用于饮料机的陶瓷阀单元的制作方法

本发明涉及一种用于饮料机的陶瓷阀单元。

这种陶瓷阀单元总体上是已知的，并且在us6682047中描述了一个示例。因为这种阀单元用于在饮料制备机中的不同流动路径之间分配热水或蒸汽，所以在陶瓷材料中已经发现了用于与热水或蒸汽接触的阀元件的合适材料。虽然这些材料在苛刻的环境下提供优良的耐用性并允许流体密封，但其制造和成本仍然是关键因素。

因此，本发明的目的是提出一种改进的陶瓷阀单元。因此，在更一般的意义上，本发明的目的是克服或减少现有技术的缺点中的至少一个。本发明的另一个目的是提供在组装和操作中较不麻烦且还可相对便宜地进行制造的替代方案。可替换地，本发明的目的是至少提供有用的替代形式。

为此，本发明提供了如所附权利要求中的一个或多个所限定的陶瓷阀单元。这种阀单元的制造是高效且经济的，其中所需的陶瓷元件的尺寸可被保持尽可能小。因此，不与热水或蒸汽直接接触的材料可由较便宜的材料制成，同时使用不太严苛的制造工艺。因此，在不显著增加陶瓷元件的尺寸的情况下，提供更多的阀位选择也变得经济上可行。

具体地，本发明涉及一种用于饮料制备机的陶瓷阀单元，该陶瓷阀单元包括壳体、用于接收热水的进水管并包括流出开口以及位于壳体内的第一陶瓷元件和第二陶瓷元件，第一陶瓷元件和第二陶瓷元件各自具有相互邻接的表面并且在与邻接面共面的平面中能相对移动，其中，与邻接面共面的平面在进水管和第一陶瓷元件的下游但是在第二陶瓷元件和流出开口的上游，其中，第一陶瓷元件具有至少不同尺寸的第一开口和第二开口，以用于允许液体流动通过第一陶瓷元件，其中，第二陶瓷元件仅具有与流出开口永久对准的单个液体流动开口，并且其中，第一陶瓷元件被与陶瓷不同的材料的操作臂区段接合以用于滑动移动。可选地，第一陶瓷元件能在围绕定位为超出第一陶瓷元件的边界的旋转中心的移动路径中的不同的至少第一位置和第二位置之间选择性地滑动。另外可选地，第一开口可以是用于产生射流的喷嘴。可替换地，就这一点而言，第一陶瓷元件的第二开口和第二陶瓷元件的单个液体流动开口可具有相同的尺寸。

在一个示例中，第一陶瓷元件和第二陶瓷元件可通过压缩弹簧偏压成处于相互邻接的关系。可选地，第一陶瓷元件和第二陶瓷阀元件被偏压抵靠一弹性体垫，该弹性体垫抵靠所述壳体的内侧，该弹性体垫与流出开口重合并且具有与流出开口对应的通流开口。然后可选地，当在第一陶瓷元件的移动路径的外侧具有进气通道时，该进气通道可被设置成与能移动的阀元件配合，所述该阀元件与弹性密封垫一体形成。此外

进气通道然后可接合第二陶瓷元件的下游的流出物。进气通道然后也可接合t形接头中的流出物。

在另一个示例中，第一陶瓷元件可在不同的至少三个位置之间移动，并且附加的第三位置可以是封闭位置。同样在该特定示例中，第一陶瓷元件可被设置成在不同的至少四个位置之间移动，并且附加的第四位置然后可具有与第二陶瓷元件的单个液体流动开口对准的多个喷嘴。

作为另外的选择，第一陶瓷元件在不同的至少其第一位置和第二位置之间的移动可通过电动马达实现。然后可通过编码器控制电动马达的旋转，该编码器被设置成检测至少第一位置和第二位置。当第一陶瓷元件的移动路径围绕一旋转中心时，编码器可包括编码器轮和至少一个编码器传感器。然后，作为另外的选择，编码器轮可具有围绕其外周界的等间距的多个齿，并且至少一个编码器传感器可以是定位在与间隔开的多个齿重合的感测路径中的第一传感器、第二传感器和第三传感器中的位于中间的一个。然后，第一传感器、第二传感器和第三传感器可以一间距彼此间隔开，该间距小于编码器轮上的相邻的齿之间的间距的两倍，在仅具有单个编码器传感器的情况下更精确地检测编码器轮的位置将是可能的。

在一个选择中，陶瓷阀单元可被设置成与混合室结合，该混合室与陶瓷阀单元的壳体一体形成。在该特定选择中，混合室可具有入口，该入口适于连接到用于液体饮料相关产品的定量装置的出口。然后，定量装置可以是能更换的产品供应包的一部分。

另一个选择中的陶瓷阀单元可以是饮料制备机的一部分。该饮料制备机包括混合室，该混合室具有：入口，用于接收能更换的供应包的定量器出口；饮料出口；液体供应装置，包括用于将液体[在压力下的水]供应到混合室的液体流动路径；空气供应装置，用于将空气供应到液体流动路径；驱动轴；以及根据上述示例中任一项所述的阀单元。

一种用于制备饮料消费品的系统可任选地包括：饮料制备机；以及至少一个能更换的供应包，被配置成用于保持饮料相关成分；同时，饮料制备机包括：混合室，具有饮料出口；液体供应装置，包括用于将液体[在压力下的水]供应到混合室的液体流动路径；空气供应装置，用于将空气供应到液体流动路径；以及驱动轴；同时，至少一个能更换的供应包包括用于保持饮料相关成分的容器以及具有出口的定量器，其中，定量器被设置成用于以定量的方式将饮料相关成分从容器供应到定量器的出口；同时，至少一个能更换的供应包和饮料制备机是能机械连接的，并且当连接时，定量器的出口与混合室流体连通，并且饮料制备机被设置成用于激活定量器，以将所述成分从定量器的出口供应到混合室中，同时，液体流动路径被设置成包括用于产生液体射流的第二喷嘴，所述液体射流在使用中喷入混合室中，其特征为，系统还包括集成到饮料装置中的陶瓷阀单元，所述陶瓷阀单元包括第一陶瓷元件、第二陶瓷元件和第三陶瓷元件，其中，第三陶瓷元件包括流出开口，并且第二元件包括与流出开口至少基本上对准的流入开口，并且同时，第一元件被夹在第三元件和第二元件之间，第一陶瓷元件、第二陶瓷元件和第三陶瓷元件各自具有相互邻接的表面，并且同时，第一元件在与邻接面共面的平面中能相对于第三元件和第二元件移动，其中，第一陶瓷元件包括第二喷嘴，如果喷嘴与流入开口和流出开口基本上对准，则第二喷嘴用于允许液体流动通过第一陶瓷元件，并且其中，第一陶瓷元件能在围绕超出第一陶瓷元件的边界的旋转中心的移动路径中的不同的至少第一位置和第二位置之间选择性地滑动，其中，在第一位置中，第二喷嘴与流入开口和流出开口基本上对准，使得流体射流由第二喷嘴产生并且经由出口开口喷入混合室中，并且其中，在第二位置中，第二喷嘴不与流入开口和流出开口对准，使得流体不能从入口开口流到喷嘴以产生射流。作为这种系统的另外的选择，液体流动路径可包括第一喷嘴，该第一喷嘴被设置成产生具有外部液体部分和内部空气部分的中空的液体射流。另外可选地，第一喷嘴可被设置成终止在混合室的侧壁处，并且中空射流的外部液体部分然后可在与混合室相邻的区域中接触第一喷嘴的内表面的大部分。与此相关联，第一喷嘴也可朝向混合室变窄，然后液体流动路径可包括第二喷嘴，该第二喷嘴位于第一喷嘴的上游并且被设置成用于产生基本上实心的液体射流。然后，同样在第一位置中，第一喷嘴和第二喷嘴可相对于彼此定位成使得由第二喷嘴产生的基本上实心的液体射流在冲击区域中冲击第一喷嘴的内表面，使得射流围绕第一喷嘴的内表面旋动并且形成喷入混合室中的中空的液体射流。此外或可替换地，在第一元件相对于第三元件和第二元件的第三位置中，第一喷嘴和第二喷嘴相对于彼此定位成使得由第二喷嘴产生的基本上实心的液体射流冲击与第一喷嘴至少基本上对准，使得来自第二喷嘴的实心射流沿着第一喷嘴的内表面流动，并且射流保持实心使得喷入混合室中的射流为实心射流。

从所附说明书中并参考附图将使本发明的其他有利方面变得清楚，附图中：

图1是根据本发明的陶瓷阀单元的截面的局部正视图；

图2是图1的陶瓷阀单元的局部截面的局部等距视图；

图3是图1和图2的陶瓷阀单元的壳体部分的等距视图；

图4是图3的壳体部分的示出了其内侧下游的后正视图；

图5是根据图4中表示的箭头p-p的截面；

图6是与图3至图5的壳体部分相关联的弹性密封垫；

图7a示出了处于第一端部位置的操作臂区段和相关联的编码器；

图7b示出了处于第二端部位置的图7a的操作臂和编码器；

图8示出了另一个壳体部分上的图7a和图7b的编码器；

图9是图7a、图7b和图8的编码器的细节的放大正视图；

图10是图1和图2的陶瓷阀单元的陶瓷滑动元件；

图11是替代图10的陶瓷滑动元件的另一种形式的陶瓷滑动元件的示意图；

图12是替代图10或图11的再另一陶瓷滑动元件；

图13示出了在与图1的方向相反的方向上观察的本发明的可选实施例。

在图1的局部截面中示出了陶瓷阀单元1，其包括第一壳体部分3和第二壳体部分5。第一壳体部3容纳进水管7。进水管7具有凸缘端部7a，膨胀弹簧9支承抵靠该凸缘端部，以使进水管7与陶瓷入口元件11邻接。诸如o形环13的密封环置于凸缘端部7a与入口盘11之间，以确保流体密封性。陶瓷入口元件11支承抵靠陶瓷滑动元件15。陶瓷滑动元件15被容纳在操作臂区段17的孔内以接合，从而用于滑动移动。操作臂区段17由电动马达19驱动。陶瓷滑动元件15也被弹簧加载的陶瓷入口元件11偏压成与为流出元件21的形式的另外的陶瓷元件的流体密封地接触。流出元件21支承抵靠弹性体(resilientelastomeric)的密封垫23。弹性密封垫23可方便地但非必须地由硅酮制成。流出元件21和密封垫23被容纳在第二壳体部分5的腔体(图4中的39)内。第二壳体部分5还可与混合室25关联，混合室通过入口27接收液体饮料浓缩物，并且从流出口29分配饮料。第一壳体部分3还包括进气管31。

如图2的等距局部截面中进一步所示，经由第二壳体部分5中的通道(图4中的43)的进气管31可经由t形接头33接合流动通过进水管7、入口元件11、滑动元件15、流出元件21和弹性密封垫23的水。t形接头33一体地形成在第二壳体垫5中，并且包括由进气管31和冲洗水输入部35共用的通道(图4中的43)。来自冲洗水输入部35的冲洗水和来自进气管31的空气被一体形成在弹性垫23中的阀元件37分开，如下文所述。

图3是第二壳体部分5的等距视图，并且图4是图3的第二壳体部分的后正视图。如图4中进一步所示，第二壳体部分5具有用于接收密封垫23和流出元件21的腔体或凹部39。在腔体39内的是流出开口41，当组装陶瓷阀单元1时，流出开口与进水管7对准。冲洗水输入部35经由从冲洗水输入部35延伸到t形接头33的连接通道43与流出开口41流体连通。中央轴颈(centraljournal)45设置用于枢转地接收操作臂区段17。

图5是根据图4中的线p-p的截面的正视图，并且示出了腔体39和中央轴颈45的相对位置。

在图6中示出了以弹性体形成的密封垫23，其可以是硅树脂或其它合适的材料。具体地，图6示出了一体形成的阀元件37，该阀元件可移动以允许来自进气管31的空气进入连接通道43，但该阀元件也将通过当允许冲洗水进入冲洗水输入部35和连接通道43时的冲洗水的压力自动地关闭空气入口。弹性密封垫23还配备有中央开口41a，该中央开口将与第二壳体部分5的流出开口41对准。密封垫23的周界轮廓对应于如图4所示的腔体39。流出元件21将位于密封垫23的顶部上，该流出元件具有与滑动元件15大致类似的周界轮廓，并且仅占据腔体39的下部部分。流出元件21具有与中央开口41a和流出开口41对应的中央开口，但使腔体39的与密封垫23的阀元件37对应的区域自由。图1和图2所示的陶瓷流出元件21具有如上面描述的且在图7a和7b中进一步描述的配置。

图7a和图7b分别示出了操作臂区段17的第一端部位置和第二端部位置。在图7a和图7b两者中进一步看到，操作臂具有用于保持滑动元件15的孔17a，该滑动元件在这些附图中被省略，以便在显露出后面的流出元件21。操作臂区段17被布置成围绕与中央轴颈45同心的枢转轴45a枢转。通过齿轮传动的dc马达19以已知的方式驱动枢转轴45a。为了对操作臂区段17在图7a和图7b的端部位置之间的预定位置的定位提供适当的控制，编码器轮61连接到枢转轴45a以用于与操作臂区段17同时旋转。编码器轮61具有围绕其外周界的多个等间距的齿(dent)63。当操作臂区段17和编码器轮61旋转时，等间距的齿63在三个连续的传感器65、66、67的阵列之间通过。如图8中最佳看到的，这些连续的第一传感器65、第二传感器66和第三传感器67被定位在公共电路板69上，并且可由光传感器方便地形成。公共电路板69还具有用于与饮料机的控制单元连接的电缆71。如图7b可见，编码器轮61在其前端上在其齿63中的第一个齿之前具有相对较大的间隔73。这种相对较大的间隔73与连续的传感器65、66、67组合触发并复位编码器操作。如图9中进一步所示，编码器传感器65、66、67相对于编码器轮61上的各个齿63之间的间距而间隔开，使得一个传感器(在这种情况下为第三传感器67)的光发射器和光接收器被相关的齿63完全阻塞。同时，第二传感器66处于完全发光状态，而第一传感器65处于半发光状态。第一传感器至第三传感器65、66、67的这种定位是通过将每个传感器以一间距与另一个传感器间隔开来实现的，所述间距小于编码器轮61上的相邻齿63之间的间距的两倍。

在图10中示出了陶瓷滑动元件15的第一实施例。陶瓷滑动元件15具有第一面47和第二面49。第一面47与弹簧偏压入口元件11邻接，并且第二面49邻接陶瓷流出元件21。优选地，邻接面被抛光以确保邻接面之间的适当的流体密封。在图10所示的示例中，陶瓷滑动元件15具有小喷嘴51和相对较大的非限制开口53。在喷嘴51和开口53之间是相对于流出开口41具有足够余量的封闭区域，以允许选择用于滑动元件15的封闭位置。本领域技术人员清楚的是，通过马达19使操作臂区段17成角度地旋转可选择性地将喷嘴51、封闭区域或较大的开口53中的一个定位在相对于流出开口41的轮廓位置中。当喷嘴51相对于流出开口41处于对准位置时，进入进水管7的热水将形成水射流，该水射流进入混合室25以形成发泡饮料(foamedbeverage)。当使较大的开口53进入相对于流出开口41的位置时，可获得扁平饮料(flatbeverage)，诸如不含泡沫的黑咖啡。在中间封闭位置，热水供应将完全关闭，并且热水供应可转移到安装有本陶瓷阀单元的饮料机中的另一个位置。图11示意性地示出了可替换前述示例的滑动元件的陶瓷滑动元件15a的另一示例。图11的陶瓷滑动元件15a用于四位阀。第一位置i对应于大开口53a，第二位置ii对应于封闭位置55，第三位置iii对应于第一喷嘴51a，并且第四位置iv对应于第二喷嘴51b。因为需要在位置之间具有足够的重叠余量以确保流体密封度，连续开口的边界之间的移动距离，位置i和位置ii之间的移动角度57大于位置ii和iii之间及位置iii和iv之间的成角度的移动57、58。这是为了确保大开口53a与图11中虚线所示的流出开口41的轮廓之间的足够余量62。滑动元件15a的滑动移动围绕具有半径66且中心为中央轴颈45的圆形路径64。滑动元件15a的各个位置i、ii、iii、iv由诸如图1中的19所示的电动马达控制，并且可被编程在合适的控制单元中。如图12中进一步所示，另外可能的是，在另一种四个位置示例具有多个喷嘴68与第二壳体部分5的流出开口41对准的位置。其他位置也是封闭位置、大开口53b和喷嘴51c。

阀喷嘴几何形状和较大尺寸开口的几何形状已被选择为在其轴向方向上完全且不间断地直线。这种几何形状有助于防止石灰垢颗粒的沉积或积聚。此外，已经发现，陶瓷阀选择不同喷嘴或开口的规则操作也剪切任何石灰沉积的石灰垢颗粒，使得这样形成的较小颗粒可容易地穿过喷嘴而消失。这种作用被称为“颗粒刮擦”。

阀元件37提供简单且有效的水/空气控制。

当选择陶瓷滑动元件15、15a、15b的封闭位置时，供水与流出开口41完全分开，但可在陶瓷滑动元件的第一面47上形成用于热水的返回路径。

还可想到，通过陶瓷滑动元件的特定开口或喷嘴引入清洁剂。

在本发明的另一可选实施例中，如图13所示，用于允许空气和冲洗水流入到具有水流动路径的t形接头的连接通道143设置在改型的流出元件121中。改型的流出元件121与也改型的滑动元件115和也改型的入口元件111配合。这种改型还需要改型的第一壳体部分103和改型的第二壳体部分105，而其他部件可基本上如上所述地保留。

虽然在上文中，入口元件11、111、滑动元件15、115和流出元件21、121被称为陶瓷元件，但是应当理解，其它耐磨性(诸如pom)也可用于这些部件中的一个或多个。

另外，当使用仅需要在喷嘴位置与封闭位置之间进行选择的滑动元件时，也能够在入口或流出元件中的一个中设置喷嘴孔。在该布置中，滑动元件仅需具有相对较大的开口。

因此，描述了一种用于饮料机的陶瓷阀单元(1)，其包括壳体(第一部分3、第二部分5)、用于接收热水的进水管(7)、流出开口(41)以及壳体内的第一陶瓷元件和第二陶瓷元件(陶瓷滑动元件15、流出元件21)。第一陶瓷元件和第二陶瓷元件(15、21)各自具有相互邻接的表面(包括滑动元件15的第二面49)，并且可在与邻接面共面的平面中相对移动。与邻接面(49)共面的平面在进水管(7)和第一陶瓷元件(15)的下游，但在第二陶瓷元件(21)和流出开口(41)的上游。第一陶瓷元件(15)具有至少不同尺寸的第一开口和第二开口(小喷嘴51、较大的开口53)，以用于允许液体流动通过其中。第二陶瓷元件(21)仅具有与第二壳体部分(5)中的流出开口(41)永久对准的单个液体流动开口。第一陶瓷元件(15)可在围绕超出第一陶瓷元件(15)的边界的旋转中心(围绕中央轴颈45)的移动路径中的至少第一不同位置和第二不同位置之间选择性地滑动。

因此，认为本发明的操作和构造将从前述说明书及其附图变得显而易见。为了清楚和简明的描述起见，特征在本文中被描述为相同或单独的实施例的一部分，然而，应当理解，本发明的范围可包括具有所描述的特征中的全部或一些的组合的实施例。本领域技术人员将清楚，本发明不限于本文所述的任何实施例，并且可在所附权利要求的范围内考虑的修改是可能的。另外，移动学反转被认为是固有地公开的，并且可在本发明的范围内。在权利要求中，任何附图标记不应被解释为限制权利要求。当在本说明书或所附权利要求书中使用时，术语“包含”和“包括”不应以排他性或穷举意义来解释，而应以包含的意义来解释。因此，如本文所使用的，表示为“包括”或“包含”不排除除了所列出的那些之外的其它元件、附加结构或附加动作或步骤的存在。此外，词语“一个(a)”和“一种(an)”不应被解释为限于“只有一个”，而是用于表示“至少一个”，并且不排除多个。在不背离本发明的范围的情况下，未具体或明确描述或要求保护的特征可另外包括在本发明的结构中。诸如“用于...的装置”的表达应被看作“被配置用于...的部件”或“被构造成...的构件”，并且应被解释为包括所公开的结构的等同物。“关键的”、“优选的”、“特别优选的”等的类似表达的使用并不旨在限制本发明。在结构、材料或动作被认为是必要的程度上，它们被无意义地表示。通常可在不背离由权利要求确定的本发明的范围的情况下进行本领域技术人员权限范围内的添加、删除和修改。