阅读说明：本技术 具有集成的蒸汽和热水产生的咖啡机 (Coffee machine with integrated steam and hot water production ) 是由 J·H·B·德维里斯 R·E·布鲁因斯马 于 2018-12-13 设计创作，主要内容包括：咖啡机利用阀装置来控制水加热器出口选择性地耦接到两个或多个出口中的一个,例如蒸汽输送喷嘴、冲煮室和水收集单元(例如滴水盘)。阀装置包括可旋转的路线设置元件,其中路线设置元件的角度位置控制入口通道与出口之一的耦接。通过冲煮室马达耦接的可旋转的耦接来驱动旋转。这种咖啡机设计利用单个阀装置提供对来自水加热器的流动的控制。这提供了具有低部件数量和简单控制机制的紧凑布置。(The coffee maker utilizes a valve arrangement to control the selective coupling of the water heater outlet to one of two or more outlets, such as a steam delivery nozzle, a brewing chamber and a water collection unit (e.g. a drip tray). The valve device comprises a rotatable routing element, wherein the angular position of the routing element controls the coupling of the inlet channel with one of the outlets. The rotation is driven by a rotatable coupling to which the brewing chamber motor is coupled. This coffee maker design provides control of flow from the water heater with a single valve arrangement. This provides a compact arrangement with a low number of components and a simple control mechanism.)

具有集成的蒸汽和热水产生的咖啡机

技术领域

本发明涉及咖啡机，尤其是产生用于咖啡冲煮的热水和用于使牛奶起泡的蒸汽的咖啡机。

背景技术

通常，全自动浓咖啡器具提供自动卡布奇诺冲煮功能。在大多数情况下，蒸汽用于以类似咖啡师的方式对牛奶进行加热和起泡。

在第一种类型的设备中，牛奶起泡单元在器具外部连接至接合点，该接合点将从器具出来的蒸汽供应至牛奶起泡单元。牛奶起泡单元然后被放置在主器具的外部，并因此可从基部器具移除，以提高清洁的便利性。特别是，所有与牛奶接触的部分都需要清洁。

牛奶起泡单元的输入口接纳蒸汽，并将其输送至储存在牛奶起泡单元中的牛奶。这避免了蒸汽接合点被牛奶污染，使得每次使用后仅需要清洁牛奶起泡单元，而无需清洁器具本身的任何部分。蒸汽出口此时通常集成在设备的外壳中的插座状接合点中，并且牛奶起泡单元被***该接合点。

在第二种类型的设备中，牛奶起泡是通过所谓的奶泡器(cappuccinatore)实现的，该奶泡器是由消费者***牛奶的容器中的起泡管。

在所有这些咖啡机中，仅有一个水加热器，其能够加热到足够的温度以产生用于牛奶加热和起泡功能的蒸汽和用于咖啡冲煮功能的水。需要各种阀和流动路径来组合这些不同的功能，例如控制流向冲煮室的流动的阀、控制排出流动的阀、以及控制蒸汽流动的阀。这些流动路径耦接和控制阀引入了巨大的成本。传统上，水和蒸汽供应系统采用标准的现货供应部件形成，如电子阀、被动过压阀、接头、软管和软管连接。因此，功能集成水平有限，并且液压回路相当长。

这种方法导致相对较高的液压回路复杂性。

EP 2 062 512公开了一种咖啡机，其中三个主要阀功能由一个阀组实施，该阀组基本上包括三个独立阀的并联组合。这减少了所需的管道数量，并提供了一个更紧凑的系统，但它仍需要重复的部分和许多不同的部件来组成阀系统。

DE 195 45 112公开了一种浓咖啡机以及用于茶、咖啡、蒸汽和浓咖啡的多饮料机。根据所生产的饮品，多饮料机利用阀将热水耦接至机器的不同部分。

需要一种咖啡机设计，其提供低成本且紧凑的阀装置，用于控制机器内的各种热水和蒸汽流动路径。

发明内容

本发明由权利要求定义。

按照根据本发明一个方面的示例，提供了一种咖啡机，包括：

水供应源，

水加热器，用于加热水以产生蒸汽和热水，并具有水加热器出口；

水泵，用于泵送热水和蒸汽；

蒸汽输送喷嘴；

用于用热水冲煮咖啡的冲煮室；

马达，用于在不同位置之间驱动冲煮室，所述不同位置至少包括研磨咖啡接纳位置和咖啡冲煮位置；

用于收集或排出废水的水收集单元；和

用于控制水加热器出口选择性地耦接到蒸汽输送喷嘴、冲煮室和水收集单元的阀装置，

其中阀装置包括：

耦接到水加热器出口的入口通道；

至少两个出口；

可旋转的路线设置元件，其中路线设置元件的角度位置控制入口通道与所述出口中之一的耦接；和

马达和可旋转的路线设置元件之间的可旋转的耦接。

这种咖啡机设计利用单个阀装置提供对来自水加热器的流动的控制。单个入口通道(用于蒸汽和热水)使用可旋转的路线设置元件连接到可能的出口。这提供了具有低部件数量的紧凑布置。阀的设置仅通过旋转路线设置元件实现，并且之后入口通道处的水或蒸汽被按路线引导至期望的出口。路线设置元件的旋转可以通过在冲煮室的不同位置之间驱动该冲煮室的同一马达完成。因此不需要额外的驱动装置。这再次提供了一种紧凑的布置，具有低的部件数量，该布置能够容易地安装到咖啡机的有限空间中。

两个或多个出口例如可以从蒸汽出口、冲煮室出口和水收集出口中选择。

马达例如具有输出轴，该输出轴(直接或间接)耦接到控制冲煮室的运动的主齿轮，该运动例如在初始位置(在初始位置接纳咖啡粉，并因此在下文中也称为研磨咖啡接纳位置)、中间位置和冲煮位置之间。阀的设置也可以通过与主齿轮的耦接来控制，尽管其他耦接也是可能的。

冲煮室马达的输出轴或形成该马达的传动系统的一部分的任何齿轮可用于控制阀设置。

当处于初始或研磨咖啡接纳位置时，阀例如被控制以将入口通道耦接至水收集出口。当处于冲煮位置时，阀例如被控制以将入口通道耦接至冲煮室出口。当处于初始位置和冲煮位置之间时，阀例如被控制以将入口通道连接至蒸汽出口，以使牛奶加热和/或起泡成为可能。

入口通道可包括沿可旋转的路线设置元件的旋转轴线对准的通路。这提供了一种紧凑的布置。

在另一种布置中，入口通道包括垂直于可旋转的路线设置元件的旋转轴线对准的通路，其中入口和出口在同一平面内流体耦接。

阀装置可包括沿入口通道或者出口通道的其中之一的止逆阀。这可用于防止向阀入口通道内的回流，这可能导致不同流动路径之间的污染。它还可以向加热器提供反压力，以防止水在加热期间因水的膨胀而过早流出加热器。因此，在泵被激活之前，流动被阻止，泵克服了反压力。

止逆阀例如包括隔膜阀，其中隔膜被弹簧偏压抵靠入口通道的出口开口。

隔膜阀在使用中的弯曲对防止其钙化具有有益的影响，并且实际上不受阀元件之间的粘着现象的影响。

也可以替换地使用球簧阀。

在第一组示例中，可旋转的路线设置元件包括可旋转的凸轮，其中蒸汽出口、冲煮室出口和水收集出口中的每一个均具有相应的管内阀，其中该凸轮适于根据其旋转位置打开所述管内阀中的所选择的一个。

这提供了一种可以具有低轮廓的设计，其中入口通道和出口限定了径向路径。

与水收集出口相关联的管内阀例如适合于在达到阈值压力(例如在15和20巴之间)时打开。这提供了到水收集单元的安全路径。例如，其他的管内阀具有更高的阈值压力。

该阀装置可包括位于入口通道的流动被转向蒸汽出口、冲煮室出口和水收集出口的末端处的止逆阀(如上所述)。

在第二组示例中，可旋转的路线设置元件包括其中形成有连接通道的盘，其中蒸汽出口、冲煮室出口和水收集出口中的每一个均耦接至进给通道，其中盘适于根据其旋转位置将进给通道中的所选择的一个连接至入口通道。

这定义了基于盘的系统。由于单个盘作为所有阀出口的阻流元件，因此移动部分更少。

阀装置可包括邻近可旋转的路线设置元件盘的固定盘，该固定盘包括一组与进给通道对准的通道。因此，存在堆叠式双盘设计。

这提供了一种可以具有低基部面积的设计，例如具有限定平行于旋转轴线的轴向路径的出口。

阀装置可包括沿入口通道的止逆阀(如上所述)，用于控制入口通道的第一部分和第二部分之间的耦接。

可旋转的路线设置元件(以及第二固定盘(当存在时))例如包括陶瓷盘。

在所有示例中，水收集单元可包括滴水盘。还可能有与入口通道成一直线的额外的过压阀。

阀装置可安装在水加热器上或紧邻该水加热器安装，其入口通道直接耦接至水加热器出口，而无需中间软管。

咖啡机可以包括豆到杯浓咖啡机，该咖啡机然后进一步包括豆研磨机、以及研磨豆压缩机。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了已知的全功能浓咖啡机的部件，尤其示出了系统中的流体路径；

图2示出了根据本发明示例的布置；

图3示出了阀装置的第一示例的透视图；

图4示出了第一示例的截面图；

图5示出了第一示例的横截面的透视图；

图6示出了第一实施例的横截面平面图；

图7示出了阀装置的第二示例的第一透视图；

图8示出了阀装置的第二示例的第二透视图；

图9示出了第二示例的剖视图；

图10示出了第二示例的横截面的透视图；

图11示出了盘中的槽的可能形状；

图12示出了对第一示例的修改；

图13示出了对于第二示例的类型的设计，也可以设置过压阀；

图14示意性地示出了阀装置的另一示例；和

图15示意性示出了冲煮室的位置；

图16示出了马达布置的一个示例的侧视图；

图17示出了图16的马达布置的端视图；和

图18示出了阀控制与冲煮室驱动传动装置的组合。

具体实施方式

应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。通过以下描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，附图仅仅是示意性的，并未按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

本发明提供了一种咖啡机，其利用阀装置来控制水加热器出口选择性地耦接到两个或多个出口中的一个，例如蒸汽输送喷嘴、冲煮室和水收集单元(例如滴水盘)。阀装置包括可旋转的路线设置元件，其中路线设置元件的角度位置控制入口通道到出口中之一的耦接。旋转由与冲煮室马达耦接的可旋转的耦接驱动。

这种咖啡机设计利用单个阀装置提供对来自水加热器的流动的控制。这提供了具有低部件数量和简单控制机制的紧凑布置。

图1示出了已知的全功能浓咖啡机的部件，尤其示出了系统中的流体路径。

咖啡机10包括水容器12、用于加热水以产生蒸汽和热水并具有水加热器出口的水加热器14、以及用于泵送热水和蒸汽的水泵18。另外还有一个给水流量计17。

泵将水输送至加热器14。另外，有一个从加热器到滴水盘形式的水收集单元22的过压阀20，水收集单元22用于收集或排出废水。

加热后的蒸汽通过第一电子阀26被提供给蒸汽输送喷嘴24。有一个带有管内棕色泡沫阀的咖啡输送喷嘴25。热水通过第二阀30和控制单元32被提供给冲煮室28。控制单元32允许水被排出到水收集单元22，例如在加热器冷却期间。其功能将在下文进一步描述。

冲煮室28由马达34驱动，马达用于在不同位置之间驱动冲煮室。这些位置至少包括研磨咖啡接纳位置和咖啡冲煮位置。

咖啡机利用单个加热器14选择性地供应约100℃的热水用于冲煮咖啡，以及约140℃(或更高)的蒸汽用于加热牛奶和/或使牛奶起泡。

咖啡机可具有用于冲煮室的加压系统。它还可以具有用于接纳咖啡豆的容器和研磨机，从而提供完整的豆到杯功能。替换地，研磨咖啡可以在胶囊、粉囊包或类似的预分装供应品中被供应。这些元件未被示出，因为它们与液压部件无关。

浓咖啡通常是通过迫使加压水流过一定量的咖啡粉而制成的。冲煮室例如被可移除地布置，以便于清空和清洁冲煮室。

在浓咖啡制作过程中，咖啡粉可能会被压缩到一定程度。为此，咖啡机可以例如包括活塞，该活塞可移动地布置在圆柱形冲煮室中，并且能够密封冲煮室的敞开顶部侧。

活塞的运动控制咖啡粉的压缩程度。当咖啡粉被越来越多地压缩时，咖啡粉的流通阻力增加。在浓咖啡制作过程中，进行该过程的冲煮压力，即水被引导通过咖啡粉时的压力，由咖啡粉的流通阻力决定。

冲煮压力是浓咖啡饮品的重要特征的决定性因素，所述特征包括味道、以及泡沫层的结构。冲煮压力因此例如通过改变活塞的位置和/或水流来控制。

咖啡机在生产浓咖啡饮品时的操作是完全常规的，并且将不详细描述咖啡机的一般操作。相反，将仅解释与对通过咖啡机的流动的控制相关的细节。此外，该全功能浓咖啡机仅是本发明可适用的咖啡机类型的一个例子。

当咖啡机要准备咖啡时，首先将加热器14加热至约140℃(或更高)，以供应蒸汽来加热牛奶和/或使牛奶起泡。然后将加热器冷却至约100℃，以提供用于冲煮咖啡的热水。在从140℃冷却至100℃的冷却阶段期间，来自加热器的水可能仍然过热而无法冲煮咖啡。该水由控制单元32排出至水收集单元22。

控制单元32是阀30和冲煮室28之间的耦接，但取决于冲煮室的位置。因此，该单元不在流动路径之间进行选择，而是作为物理中断单元，其允许或中断阀30和冲煮室28之间的连接。

当冲煮室处于其初始位置(即其被定位用于例如从研磨机接纳咖啡的静止位置)时，阀30未连接至冲煮室28，因此冲煮室未连接至水供应系统。

当冲煮室被从初始位置移动到冲煮位置时，存在与控制单元32接合的煮水器的控制销，并且这移动了阀30并将阀30配置为允许流体耦接。

系统中使用的各种阀既昂贵又复杂。

相反，本发明提供了一种多阀设计来代替上述三个阀20、26、30。

图2示出了根据本发明示例的布置。相同的部件使用与图1中相同的附图标记。可以看出，上述三个阀已被阀装置40所取代，阀装置40用于控制水加热器出口选择性地耦接至蒸汽输送喷嘴24、冲煮室28和水收集单元22。

该阀装置包括耦接到水加热器出口的入口通道42、蒸汽出口44、冲煮室出口46、以及水收集出口48。

在阀装置内有可旋转的路线设置元件，其中路线设置元件的角度位置控制入口通道与蒸汽出口、冲煮室出口和水收集出口中之一的耦接。可旋转的耦接50设置在马达和可旋转的路线设置元件之间。

这种布置的一个特别的优点是，除了成本较低且不那么复杂以外，它还可以由用于在冲煮室的不同位置(即冲煮室被定位成接纳咖啡时的初始位置、以及其关闭的冲煮位置)之间驱动冲煮室的同一马达和/或齿轮系统操作。

可以定义三个不同的冲煮室位置：

初始位置，在该初始位置，阀装置被设置为将水排出至水收集单元22；

冲煮位置，在该冲煮位置，阀装置被设置为将水引导至冲煮室；和

中间位置，在该中间位置，阀装置被设置成将蒸汽引导至蒸汽输送喷嘴24。

图3至图6示出了阀装置的第一示例。

图3示出了透视图。在该设计中，入口通道42位于一个高度，并且蒸汽出口44、冲煮室出口46和水收集出口48位于一个不同的平面内。它们位于垂直于旋转轴线60的平面内。

图4示出了截面图。入口通道42延伸至阀体62的中心，然后形成沿旋转轴线60对准的通路64。

在通路64的顶部是止逆阀66。这用于防止到阀入口通道42中的回流，这可能导致不同流动路径的污染。它还可以向加热器提供反压力(例如0.4巴)，以防止水在加热期间因水的膨胀而过早流出加热器。因此，在泵被激活之前，流动被阻止，泵克服了反压力。

在所示实施例中，止逆阀66包括隔膜阀，其中隔膜68被弹簧偏压抵靠入口通道(更具体地说，通路64)的出口开口70。

隔膜阀的弯曲对防止其钙化具有有益的影响，并且实际上不受阀元件之间的粘着现象的影响。

可旋转的路线设置元件包括可旋转的凸轮72。蒸汽出口、冲煮室出口和水收集出口中的每一个均具有相应的管内阀。图4示出了用于冲煮室出口46的管内阀74。凸轮72根据其旋转位置打开管内阀中的所选择的一个。通过将旋转输入(来自冲煮室马达传动系统)连接至其基部来驱动凸轮。

图4示出了与管内阀74接触的凸轮表面76，并从而示出了该阀被打开的位置。

该设计具有低轮廓，其中入口通道和出口限定了径向路径。

水收集出口处的管内阀(图4中未示出)优选地被设计成在达到阈值压力(例如15和20巴之间，例如17巴)时打开，从而其可以用作安全排出出口。这提供了到水收集单元22的安全路径。因此，当压力超过阈值压力时，排出出口将打开，以允许水/蒸汽被排出。

图5示出了横截面的透视图，该横截面通过蒸汽出口44和水收集出口48的横截面。

图6示出了横截面的平面图。其示出了凸轮72的形状，并示出了其如何迫使管内阀74中的所选择的一个打开。这些阀被弹簧偏压至关闭位置。

因此，该设计通常利用由冲煮室马达旋转的轴上的偏心凸轮。

图7至11示出了阀装置的第二示例。

图7和图8示出了透视图。在该设计中，入口通道42为径向通道，而蒸汽出口44、冲煮室出口46和水收集出口48沿平行于旋转轴线60的轴向方向设置。

图9示出了截面图。入口通道42向阀体62的中心延伸，然后形成围绕旋转轴线60环形对准的第一通路80，并且然后形成沿着该轴线的第二通路82。隔膜阀66控制两个通道80、82之间的流动，并执行与上述示例相同的功能。它允许或阻止第一通路和第二通路(它们是入口通道的平行部分)之间的180度耦接。

在该第二组示例中，可旋转的路线设置元件包括可旋转的盘84，在该盘84中形成连接通道86，其中蒸汽出口、冲煮室出口和水收集出口中的每一个均耦接至进给通道88。可旋转的盘根据其旋转位置将进给通道88中的所选择的一个连接至入口通道42。

这定义了基于盘的系统。由于单个盘作为所有阀出口的阻流元件，因此这具有更少的移动部分。可旋转的盘可以是陶瓷盘。

固定盘90设置在可旋转的盘84附近，并且固定盘具有一组与进给通道88对准的通道92。因此，存在堆叠式双盘设计。固定盘可以是陶瓷盘。

图10示出了横截面的透视图。

图11示出了盘中各种槽、通道和通路的可能形状。

如图所示，连接通道86可以具有径向路径。在径向路径的末端有一个弧形路径100。在旋转过程中，在盘到达其端部位置之前两个出口将首先被耦接到通道86，并因此被耦接到入口通道42。由于弧形路径100，盘在最终位置中的定位可以不太精确。在调节期间，为了安全起见，在盘到达其最后位置之前被额外耦接的第二个出口是水收集出口。但是，在该调节期间，泵在任何情况下均不被激活。

图11示出了用于驱动盘的凹部102。在图10中还可以看到一个凹部102。这些凹部可以通过阀外壳基部中的开口进入，其中一个开口可以在图9中看到。

图12示出了对图3至图6版本的修改，其中入口通道42和三个出口44、46、48位于同一平面，以给出更紧凑的设计。因此，入口通道不再沿可旋转的路线设置元件的旋转轴线对准，而是垂直于可旋转的路线设置元件的旋转轴线对准，入口和出口在同一平面内流体耦接。

图13示出了对于图7至图11类型的设计(其中还没有作为设计的一部分的内部调整阀)，也可以设置过压阀110，在本例中设置在入口通道处。

图14示意性地示出了另一示例，其中阀装置的路线设置部分的旋转导致阀上升和下降。例如，可以通过将在相应的出口44、46、48处的阀的阀座向上推动来打开阀。可以提供额外的过压阀，该过压阀要么与现有出口之一相关联，要么与专用的单独出口相关联。例如，本示例使用具有3D轮廓的盘来作用于阀座。

图15示意性地示出了不同的冲煮室位置。冲煮室28被示出为处于初始位置，在该初始位置，冲煮室28可以接收研磨咖啡150，例如在粉囊包或胶囊中，或者如图所示，从研磨机中接收。因此，这是供应咖啡粉的位置。冲煮室28的该位置由开关166检测。

冲煮室被驱动至中间位置152，并最终到达冲煮位置154。在该冲煮位置154，咖啡粉的压缩可作为冲煮过程的一部分发生，并且提取的咖啡被输送至咖啡输送喷嘴25。

图16示出了具有蜗轮形式的输出轴160的马达34。这与第一齿轮162接合，第一齿轮162随后驱动主齿轮164，主齿轮164控制冲煮室28在两个端部位置(初始位置和冲煮位置)之间的移动。主齿轮与检测主齿轮的特定角度方向的检测开关166相关联。这些对应于特定的冲煮室位置。

图17以端视图显示了图16的布置。主齿轮164驱动主控制轴170，该主控制轴170沿旋转轴线延伸并控制冲煮室的运动。

开关166还用于检测冲煮室何时处于冲煮位置。因此，存在反馈以确保冲煮室遵循已知的运动范围。还检测中间位置，如上所述，该位置用于设置阀装置，以将蒸汽引导至蒸汽输送喷嘴。

该中间位置的检测可以例如通过定时来实现。可选地，每次咖啡机被开机时，可通过测量在两个极端位置之间行进所需的时间并在最近三次左右的测量中取该值的平均来标定该定时。替换地，可以使用第二位置检测开关。在另一个选项中，可以使用作用于现有单个开关上的中间位置标记。

可以基于主齿轮164的旋转来控制阀装置。实际上，阀装置40可以安装在主轮齿164上，如图18示意所示。因此，存在直接源自主(旋转)冲煮室控制轴170及其相关联的主齿轮的在阀和冲煮室传动系统之间的耦接。替代地，冲煮室控制轴170和阀控制器之间可以有传动装置。替代地，该阀可以通过与马达蜗轮160耦接的单独的可旋转的耦接来控制。

从上述各种示例中可以看出，各种阀设计是可能的。它们各自使用可旋转的路线设置元件，以在共享的入口通道和一组三个(或更多)出口之间提供选择性的耦接，所述旋转由冲煮室马达输出轴或齿轮控制，所述齿轮形成冲煮室马达输出轴的传动系统的一部分。这节省了咖啡机的空间和部件数量。

如上所述，蒸汽输出通常用于加热牛奶和/或使牛奶起泡。牛奶起泡单元可以是整个咖啡机的一部分。该单元可包括用于接收牛奶的容器、用于接收蒸汽的蒸汽输入端和起泡牛奶输出端。牛奶起泡单元还可包括接收蒸汽流的蒸汽通道，以及基于蒸汽通道产生的文氏效应通过压力差从容器中抽取牛奶的牛奶通道。此外，可以设置混合室，用于混合蒸汽和牛奶以及可选的通过类似的文氏效应吸入混合室的空气。牛奶起泡单元的设计和操作是常规的。因此，不提供牛奶起泡单元的更多细节。

咖啡机可包括用于加热水的任何合适类型的水加热器，例如加热块或通流式加热器。

如上所述，本发明对全功能的豆到杯浓咖啡机特别感兴趣，但是本发明基本上可以应用于任何同时具有热水产生和蒸汽输出的饮品机，热水产生和蒸汽输出使用共用的加热器，并且例如蒸汽用于牛奶起泡。

例如，本发明可应用于接收预压缩咖啡胶囊或粉囊包的基于胶囊或粉囊包的系统，或应用于接收预研磨咖啡的咖啡机。

咖啡机可能有内部或外部水容器，或者也可能与给水和排水管道接通。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施这一事实本身并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。