以简化形式示出。可采用基座单元208来容纳运作设备200所必需的多个部件，例如水箱、加热器、泵和/或用于调节设备200的运作的控制电路。

在该实施方案中，以移动构型提供注射头202。因此，在图1中，饮料制备机器200显示处于第二活动位置；下文讨论的图2显示处于第一不活动位置的设备200。

为了实现该移动构型，饮料制备机器200包括其上安装有注射头202的移动臂210，该移动臂附接到从基座单元202延伸的固定臂212并在枢转点214处铰接到该固定臂。这样，注射头202被制成相对于基座单元208移动。

然而，注射头210和移动臂210并非为相对于基座单元208自由移动的。提供了对移动臂210施加张力的弹性元件216。

弹性元件216在此处被设想为简单的金属拉伸弹簧。然而，将易于理解的是可根据饮料制备机器的总体构型和所寻求的操作设想弹性元件的许多其它构型。例如，可改为以模制聚合物元件或充气柱形式提供弹性元件。也可设想其它此类元件，并且本领域的技术人员将能够容易地确定哪一种最适合任何特定应用。

返回图2a，应当指出的是，弹性元件216在附接点218处附接到移动臂210，该附接点自身相对于移动臂210移动，从而能够在狭槽220内滑动。因此，将显而易见的是弹性元件216围绕枢转点214施加的扭矩是附接点218在狭槽220内的位置的函数。因此，在图2a中，弹性元件216对枢转点214施加的扭矩是弹簧力与杠杆臂l1的乘积。

当然，由于附接点218是移动的，因此应当理解，用于移位和阻挡附接点218的装置是有利的。为此，本实施方案提供连杆臂222。连杆臂222由凸轮224致动，该凸轮用来移动连杆臂222并因此移动附接点218。当凸轮224保持在合适位置时，附接点218被有效地锁定到图2a中所示的附接位置中。

因此，当连杆臂222设置在图2a中所示的位置中时，弹性元件216所形成的扭矩将克服注射头202的质量所产生的扭矩，从而导致注射头被偏压到如所示的活动的第二位置中。当移位时，注射头202将返回至第二活动位置。

因此，弹性元件216、附接点218、连杆臂222和凸轮224可被认为共同作为饮料制备机器200的偏压装置226。

现在转到图2b，饮料制备机器200被示出为处于第一不活动位置。值得注意的是，已旋转凸轮224以将连杆臂222朝向注射头202移动；因此，附接点218被移位至狭槽220中的所示位置。

因此，附接点218与枢转点2147之间的距离被减小为长度l2，并且因此注射头202的重量所产生的扭矩大于弹性元件216所产生的扭矩。因此，注射头上的偏压反转；在图1中，注射头将自然地返回至第二活动位置，在图2中，注射头将自然地返回至第一不活动位置。

这样，可调节弹性元件216所施加的扭矩，因为通过移动附接点218，杠杆臂的长度l得到调节。通过选择弹性元件和设备的构型(例如，附接点的位置及其运动范围)，饮料制备机器可被构造成使得注射头的重量被弹性元件所施加的力抵消或几乎抵消。因此，偏压装置226能够选择性地将注射头202偏压到至少两个位置中。

因此，弹性元件216的移动附接点218起到偏压装置的作用，因为其用来选择性地将注射头偏压到某个位置中。当此偏压装置被启动时，在本文中，为附接点218被设置在注射头202的重量所产生的扭矩不等于弹性元件216所产生的扭矩的任何时候，注射头202将自然地被引导成移入特定位置中。

从更一般的意义来讲，饮料制备机器可以这种方式构造，使得注射头在收到命令后可设置在这样的位置：该位置防止其中形成沉积和生长微生物并且(从一般意义来讲)有利于机器的一般清洁操作和存放。

此外，应当理解第一不活动位置并不一定指示诸如图2a和图2b中所示的位置，而是仅指示在饮料制备机器更有可能发生不期望的沉积物和/或微生物生长的位置。同样，第二活动位置不一定是其中饮料制备机器被设置成制备饮料的位置，但可能是这种情况。

事实上，可能有利的是将第一不活动位置和第二活动位置构造成使得在完成饮料提取之后，使用者理想地立即习惯于或至少被引导成移除用过的饮料胶囊。例如，饮料制备机器可被构造成使得它只能在设置于第一不活动位置时被关闭；这样，使用者可能习惯于在两次使用之间关闭和存放饮料制备机器之前移除饮料胶囊。

此外，应当理解，根据饮料制备机器的构型，还可能设想偏压装置至少部分地通过停运机构或使机构的一部分脱离接合而工作；实际上，当饮料制备机器至少部分地机动化时，这种构型可能是特别期望的。本领域的技术人员将认识到，可能有多种不同变型，并且能够实施最适合所考虑情况的变型。

现在转到图3a，示出了根据本发明的第二实施方案的偏压装置。胶囊接收器300包括胶囊支座302，其中可设置饮料胶囊；一旦饮料胶囊安放在胶囊接收器300中并且胶囊接收器300正确定位在饮料制备机器中，

此处的胶囊接收器300为抽屉型，类似于图2a和图2b中所示并且为本领域已知的胶囊接收器204。胶囊接收器还包括弹簧加载式阻挡销304，其在图3a中被示出为处于缩回位置。阻挡销304为弹簧加载式，使得当胶囊接收器为空时，其将自然返回至不从胶囊接收器300的外表面突出，而是伸进到胶囊支座302中的位置。

图3b示出了存在饮料胶囊306时的胶囊接收器300。阻挡销304的一端308抵靠饮料胶囊306的侧面，使得随着饮料胶囊306插入胶囊支座，阻挡销304被推出到图3b所示的伸长位置中。

阻挡销和饮料制备机器可被构造成使得只要胶囊接收器中有饮料胶囊，伸长的阻挡销就将通过抵靠饮料制备机器中其它位置的互补表面，防止注射头设置在第一不活动位置中。

例如，当在图2a和图2b中所示的饮料制备机器200中使用时，阻挡销304将抵靠容器接收器206，从而防止注射头204设置在第一不活动位置，只要在胶囊接收器300中存在饮料胶囊即可。因此，阻挡销304的伸长是另一种偏压方法，并且阻挡销304由此包括胶囊检测装置(具体地为其末端308)和偏压装置两者。

当然，用于阻挡装置诸如阻挡销304的其它构型是可能的，并且这些构型使得本领域的技术人员能够很好地为所考虑的应用提供合适的形式和构型。

事实上，阻挡销304应被视为只是联锁装置的一个可能实施方案，当接合时，联锁装置起到上文所述的本发明的偏压功能。

可由多种不同的装置检测是否存在饮料胶囊，包括电子装置和机电装置。在图4a和图4b中，示出了多种可能的电子胶囊检测装置。在图4a中，胶囊接收器400包括两个胶囊检测装置402和404。

胶囊检测装置402是基于磁体使用的系统。磁体406设置在胶囊接收器400中，并且被定位成使得当胶囊接收器400插入饮料制备机器中时，磁场的变化将在检测器线圈408中产生电流。

该磁性传感器胶囊检测装置402使得饮料制备机器的控制机构(例如计算机)可监测胶囊接收器400的位置变化。

例如，当在饮料提取步骤(诸如图1的步骤s110)之前检测到胶囊接收器400的位置变化时，计算机可假定饮料胶囊已设置在胶囊接收器400中。一旦饮料提取步骤完成，即可假设如果胶囊检测装置402检测到胶囊接收器400的位置没有进一步变化，则饮料胶囊仍然存在并且偏压装置应保持处于活动状态。

胶囊检测装置404可由胶囊检测装置402替代或作为其补充件使用。胶囊检测装置404包括光源410，该光源发出由光接收器412捕获的光束412；当胶囊接收器中存在胶囊时，光束412被阻挡，因此饮料制备机器可检测到饮料胶囊的存在。

可在其它实施方案中采用类似的传感器：例如，一组在存在饮料胶囊时或当胶囊接收器被移除和/或替代时形成和断开电路的电触头；或检测是否存在温热的(因此为用过的)饮料胶囊的红外传感器。

图4b示出了另一个可能的实施方案，包括其中设置有饮料胶囊418的胶囊接收器416。饮料胶囊418包括rfid标签420，该标签由设置在饮料制备机器中的互补rfid变换器422读取。

通过扫描rfid标签420，饮料制备机器不仅得到关于是否存在饮料胶囊(以及由此关于从饮料胶囊接收器416插入和移除饮料胶囊)的信息，还得到关于在rfid标签420中编码的该胶囊的内含物的信息。具体地讲，当rfid标签420上的信息对饮料胶囊418而言唯一时，饮料制备机器可被配置为启动偏压装置，从而避免第二次使用用过的饮料胶囊。这样，可避免污染设备，同时确保所制备的饮料具有一致的高品质。

另选地，可使用更直接的机电装置，诸如开关或压力传感器，以检测胶囊接收器内是否存在饮料胶囊。图5示出了一个此类实施方案。包括胶囊支座502的胶囊接收器500被构造成配合设置在饮料制备机器内的注射板504。

注射板504包括注射针506，流体通过该注射针注入胶囊。当胶囊接收器500被装入饮料制备机器中时，注射板504被压入胶囊接收器500中并进入胶囊支座502中所存在的饮料胶囊的盖中。

在该实施方案中，注射板504包括被对齐以与胶囊支座502重合的压力传感器508。当胶囊接收器500中没有饮料胶囊时，胶囊支座502为空的，并且当注射板504压贴胶囊接收器500时，将不返回任何信号。相反，当存在饮料胶囊时，压力传感器508将返回信号，指示存在饮料胶囊。

应当指出的是，用于检测是否存在胶囊的机电装置不一定是指如图5所示的注射板中的压力传感器。相反，可能的是提供用于检测饮料制备机器中存在线性力、扭转力和/或扭矩的装置，这些力指示是否存在饮料胶囊。

实际上，本领域的技术人员可考虑上文所述的任何或全部胶囊检测装置和/或其它装置(诸如适当装置)的变型形式和组合，并且这些内容应被视为落在本发明的范围内。

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的技术人员将是显而易见的。可在不脱离本发明的实质和范围并在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所附权利要求书涵盖。