Машина для приготовления напитков
Изобретение относится к машине для приготовления напитков, предназначенной для использования с герметизированными картриджами. Укупорочный механизм для машины для приготовления напитков содержит неподвижную нижнюю часть и верхнюю часть. Верхняя часть выполнена с возможностью поворота относительно нижней части. Верхняя часть выполнена с возможностью перемещения из открытого положения, в котором верхняя часть отсоединена от нижней части, в закрытое положение, в котором верхняя часть сцеплена с нижней частью. Укупорочный механизм содержит зажимной рычаг, приводимый в действие для удерживания верхней части в закрытом положении. Зажимной рычаг содержит первый элемент, соединенный с возможностью поворота относительно первого пальца с верхней частью, и второй элемент, имеющий первый конец, выполненный с возможностью поворота вокруг второго пальца. Конец первого элемента и второй конец второго элемента соединены друг с другом с возможностью поворота относительно третьего пальца, так что зажимной рычаг имеет первое и второе положения устойчивости. При приведении в действие зажимного рычага для перемещения верхней части из открытого положения в закрытое положение зажимной рычаг перемещается из первого во второе положение устойчивости. Техническим результатом является создание надежного и недорого механизма для вставки и извлечения картриджа для напитка в машину для приготовления напитков и из машины для приготовления напитков. 4 н. и 31 з.п. ф-лы, 46 ил., 4 табл.
Настоящее изобретение относится к машине для приготовления напитков, в частности, предназначенной для использования с герметизированными картриджами, которые образованы из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов и которые содержат один или несколько ингредиентов для приготовления напитков.
Ранее было предложено герметично упаковывать ингредиенты для приготовления напитков в отдельные воздухонепроницаемые упаковки, предназначенные для использования в машинах для приготовления напитков. Например, известны картриджи или капсулы, содержащие прессованный молотый кофе и предназначенные для использования в некоторых машинах для приготовления кофе, которые, как правило, называют машинами "эспрессо". При приготовлении кофе с использованием данных машин для приготовления картридж с кофе помещают в камеру для варки и горячую воду пропускают черезкартридж под сравнительно высокими давлениями, тем самым обеспечивая экстрагирование ароматических составляющих кофе из молотого кофе для получения кофейного напитка. Как правило, такие машины работают при давлении, превышающем 6×105 Па. Машины для приготовления описанного типа до настоящего времени были довольно дорогими, поскольку компоненты машины, такие как водяные насосы и уплотнения, должны обладать способностью выдерживать высокие давления.
В публикации WO01/58786 международной заявки описан картридж для приготовления напитков, который работает при давлении, как правило, находящемся в диапазоне от 0,7 до 2,0×105 Па. Однако картридж предназначен для использования в машине для приготовления напитков, предназначенной для рынка производителей или рынка товаров промышленного назначения, и является сравнительно дорогим. Кроме того, держатель картриджа с фильтром для напитка по документу WO01/58786 содержит щупы для впускного и выпускного отверстий, которые при использовании прокалывают картридж для напитка. Пластина, которая постоянно прикреплена к пневматическому цилиндру посредством шарового шарнира, несет щупы для впускного и выпускного отверстий. Трудно обеспечить доступ к щупам для впускного и выпускного отверстий, и поэтому трудно осуществлять их обслуживание и, в частности, чистку.
Следовательно, сохраняется потребность в картридже для приготовления напитков, при этом картриджи и машина для приготовления напитков должны быть пригодны, в частности, для рынка потребительских товаров с точки зрения стоимости, эксплуатационных характеристик и надежности. Также существует потребность в машине для приготовления напитков, предназначенной для подобных картриджей, которая является простой в управлении и надежной в эксплуатации. В частности, средства для вставки и извлечения картриджа для напитка должны быть простыми в работе и создавать надежное уплотняющее усилие для поддержания давления внутри картриджа для напитка во время цикла выдачи. Отдельно или помимо этого требуются средства для создания надежного и известного уплотняющего усилия, чтобы обеспечивать сопротивление давлению внутри картриджа для напитка во время цикла выдачи. Отдельно или помимо этого желательно, чтобы машина была простой в эксплуатации.
Соответственно, согласно настоящему изобретению разработан укупорочный механизм для машины для приготовления напитков, содержащий неподвижную нижнюю часть и верхнюю часть, выполненную с возможностью поворота относительно нижней части, при этом верхняя часть выполнена с возможностью перемещения из открытого положения, в котором верхняя часть отсоединена от нижней части, в закрытое положение, в котором верхняя часть сцеплена с нижней частью, причем укупорочный механизм дополнительно содержит зажимной рычаг, приводимый в действие для удерживания верхней части в закрытом положении, при этом зажимной рычаг содержит первый элемент, соединенный с возможностью поворота относительно первого пальца с верхней частью, и второй элемент, имеющий первый конец, выполненный с возможностью поворота вокруг второго пальца, причем конец первого элемента и второй конец второго элемента соединены друг с другом с возможностью поворота относительно третьего пальца, так что зажимной рычаг имеет первое и второе положения устойчивости, при этом при приведении в действие зажимного рычага для перемещения верхней части из открытого положения в закрытое положение зажимной рычаг перемещается из первого во второе положение устойчивости.
Укупорочный механизм согласно настоящему изобретению обеспечивает надежный и недорогой механизм для вставки и извлечения картриджа для напитка в машину для приготовления напитков и из машины для приготовления напитков. Механизм может быть приведен в действие одной рукой и не требует электрической энергии. Отсутствуют сложные конструкции рычага.
Предпочтительно зажимной рычаг содержит, по меньшей мере, один крюкообразный элемент для сцепления со стопором на нижней части.
Предпочтительно в первом положении устойчивости третий палец находится с первой стороны от базовой линии, соединяющей оси первого и второго пальцев. Во втором положении устойчивости третий палец находится со второй стороны от базовой линии, соединяющей оси первого и второго пальцев.
Как правило, первая сторона базовой линии является ближайшей к неподвижной нижней части, и вторая сторона базовой линии является самой дальней от неподвижной нижней части.
Предпочтительно первый конец второго элемента присоединен с возможностью поворота к нижней части. Второй элемент может состоять из элемента с возвратно-поступательным движением. Элемент с возвратно-поступательным движением предпочтительно содержит цилиндр, стержень, входящий в указанный цилиндр, и упругую втулку, предназначенную для смещения указанного стержня в выдвинутое положение. Деформация упругой втулки обеспечивает адаптацию к перемещению зажимного рычага из первого во второе положение устойчивости.
Предпочтительно первый элемент зажимного рычага состоит из U-образной ручки, проходящей вокруг передней стороны машины для приготовления напитков.
Как правило, зажимной механизм содержит два вторых элемента, по одному с каждой стороны машины для приготовления напитков.
Предпочтительно укупорочный механизм дополнительно содержит держатель картриджа, расположенный между нижней частью и верхней частью и выполненный с возможностью поворота относительно нижней части и верхней части. В этом случае поворот верхней части по направлению к нижней части заставляет верхнюю часть входить в контакт с держателем картриджа и перемещать держатель картриджа в контакт с нижней частью и одновременно при использовании обеспечивать прокалывание картриджа, вставленного в держатель картриджа, прокалывающим средством впускного отверстия и прокалывающим средством выпускного отверстия, предусмотренными в нижней части. Надежная и точная установка картриджа для напитка в заданном положении гарантируется посредством опоры для картриджа. Кроме того, опора для картриджа обеспечивает автоматическое отсоединение картриджа для напитка от прокалывающих элементов впускного и выпускного отверстий при открытии. Это существенно облегчает удаление картриджа и гарантирует то, что прокалывающие элементы впускного и выпускного отверстий будут находиться ниже уровня опоры для картриджа, когда потребитель вставляет свою руку. Это уменьшает вероятность травмирования потребителя.
В соответствии с настоящим изобретением также разработан укупорочный механизм для машины для приготовления напитков, содержащий нижнюю часть и верхнюю часть, причем верхняя часть и нижняя часть выполнены с возможностью перемещения друг относительно друга из открытого положения, в котором картридж для напитка может быть вставлен в укупорочный механизм, в закрытое положение, в котором картридж для напитка прочно удерживается между верхней частью и нижней частью, при этом в закрытом положении укупорочный механизм контактирует с верхней поверхностью и нижней поверхностью картриджа для напитка у центра или рядом с центром картриджа для напитка для приложения сжимающей силы, превышающей 50 Н.
Укупорочный механизм по настоящему изобретению обеспечивает чрезвычайно надежный механизм, который прочно удерживает картридж для напитка в машине для приготовления напитков. Усилие зажима, превышающее 50 Н, гарантирует то, что картридж не расширится и не произойдет утечки из него или разрыва его во время работы. Кроме того, приложенная сжимающая сила служит для предотвращения поломки, или относительного перемещения, компонентов картриджа для напитка. Сжимающая сила также служит для сдавливания компонента или компонентов картриджа вместе. Это гарантирует то, что внутренние размеры каналов и отверстий в картридже будут постоянными, и их изменение во время повышения давления в картридже будет невозможным.
Укупорочный механизм может обеспечивать приложение сжимающей силы, превышающей 130 Н.
Предпочтительно укупорочный механизм обеспечивает приложение сжимающей силы, составляющей приблизительно 200 Н.
Предпочтительно, помимо этого укупорочный механизм контактирует с периферийным фланцем картриджа для напитка. Кроме того, укупорочный механизм может контактировать с самой верхней поверхностью картриджа для напитка.
Предпочтительно укупорочный механизм дополнительно содержит упругий элемент, который контактирует, по меньшей мере, с частью верхней поверхности картриджа для напитка. Упругий элемент может представлять собой подпружиненный элемент.
Предпочтительно подпружиненный элемент представляет собой смотровое окно.
Предпочтительно нижняя часть может содержать выступающую вверх часть, которая контактирует с центральным участком нижней поверхности картриджа для напитка. Выступающая вверх часть гарантирует то, что большая часть сжимающей силы, приложенной к картриджу, будет передаваться вверх к верхней поверхности картриджа через центральную зону картриджа. Несущий элемент предпочтительно предусмотрен в этой центральной зоне картриджа.
Предпочтительно нижняя часть является неподвижной, а верхняя часть выполнена с возможностью поворота относительно нижней части из открытого положения в закрытое положение. Предпочтительно укупорочный механизм дополнительно содержит опору для картриджа, расположенную между нижней частью и верхней частью и выполненную с возможностью поворота относительно нижней части и верхней части для приема картриджа для напитка при использовании.
В соответствии с настоящим изобретением также разработан укупорочный механизм для машины для приготовления напитков, содержащий неподвижную нижнюю часть, верхнюю часть, выполненную с возможностью поворота относительно нижней части, и держатель картриджа, расположенный между нижней частью и верхней частью и выполненный с возможностью поворота относительно нижней части и верхней части, причем нижняя часть содержит прокалывающее средство впускного отверстия и прокалывающее средство выпускного отверстия, предназначенные для образования соответственно впускного отверстия и выпускного отверстия, при использовании, в картридже, вставленном в держатель картриджа, при этом поворот верхней части по направлению к нижней части заставляет верхнюю часть входить в контакт с держателем картриджа и перемещать держатель картриджа в контакт с нижней частью и одновременно при использовании обеспечивать прокалывание картриджа, вставленного в держатель картриджа, прокалывающим средством впускного отверстия и прокалывающим средством выпускного отверстия.
Укупорочный механизм по настоящему изобретению обеспечивает надежный и недорогой механизм для вставки и извлечения картриджа для напитка в машину для приготовления напитков и из машины для приготовления напитков. Механизм может быть приведен в действие одной рукой и не требует электрической энергии. Отсутствуют сложные конструкции рычага. Кроме того, надежная и точная установка картриджа для напитка в заданном положении гарантируется посредством держателя картриджа. Кроме того, опора для картриджа обеспечивает автоматическое отсоединение картриджа для напитка от прокалывающих элементов впускного и выпускного отверстий при открытии. Это существенно облегчает удаление картриджа и гарантирует то, что прокалывающие элементы впускного и выпускного отверстий будут находиться ниже уровня опоры для картриджа, когда потребитель вставляет свою руку. Это уменьшает вероятность травмирования потребителя.
Предпочтительно верхняя часть выполнена с возможностью перемещения между верхним положением, предназначенным для размещения картриджа в держатель картриджа, и закрытым положением, в котором держатель картриджа находится в контакте с нижней частью.
Предпочтительно в открытом положении верхняя часть расположена по существу вертикально. Это создает возможность улучшенного доступа к опоре для картриджа для облегчения вставки и извлечения картриджа. В закрытом положении верхняя часть расположена горизонтально.
Предпочтительно держатель картриджа содержит углубление для приема картриджа. Углубление может содержать неровность для предотвращения поворота картриджа, вставленного в углубление.
Предпочтительно держатель картриджа смещается относительно неподвижной нижней части таким образом, что в открытом положении, когда верхняя часть отсоединена от нижней части и держателя картриджа, держатель картриджа отсоединяется от нижней части. Кроме того, в открытом положении держатель картриджа может быть отсоединен от прокалывающего средства впускного отверстия и прокалывающего средства выпускного отверстия.
В соответствии с настоящим изобретением также разработана машина для приготовления напитков, предназначенная для приготовления напитка из картриджа, содержащего один или несколько ингредиентов напитка, содержащая первый прокалывающий элемент, предназначенный при использовании для образования впускного отверстия в картридже, вставленном в машину для приготовления напитков, и второй прокалывающий элемент, предназначенный при использовании для образования выпускного отверстия в указанном картридже, отличающаяся тем, что первый и второй прокалывающие элементы образованы в виде единого съемного узла.
Съемный узел, содержащий прокалывающий элемент впускного отверстия и прокалывающий элемент выпускного отверстия, создает возможность легкой чистки компонентов машины. В частности, прокалывающие элементы могут быть помещены в посудомоечную машину или аналогичное устройство.
Предпочтительно машина для приготовления напитков дополнительно содержит неподвижную нижнюю часть и верхнюю часть, выполненную с возможностью поворота относительно нижней части, при этом верхняя часть выполнена с возможностью перемещения из открытого положения, в котором верхняя часть отсоединена от нижней части для приема картриджа, в закрытое положение, в котором верхняя часть сцеплена с нижней частью, причем съемный узел смонтирован при использовании в неподвижной нижней части.
Предпочтительно прокалывающий элемент впускного отверстия и прокалывающий элемент выпускного отверстия ориентированы вертикально и параллельно друг другу.
Предпочтительно прокалывающий элемент впускного отверстия и прокалывающий элемент выпускного отверстия изготовлены из пластиков.
Следует понимать, что под термином "картридж" в том смысле, в каком он используется здесь, понимается любая упаковка, контейнер, пакет-саше или резервуар, который содержит один или несколько ингредиентов напитка описанным образом. Картридж может быть жестким, полужестким или гибким.
Картридж, предназначенный для использования вместе с устройством согласно настоящему изобретению, может содержать в себе один или несколько ингредиентов напитка, пригодных для образования продукта в виде напитка. Продукт в виде напитка может представлять собой, например, один из кофе, чая, шоколада или напитка на основе молока, включая молоко. Ингредиенты напитка могут быть порошкообразными, молотыми, на основе листьев или жидкими. Ингредиенты напитка могут быть нерастворимыми или растворимыми. К примерам относятся обжаренный и молотый кофе, листовой чай, шоколадный порошок и суп, жидкие напитки на основе молока и концентрированные фруктовые соки.
В нижеприведенном описании термины "верхний" и "нижний" и эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения элементов изобретения. Термины "верхний" и "нижний" и эквиваленты следует понимать как относящиеся к картриджу (или другим компонентам) в его нормальном ориентированном положении, предназначенном для вставки в машину для приготовления напитков и последующей выдачи, как показано, например, на Фиг.4. В частности, термины "верхний" и "нижний" относятся соответственно к относительным положениям, находящимся ближе или дальше от верхней поверхности 11 картриджа. Кроме того, термины "внутренний" и "наружный" и эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения элементов изобретения. Термины "внутренний" и "наружный" и эквиваленты следует понимать как относящиеся к относительным положениям в картридже (или других компонентах), находящимся соответственно ближе или дальше от центра или главной оси Х картриджа 1 (или другого компонента).
Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны только в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:
Фиг.1 - сечение наружного элемента первого и второго вариантов осуществления картриджа, предназначенного для использования вместе с настоящим изобретением;
Фиг.2 - сечение детали наружного элемента по Фиг.1, показывающее направленную внутрь, цилиндрическую выступающую часть;
Фиг.3 - сечение детали наружного элемента по Фиг.1, показывающее паз;
Фиг.4 - вид в перспективе сверху наружного элемента по Фиг.1;
Фиг.5 - вид в перспективе сверху наружного элемента по Фиг.1 в перевернутом ориентированном положении;
Фиг.6 - вид в плане сверху наружного элемента по Фиг.1;
Фиг.7 - сечение внутреннего элемента первого варианта осуществления картриджа;
Фиг.8 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.7;
Фиг.9 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.7 в перевернутом ориентированном положении;
Фиг.10 - вид в плане сверху внутреннего элемента по Фиг.7;
Фиг.11 - сечение первого варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;
Фиг.12 - сечение внутреннего элемента второго варианта осуществления картриджа;
Фиг.13 - сечение детали внутреннего элемента по Фиг.12, показывающее отверстие;
Фиг.14 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.12;
Фиг.15 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.12 в перевернутом ориентированном положении;
Фиг.16 - другое сечение внутреннего элемента по Фиг.12;
Фиг.17 - сечение другой детали внутреннего элемента по Фиг.12, показывающее отверстие для впуска воздуха;
Фиг.18 - сечение второго варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;
Фиг.19 - сечение наружного элемента третьего и четвертого вариантов осуществления картриджа, предназначенного для использования вместе с настоящим изобретением;
Фиг.20 - сечение детали наружного элемента по Фиг.19, показывающее направленную внутрь, цилиндрическую выступающую часть;
Фиг.21 - вид в плане сверху наружного элемента по Фиг.19;
Фиг.22 - вид в перспективе сверху наружного элемента по Фиг.19;
Фиг.23 - вид в перспективе сверху наружного элемента по Фиг.19 в перевернутом ориентированном положении;
Фиг.24 - сечение внутреннего элемента третьего варианта осуществления картриджа;
Фиг.25 - вид в плане сверху внутреннего элемента по Фиг.24;
Фиг.26 - сечение детали внутреннего элемента по Фиг.24, показывающее загнутый внутрь, верхний край;
Фиг.27 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.24;
Фиг.28 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.24 в перевернутом ориентированном положении;
Фиг.29 - сечение третьего варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;
Фиг.30 - сечение внутреннего элемента четвертого варианта осуществления картриджа;
Фиг.31 - вид в плане сверху внутреннего элемента по Фиг.30;
Фиг.32 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.30;
Фиг.33 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по Фиг.30 в перевернутом ориентированном положении;
Фиг.34 - сечение четвертого варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;
Фиг.35 - вид в перспективе спереди машины для приготовления напитков согласно настоящему изобретению;
Фиг.36 - вид в перспективе спереди машины по Фиг.35 с головкой для картриджа в открытом положении;
Фиг.37 - вид в перспективе сзади машины по Фиг.35 с некоторыми частями, исключенными для ясности;
Фиг.38 - другой вид в перспективе сзади машины по Фиг.35 с некоторыми частями, исключенными для ясности;
Фиг.39 - вид в перспективе предназначенной для картриджа головки машины по Фиг.35 с некоторыми частями, исключенными для ясности;
Фиг.40 - другой вид в перспективе предназначенной для картриджа головки машины по Фиг.35 с некоторыми частями, исключенными для ясности;
Фиг.41 - сечение головки для картриджа в закрытом положении;
Фиг.42 - сечение головки для картриджа в открытом положении;
Фиг.43 - схему машины по Фиг.35;
Фиг.44а и 44b представляют собой схемы первого и второго средств для распознавания кода для машины по Фиг.35; и
Фиг.45 - вид в плане картриджа для напитка по настоящему изобретению, содержащего штрих-код.
Как показано на Фиг.11, картридж 1 согласно настоящему изобретению обычно содержит наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинат 5. Наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинат 5 собраны с образованием картриджа 1, который имеет внутреннее пространство 120, предназначенное для содержания в нем одного или нескольких ингредиентов напитка, впускное отверстие 121, выпускное отверстие 122 и проточный канал для напитка, соединяющий впускное отверстие 121 с выпускным отверстием 122 и проходящий через внутреннее пространство 120. Впускное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 исходно герметично закрыты ламинатом 5, и при использовании их открывают посредством прокалывания или разрезания ламината 5. Границы проточного канала для напитка определяются пространственным взаимным расположением наружного элемента 2, внутреннего элемента 3 и ламината 5, как будет рассмотрено ниже. В картридж 1, если требуется, могут быть включены другие компоненты, такие как фильтр 4, как будет дополнительно описано ниже.
Первый вариант картриджа 1, который будет описан для целей рассмотрения истории вопроса, показан на Фиг.1-11. Первый вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче отфильтрованных продуктов, таких как обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Однако данный вариант картриджа 1 и другие варианты, описанные ниже, могут быть использованы с другими продуктами, такими как шоколад, кофе, чай, подслащивающие вещества (заменители сахара), сладкие наливки, вкусовые и ароматизирующие вещества, алкогольные напитки, молоко с вкусовыми наполнителями, фруктовые соки, соки с газированной водой, соусы и десерты.
Как можно видеть на Фиг.5, полная форма картриджа 1 является по существу круглой или дискообразной с диаметром картриджа 1, существенно превышающим его высоту. Главная ось Х проходит через центр наружного элемента, как показано на Фиг.1. Как правило, полный диаметр наружного элемента 2 составляет 74,5 мм ± 6 мм, и полная высота составляет 16 мм ± 3 мм. Как правило, объем картриджа 1 в собранном состоянии составляет 30,2 мл ± 20%.
Наружный элемент 2, как правило, содержит чашеобразный корпус 10, имеющий изогнутую кольцевую стенку 13, закрытую верхнюю часть 11 и открытую нижнюю часть 12. Диаметр наружного элемента 2 меньше в верхней части 11 по сравнению с диаметром в нижней части 12, что является результатом расширения книзу кольцевой стенки 13 при переходе от закрытой верхней части 11 к открытой нижней части 12. Кольцевая стенка 13 и закрытая нижняя часть 11 вместе образуют резервуар, имеющий внутреннее пространство 34.
Полая, направленная внутрь, цилиндрическая выступающая часть 18 выполнена в закрытой верхней части 11 с центрированием относительно главной оси Х. Как более четко показано на Фиг.2, цилиндрическая выступающая часть 18 содержит ступенчатый профиль, имеющий первый, второй и третий участки 19, 20 и 21. Первый участок 19 является прямым круговым цилиндрическим. Второй участок 20 имеет форму усеченного конуса и сужается внутрь. Третий участок 21 представляет собой другой прямой круговой цилиндр и закрыт нижней торцевой стороной 31. Диаметр первого, второго и третьего участка 19, 20, 21 последовательно уменьшается, так что диаметр цилиндрической выступающей части 18 уменьшается при переходе от верхней части 11 к закрытой нижней торцевой поверхности 31 цилиндрической выступающей части 18. По существу горизонтальный уступ 32 образован на цилиндрической выступающей части 18 в месте соединения между вторым и третьим участками 20 и 21.
Выступающий наружу буртик 33 образован на наружном элементе 2 по направлению к нижней части 12. Выступающий наружу буртик 33 образует дополнительную стенку 15, коаксиальную с кольцевой стенкой 13, с тем, чтобы образовать кольцевую направляющую, образующую коллектор 16 между дополнительной стенкой 15 и кольцевой стенкой 13. Коллектор 16 проходит по окружной периферии наружного элемента 2. Ряд пазов 17 выполнен в кольцевой стенке 13 на одном уровне с коллектором 16 для обеспечения сообщения по газу и жидкости между коллектором 16 и внутренним пространством 34 наружного элемента 2. Как показано на Фиг.3, пазы 17 представляют собой вертикальные щели в кольцевой стенке 13. Предусмотрено от 20 до 40 пазов. В показанном варианте осуществления выполнено тридцать семь пазов 17, расположенных по существу равномерно по окружной периферии коллектора 16. Пазы 17 имеют длину, составляющую предпочтительно от 1,4 до 1,8 мм. Как правило, длина каждого паза составляет 1,6 мм, что составляет 10% от полной высоты наружного элемента 2. Ширина каждого паза составляет от 0,25 до 0,35 мм. Как правило, ширина каждого паза составляет 0,3 мм. Ширина пазов 17 является достаточно малой, чтобы предотвратить проход ингредиентов напитка через них в коллектор 16 или во время хранения, или при использовании.
Впускная камера 26 образована в наружном элементе 2 у периферии наружного элемента 2. Как наиболее четко показано на Фиг.5, выполнена цилиндрическая стенка 27, которая ограничивает впускную камеру 26 во внутреннем пространстве 34 и отделяет впускную камеру 26 от внутреннего пространства 34 наружного элемента 2. Цилиндрическая стенка 27 имеет закрытую верхнюю торцевую поверхность 28, которая образована в плоскости, перпендикулярной к главной оси Х, и открытый нижний торец 29, находящийся в одной плоскости с нижней частью 12 наружного элемента 2. Впускная камера 26 сообщается с коллектором 16 через посредство двух пазов 30, как показано на Фиг.1. Альтернативно, можно использовать от одного до четырех пазов для обеспечения сообщения между коллектором 16 и впускной камерой 26.
Нижний конец выступающего наружу буртика 33 выполнен с выступающим наружу фланцем 35, который проходит перпендикулярно к главной оси Х. Как правило, фланец 35 имеет ширину, составляющую от 2 до 4 мм. Часть фланца 35 увеличена для образования ручки 24, посредством которой можно удерживать наружный элемент 2. Ручка 24 снабжена загнутым вверх краем 25 для улучшения захвата.
Наружный элемент 2 образован в виде единой, образующей одно целое детали из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, полистирола, сложного полиэфира или из ламината из двух или более из данных материалов. Пригодный полипропилен относится к номенклатуре полимеров, поставляемых компанией DSM UK Limited (Redditch, Великобритания). Наружный элемент может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Технологический процесс может представлять собой литьевое прессование.
Внутренний элемент 3, подобный показанному на Фиг.7-10, содержит кольцевой каркас 41 и выступающую вниз цилиндрическую воронку 40. Главная ось Х проходит через центр внутреннего элемента 3, как показано на Фиг.7.
Как лучше всего показано на Фиг.8, кольцевой каркас 41 содержит наружный обод 51 и внутреннюю ступицу 52, соединенные десятью равномерно расположенными радиальными спицами 53. Внутренняя ступица 52 образует одно целое с цилиндрической воронкой 40 и простирается от нее. Между радиальными спицами 53 в кольцевом каркасе 41 образованы фильтрационные отверстия 55. Фильтр 4 расположен на кольцевом каркасе 41 так, чтобы фильтр закрывал фильтрационные отверстия 55. Фильтр предпочтительно изготовлен из материала с высокой прочностью во влажном состоянии, например из нетканого волокнистого материала из сложного полиэфира. К другим материалам, которые могут быть использованы, относятся водонепроницаемый целлюлозный материал, такой как целлюлозный материал, содержащий волокна веленевой бумаги. Волокна веленевой бумаги могут быть смешаны с волокнами из полипропилена, поливинилхлорида и/или полиэтилена. Включение этих пластиковых материалов в целлюлозный материал придает целлюлозному материалу способность к термосвариванию. Фильтр 4 также может быть обработан или покрыт материалом, который активируют посредством тепла и/или давления с тем, чтобы его можно было приварить к кольцевому каркасу 41 подобным образом.
Как показано в сечении по Фиг.7, внутренняя ступица 52 находится в более низком положении по сравнению с наружным ободом 51, в результате чего кольцевой каркас 41 имеет профиль с наклоном вниз.
Верхняя поверхность каждой спицы 53 выполнена с выступающей вверх, вертикальной перегородкой 54, которая разделяет пустое пространство над кольцевым каркасом 41 на множество каналов 57. Каждый канал 57 ограничен с обеих сторон перегородками 54 и с нижней стороны фильтром 4. Каналы 57 простираются от наружного обода 51 вниз к цилиндрической воронке 40 и открываются в цилиндрическую воронку 40 у отверстий 56, образованных внутренними концами перегородок 54.
Цилиндрическая воронка 40 содержит наружную трубку 42, окружающую внутренний выпускной патрубок 43. Наружная трубка 42 образует наружную часть цилиндрической воронки 40. Выпускной патрубок 43 соединен с наружной трубкой 42 у верхнего конца выпускного патрубка 43 посредством кольцевого фланца 47.
Выпускной патрубок 43 содержит впускное отверстие 45 на верхнем конце, которое сообщается с отверстиями 56 каналов 57, и выпускное отверстие 44 на нижнем конце, через которое приготовленный напиток выпускается в чашку или другой приемный резервуар. Выпускной патрубок 43 содержит часть 48 с формой усеченного конуса на верхнем конце и цилиндрическую часть 58 на нижнем конце. Цилиндрическая часть 58 может иметь небольшую конусность, так что она будет сужаться к выпускному отверстию 44. Часть 48 с формой усеченного конуса способствует направлению напитка из каналов 57 вниз к выпускному отверстию 44 без создания турбулентности в напитке. Верхняя поверхность части 48 с формой усеченного конуса выполнена с четырьмя опорными перегородками 49, расположенными равномерно по окружной периферии цилиндрической воронки 40. Между опорными перегородками 49 образуются каналы 50. Верхние края опорных перегородок 49 находятся на одном уровне друг с другом и перпендикулярны главной оси Х.
Внутренний элемент 3 может быть образован в виде единой, образующей одно целое детали из полипропилена или аналогичного материала, подобного описанным выше, и посредством литьевого прессования, как и наружный элемент 2.
Альтернативно, внутренний элемент 3 и/или наружный элемент 2 могут быть изготовлены из полимера, поддающегося биологическому разложению. К примерам пригодных материалов относятся разлагаемый полиэтилен (например, SPITEK, поставляемый компанией Symphony Environmental, Borehamwood, Великобритания), поддающийся биологическому разложению полиэфирамид (например, BAK 1095, поставляемый компанией Symphony Environmental), полимеры молочной кислоты (PLA, поставляемые компанией Cargil, Миннесота, США), полимеры на основе крахмала, производные целлюлозы и полипептиды.
Ламинат 5 образован из двух слоев, первого слоя из алюминия и второго слоя из литьевого полипропилена. Толщина алюминиевого слоя составляет от 0,02 до 0,07 мм. Толщина слоя литьевого полипропилена составляет от 0,025 до 0,065 мм. В одном варианте осуществления алюминиевый слой имеет толщину 0,06 мм, и полипропиленовый слой имеет толщину 0,025 мм. Данный ламинат является особенно предпочтительным, поскольку он обладает высокой стойкостью к закручиванию во время сборки. В результате ламинат 5 может быть предварительно разрезан с надлежащими размерами и формой и впоследствии перемещен на позицию сборки на технологической линии так, что при этом он не подвергается искажению формы. Следовательно, ламинат 5 особенно хорошо подходит для приваривания. Могут быть использованы другие многослойные материалы, включая ламинаты из полиэтилентерефталата/алюминия/полипропилена, полиэтилена/сополимера этилена и винилового спирта/полипропилена, полиэтилентерефталата/металлизированного слоя/полипропилена и алюминия/полипропилена. Может быть использован рулонный исходный ламинат вместо исходного материала, полученного высечкой.
Картридж 1 может быть закрыт жесткой или полужесткой крышкой вместо гибкого ламината.
Сборка картриджа 1 включает в себя следующие операции:
а) внутренний элемент 3 вставляют в наружный элемент 2;
b) фильтр 4 обрезают до заданной формы и помещают на внутренний элемент 3 так, чтобы фильтр разместился над цилиндрической воронкой 40 и опирался на кольцевой каркас 41;
с) внутренний элемент 3, наружный элемент 2 и фильтр 4 соединяют посредством ультразвуковой сварки;
d) картридж 1 заполняют одним или несколькими ингредиентами напитка;
е) ламинат 5 прикрепляют к наружному элементу 2.
Данные операции будут рассмотрены ниже более подробно.
Наружный элемент 2 ориентируют так, чтобы открытая нижняя часть 12 была направлена вверх. Затем внутренний элемент 3 вставляют в наружный элемент 2, при этом наружный обод 51 входит по свободной посадке в аксиальную выступающую часть 14 в верхней части 11 картриджа 1. Одновременно цилиндрическая выступающая часть 18 наружного элемента 2 входит в верхнюю часть цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3. Третий участок 21 цилиндрической выступающей части 18 устанавливают внутри цилиндрической воронки 40 так, что закрытая нижняя торцевая сторона 31 цилиндрической выступающей части 18 опирается на опорные перегородки 49 внутреннего элемента 3. После этого фильтр 4 размещают над внутренним элементом 3 так, чтобы материал фильтра контактировал с кольцевым ободом 51. Затем используют процесс ультразвуковой сварки для присоединения фильтра 4 к внутреннему элементу 3, и одновременно, на той же технологической операции, присоединяют внутренний элемент 3 к наружному элементу 2. Внутренний элемент 3 и фильтр 4 приваривают друг к другу вокруг наружного обода 51. Внутренний элемент 3 и наружный элемент 2 соединяют посредством линий проплавления вокруг наружного обода 51, а также верхних краев перегородок 54.
Как наиболее четко показано на Фиг.11, когда наружный элемент 2 и внутренний элемент 3 соединены вместе, они образуют пустое пространство 130 во внутреннем пространстве 120 под кольцевым фланцем 41 и снаружи цилиндрической воронки 40, которое образует фильтровальную камеру. Фильтровальная камера 130 и каналы 57 над кольцевым каркасом 41 разделены фильтровальной бумагой 4.
В фильтровальной камере 130 содержатся указанные один или несколько ингредиентов 200 напитка. Указанные один или несколько ингредиентов напитка "упакованы" в фильтровальную камеру 130. Для напитка отфильтрованного типа ингредиент, как правило, представляет собой обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Плотность упаковки ингредиентов напитка в фильтровальной камере 130 можно варьировать по желанию. Как правило, для отфильтрованного продукта из кофе фильтровальная камера содержит от 5,0 до 10,2 граммов обжаренного и молотого кофе в фильтруемом слое с толщиной, составляющей, как правило, от 5 до 14 мм. Если требуется, внутреннее пространство 120 может содержать одно или несколько тел, таких как сферы, которые могут свободно перемещаться во внутреннем пространстве 120, чтобы способствовать перемешиванию за счет инициирования турбулентности и разрушения отложений ингредиентов напитка во время выпуска напитка.
Затем ламинат 5 прикрепляют к наружному элементу 2 посредством образования сварного шва 126 по периферии ламината 5 для присоединения ламината 5 к нижней поверхности выступающего наружу фланца 35. Сварной шов 126 простирается так, чтобы обеспечить приваривание ламината 5 к нижнему краю цилиндрической стенки 27 внутренней камеры 26. Кроме того, сварной шов 125 образуют между ламинатом 5 и нижним краем наружной трубки 42 цилиндрической воронки 40. Ламинат 5 образует нижнюю стенку фильтровальной камеры 130, а также герметично закрывает внутреннюю камеру 26 и цилиндрическую воронку 40. Однако существует небольшой зазор 123 перед выдачей между ламинатом 5 и нижним краем выпускного патрубка 43. Можно использовать множество различных способов сварки, такие как термосварка и ультразвуковая сварка, в зависимости от свойств материалов ламината 5.
Предпочтительно внутренний элемент 3 простирается между наружным элементом 2 и ламинатом 5. Внутренний элемент 3 образован из сравнительно жесткого материала, такого как полипропилен. По существу внутренний элемент 3 образует несущий элемент, который служит для удерживания ламината 5 и наружного элемента 2 на определенном расстоянии друг от друга при сжатии картриджа 1. Предпочтительно, чтобы картридж 1 при использовании подвергался сжимающей нагрузке, составляющей от 130 до 280 Н. Сжимающая нагрузка служит для предотвращения поломки картриджа под действием повышения давления внутри, а также служит для сдавливания внутреннего элемента 3 и наружного элемента 2 вместе. Это гарантирует то, что внутренние размеры каналов и отверстий в картридже 1 будут постоянными, и их изменение во время повышения давления в картридже 1 будет невозможным.
Для использования картриджа 1 его сначала вставляют в машину для приготовления напитка (которая будет описана ниже с дополнительными подробностями) и впускное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 открывают посредством прокалывающих элементов машины для приготовления напитка, которые перфорируют и отгибают ламинат 5. Водная среда, как правило, вода, под давлением поступает в картридж 1 через впускное отверстие 121 и проходит во впускную камеру 26 под давлением, составляющим от 0,1 до 2,0 бар. Оттуда вода направляется с протеканием ее через пазы 30 и вокруг коллектора 16 и в фильтровальную камеру 130 картриджа 1 через множество пазов 17. Вода нагнетается радиально внутрь через фильтровальную камеру 130 и смешивается с ингредиентами 200 напитка, содержащимися в ней. Одновременно вода нагнетается вверх сквозь ингредиенты напитка. Напиток, образованный за счет прохода воды сквозь ингредиенты напитка, проходит через фильтр 4 и фильтрационные отверстия 55 в каналы 57, расположенные над кольцевым каркасом 41. То обстоятельство, что фильтр 4 приварен к спицам 53, а обод 51 приварен к наружному элементу 2, гарантирует то, что отсутствуют короткие контуры, и весь напиток должен будет проходить через фильтр 4.
Затем напиток проходит вниз вдоль радиальных каналов 57, образованных между перегородками 54, и через отверстия 56 и в цилиндрическую воронку 40. Напиток проходит вдоль каналов 50 между опорными перегородками 47 и вниз по выпускному патрубку 43 к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в приемный резервуар, такой как чашка.
Предпочтительно машина для приготовления напитков содержит средство для продувки воздухом, при этом сжатый воздух нагнетается через картридж 1 в конце рабочего цикла для вымывания остающегося напитка в приемный резервуар.
Второй вариант картриджа 1 показан на Фиг.12-18. Второй вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче продуктов типа "эспрессо", таких как [продукт из] обжаренного и молотого кофе, когда желательно получить напиток, имеющий пену из крошечных пузырьков, известную как "crema". Многие из элементов второго варианта картриджа 1 такие же, как в первом варианте, и аналогичные номера были использованы для обозначения аналогичных элементов. В нижеприведенном описании будут рассмотрены различия между первым и вторым вариантами. Общие элементы, которые функционируют аналогичным образом, подробно рассматриваться не будут.
Наружный элемент 2 имеет такую же конструкцию, как и в первом варианте картриджа 1, и такую, как показана на Фиг.1-6.
Кольцевой каркас 41 внутреннего элемента 3 такой же, как и в первом варианте. Кроме того, фильтр 4 размещен на кольцевом каркасе 41 так, что фильтр 4 закрывает фильтрационные отверстия 55. Наружная трубка 42 цилиндрической воронки 40 также такая же, как описанная ранее. Однако существует ряд отличий в конструкции внутреннего элемента 3 по второму варианту по сравнению с первым вариантом. Как показано на Фиг.16, выпускной патрубок 43 выполнен с перегородкой 65, которая простирается на части длины выпускного патрубка 43 вверх от выпускного отверстия 44. Перегородка 65 способствует предотвращению распыления и/или расплескивания напитка, когда он выходит из выпускного патрубка 43. Профиль выпускного патрубка 43 также отличается, и он имеет ступенчатый профиль с явным изломом 66 рядом с верхним концом трубки 43.
Предусмотрен венец 67, вертикально выступающий вверх от кольцевого фланца 47, соединяющего наружную трубку 42 с выпускным патрубком 43. Венец 67 окружает вход 45 в выпускной патрубок 43 и определяет границы кольцевого канала 69 между венцом 67 и верхней частью наружной трубки 42. Венец 67 выполнен с направленным внутрь уступом 68. В одном месте вокруг окружной периферии венца 67 выполнено отверстие 70 в виде паза, которое простирается от верхнего края венца 67 до точки, находящейся немного ниже уровня уступа 68, как наиболее четко показано на Фиг.12 и 13. Паз имеет ширину 0,64 мм.
Отверстие 71 для впуска воздуха выполнено в кольцевом фланце 47, при этом оно выровнено в окружном направлении относительно отверстия 70, как показано на Фиг.16 и 17. Отверстие 71 для впуска воздуха представляет собой отверстие, проходящее сквозь фланец 47 с тем, чтобы обеспечить сообщение между местом над фланцем 47 и пустым пространством под фланцем 47 между наружной трубкой 42 и выпускным патрубком 43. Предпочтительно и как показано, отверстие 71 для впуска воздуха содержит верхний участок 73 с формой усеченного конуса и нижний цилиндрический участок 72. Отверстие 71 для впуска воздуха, как правило, образуют посредством оснастки для литьевого прессования, такой как стержень. Сужающийся профиль отверстия 71 для впуска воздуха позволяет легче удалять оснастку для литьевого прессования из отлитого компонента. Стенке наружной трубки 42 вблизи отверстия 71 для впуска воздуха придана такая форма, чтобы она образовывала желоб 75, ведущий от отверстия 71 для впуска воздуха к впускному отверстию 45 выпускного патрубка 43. Как показано на Фиг.17, наклонный буртик 74 образован между отверстием 71 для впуска воздуха и желобом 75 для гарантирования того, что струя напитка, выходящая из паза 70, не будет немедленно сталкиваться с верхней поверхностью фланца 47 в непосредственной близости от отверстия 71 для впуска воздуха.
Процедура сборки для второго варианта картриджа 1 аналогична сборке первого варианта. Однако существуют некоторые отличия. Как показано на Фиг.18, третий участок 21 цилиндрической выступающей части 18 устанавливают внутри опорного венца 67, а не на опорные перегородки. Уступ 32 цилиндрической выступающей части 18 между вторым участком 20 и третьим участком 21 опирается на верхний край опорного венца 67 внутреннего элемента 3. Следовательно, между внутренним элементом 3 и наружным элементом 2 образуется зона 124 контакта, образующая торцевое уплотнение между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным венцом 67, которое простирается вокруг почти всей окружной периферии картриджа 1. Уплотнение между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным венцом 67 не является герметичным, поскольку паз 70 в опорном венце 67 простирается сквозь опорный венец 67 и вниз до места, находящегося немного ниже уступа 68. Следовательно, посадка в зоне контакта между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным венцом 67 обеспечивает преобразование паза 70 в отверстие 128, как наиболее четко показано на Фиг.18, обеспечивая сообщение по газу и жидкости между кольцевым каналом 69 и выпускным патрубком 43. Отверстие, как правило, имеет ширину 0,64 мм при длине 0,69 мм.
Функционирование второго варианта картриджа 1 по выдаче напитка аналогично функционированию первого варианта, но имеет некоторые отличия. Напиток в радиальных каналах 57 проходит вниз вдоль каналов 57, образованных между перегородками 54, и через отверстия 56 и в кольцевой канал 69 цилиндрической воронки 40. Из кольцевого канала 69 напиток вытесняется под давлением через отверстие 128 за счет противодавления напитка, скапливающегося в фильтровальной камере 130 и каналах 57. Таким образом, напиток вытесняется через отверстие 128 в виде струи и проходит в камеру расширения, образованную верхним концом выпускного патрубка 43. Как показано на Фиг.18, струя напитка проходит непосредственно над отверстием 71 для впуска воздуха. Когда напиток поступает в выпускной патрубок 43, давление струи напитка падает. В результате воздух захватывается струей напитка в виде множества небольших воздушных пузырьков через отверстие 71 для впуска воздуха. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, проходит через воронку вниз к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в приемный резервуар, такой как чашка, где воздушные пузырьки образуют желательную "шапку". Таким образом, отверстие 128 и отверстие 71 для впуска воздуха вместе образуют эдуктор, который служит для захватывания воздуха в напиток. Поток напитка в эдуктор следует сохранять как можно более плавным для уменьшения потерь давления. Предпочтительно стенки эдуктора должны быть выполнены вогнутыми для уменьшения потерь, обусловленных трением о стенки из-за граничного эффекта. Допуск на размер отверстия 128 является небольшим. Предпочтительно размер отверстия является фиксированным плюс или минус 0,02 мм2. Волоски, нитевидные элементы или другие неровности поверхности могут быть предусмотрены внутри выхода или у выхода эдуктора для увеличения полезной площади сечения, что, как было установлено, обеспечивает увеличение степени захвата воздуха.
Третий вариант картриджа 1 показан на Фиг.19-29. Третий вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче растворимых продуктов, которые могут быть в порошкообразном, жидком виде, в виде сиропа, геля или аналогичном виде. Растворимый продукт растворяется посредством водной среды или образует взвесь в водной среде, такой как вода, когда водную среду пропускают в процессе использования через картридж 1. К примерам напитков относятся шоколад, кофе, молоко, чай, суп или другие регидратируемые или растворимые в воде продукты. Многие из элементов третьего варианта картриджа 1 такие же, как и в предыдущих вариантах, и аналогичные номера были использованы для обозначения аналогичных элементов. В нижеприведенном описании будут рассмотрены различия между третьим и предыдущими вариантами. Общие элементы, которые функционируют аналогичным образом, подробно рассматриваться не будут.
По сравнению с наружным элементом 2 по предыдущим вариантам полая, направленная внутрь, цилиндрическая выступающая часть 18 наружного элемента 2 по третьему варианту имеет больший полный диаметр, как показано на Фиг.20. В частности, диаметр первого участка 19, как правило, составляет от 16 до 18 мм по сравнению с 13,2 мм для наружного элемента 2 по предыдущим вариантам. Кроме того, первый участок 19 выполнен с выпуклой наружной поверхностью 19а или выпуклостью, как наиболее четко показано на Фиг.20, при этом назначение ее будет описано ниже. Тем не менее, диаметр третьих участков 21 картриджей 1 является одинаковым, в результате чего площадь уступа 32 в данном, третьем варианте картриджа 1 будет больше. Как правило, объем картриджа 1 в собранном состоянии составляет 32,5 мл ± 20%.
Количество и расположение пазов на нижнем конце кольцевой стенки 13 также отличаются. Предусмотрено от 3 до 5 пазов. В варианте осуществления, подобном показанному на Фиг.23, предусмотрены четыре паза 36, равномерно расположенные по окружной периферии коллектора 16. Пазы 36 немного больше по ширине по сравнению с предыдущими вариантами картриджа 1, при этом их ширина составляет от 0,35 до 0,45 мм, предпочтительно 0,4 мм.
В других отношениях наружные элементы 2 картриджей 1 являются такими же.
Конструкция цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3 является такой же, как в первом варианте картриджа 1, при этом предусмотрены наружная трубка 42, выпускной патрубок 45, кольцевой фланец 47 и опорные перегородки 49. Единственное отличие состоит в том, что выпускному патрубку 45 придана форма с верхней частью 92 в виде усеченного конуса и нижней цилиндрической частью 93.
В отличие от предыдущих вариантов и как показано на Фиг.24-28, кольцевой каркас 41 заменен частью 80 в виде полого цилиндра, которая окружает цилиндрическую воронку 40 и присоединена к ней посредством восьми радиальных распорок 87, которые присоединены к цилиндрической воронке 40 у кольцевого фланца 47 или рядом с кольцевым фланцем 47. Цилиндрическая выступающая часть 81 части 80 в виде полого цилиндра простирается вверх от распорок 87 для образования камеры 90 с открытой верхней торцевой стороной. Верхний край 91 цилиндрической выступающей части 81 имеет загнутый внутрь профиль, как показано на Фиг.26. Кольцевая стенка 82 части 80 в виде полого цилиндра простирается вниз от распорок 87 с образованием кольцевого канала 86 между частью 80 в виде полого цилиндра и наружной трубкой 42.
Кольцевая стенка 82 имеет на нижнем конце наружный фланец 83, который расположен перпендикулярно главной оси Х. Венец 84 свисает вниз от нижней поверхности фланца 83 и содержит пять отверстий 85, которые равномерно расположены по окружности вокруг венца 84. Таким образом, венец 84 выполнен с зазубренным нижним профилем.
Между распорками 87 образованы отверстия 89, создающие возможность сообщения между камерой 90 и кольцевым каналом 86.
Процедура сборки для третьего варианта картриджа 1 аналогична сборке первого варианта, но имеет некоторые отличия. Наружный элемент 2 и внутренний элемент 3 соединяют вместе по плотной посадке, как показано на Фиг.29, и они удерживаются вместе посредством конструкции с защелкиванием, а не с помощью приваривания. При соединении двух элементов направленную внутрь, цилиндрическую выступающую часть 18 вставляют внутрь верхней цилиндрической выступающей части 81 части 80 в виде полого цилиндра. Внутренний элемент 3 удерживается в наружном элементе 2 посредством фрикционного взаимного сцепления выпуклой наружной поверхности 19а первого участка 19 цилиндрической выступающей части 18 с загнутым внутрь краем 91 верхней цилиндрической выступающей части 81. Когда внутренний элемент 3 размещен в наружном элементе 2, образуется смесительная камера 134, расположенная снаружи части 80 в виде полого цилиндра. Смесительная камера 134 содержит ингредиенты 200 напитка перед выдачей. Следует отметить, что четыре впускных отверстия 36 и пять отверстий 85 расположены в шахматном порядке друг относительно друга по окружной периферии. Радиальное расположение двух частей друг относительно друга необязательно должно быть определено или зафиксировано во время сборки, поскольку использование четырех впускных отверстий 36 и пяти отверстий 85 гарантирует то, что смещение будет иметь место между впускными отверстиями и отверстиями, какое бы относительное положение в направлении поворота ни заняли компоненты.
Указанные один или несколько ингредиентов напитка упаковывают в смесительную камеру 134 картриджа. Плотность упаковывания ингредиентов напитка в смесительной камере 134 можно варьировать по желанию.
Затем ламинат 5 прикрепляют к наружному элементу 2 и внутреннему элементу 3 таким же образом, как описано выше в предыдущих вариантах.
При использовании вода поступает в смесительную камеру 134 через четыре паза 36 таким же образом, как и в предыдущих вариантах картриджа. Вода нагнетается радиально внутрь через смесительную камеру и смешивается с ингредиентами напитка, содержащимися в ней. Продукт растворяется в воде или смешивается с водой и образует напиток в смесительной камере 134 и затем вытесняется черезотверстия 85 в кольцевой канал 86 за счет противодавления напитка и воды в смесительной камере 134. Расположение четырех впускных пазов 36 и пяти отверстий 85 в шахматном порядке по окружности гарантирует то, что у струй воды не будет возможности проходить радиально непосредственно из впускных пазов 36 в отверстия 85 без циркуляции вначале внутри смесительной камеры 134. Таким образом, степень и стабильность растворения или перемешивания продукта существенно повышаются. Напиток вытесняется вверх в кольцевой канал 86, через отверстия 89 между распорками 87 и в камеру 90. Напиток проходит из камеры 90 через впускные отверстия 45 между опорными перегородками 49 в выпускной патрубок 43 и к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в приемный резервуар, такой как чашка. Картридж особенно подходит для применения при ингредиентах напитка в виде вязких жидкостей или гелей. В одном случае применения в картридже 1 содержится жидкий ингредиент шоколада с вязкостью от 1700 до 3900 мПа при температуре окружающей среды и от 5000 до 10000 мПа при 0°С и с содержанием сухих веществ по рефрактомеру 67 Brix ± 3. В другом случае применения в картридже 1 содержится жидкий кофе с вязкостью от 70 до 2000 мПа при температуре окружающей среды и от 80 до 5000 мПа при 0°С, при этом кофе имеет общий уровень содержания сухих веществ от 40 до 70%.
Четвертый вариант картриджа 1 показан на Фиг.30-34. Четвертый вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче жидких продуктов, таких как сгущенное жидкое молоко. Многие из элементов четвертого варианта картриджа 1 такие же, как в предыдущих вариантах, и аналогичные номера были использованы для обозначения аналогичных элементов. В нижеприведенном описании будут рассмотрены различия между четвертым и предыдущими вариантами. Общие элементы, которые функционируют аналогичным образом, подробно рассматриваться не будут.
Наружный элемент 2 такой же, как в третьем варианте картриджа 1, и такой, как показан на Фиг.19-23.
Цилиндрическая воронка 40 внутреннего элемента 3 аналогична воронке, показанной во втором варианте картриджа 1, но имеет определенные отличия. Как показано на Фиг.30, выпускной патрубок 43 выполнен с такой формой, что он имеет верхнюю часть 106 с формой усеченного конуса и нижнюю цилиндрическую часть 107. Три аксиальных ребра 105 выполнены на внутренней поверхности выпускного патрубка 43 для направления выдаваемого напитка вниз к выпускному отверстию 44 и предотвращения центрифугирования выпускаемого напитка внутри патрубка. Следовательно, ребра 105 служат в качестве направляющих перегородок. Как и во втором варианте картриджа 1, предусмотрено отверстие 71 для впуска воздуха, проходящее сквозь кольцевой фланец 47. Однако желоб 75 под отверстием 71 для впуска воздуха является более удлиненным, чем во втором варианте.
Предусмотрена часть 80 в виде полого цилиндра, аналогичная показанной в третьем варианте картриджа 1, описанном выше. В венце 84 выполнено от 5 до 12 отверстий. Как правило, предусмотрено десять отверстий, а не пять отверстий, предусмотренных в третьем варианте картриджа 1.
Предусмотрен кольцевой чашеобразный элемент 100, простирающийся от фланца 83 и выполненный за одно целое с фланцем 83 части 80 в виде полого цилиндра. Кольцевой чашеобразный элемент 100 содержит расширяющийся корпус 101 с открытой верхней входной частью 104, которая направлена вниз. Четыре питающих отверстия 103, показанные на Фиг.30 и 31, расположены в корпусе 101 на нижнем конце или рядом с нижним концом чашеобразного элемента 100 там, где он соединяется с частью 80 в виде полого цилиндра. Предпочтительно питающие отверстия расположены равномерно по окружной периферии чашеобразного элемента 100.
Ламинат 5 представляет собой ламинат такого типа, как описанный выше в предыдущих вариантах осуществления.
Процедура сборки для четвертого варианта картриджа 1 такая же, как и для третьего варианта.
Функционирование четвертого варианта картриджа аналогично функционированию третьего варианта. Вода поступает в картридж 1 и смесительную камеру 134 так же, как в ранее описанном варианте. Там вода смешивается с жидким продуктом и разбавляет жидкий продукт, который затем вытесняется наружу через отверстия 85 к выпускному отверстию 44, как описано выше. Часть жидкого продукта исходно содержится в кольцевом чашеобразном элементе 100, как показано на Фиг.34, и не подвергается немедленному разбавлению водой, поступающей в смесительную камеру 134. Разбавленный жидкий продукт в нижней части смесительной камеры 134 будет стремиться выйти через отверстия 85, а не будет вытесняться вверх и в кольцевой чашеобразный элемент 100 через верхнюю входную часть 104. Следовательно, жидкий продукт в кольцевом чашеобразном элементе 100 будет оставаться сравнительно сгущенным [концентрированным] по сравнению с продуктом в нижней части смесительной камеры 134. Жидкий продукт в кольцевом чашеобразном элементе 100 капает через питающие отверстия 103 под действием силы тяжести в поток продукта, выходящий из смесительной камеры 134 через отверстия 85. Кольцевой чашеобразный элемент 100 служит для выравнивания концентрации разбавленного жидкого продукта, поступающего в цилиндрическую воронку 40, за счет удерживания части концентрированного жидкого продукта и выпуска его в выходящий поток жидкости более стабильно в течение всего цикла выдачи.
Из кольцевого канала 86 напиток вытесняется под давлением через отверстие 128 за счет противодавления напитка, скапливающегося в фильтровальной камере 134 и камере 90. Таким образом, напиток вытесняется через отверстие 128 в виде струи и поступает в камеру расширения, образованную верхним концом выпускного патрубка 43. Как показано на Фиг.34, струя напитка проходит непосредственно над отверстием 71 для впуска воздуха. Когда напиток поступает в выпускной патрубок 43, давление струи напитка падает. В результате воздух захватывается струей напитка в виде множества небольших воздушных пузырьков через отверстие 71 для впуска воздуха. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, проходит через воронку вниз к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в приемный резервуар, такой как чашка, где воздушные пузырьки создают желательный пенистый вид.
Предпочтительно внутренний элемент 3, наружный элемент 2, ламинат 5 и фильтр 4 могут быть все легко подвергнуты стерилизации благодаря тому, что компоненты можно отделить друг от друга и по отдельности они не содержат извилистых каналов или узких щелей. Напротив, только после соединения компонентов вместе после стерилизации образуются необходимые каналы. Это имеет особенно важное значение, когда ингредиент напитка представляет собой продукт на основе молока, такой как жидкое сгущенное молоко.
Четвертый вариант осуществления картриджа для напитка особенно предпочтителен для выдачи концентрированного жидкого продукта на основе молока, такого как жидкое молоко. Ранее сухие молочные продукты поставлялись в виде пакетов-саше для добавления в предварительно приготовленный напиток. Однако для напитка типа капуччино (кофе с взбитыми сливками) необходимо вспенить молоко. Ранее это достигалось посредством пропускания пара через жидкий молочный продукт. Однако это требует обеспечения подачи пара, что приводит к увеличению стоимости и сложности машины, используемой для выдачи напитка. Использование пара также повышает риск травмирования во время функционирования картриджа. Соответственно, согласно настоящему изобретению создан картридж для напитка, в котором имеется концентрированный жидкий продукт на основе молока. Было установлено, что за счет сгущения молочного продукта можно получить большее количество пены для определенного объема молока по сравнению со свежим молоком или молоком, пастеризованным при ультравысокой температуре. Это приводит к уменьшению размера, требуемого для картриджа с молоком. Свежее, частично сепарированное молоко содержит приблизительно 1,6% жира и имеет общее содержание сухого вещества, составляющее 10%. Сгущенные жидкие молочные препараты по настоящему изобретению содержат от 3 до 10% жира и имеют общее содержание сухого вещества, составляющее от 25 до 40%. В типовом примере препарат содержит 4% жира и имеет общее содержание сухого вещества, составляющее 30%. Сгущенные молочные препараты пригодны для вспенивания при использовании машины низкого давления, предназначенной для приготовления, как будет описано ниже. В частности, вспенивание молока достигается при давлениях менее 2 бар, предпочтительно приблизительно 1,5 бар, посредством использования картриджа по четвертому варианту осуществления, описанному выше.
Картридж по четвертому варианту осуществления также предпочтителен при выдаче жидких продуктов из кофе.
Было установлено, что варианты осуществления картриджа для напитка по настоящему изобретению предпочтительно обеспечивают улучшенную консистенцию сваренного напитка по сравнению с картриджами по предшествующему уровню техники. Ниже приведена таблица 1, которая показывает результаты выходов при варке для двадцати образцов каждого из картриджей А и В, содержащих обжаренный и молотый кофе. Картридж А представляет собой картридж для напитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Картридж В представляет собой картридж для напитка по предшествующему уровню техники, подобный описанному в документе заявителя WO01/58786. Показатель преломления для сваренного напитка измерен в единицах Brix и преобразован в процентное содержание растворимых сухих веществ (%SS) посредством использования стандартных таблиц и формул. В нижеприведенных примерах:
Процентное содержание растворимых сухих веществ = 0,7774·(показатель в единицах Brix) + 0,0569.
Выход в % = (Процентное содержание растворимых сухих веществ · Объем варки (г))/(100 · Масса кофе (г))
| Таблица 1 КАРТРИДЖ А | |||||
| Образец | Объем варки (г) | Масса кофе (г) | Brix | Процентное содержание растворимых сухих веществ (%) | Выход (%) |
| 1 | 105,6 | 6,5 | 1,58 | 1,29 | 20,88 |
| 2 | 104,24 | 6,5 | 1,64 | 1,33 | 21,36 |
| 3 | 100,95 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 21,05 |
| 4 | 102,23 | 6,5 | 1,71 | 1,39 | 21,80 |
| 5 | 100,49 | 6,5 | 1,73 | 1,40 | 21,67 |
| 6 | 107,54 | 6,5 | 1,59 | 1,29 | 21,39 |
| 7 | 102,70 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 21,41 |
| 8 | 97,77 | 6,5 | 1,86 | 1,50 | 22,61 |
| 9 | 97,82 | 6,5 | 1,7 | 1,38 | 20,75 |
| 10 | 97,83 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 20,40 |
| 11 | 97,6 | 6,5 | 1,78 | 1,44 | 21,63 |
| 12 | 106,64 | 6,5 | 1,61 | 1,31 | 21,47 |
| 13 | 99,26 | 6,5 | 1,54 | 1,25 | 19,15 |
| 14 | 97,29 | 6,5 | 1,59 | 1.29 | 19,35 |
| 15 | 101,54 | 6,5 | 1,51 | 1,23 | 19,23 |
| 16 | 104,23 | 6,5 | 1,61 | 1,31 | 20,98 |
| 17 | 97,5 | 6,5 | 1,73 | 1,40 | 21,03 |
| 18 | 100,83 | 6,5 | 1,68 | 1,36 | 21,14 |
| 19 | 101,67 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 21,20 |
| 20 | 101,32 | 6,5 | 1,68 | 1,36 | 21,24 |
| СРЕДНЕЕ | 20,99 |
| КАРТРИДЖ В | |||||
| Образец | Объем варки (г) | Масса кофе (г) | Brix | Процентное содержание растворимых сухих веществ (%) | Выход (%) |
| 1 | 100,65 | 6,5 | 1,87 | 1,511 | 23,39 |
| 2 | 95,85 | 6,5 | 1,86 | 1,503 | 22,16 |
| 3 | 98,4 | 6,5 | 1,8 | 1,456 | 22,04 |
| 4 | 92,43 | 6,5 | 2,3 | 1,845 | 26,23 |
| 5 | 100,26 | 6,5 | 1,72 | 1,394 | 21,50 |
| 6 | 98,05 | 6,5 | 2,05 | 1,651 | 24,90 |
| 7 | 99,49 | 6,5 | 1,96 | 1,581 | 24,19 |
| 8 | 95,62 | 6,5 | 2,3 | 1,845 | 27,14 |
| 9 | 94,28 | 6,5 | 2,17 | 1,744 | 25,29 |
| 10 | 96,13 | 6,5 | 1,72 | 1,394 | 20,62 |
| 11 | 96,86 | 6,5 | 1,81 | 1,464 | 21,82 |
| 12 | 94,03 | 6,5 | 2,2 | 1,767 | 25,56 |
| 13 | 96,28 | 6,5 | 1,78 | 1,441 | 21,34 |
| 14 | 95,85 | 6,5 | 1,95 | 1.573 | 23,19 |
| 15 | 95,36 | 6,5 | 1,88 | 1,518 | 22,28 |
| 16 | 92,73 | 6,5 | 1,89 | 1,526 | 21,77 |
| 17 | 88 | 6,5 | 1,59 | 1,293 | 17,50 |
| 18 | 93,5 | 6,5 | 2,08 | 1,674 | 24,08 |
| 19 | 100,88 | 6,5 | 1,75 | 1,417 | 22,00 |
| 20 | 84,77 | 6,5 | 2,37 | 1,899 | 24,77 |
| СРЕДНЕЕ | 23,09 |
Выполнение статистического анализа с проверкой по критерию Стьюдента на вышеприведенных данных дает следующие результаты:
| Таблица 2 Проверка по критерию Стьюдента: двухвыборочный с предположением о равных отклонениях | ||
| Выход (%) (Картридж А) | Выход (%) (Картридж В) | |
| Среднее | 20,99 | 23,09 |
| Дисперсия | 0,77 | 5,04 |
| Наблюдения | 20 | 20 |
| Объединенная дисперсия | 2,90 | |
| Гипотетическая средняя разность | 0 | |
| df | 38 | |
| t Stat | -3,90 | |
| P(T<=t) односторонний критерий | 0,000188 | |
| t Critical односторонний критерий | 1,686 | |
| P(T<=t) двусторонний критерий | 0,000376 | |
| t Critical двусторонний критерий | 2,0244 | |
| Среднеквадратическое отклонение | 0,876 | 2,245 |
Анализ показывает, что постоянство выхода в %, который приравнивается к крепости сваренного напитка, для картриджей по настоящему изобретению значительно лучше (при доверительном уровне 95%), чем для картриджей по предшествующему уровню техники, при среднеквадратическом отклонении 0,88% по сравнению с 2,24%. Это означает, что напитки, сваренные с использованием картриджей по настоящему изобретению, имеют более стабильную и однородную крепость. Это предпочтительно для потребителей, которые предпочитают, чтобы их напитки постоянно имели одинаковый вкус, и не хотят случайных изменений крепости сваренного напитка.
Материалы картриджей, описанных выше, могут быть снабжены защитным покрытием для повышения их стойкости к кислороду, и/или влаге, и/или к проникновению других загрязнителей. Защитное покрытие также может обеспечить повышение сопротивления к утечке ингредиентов напитка из картриджей и/или снижение степени выщелачивания экстрагируемых веществ из материалов картриджа, которые могли бы отрицательно повлиять на ингредиенты напитков. Защитное покрытие может быть выполнено из материала, выбранного из группы, состоящей из полиэтилентерефталата, полиамида, сополимера этилена и винилового спирта, поливинилиденхлорида или металлизированного материала. Защитное покрытие может быть нанесено с помощью ряда механизмов, включая осаждение из паровой фазы, вакуумное осаждение, нанесение покрытия плазменным напылением, совместная экструзия, этикетирование внутри пресс-формы и двух/многостадийное формование, но возможные способы не ограничены вышеуказанными.
Машина 201 для приготовления напитков согласно настоящему изобретению, предназначенная для использования вместе с описанными выше картриджами для напитков, показана на Фиг.35-45. Машина 201 для приготовления напитков, как правило, содержит корпус 210, содержащий резервуар 220 для воды, водонагреватель 225, водяной насос 230, воздушный компрессор 235, управляющий процессор, пользовательский интерфейс 240 и головку 250 для картриджа. Головка 250 для картриджа, в свою очередь, как правило, содержит держатель 251 картриджа, предназначенный при использовании для удерживания картриджа 1 для напитка, средство 252 распознавания картриджа и прокалывающие элементы 253, 254 для впускного и выпускного отверстий, предназначенные при использовании для образования впускного отверстия 121 и выпускного отверстия 122 в картридже 1 для напитка.
Корпус 210 содержит и обеспечивает удерживание в заданном положении остальных компонентов машины 201. Корпус 210 предпочтительно изготовлен полностью или частично из твердого пластика, такого как сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола. Альтернативно, корпус 210 может быть изготовлен полностью или частично из металлического материала, такого как нержавеющая сталь или алюминий. Корпус 210 предпочтительно имеет двустворчатую конструкцию, имеющую переднюю половину 211 и заднюю половину 212, которые обеспечивают возможность доступа во время сборки для установки компонентов машины 201 и могут быть впоследствии соединены вместе для образования внутреннего пространства 213 корпуса 210. Задняя половина 212 образует полость 214 для крепления резервуара 220 для воды. Корпус 210 выполнен с такими средствами, как защелки, упоры, выпуклости и резьбовые участки, которые предназначены для удерживания компонентов машины 201 в заданном положении, при этом отсутствует необходимость в отдельной раме. Это уменьшает полную стоимость и массу машины 201. Основание 215 корпуса 210 предпочтительно снабжено ножками для установки машины на них устойчивым образом. Альтернативно, само основание 215 может иметь форму, образующую устойчивую опору.
Передняя половина 211 корпуса 210 содержит позицию 270 выдачи, в которой происходит выдача напитка. Позиция 270 выдачи содержит подставку 271 для приемного резервуара, имеющую полую внутреннюю часть, образующую поддон 272 для воды. Верхняя поверхность 273 подставки для приемного резервуара выполнена с решеткой 274, на которой устанавливают приемный резервуар. Поддон 274 для воды выполнен с возможностью извлечения из корпуса 210 для облегчения опорожнения его от скопившейся воды. В передней половине корпуса 210 над подставкой 271 для приемного резервуара образована полость 275, предназначенная для размещения приемного резервуара с соответствующими размерами.
Головка 250 для картриджа расположена по направлению к верхней части корпуса 210 над подставкой для приемного резервуара, как показано на Фиг.35 и 36. Предпочтительно высоту расположения решетки 274 относительно головки 250 для картриджа можно регулировать для приспосабливания к различным размерам приемного резервуара. Предпочтительно, чтобы резервуар располагался как можно ближе к головке 250 для картриджа, при этом по-прежнему должна обеспечиваться возможность вставки и удаления приемного резервуара из позиции 270 выдачи, с тем, чтобы минимизировать расстояние по высоте, которое должен пройти выдаваемый напиток, прежде чем он войдет в контакт с приемным резервуаром. Это служит для минимизации распыления и расплескивания напитка и минимизации потерь захваченных воздушных пузырьков в том случае, когда они имеются. Предпочтительно приемные резервуары с высотой от 70 мм до 110 мм могут быть вставлены между решеткой 274 и головкой 250 для картриджа.
Пользовательский интерфейс 240 машины расположен на передней стороне корпуса 210 и содержит кнопку 241 пуска/останова и множество индикаторов 243-246 состояния.
Индикаторы 243-246 состояния предпочтительно включают в себя светоизлучающий диод (СИД) 243, предназначенный для индикации готовности машины 201, светоизлучающий диод 244, предназначенный для индикации сбоя в процессе работы машины 201, и один или несколько светоизлучающих диодов 245-256, предназначенных для индикации того, работает ли машина 201 в ручном или автоматическом режиме. Управление светоизлучающими диодами 243-246 может осуществляться таким образом, что они будут светить с постоянной интенсивностью, периодически мигать или делать и то и другое в зависимости от состояния машины 201. Светоизлучающие диоды 243-246 могут иметь различные цвета, включая зеленый, красный и желтый.
Кнопка 241 пуска/останова управляет началом цикла выдачи и представляет собой нажимную кнопку, приводимую в действие вручную, переключатель или аналогичное устройство.
Может быть предусмотрено устройство управления регулированием объема, чтобы дать возможность пользователю машины 201 вручную регулировать объем выдаваемого напитка без изменения остальных рабочих характеристик. Предпочтительно устройство управления регулированием объема создает возможность регулирования объема в диапазоне плюс или минус 20%. Устройство управления регулированием объема может представлять собой вращающуюся ручку, линейный ползун, цифровой индикатор с кнопками приращения и отрицательного приращения или аналогичное устройство. Более часто объем регулируется пользователем, приводящим в действие кнопку 241 пуска/останова.
На машине 201 может быть предусмотрен ручной выключатель электропитания (непоказанный). Альтернативно, управление электропитанием можно осуществлять просто посредством вставки или извлечения штепсельной вилки для электропитания из сети электропитания.
Резервуар 220 для воды расположен в задней части корпуса 210 и соединен с задней половиной 212 корпуса 210. Резервуар 220 для воды содержит в целом цилиндрический корпус 221, который может быть прямым круговым или усеченным так, как желательно по эстетическим соображениям. Резервуар содержит впускное отверстие для заполнения резервуара водой, которое закрыто при использовании снимаемой вручную крышкой 222. Ближе к нижнему концу резервуара выполнено выпускное отверстие, которое сообщается с водяным насосом 230. Резервуар 220 для воды может быть изготовлен из прозрачного или полупрозрачного материала, чтобы дать потребителю возможность видеть количество воды, остающейся в резервуаре. Альтернативно, резервуар 220 для воды может быть изготовлен из непрозрачного материала, но может быть выполнен со смотровым окном. Помимо этого или вместо вышеуказанного резервуар 220 для воды может быть оснащен датчиком низкого уровня, который предотвращает работу водяного насоса 230 и, если требуется, вызывает срабатывание сигнализирующего индикатора, такого как светоизлучающий диод, в том случае, когда уровень воды в резервуаре опустится до заданного уровня. Резервуар 220 для воды предпочтительно имеет внутреннюю емкость, составляющую приблизительно 1,5 литра.
Водяной насос 230 подсоединен в рабочем положении между резервуаром 220 для воды и водонагревателем 225, как схематично показано на Фиг.43, и управляется управляющим процессором. Насос обеспечивает максимальную подачу, составляющую 900 мл воды в минуту при максимальном давлении 2,5 бар. Предпочтительно, при нормальном использовании, давление ограничено величиной, составляющей 2 бар. Скорость потока воды через машину 201 можно регулировать посредством управляющего процессора так, что она будет составлять некоторую часть от максимальной подачи насоса, посредством прерывания цикла электропитания насоса. Предпочтительно насос может приводиться в действие при любом из значений, составляющих 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 100% от максимальной расчетной подачи. Точность объема нагнетаемой воды предпочтительно составляет + или - 5%, что приводит к ± 5%-ной точности конечного объема выданного напитка. Пригодным насосом является насос Evolution EP8, производимый компанией Ulka S.r.l. (Pavia, Италия). Датчик объемного расхода (непоказанный) предпочтительно предусмотрен в гидравлической линии или перед, или за водяным насосом 230 по ходу течения. Предпочтительно датчик объемного расхода представляет собой вращающийся датчик.
Водонагреватель 225 расположен во внутреннем пространстве корпуса 210. Нагреватель 225 имеет номинальную мощность 1550 Вт и способен нагревать воду, поступившую из водяного насоса 230, от исходной температуры, составляющей приблизительно 20°С, до рабочей температуры, составляющей приблизительно 85°С, за время, составляющее до 1 минуты. Предпочтительно выдержка времени между концом одного цикла выдачи и моментом, когда нагреватель 225 будет способен начать следующий цикл выдачи, составляет менее 10 секунд. Нагреватель поддерживает заданную температуру до ± 2°С во время цикла выдачи. Как будет рассмотрено ниже, вода для цикла выдачи может быть подана в головку 250 для картриджа при температуре 83°С или 93°С. Нагреватель 225 может обеспечить быстрое регулирование температуры подаваемой воды до или 83°С, или 93°С от номинальной температуры, составляющей 85°С. Нагреватель 225 содержит устройство для отключения при избыточной температуре, которое отключает нагреватель, если температура превысит 98°С. Вода, выходящая из нагревателя 225, подается в головку 250 для картриджа и в картридж 1 посредством трехходового клапана. Если давление потока воды является приемлемым, обеспечивается пропускание воды в картридж 1. Если давление будет ниже или выше заранее заданных пределов, то вода отводится посредством трехходового клапана в приемный резервуар 270 для возврата, выполненный в виде поддона для воды.
Воздушный компрессор 235 подсоединен в рабочем положении к головке 250 для картриджа посредством однопутевого гидрораспределителя и управляется управляющим процессором. Воздушный компрессор 235 обеспечивает максимальную скорость потока воздуха, составляющую 500 мл/мин при 1,0 бар. При использовании давление в рабочем объеме, составляющем 35 мл, повышается до 2,0 бар. Предпочтительно воздушный компрессор 235 может давать две скорости потока: высокую (или максимальную) скорость потока и низкую скорость потока.
Управляющий процессор машины 201 для приготовления напитков содержит процессорный модуль и память. Управляющий процессор соединен в рабочем положении с водонагревателем 225, водяным насосом 230, воздушным компрессором 235 и пользовательским интерфейсом 240 и управляет их работой.
Память управляющего процессора включает в себя одну или несколько переменных для одного или нескольких рабочих параметров машины 201 для приготовления напитков. В проиллюстрированном варианте осуществления рабочими параметрами являются температура воды, проходящей через картридж 1 для напитка во время рабочей стадии, скорость заполнения картриджа 1 для напитка, наличие или отсутствие стадии выдержки, общий выдаваемый объем напитка, скорость потока воды во время стадии выпуска и скорость потока на стадии продувки и продолжительность стадии продувки.
Переменные значения рабочих параметров хранятся в памяти. Картридж 1 содержит код, предусмотренный на или в картридже 1, определяющий рабочие параметры, требуемые для оптимальной выдачи напитка при данном картридже 1. Код представлен в двоичном формате и содержит множество информационных битов, соответствующих переменным, хранящимся в памяти управляющего процессора. Таблица 3 иллюстрирует то, как 13 битов информации могут быть использованы для представления необходимых переменных для рабочих параметров, описанных выше.
| Таблица 3 | ||
| Бит | Параметр | Описание |
| 0 & 1 | Температура воды | 00 = холодная 01 = теплая 10 = 83°С 11 = 93°С |
| 2 & 3 | Заполнение картриджа | 00 = быстрое заполнение с выдержкой 01 = быстрое заполнение без выдержки 10 = медленное заполнение с выдержкой 11 = медленное заполнение без выдержки |
| 4, 4, 6 & 7 | Объем напитка | 0000 = 50 мл 0001 = 60 мл 0010 = 70 мл 0011 = 80 мл 0100 = 90 мл 0101 = 100 мл 0110 = 110 мл 0111 = 130 мл 1000 = 150 мл 1001 = 170 мл 1010 = 190 мл 1011 = 210 мл 1100 = 230 мл 1101 = 250 мл 1110 = 275 мл 1111 = 300 мл |
| 8, 9 & 10 | Скорость потока | 000 = 30% 001 = 40% 010 = 50% 011 = 60% 100 = 70% 101 = 80% 110 = 90% 111 = 100% |
| 11 & 12 | Продувка | 00 = медленный поток/малая продолжительность 01 = медленный поток/большая продолжительность 10 = быстрый поток/малая продолжительность 11 = быстрый поток/большая продолжительность |
Код на или в картридже 1 обычно содержит один или несколько дополнительных информационных битов для контроля ошибок. В одном примере предусмотрен 16-битовый код. Например, при использовании переменных, приведенных в таблице 3, картридж 1, несущий код "1000100011110", будет иметь следующие рабочие параметры:
10 Температура воды 83°С
00 Быстрое заполнение с выдержкой
1000 Выдаваемый объем напитка 150 мл
111 Скорость потока равна 100%
10 Быстрая продувка потоком воздуха/малая продолжительность.
Таким образом, в отличие от машин для приготовления напитков по предшествующему уровню техники, в памяти управляющего процессора не хранятся операционные инструкции для картриджей для напитков, зависящие от типа картриджа, то есть инструкции для картриджа с кофе, инструкции для картриджа с шоколадом, инструкции для картриджа с чаем и т.д. Вместо этого в памяти управляющего процессора хранятся переменные для регулирования отдельных рабочих параметров цикла выдачи. Это обеспечивает ряд преимуществ. Во-первых, может быть реализована большая степень регулирования цикла выдачи. Например, незначительно отличающиеся рабочие параметры могут быть использованы для различных сортов или смесей кофе вместо использования одних и тех же параметров для всех типов кофе. Предшествующие решения по кодированию, базирующиеся на запоминании инструкций, определяемых типом картриджа, а не отдельными параметрами, не подходят для таких тонких различий в циклах выдачи для аналогичных типов напитков, поскольку они быстро занимают имеющийся объем памяти на носителе кода и в управляющем процессоре. Во-вторых, способ кодирования по настоящему изобретению обеспечивает возможность использования картриджей для новых типов напитков в ранее существовавших машинах для приготовления напитков даже в том случае, когда решение по рабочим параметрам для цикла выдачи для картриджа 1 для нового напитка будет принято только после продажи машины 201 для приготовления напитков. Это обусловлено тем, что управляющему процессору машины 201 для приготовления напитков не требуется распознавать, что напиток представляет собой напиток нового типа. Вместо этого рабочие параметры цикла выдачи заданы без прямой связи с типом напитка. Следовательно, способ кодирования по настоящему изобретению обеспечивает отличную обратную совместимость машины для приготовления напитков для новых типов напитков. Напротив, в случае машин по предшествующему уровню техники производитель ограничен тем, что выдача нового типа напитка может быть осуществлена при использовании одного из ранее существовавших циклов выдачи, определяемых имеющимися на рынке машинами.
Головка 250 для картриджа показана на Фиг.39-42. Держатель 251 картриджа, предусмотренный в головке 250 для картриджа, содержит неподвижную нижнюю часть 255, верхнюю часть 256, выполненную с возможностью поворота, и выполненную с возможностью поворота опору 257 для картриджа, расположенную между неподвижной нижней частью 255 и выполненной с возможностью поворота верхней частью 256. Верхняя часть 256, нижняя часть 255 и опора 257 для картриджа поворачиваются вокруг общей оси 258 шарнира. На Фиг.39-42 показан держатель 251 картриджа с некоторыми компонентами машины 201, исключенными для ясности.
Выполненная с возможностью поворота верхняя часть 256 и выполненная с возможностью поворота опора 257 для картриджа перемещаются относительно неподвижной нижней части 255 посредством зажимного механизма 280. Зажимной механизм 280 содержит зажимной рычаг, имеющий первый и второй элементы или части 281 и 282. Первая часть 281 зажимного рычага состоит из U-образной ручки, которая прикреплена с возможностью поворота к верхней части 256 посредством двух первых осей 283 поворота, по одной с каждой стороны держателя 251 картриджа.
Вторая часть зажимного рычага содержит два расположенных над линией центров рычага 282, по одному с каждой стороны держателя 251 картриджа, каждый из которых прикреплен с возможностью поворота к верхней части 256 посредством второй оси 285 поворота, расположенной на оси 258 шарнира, соединяющей верхнюю часть 256 с неподвижной нижней частью 255. Каждый расположенный над линией центров рычаг 282 представляет собой элемент с возвратно-поступательным движением, содержащий цилиндр 282а, стержень 282b и упругую втулку 282с. Цилиндр 282а имеет внутреннее отверстие и закреплен с возможностью поворота на одном конце оси 258 шарнира. Первый конец стержня 282b входит с возможностью скольжения в отверстие цилиндра 282а. Противоположный конец стержня 282b прикреплен с возможностью поворота к U-образной ручке 281 посредством третьей оси 286 поворота. Третьи оси 286 поворота не присоединены к верхней части 256 и нижней части 255 и могут свободно перемещаться относительно верхней части 256 и нижней части 255. Упругая втулка 282с установлена снаружи на стержне 282b и простирается при использовании между опорными поверхностями на цилиндре 282а и стержне 282b. Упругая втулка 282с обеспечивает адаптацию к укорачиванию расположенного над линией центров рычага 282, но вызывает смещение расположенного над линией центров рычага 282 в удлиненную конфигурацию. Таким образом, перемещение третьих осей 282 поворота к оси 258 шарнира и от оси 258 шарнира возможно за счет относительно перемещения стержней 282b в цилиндрах 282а. Упругие втулки 282с предпочтительно выполнены из силикона. Несмотря на то, что в проиллюстрированном варианте осуществления используются два расположенных над линией центров рычага 282, очевидно, что укупорочный механизм может быть сконфигурирован только с одним расположенным над линией центров рычагом 282.
U-образная ручка 281 простирается вокруг передней стороны держателя 251 картриджа и содержит два свисающих вниз крюкообразных элемента 287, по одному с каждой стороны держателя 251 картриджа, каждый из которых содержит криволинейную поверхность 288, обращенную к оси 258 шарнира. Неподвижная нижняя часть 255 держателя 251 картриджа выполнена с двумя выступающими элементами 259, или стопорами, расположенными по одному с каждой стороны нижней части 255 у переднего края 260 или рядом с передним краем 260 данной части и "выровненными" по существу относительно крюкообразных элементов 287.
Как показано на Фиг.39, U-образная ручка 281 может быть образована из цельной отформованной детали из пластика, содержащей эргономичную ручку для захвата и крюкообразные элементы 287, выполненные за одно целое с ручкой.
Опора 257 для картриджа установлена с возможностью поворота между верхней и нижней частями 255, 256 держателя 251 картриджа. Опора 257 выполнена с по существу круглым углублением 290, в которое при использовании вставлен картридж 1 для напитка. Углубление 290 имеет неровность 291 для размещения части картриджа 1 для напитка, представляющей собой ручку, при этом указанная неровность 291 также служит для предотвращения поворота картриджа 1 для напитка в держателе 251 картриджа. Опора 257 для картриджа подпружинена относительно неподвижной нижней части 255, так что в открытом положении, подобном показанному на Фиг.41, опора 257 для картриджа будет смещена с выходом ее из контакта с неподвижной нижней частью 255, так что опора 257 для картриджа выходит из контакта с прокалывающими элементами 254, 253 для образования выпускного отверстия и впускного отверстия. Опора 257 для картриджа выполнена с отверстием 292, предназначенным для вставки через него прокалывающих элементов 253, 254 для образования впускного отверстия и выпускного отверстия и головки 300 средства 252 распознавания картриджей, когда опора 257 для картриджа перемещена в закрытое положение.
Верхняя часть 256 содержит в целом круглый корпус 310, в котором расположено круглое смотровое окно 312, через которое потребитель может видеть картридж 1 для напитка во время цикла выдачи, а также визуально установить, загружен ли картридж 1 в машину 201. Смотровое окно 312 имеет чашеобразную форму с направленным вниз ободом 311. Смотровое окно 312 может перемещаться аксиально относительно корпуса 310 верхней части 255. Одно конструктивное решение, позволяющее выполнить относительное перемещение, заключается в обеспечении наличия волнистой полосовой пружины (непоказанной) или аналогичного упругого средства, такого как обрезиненное кольцо, расположенного между смотровым окном 312 и круглым корпусом 310. В альтернативной конструкции предусмотрен ряд цилиндрических винтовых пружин сжатия (непоказанных), простирающихся между смотровым окном 312 и корпусом 310. В обоих случаях упругое средство создает возможность перемещения смотрового окна 312 аксиально относительно круглого корпуса 310 в небольшой степени.
Когда держатель 251 картриджа находится в закрытом положении, смотровое окно 312 опирается на картридж 1 для напитка, поджимая его к нижней части 256. В одной конструкции обод 311 смотрового окна контактирует с фланцем 35 и опирается на фланец 35 картриджа для напитка. В то же время окно 312 контактирует с закрытой верхней частью 11 картриджа 1. В альтернативной конструкции только смотровое окно 312 контактирует с закрытой верхней частью 11 картриджа 1, и отсутствует рабочий контакт между ободом 311 и фланцем 35. Давление, действующее со стороны обода 311 на фланец 35 и/или со стороны окна 312 на закрытую верхнюю часть 11, обеспечивает создание герметичного уплотнения между картриджем 1 и держателем 251 картриджа.
Нижняя часть 255 содержит прокалывающие элементы 253, 254 для образования впускного отверстия и выпускного отверстия и головку 300 средства 252 распознавания картриджа. Прокалывающий элемент 253 для образования впускного отверстия содержит полую игольчатую трубку 260, имеющую заостренный конец 261, предназначенный для перфорирования ламината 5 картриджа 1 для напитка при использовании. Прокалывающий элемент 253 для образования впускного отверстия сообщается по текучей среде с трубой 262 для прохода воды, подобной показанной на Фиг.42, которая проходит через нижнюю часть 255, и соединен с выпускной трубой 263 водонагревателя 225. Прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия аналогичен по типу прокалывающему элементу для образования выпускного отверстия, описанному в Европейских патентах заявителя ЕР 0389141 и ЕР 0334572 и содержит цилиндр с открытым концом 264, имеющий круглое или D-образное поперечное сечение с размерами, превышающими размеры выпускного патрубка 43. Дугообразная часть 265 верхнего конца прокалывающего элемента 254 для образования выпускного отверстия выполнена зубчатой для прокалывания и в конце концов прорезания ламината картриджа 1 для напитка. Остальная часть верхнего конца обрезана в продольном направлении цилиндра, по меньшей мере, до основания зубьев 266 зубчатой части для отгибания или оттягивания прорезанного ламината 5 от выпускного отверстия перед выдачей напитка через него. Прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия прокалывает ламинат 5 снаружи выпускного патрубка 43 и, когда опора 257 для картриджа находится в закрытом положении, находится в кольцевом пространстве между выпускным патрубком 43 и наружной стенкой 42 выпускной воронки 40. Прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия отгибает прорезанный ламинат 105 в кольцевое пространство. Тем самым как прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия, так и прорезанный ламинат 105 удерживаются не на пути прохода выпускаемого напитка.
Прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия окружен бортом 254а, который выступает вверх относительно окружающих его элементов на 0,5 мм.
Предпочтительно прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия выполнен с возможностью снятия с нижней части 255 для обеспечения возможности тщательной очистки его, например, в посудомоечной машине. Съемный прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия входит в полость 267 в нижней части 255, где он установлен. Прокалывающий элемент 253 для образования впускного отверстия и/или прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия могут быть изготовлены из металла, такого как нержавеющая сталь, или из пластика. Предпочтительно обеспечивается возможность применения пластиковых разрезающих элементов за счет использования ламината 5, который можно проткнуть и прорезать неметаллическим материалом. Следовательно, прокалывающие элементы 253, 254 могут быть выполнены менее острыми, что снижает риск травмирования потребителя. Кроме того, пластиковые прокалывающие элементы не подвержены коррозии. Прокалывающий элемент 253 для образования впускного отверстия и прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия выполнены в виде одного, образующего одно целое узла, который может быть снят с нижней части 255.
При использовании верхняя часть 256 держателя 251 картриджа может перемещаться из открытого положения, в котором она ориентирована вертикально или по направлению к вертикали, как показано на Фиг.36, в закрытое положение, в котором она ориентирована по существу горизонтально и находится в контакте с неподвижной нижней частью 255 и опорой 257 для картриджа. Верхнюю часть 256 перемещают из открытого в закрытое положение посредством приведения в действие зажимного рычага. Для закрытия верхней части 256 пользователь захватывает зажимной рычаг за U-образную ручку 281 и тянет вниз. Следовательно, верхняя часть 256 будет поворачиваться, что сначала приводит к входу обода 311 смотрового окна 312 в контакт с фланцем 35 картриджа 1 для напитка в опоре 257 для картриджа и/или входу самого окна 312 в контакт с закрытой верхней частью 11 картриджа 1. Продолжающееся вращение верхней части 256 обеспечивает поворот верхней части 256 и опоры 257 для картриджа вниз для ввода в контакт с нижней частью 255. Дальнейший поворот U-образной ручки 281 заставляет U-образную ручку 281 поворачиваться относительно верхней части 256 и нижней части 255, что приводит к тому, что крюкообразные элементы 287 верхней части 256 сцепляются с выступающими элементами 259 нижней части 255, при этом криволинейная поверхность 288 скользит по выступающим элементам 259. Во время данной последней стадии поворота картридж 1 сжимается между опорой 257 для картриджа и смотровым окном 312. В результате смотровое окно 312 перемещается в аксиальном направлении относительно круглого корпуса 310 верхней части 256 против поджимающего усилия волнистой полосовой пружины или цилиндрических винтовых пружин. Это перемещение создает возможность компенсации допусков в картридже 1 для напитка и машине для приготовления напитков и гарантирует то, что величина сжимающей силы, приложенной к картриджу, будет сохраняться в пределах приемлемого диапазона. Зажимное усилие механизма, "смягченное" за счет действия волнистой полосовой пружины или цилиндрических винтовых пружин, обеспечивает давление зажима, действующее на картридж. Для конструкции, в которой опорное давление приложено как к фланцу 35, так и к закрытой верхней части 11 картриджа 1, было установлено, что необходимо давление от 130 до 280 Н. Предпочтительно сила составляет приблизительно 200 Н. Сила, составляющая менее приблизительно 130 Н, не обеспечивает надлежащего уплотнения, в то время как сила, превышающая приблизительно 280 Н, приводит к пластическому разрушению компонентов картриджа 1. Для конструкции, в которой опорное давление приложено только к закрытой верхней части 11 картриджа 1, было установлено, что требуется давление от 50 Н до 280 Н. Следует отметить, что при данной конструкции возможен более низкий уровень давления, и при этом не оказывается отрицательное воздействие на изоляцию картриджа 1. Во время закрытия головки для картриджа ламинат 5 картриджа 1 растягивается при введении его в контакт с бортом 254а, окружающим прокалывающий элемент 254 для образования выпускного отверстия, что заставляет ламинат 5 выгибаться из плоскости по мере того, как дистальный конец наружной трубки 42 цилиндрической воронки перемещается вверх на 0,5 мм относительно фланца 35. Это перемещение также гарантирует то, что большая часть сжимающей силы, приложенной к картриджу, будет действовать через центральную зону картриджа 1 через посредство несущего внутреннего элемента 3. Таким образом, в закрытом положении картридж 1 может быть зажат по окружности фланца 35 посредством обода 311 смотрового окна 312 и будет всегда прочно зажат между закрытой верхней частью 11 картриджа и наружной трубкой 42 внутреннего элемента 3 за счет контакта со смотровым окном 312 и бортом 254а. Эти сжимающие силы способствуют предотвращению выхода картриджа 1 из строя во время повышения давления, а также гарантируют то, что внутренний элемент 3 и наружный элемент 2 будут полностью вставлены друг в друга, и, следовательно, то, что все внутренние каналы и отверстия будут сохранять свои заданные размеры даже во время повышения давления внутри.
Воображаемая базовая линия может быть начерчена между первыми и вторыми осями 283, 285 поворота держателя 251 картриджа. Как можно видеть на Фиг.41, в открытом положении третьи оси 286 поворота расположены с той стороны базовой линии, которая находится ближе всего к неподвижной нижней части 255. Когда верхняя часть 256 достигает закрытого положения, третьи оси 286 поворота зажимного рычага проходят через базовую линию, соединяющую первую и вторую оси 283, 285 поворота, к той противоположной стороне линии, которая находится дальше от неподвижной нижней части 255. Следовательно, U-образная ручка 281 "проскакивает" ("snaps through") из первого устойчивого положения во второе устойчивое положение. Адаптация к указанному "проскоку" обеспечивается за счет укорачивания расположенных над центрами рычагов 282 и обусловленного этим сжатия упругих втулок 282с. Как только третьи оси 286 поворота окажутся за воображаемой базовой линией, возврат упругих втулок 282с к исходному состоянию обеспечивает продолжение перемещения третьих осей 286 поворота в сторону от воображаемой базовой линии. Таким образом, зажимной рычаг работает с двумя устойчивыми положениями за счет того, что рычаг будет устойчивым в открытом или закрытом положениях, но неустойчивым в тот момент, когда третьи оси 286 поворота находятся на воображаемой базовой линии, соединяющей первую и вторую оси 283, 285 поворота. Таким образом, "проскакивающее" действие зажимного рычага обеспечивает получение надежного механизма зажима, что приводит к четко выраженному закрытию, при котором на конечных стадиях поворота зажимного рычага "проскок" U-образной ручки 281 и вторых рычагов 284 заставляет крюкообразные элементы 287 прочно сцепляться с выступающими элементами 259. Кроме того, упругие втулки 282с создают сопротивление повторному открытию верхней части 256, поскольку требуется минимальное усилие для сжатия упругих втулок 282с в достаточной степени для того, чтобы переместить третьи оси 286 поворота назад в положение, при котором они будут выровнены относительно базовой линии, соединяющей первую и вторую оси 283, 285 поворота. Предпочтительно сцепление крюкообразных элементов 287 и выступающих элементов 259 предотвращает разделение верхней и нижней части иначе, чем посредством поворота зажимного рычага. Это полезно для предотвращения открытия головки 250 для картриджа во время работы, когда головка 250 для картриджа подвергается повышению давления изнутри.
Назначение средства 252 распознавания картриджа заключается в том, чтобы дать возможность машине 201 распознать тип картриджа 1 для напитка, который был вставлен, и отрегулировать один или несколько рабочих параметров соответствующим образом. В типовом варианте осуществления средство 252 распознавания картриджа содержит оптическое устройство для считывания штрихового кода, которое считывает напечатанный штриховой код 320, предусмотренный на ламинате 5 картриджа 1 для напитка, как показано на Фиг.45. Штриховой код 320 образован из множества штрихов контрастирующего цвета. Предпочтительно штрихи являются черными на белом фоне для максимизации контраста. Штриховой код 320 необязательно должен соответствовать опубликованному стандарту, но можно использовать стандартный формат для штриховых кодов, такой как EAN-13, UPC-A или Interleaf 2 из 5. Оптическое устройство для считывания штрихового кода содержит один или несколько светоизлучающих диодов 321 для освещения штрихового кода 320, фокусирующую линзу 322 для получения изображения штрихового кода, прибор с зарядовой связью (ПЗС) 323 для получения электрического сигнала, характеризующего полученное изображение, и вспомогательные схемы для светоизлучающих диодов и прибора с зарядовой связью. Пространство в нижней части, предназначенное для размещения оптического устройства для считывания штрихового кода, ограничено. Зеркало или зеркала 324 могут быть использованы для отражения света от светоизлучающих диодов 321 к фокусирующей линзе, которая расположена не в нижней части 255. Схематические конструкции показаны на Фиг.44а и 44b. Нижняя часть 255 содержит отверстие 326, которое имеет такой же размер, как штриховой код 320 на картридже 1 для напитка. При использовании полученные электрические сигналы декодируются посредством программного обеспечения для обработки сигналов, и результаты передаются в управляющий процессор. Программное обеспечение может обеспечить распознавание того, содержит ли ошибки считанный штриховой код. Штриховой код 320 может быть повторно отсканирован несколько раз до того, как сообщение об ошибке будет выдано потребителю. Если машина 201 не сможет считать штриховой код, потребитель может использовать картридж 1 для напитка для выдачи напитка посредством применения ручного режима работы.
Головка 250 для картриджа также включает в себя датчик присутствия картриджа, предназначенный для установления того, имеется ли картридж в держателе 251 картриджа.
Головка 250 для картриджа также включает в себя датчик блокировки, который определяет, закрыт ли держатель 251 картриджа надлежащим образом. Предпочтительно датчик блокировки содержит микропереключатель, который приводится в действие, когда держатель 251 картриджа закрыт и зафиксирован. Предпочтительно датчик присутствия картриджа и датчик блокировки соединены последовательно, так что выходной сигнал обоих датчиков должен быть достаточным, то есть картридж имеется и механизм зафиксирован до того, как можно будет начать цикл выдачи.
Опора 257 для картриджа может быть выполнена с возможностью отделения от головки 250 для картриджа для облегчения чистки. Предпочтительно микропереключатель или другое блокировочное устройство предусмотрено для предотвращения работы машины, если опора 257 для картриджа не возвращена на место.
Приведение в действие машины 201 включает в себя вставку картриджа 1 для напитка в головку 250 для картриджа, выполнение цикла выдачи, в котором напиток выдается, и удаление картриджа 1 из машины.
Функционирование машины 201 определяется программным обеспечением, введенным в управляющий процессор. Работа машины может быть описана в терминах "состояний", при этом машина 201 обычно будет находиться в определенном состоянии до тех пор, пока не произойдет некоторое событие, вызывающее изменение данного состояния, то есть операцию, называемую переходом из одного состояния в другое состояние.
Таблица 4 показывает таблицу переходов из одного состояния в другое состояние, которая иллюстрирует состояния и переходы из одного состояния в другое состояние для одного варианта осуществления машины 201 для приготовления напитков.
| Таблица 4 | |||||||
| Состояние | Описание состояния | Температура | Датчик блокировки | Переменная датчика присутствия картриджа (OK, NOK, CLR) | Индикатор уровня воды | Скорость потока воды | Пуск / Останов |
| 1 | НАГРЕВ ВОДЫ | > или = 85, переход к 2 | Закрыт: [Датчик присутствия картриджа = readpod ()] Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Неприменимо | Нет действия |
| 2 | ВОДА ГОТОВА Если время ожидания 10 мин, переход к 9 | < 85 переход к 2 | Закрыт: [Датчик присутствия картриджа = readpod ()] Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] | Датчик присутствия картриджа = OK Переход к 4 Датчик присутствия картриджа = NOK Переход к 3 | Низкий переход к 10 | Неприменимо | Нет действия |
| 3 | ГОТОВНОСТЬ К ВАРКЕ В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ | Неприменимо [температура регулируется в фоновом режиме] | Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] переход к 2 | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Неприменимо | Переход к 5 |
| 4 | АВТОМАТИЧЕСКАЯ ВАРКА ПРОДОЛЖАЕТСЯ [Состояние варки] переход к 7 | Неприменимо [температура регулируется в фоновом режиме] | Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] переход к 10 | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Нет потока переход к 10 | Вода отсутствует переход к 6 |
| 5 | ВАРКА ПРИОСТАНОВЛЕНА | Неприменимо [температура регулируется в фоновом режиме] | Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] переход к 10 | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Неприменимо | Переход к 5 |
| 6 | ГОТОВНОСТЬ К ВАРКЕ В РУЧНОМ РЕЖИМЕ | Неприменимо [температура регулируется в фоновом режиме] | Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] переход к 2 | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Неприменимо | [Вода поступает] Переход к 8 |
| 7 | ВАРКА В РУЧНОМ РЕЖИМЕ ПРОДОЛЖАЕТСЯ | Неприменимо [температура регулируется в фоновом режиме] | Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] переход к 10 | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Нет потока переход к 10 | Выпущено переход к 7 |
| 8 | ПРОДУВКА [Подача воды прекращена; воздух подается; выдержка n сек, затем переход к 9] | Неприменимо [температура регулируется в фоновом режиме] | Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] переход к 10 | Неприменимо | Нет действия | Неприменимо | Нет действия |
| 9 | ВАРКА ВЫПОЛНЕНА [продувка воздухом] [Датчик присутствия картриджа = CLR] если время ожидания 10 с, переход к 2 | Неприменимо [температура регулируется в фоновом режиме] | Открыт переход к 2 | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Неприменимо | Переход к 9 |
| 10 | РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ | Неприменимо [нагреватель выключен] | Открыт: [Датчик присутствия картриджа = CLR] Закрыт: [Датчик присутствия картриджа = readpod ()] | Неприменимо | Низкий переход к 10 | Неприменимо | Переход к 1 |
| 11 | ОШИБКА Электропитание включено / выключено Требуется чистка | Неприменимо | Неприменимо | Неприменимо | Неприменимо | Неприменимо | Неприменимо |
| 12 | НИЗКИЙ УРОВЕНЬ ВОДЫ | Низкий переход к 10 |
Нижеприведенный пример иллюстрирует цикл выдачи для иллюстрирования применения переходов из одного состояния в другое состояние посредством управляющего процессора.
Предполагается, что машина 201 исходно выключена и нет картриджа 1, вставленного в головку 250 для картриджа. При включении машины 201 управляющий процессор находится в Состоянии 1. Водонагреватель 225 включается. Как только температура достигнет 85°С, управляющий процессор переходит в Состояние 2. Если в любое время в течение пребывания в Состоянии 1 или 2 держатель 251 картриджа будет закрыт, датчик блокировки сработает для подачи сигнала управляющему процессору, указывающего, что держатель 251 картриджа закрыт надлежащим образом. В этом случае управляющий процессор опрашивает датчик присутствия картриджа посредством отправки команды "readpod". Датчик присутствия картриджа возвращает сигнал в управляющий процессор, указывающий на то, находится ли картридж на месте в держателе 251 картриджа. Если не имеется никакого картриджа, управляющий процессор переходит к Состоянию 3, в котором он остается в состоянии готовности до тех пор, пока держатель 251 картриджа не будет повторно открыт, при этом в данный момент управляющий процессор переходит обратно в Состояние 2. Если картридж имеется в Состоянии 2, то управляющий процессор переходит в Состояние 4, и работа начинается автоматически. Во время состояний 4-9 температура регулируется в фоновом режиме, чтобы она оставалась в пределах требуемой области допустимых значений заданной температуры, установленной рабочими параметрами, определяемыми штриховым кодом на картридже 1 для напитка. Как только стадия выпуска выдаваемого напитка будет завершена, в Состоянии 8 начинается продувка воздухом. Как только продувка воздухом будет завершена, рабочий цикл завершается, и машина переходит в режим ожидания в Состояние 10. Если в процессе работы возникнет ошибка, то процессор переходит в Состояние 11. Если будет обнаружен низкий уровень воды, то процессор переходит в Состояние 12.
Для вставки картриджа 1 держатель 251 картриджа открывают, как описано выше, чтобы открыть для воздействия опору 257 для картриджа. Затем картридж 1 размещают на опоре 257 для картриджа так, чтобы он входил в углубление 290, так что ручка 24 картриджа будет расположена в неровности 291. Оптический или магнитный штриховой код 320 картриджа 1 ориентируют непосредственно над отверстием 326 в опоре 257 для картриджа. Затем держатель 251 картриджа закрывают посредством приведения в действие зажимного рычага, как описано выше. Во время закрытия прокалывающие элементы 253, 254 для образования впускного отверстия и выпускного отверстия прокалывают ламинат 5 картриджа 1 для образования впускного отверстия 121 и выпускного отверстия 122 картриджа. Как описано выше, ламинат 5, прорезанный прокалывающим элементом 254 для образования выпускного отверстия, отгибается вверх в кольцевое пространство, окружающее выпускной патрубок 43. В закрытом положении держатель 251 картриджа обеспечивает зажим картриджа 1 по периметру обода 35 между опорой 257 для картриджа и верхней частью 256 и/или между окном 311 и верхней частью 11 картриджа 1 для образования герметичного уплотнения с достаточной целостностью для того, чтобы выдерживать давления, создаваемые во время цикла выдачи.
Чтобы начать рабочий цикл, потребитель приводит в действие кнопку 241 пуска/останова.
Рабочий цикл включает в себя операции распознавания картриджа и цикл выпуска.
Распознавание картриджа выполняют с помощью оптического средства 252 для распознавания картриджа, подобного описанному выше, предполагая, что выходные сигналы от датчика присутствия картриджа и датчика блокировки являются достаточными. Как только штриховой код 320 будет декодирован, управляющий процессор задает рабочие параметры машины 201. После этого автоматически начинается цикл выпуска.
Цикл выпуска имеет четыре основные стадии, не все из которых используются для всех типов напитков:
(i) Предварительное смачивание
(ii) Пауза
(iii) Варка/Перемешивание
(iv) Продувка
На стадии предварительного смачивания картридж 1 заполняют водой из резервуара 220 для хранения воды посредством водяного насоса 230. Заполнение водой вызывает смачивание ингредиентов 200 напитка в фильтровальной камере 130. Заполнение может происходить с "высокой" скоростью потока, составляющей 600 мл/мин, или "медленной" скоростью потока, составляющей 325 мл/мин. Медленная скорость заполнения особенно пригодна для картриджей, содержащей вязкие жидкие ингредиенты напитков, когда ингредиенты требуют некоторого разбавления до того, как создастся возможность их нагнетания при более высокой объемной скорости потока. Объем воды, нагнетаемой в картридж 1, выбирают так, чтобы гарантировать, что вода или напиток не будет выливаться из выпускного отверстия 122 картриджа во время данной стадии.
Стадия паузы создает возможность выдержки ингредиентов 200 напитка в воде, поданной под давлением во время стадии предварительного смачивания, в течение заранее заданного периода времени. Известно, что как стадия предварительного смачивания, так и стадия выдержки обеспечивают повышение выхода экстрагируемых веществ из ингредиентов 200 напитка и улучшение конечного вкуса напитка. Предварительное смачивание и выдержку в особенности используют, когда ингредиенты напитка представляют собой обжаренный и молотый кофе.
На стадии варки/перемешивания воду пропускают через картридж 1 для получения напитка из ингредиентов 200 напитка. Температуру воды определяют с помощью управляющего процессора, который направляет команды водонагревателю 225 на нагрев воды, проходящей из резервуара 220 для воды в головку 250 для картриджа. Вода поступает в нижнюю часть 255 держателя 251 картриджа по трубе 262 через впускной клапан и прокалывающий элемент 253 для образования впускного отверстия во впускную камеру 126 картриджа 1 для напитка. Варка и/или перемешивание и последующая выдача напитка из картриджа 1 для напитка выполняются так, как описано выше со ссылкой на варианты картриджа 1 для напитка.
Продувка воздухом включает в себя вдувание воздуха под давлением через машину для приготовления напитков и картридж 1 для напитка, чтобы гарантировать то, что весь напиток будет выдан и что проточный канал будет очищен и готов для выдачи другого напитка. Продувка воздухом не начинается немедленно при прекращении стадии варки/перемешивания, чтобы дать возможность большей части текучей среды освободить проточный канал. Это предотвращает появление неприемлемого пика внутреннего давления в момент начала продувки воздухом.
При нормальной работе пользователь вручную останавливает машину 201 посредством приведения в действие кнопки 241 пуска/останова.
После завершения рабочего цикла потребитель удаляет картридж 1, открывая держатель 251 картриджа и вручную удаляя и выбрасывая картридж. Альтернативно, машина 201 может быть снабжена механизмом автоматического выталкивания, предназначенным для удаления картриджа автоматически при открытии держателя 251 картриджа.
Время приготовления для напитков с использованием машины 201 и картриджей 1, как правило, составляет от 10 до 120 секунд, предпочтительно от 30 до 40 секунд, для обжаренного и молотого кофе, от 5 до 120 секунд, предпочтительно от 10 до 20 секунд, для шоколада и от 5 до 120 секунд, предпочтительно от 10 до 20 секунд, для молока.
Машина 201 может также предпочтительно содержать запоминающее устройство, находящееся в оперативной связи с управляющим процессором, которое хранит информацию о типе напитка, выданного пользователем. В этом случае рабочий цикл машины 201 может быть отрегулирован для следующего картриджа 1. Это особенно предпочтительно, когда два или более картриджей 1 для напитка используют последовательно для получения напитка. Например, может быть осуществлена выдача из картриджа с кофе, за которой следует использование картриджа с молоком для получения напитка "капуччино". Альтернативно, может быть использован картридж с шоколадом, за которым следует картридж с молоком для получения напитка, представляющего собой горячий шоколад со сливками. За счет использования запоминающего устройства, которое хранит информацию о первом выданном напитке, способ выдачи из второго картриджа, например, картриджа с молоком, можно изменить для получения оптимального напитка. В вышеприведенном примере молоко, выдаваемое для горячего шоколада, как правило, может быть разбавлено в меньшей степени по сравнению с молоком, добавляемым в кофе. Кроме того, молоко, выдаваемое для шоколада, может выдаваться с меньшей скоростью потока для уменьшения степени вспенивания напитка. Возможны многие комбинации картриджей и множество рабочих параметров, как очевидно для специалиста в данной области техники. Кроме того, запоминающее устройство может быть использовано для того, чтобы машина 201 могла "прогнозировать" тип напитка, который пользователь захочет выдать следующим. Например, если пользователь преимущественно пьет напиток одного типа, то машина может выдать команду водонагревателю оставаться при оптимальной температуре для напитка данного типа.
1. Укупорочный механизм для машины (201) для приготовления напитков, содержащий неподвижную нижнюю часть (255) и верхнюю часть (256), выполненную с возможностью поворота относительно нижней части, при этом верхняя часть выполнена с возможностью перемещения из открытого положения, в котором верхняя часть отсоединена от нижней части, в закрытое положение, в котором верхняя часть взаимодействует с нижней частью, причем укупорочный механизм дополнительно содержит зажимной рычаг (280), приводимый в действие для удерживания верхней части в закрытом положении, при этом зажимной рычаг содержит первый элемент (281), соединенный с возможностью поворота относительно первого пальца (283) с верхней частью (256), и второй элемент (282) с возвратно-поступательным движением, имеющий первый конец, выполненный с возможностью поворота вокруг второго пальца (285), причем конец первого элемента (281) и второй конец второго элемента (282) соединены друг с другом с возможностью поворота относительно третьего пальца (286), так что зажимной рычаг имеет первое и второе положения устойчивости, при этом при приведении в действие зажимного рычага для перемещения верхней части из открытого положения в закрытое положение зажимной рычаг перемещается из первого во второе положение устойчивости.
2. Укупорочный механизм по п.1, в котором зажимной рычаг (280) содержит, по меньшей мере, один крюкообразный элемент (287) для взаимодействия со стопором (259) на нижней части (255).
3. Укупорочный механизм по п.2, в котором в первом положении устойчивости третий палец (286) находится с первой стороны от базовой линии, соединяющей первую (283) и вторую (285) оси поворота.
4. Укупорочный механизм по п.3, в котором во втором положении устойчивости третий палец (286) находится со второй стороны от базовой линии, соединяющей первую (283) и вторую (285) оси поворота.
5. Укупорочный механизм по п.4, в котором первая сторона от базовой линии является ближайшей к неподвижной нижней части (255), и вторая сторона от базовой линии является самой дальней от неподвижной нижней части (255).
6. Укупорочный механизм по любому предшествующему пункту, в котором первый конец второго элемента (282) присоединен с возможностью поворота к нижней части (255).
7. Укупорочный элемент по п.1, в котором второй элемент с возвратно-поступательным движением содержит цилиндр (282а), стержень (282b), входящий в указанный цилиндр, и упругую втулку (282с), предназначенную для смещения указанного стержня в выдвинутое положение.
8. Укупорочный механизм по п.7, в котором деформация упругой втулки (282с) компенсирует перемещение зажимного рычага (280) из первого во второе положение устойчивости.
9. Укупорочный механизм по п.8, в котором первый элемент зажимного рычага состоит из U-образной ручки, проходящей вокруг передней стороны машины для приготовления напитков.
10. Укупорочный механизм по п.9, в котором зажимной механизм содержит два вторых элемента, по одному с каждой стороны машины для приготовления напитков.
11. Укупорочный механизм по п.10, который дополнительно содержит держатель картриджа, расположенный между нижней частью и верхней частью и выполненный с возможностью поворота относительно нижней части и верхней части.
12. Укупорочный механизм по п.11, в котором поворот верхней части по направлению к нижней части заставляет верхнюю часть входить во взаимодействие с держателем картриджа и перемещать держатель картриджа в контакт с нижней частью, и одновременно при использовании обеспечивать прокалывание картриджа, вставленного в держатель картриджа, прокалывающим средством для впускного отверстия и прокалывающим средством для выпускного отверстия, предусмотренными в нижней части.
13. Укупорочный механизм для машины (201) для приготовления напитков, содержащий нижнюю часть (255) и верхнюю часть (256), совместно образующие полость, в которой может быть размещен картридж для напитка, причем верхняя часть и нижняя часть выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга из открытого положения, в котором картридж (1) для напитка может быть вставлен в укупорочный механизм, в закрытое положение, в котором картридж для напитка прочно удерживается между верхней частью и нижней частью, при этом в закрытом положении укупорочный механизм контактирует с верхней поверхностью (11) и нижней поверхностью картриджа для напитка в центре или рядом с центром картриджа для напитка для приложения сжимающей силы, превышающей 50 Н.
14. Укупорочный механизм по п.13, в котором укупорочный механизм обеспечивает приложение сжимающей силы, превышающей 130 Н.
15. Укупорочный механизм по п.13, в котором укупорочный механизм обеспечивает приложение сжимающей силы, составляющей приблизительно 200 Н.
16. Укупорочный механизм по п.13, в котором укупорочный механизм контактирует с самой верхней поверхностью картриджа для напитка.
17. Укупорочный механизм по п.13, в котором укупорочный механизм, помимо этого, контактирует с периферийным фланцем (35) картриджа для напитка.
18. Укупорочный механизм по п.13, дополнительно содержащий упругий элемент, который контактирует, по меньшей мере, с частью верхней поверхности (11) картриджа для напитка.
19. Укупорочный механизм по п.18, в котором упругий элемент представляет собой подпружиненный элемент.
20. Укупорочный механизм по п.19, в котором подпружиненный элемент представляет собой смотровое окно (312).
21. Укупорочный механизм по п.13, в котором нижняя часть (255) содержит выступающую вверх часть (254а), которая контактирует с центральным участком нижней поверхности картриджа для напитка.
22. Укупорочный механизм по п.13, в котором нижняя часть является неподвижной, а верхняя часть выполнена с возможностью поворота относительно нижней части из открытого положения в закрытое положение.
23. Укупорочный механизм по п.22, дополнительно содержащий опору (257) для картриджа, расположенную между нижней частью и верхней частью и выполненную с возможностью поворота относительно нижней части и верхней части для размещения картриджа для напитка при использовании.
24. Укупорочный механизм для машины (201) для приготовления напитков, содержащий неподвижную нижнюю часть (255), верхнюю часть (256), выполненную с возможностью поворота относительно нижней части, и держатель (257) картриджа, расположенный между нижней частью и верхней частью и выполненный с возможностью поворота относительно нижней части и верхней части, причем нижняя часть содержит прокалывающее средство (253) впускного отверстия и прокалывающее средство (254) выпускного отверстия, предназначенные для образования соответственно впускного отверстия и выпускного отверстия, при использовании, в картридже (1), вставленном в держатель картриджа, при этом поворот верхней части по направлению к нижней части заставляет верхнюю часть входить в контакт с держателем картриджа и перемещать держатель картриджа в контакт с нижней частью, и одновременно при использовании обеспечивать прокалывание картриджа, вставленного в держатель картриджа, прокалывающим средством впускного отверстия и прокалывающим средством выпускного отверстия.
25. Укупорочный механизм по п.24, в котором верхняя часть (256) выполнена с возможностью перемещения между открытым положением для размещения картриджа в держателе картриджа и закрытым положением, в котором держатель картриджа находится в контакте с нижней частью.
26. Укупорочный механизм по п.25, в котором в открытом положении верхняя часть (256) расположена, по существу, вертикально.
27. Укупорочный механизм по п.26, в котором в закрытом положении верхняя часть (256) расположена горизонтально.
28. Укупорочный механизм по п.24, в котором держатель (257) картриджа содержит углубление (290) для размещения картриджа.
29. Укупорочный механизм по п.28, в котором углубление (290) содержит неровность (291) для предотвращения поворота картриджа, вставленного в углубление.
30. Укупорочный механизм по п.24, в котором держатель (257) картриджа смещается относительно неподвижной нижней части (255) таким образом, что в открытом положении, когда верхняя часть отсоединена от нижней части и держателя картриджа, держатель картриджа отсоединяется от нижней части.
31. Укупорочный механизм по п.30, в котором в открытом положении держатель (257) картриджа отсоединен от прокалывающего средства (253) впускного отверстия и прокалывающего средства (254) выпускного отверстия.
32. Машина (201) для приготовления напитков, предназначенная для приготовления напитка из картриджа (1), содержащего один или несколько ингредиентов напитка, содержащая первый прокалывающий элемент (253), предназначенный при использовании для образования впускного отверстия в картридже (1), вставленном в машину (201) для приготовления напитков, и второй прокалывающий элемент (254), предназначенный при использовании для образования выпускного отверстия в указанном картридже, отличающаяся тем, что первый и второй прокалывающие элементы (253, 254) выполнены в виде единого съемного узла.
33. Машина (201) для приготовления напитков по п.32, дополнительно содержащая неподвижную нижнюю часть (255) и верхнюю часть (256), выполненную с возможностью поворота относительно нижней части, при этом верхняя часть выполнена с возможностью перемещения из открытого положения, в котором верхняя часть отсоединена от нижней части для приема картриджа (1), в закрытое положение, в котором верхняя часть сцеплена с нижней частью, причем съемный узел смонтирован при использовании в неподвижной нижней части.
34. Машина (201) для приготовления напитков по п.32 или 33, в которой прокалывающий элемент (253) впускного отверстия и прокалывающий элемент (254) выпускного отверстия расположены вертикально и параллельно друг другу.
35. Машина (201) для приготовления напитков по п.34, в котором прокалывающий элемент (253) впускного отверстия и прокалывающий элемент (254) выпускного отверстия изготовлены из пластиков.
