用于制作饮料的设备的制作方法

本发明涉及一种用于基于饮料基础材料与液体之间的相互作用来制作饮料的设备，该设备包括：用于加热液体的加热单元；用于容纳一定量的饮料基础材料的功能单元，该功能单元被定位于加热单元的出口侧以用于在设备的操作期间从加热单元接收热液体；以及被配置和布置为处于阀单元的打开位置中则允许功能单元与加热单元之间的液体连通并且处于阀单元的关闭位置中则阻止功能单元与加热单元之间的液体连通的阀单元。

背景技术：

用于制作饮料的设备的公知的示例是咖啡机。现在将在该示例的上下文中解释本发明的背景，这不应当被理解为意味着本发明限于该示例。

除了其他组件，咖啡机包括用于加热待在咖啡制作过程中使用的水的加热单元，水是从水容器或另一水源中取得的。加热单元可以以锅炉的形式提供，锅炉是用于加热固定量的水的装置，或者加热单元可以以加热块或流通式加热器的形式提供，加热块或流通式加热器是用于加热流过该装置的水的装置。此外，咖啡机配备有冲泡室，冲泡室是设备的功能单元，冲泡室被设计用于在设备的操作期间进行实际的咖啡制作过程。特别地，冲泡室被设计为容纳一定量的咖啡基础材料，这可以是填充有研磨咖啡的垫的形式、被保持在合适的容器中的一定量的新研磨咖啡的形式、或任何其他合适的形式，并且冲泡室被设计为从加热单元接收热水。在咖啡机的操作期间，水被加热到合适的温度并且随后使其在冲泡室中与一定量的咖啡基础材料相互作用，由此获得咖啡，咖啡通过其分配出口从设备分配。

为了使各种液体通过咖啡机(即，将冷水转移至加热单元)将热水从加热单元转移至冲泡室，以及将咖啡从冲泡室转移至分配出口，在设备中应用诸如泵等适当的装置。此外，在这种装置的作用的影响下，可以在冲泡室内部具有液体压力，该液体压力适于在冲泡室中实现适当的咖啡制作过程，从而产生具有良好质量和味道的咖啡。

为了防止咖啡从冲泡室回流到加热单元，在冲泡室与加热单元之间的位置处设置阀单元。阀单元被配置和布置为处于打开位置中则允许冲泡室与加热单元之间的液体连通并且处于关闭位置中则阻止冲泡室与加热单元之间的液体连通。此外，在咖啡机包括锅炉或加热块形式的加热单元的情况下，阀单元具有在加热过程期间将水保持在加热单元内部的功能。

在咖啡机领域中，通常已知位于冲泡室与加热单元之间的阀单元包括例如球阀或提升阀。不管阀单元的具体类型如何，与阀单元相关联的问题是发生石灰石的粘附。石灰石的量最终可能很大，使得阀单元不能再按预期运行。除此之外，石灰石在阀单元的元件上的沉积可能导致元件粘附，因此将阀单元从关闭位置放置到打开位置需要比预见的更大的力，其中甚至可以使得力过高而无法在咖啡机内部实现，在这种情况下，阀单元保持处于关闭位置。

us2006/207432a1公开了一种饮料制作机，该饮料制作机具有阀结构，该阀结构适于阻止水从锅炉返回到储水器，并且该阀结构还包括被连接以用于水流出到冲泡单元的排出口。排水通道从锅炉经由阀结构延伸到冲泡单元。阀结构是集成阀结构，其中回流控制阀与排放控制阀集成，排放控制阀包括膜，并且回流控制阀形成排放控制阀的膜的一部分。

de8900220u1公开了一种用于阻止/打开液体通道或允许液体混合的阀或混合设备，其包括阀柱塞和阀壳体。用于液体的入口通道和出口通道存在于阀壳体中。此外，阀座位于阀壳体中，其中弹性膜被布置在阀柱塞与阀座之间。

de202006015652u1公开了一种用于咖啡机的冲泡单元。热水管道被连接到冲泡单元的热水连接区域，其中入口阀和用于关闭入口阀的构件被布置在热水连接区域中。入口阀是膜阀，其包括被布置在入口阀的壳体中的膜，以及用于关闭入口阀的构件是作用于膜的柱塞。

技术实现要素：

本发明的目的是减轻所提到的问题，特别是提供一种除了通常已知的另一种设计的阀单元，其明显不易于钙化。鉴于此，本发明提供了一种如在开头段落中所定义的设备(即一种用于基于饮料基础材料与液体之间的相互作用来制作饮料的设备)，该设备包括：用于加热液体的加热单元；用于容纳一定量的饮料基础材料的功能单元，功能单元被定位于加热单元的出口侧，以用于在设备的操作期间从加热单元接收热液体；以及被配置和布置为处于打开位置中则允许功能单元与加热单元之间的液体连通、并且处于关闭位置中则阻止功能单元与加热单元之间的液体连通的阀单元，其中阀单元具有如下设计：根据该设计，阀单元包括膜和偏置构件，该膜被定位于功能单元的入口和加热单元的出口的接合部，以及偏置构件用于将膜朝向用于实现阀单元的关闭位置的位置的偏置，其中功能单元的入口被配置和布置为朝向膜的中央部分是打开的，并且其中加热单元的出口被配置和布置为朝向包围中央部分的膜的环形部分是打开的。

在功能单元与加热单元之间的位置处使用包括膜的阀单元的选择不仅是任意的，而且具有一些令人惊讶的优点，如现在将要解释的。改变这种类型的阀单元(其在下文中也称为膜阀)的位置涉及使膜移动和弯曲。膜阀的这种通常特征似乎对防止其钙化具有有益的影响。此外，通过具有膜阀，似乎可以满足各种要求，包括：1)具有保证灌注，即在首次使用设备时填充加热单元，为此，需要实现阀单元的一定开启压力，2)通过具有足够高的接触压力而避免液体从功能单元被吸回到加热单元，3)实际上不易受到在阀元件之间的粘附现象的影响，阀元件应当能够在相应的相互接触与不接触的位置之间移动，以及4)实际上不易受钙化影响。例如，已知提升阀不能满足所有要求。此外，在湿/干接合部使用的提升阀需要径向密封并且因此具有内部摩擦，而膜阀不依赖于膜的变形，因此阀单元的性质的扩展仅与偏置构件的公差有关。

根据本发明的一个见解，可以以两种不同的方式使用膜阀，即，膜阀的入口与膜的中央部分相关联，以及膜阀的出口与膜的包围中央部分的环形部分相关联，或者膜阀的入口与膜的环形部分相关联，以及膜的出口与膜的中央部分相关联。为了清楚起见，下面，第一种方式在下文中将被称为常规方式，而第二种方式将被称为反向方式。在根据本发明的设备中，以反向方式使用膜阀意指其中入口朝向膜的中央部分是打开的功能单元的入口的配置和布置、以及其中出口朝向膜的包围中央部分的环形部分是打开的加热单元的出口的配置和布置。在膜阀的这种反向使用中，总膜面积的较大部分用于打开膜阀以抵抗偏置构件的作用，这意指为了符合膜阀的开启压力的给定值，与其中偏置构件需要更弱以避免开启压力过高的常规的配置和布置相比，可以使用更强的偏置构件。使用更强的偏置构件的优点在于，假定接触线或接触区域的尺寸相同，可以实现更高的接触压力，并且当膜阀从打开位置被放置到关闭位置时，显然可以获得对石灰石沉积的破碎效果。基于这些事实，在诸如咖啡机等饮料制作机的功能单元与加热单元之间的位置处以反向方式使用膜阀似乎是非常有利的，这是本领域未知的见解，并且仅在本发明的上下文中找到。

在根据本发明的设备的实际实施例中，膜被配置和布置为覆盖设备的本体元件的表面，该表面在与功能单元的入口和加热单元的出口相关联的位置处设置有阻断件。因此，阀单元可以被设计成使得偏置构件被布置成用于作用于膜的一侧，而与功能单元的入口和加热单元的出口相关联的表面阻断件分别地存在于膜的另一侧。偏置构件可以是用于在表面的方向上按压膜的任何合适类型的构件，并且可以包括弹簧加载的活塞，该活塞具有例如专门被设计成用于接触膜的一侧的头部。优选地，表面是加热单元或功能单元的表面，从而可以最小化热损失并且可以维持设计的紧凑性。为了使阀单元在关闭位置在功能单元的入口与加热单元的出口之间适当地实现密封功能，有利的是，偏置构件被布置和配置为将膜压靠在如存在于与功能单元的入口相关联的阻断件和与加热单元的出口相关联的阻断件之间的表面的至少一部分上。

如前所述，有利的是具有其中入口朝向膜的中央部分是打开的功能单元的入口的配置和布置，以及其中出口朝向膜的包围中央部分的环形部分是打开的加热单元的出口的配置和布置。鉴于此，有利的是，表面设置有由环形凹槽包围的居中布置的孔，居中布置的孔与功能单元的入口相关联，并且环形凹槽与加热单元的出口相关联。环形凹槽不一定需要具有完整环的形状并且可以仅被设计为环形段，但是考虑到实现跨膜的均匀载荷分布，具有完整的环形形状是非常实用的。

通过最小化这两个元件之间的接触的面积，可以防止膜与表面之间的粘附效应。为此，可以使膜和表面中的至少一个设置有至少一个环形波纹，以用于在阀单元的关闭位置实现沿着膜与表面之间的线的接触。

膜可以以任何合适的方式被保持在设备中。例如，膜可以设置有加厚的周边边缘，从而允许将其中膜在周边边缘的位置处被保持在设备中的布置。特别地，周边边缘可以被夹在设备的两个彼此相对的元件之间，其中这些元件之一可以是如前所述的本体元件，即具有膜待被压靠在其上以关闭阀单元的表面的本体元件。

在本发明的框架内，该设备的一个实施例是可行的，其中该设备包括可控制以用于通过机械地作用于膜来将阀单元从关闭位置放置到打开位置的元件。这种元件可以是例如被平行地布置以用于机械地打开阀单元的杠杆，这出于起动原因可能是有益的。

参考以下对用于基于饮料基础材料与液体之间的相互作用来制作饮料的设备、特别是咖啡机(包括被设计为膜阀的阀单元)的实施例的详细描述，本发明的上述和其他方面将变得很清楚并且得以阐明。

附图说明

现在将参考附图更详细地解释本发明，其中相同或相似的部分由相同的附图标记表示，并且其中：

图1示意性地示出了根据本发明的咖啡机的基本设置；

图2示意性地示出了如应用于咖啡机的膜阀的基本设置；以及

图3示意性地示出了咖啡机的一部分、特别是其中包含有膜阀的一部分的截面图。

具体实施方式

现在将在咖啡机1的背景中解释本发明，该咖啡机1不会改变本发明适用于基于饮料基础材料与液体之间的相互作用来制作饮料的其他类型的设备的事实，并且以下说明也适用于其他类型。

图1示意性地示出了根据本发明的咖啡机1的基本设置。一般地，咖啡机是一种适合于基于热水和一定量的咖啡基础材料来制作咖啡的设备，其中咖啡基础材料在大多数实际情况下作为研磨咖啡粉提供。研磨咖啡可以被供应到用于接收和容纳研磨咖啡的咖啡机1的杯状元件(未示出)，但是也可以进入咖啡垫(未示出)或将被放置在咖啡机1中的适当位置的其他外壳中。除了咖啡机1的多个组件，图1还示出了容器100，诸如用于从咖啡机1接收咖啡的杯子。

咖啡机1包括用于容纳水的储水器20、用于向水供热的加热块30、用于将水从储水器20泵送到加热块30以及进一步泵送到加热块30下游的泵40、以及其中应当在咖啡机1的操作期间进行实际的咖啡制作过程的功能单元。咖啡机1的功能单元被称为冲泡室50。特别地，冲泡室50被设计成用于容纳一定量的研磨咖啡，并且被配置和布置成用于从加热块30接收热水。如果咖啡机1适合用于处理咖啡垫，则冲泡室50可以由用户打开和关闭是实用的。有利地，在这种情况下，冲泡室50在关闭位置被适当地密封，以避免在咖啡制作过程中的压力损失。

应当注意，咖啡机1可以包括用于加热水的任何合适类型的加热单元，并且加热单元不一定需要是加热块30。鉴于此，本发明的本示例的描述是不仅仅适用于包括加热块30的饮料制作机，而是也与包括另一种类型的加热单元的饮料制作机相关。还应当注意，在本发明的框架内，可以向加热单元供应任何类型的水。因此，根据本发明的设备不必包括储水器20，并且本发明的本示例的描述在供水备选方案的上下文中同样适用。此外，本发明不限于任何类型的饮料基础材料和/或液体，并且因此本发明的本示例的描述不限于作为饮料基础材料的示例的研磨咖啡，也不限于作为待在饮料制作过程中使用的液体的示例的水。

在加热块30的出口31与冲泡室50的入口51之间布置有阀单元60，阀单元60被设计成用于当泵40运行时允许液体从加热块30流到冲泡室50，并且当泵40被关断时防止从冲泡室50回流到加热块30。阀单元60的细节将在后面参考图2和图3进行说明。

各种组件20、30、40、50、60通过诸如管或软管等用于输送水的导管21、22、23互连。如在储水器20下游的方向所见，第一导管21在储水器20与泵40之间延伸，第二导管22在泵40与阀单元60之间延伸，穿过加热块30，并且第三导管23在阀单元60与冲泡室50之间延伸。为了控制咖啡机1以便在操作期间实现适当的咖啡制作过程，咖啡机1配备有控制器70，控制器70用于控制泵40的操作，如通过图1中从控制器70延伸到泵40的虚线箭头所示，以及用于执行其他合适的控制任务。例如，咖啡机1可以设置有检查储水器20中的水位并且在水位过低或储水器20完全为空的情况下向用户提供指示的功能，在这种情况下，该功能可以通过使用控制器70结合合适的感测装置和合适的指示装置来实现。在一般意义上，控制器70适合用于保证咖啡机1的正确操作，遵循用于激活和停用泵40的算法，并且还遵循用于实现设备的附加(安全)功能的算法。咖啡机1可以配备有用于将由用户提供的输入传送到控制器70的用户界面。

当用户希望通过使用咖啡机1来制作一杯咖啡时，启动咖啡机1的操作。除了其他操作，咖啡机1的操作还包括激活加热块30和泵40，使得水可以被输送通过加热块30并且被加热。阀单元60朝向阀单元60的关闭位置而被偏置，并且泵40在其操作期间所施加的压力也被用于将阀单元60置于其打开位置，处于打开位置的阀单元60能够允许热水从加热块30流到冲泡室50。在冲泡室50中，使热水在一定压力下与一定量的研磨咖啡相互作用。最后，所获得的咖啡通过其分配出口52从咖啡机1中分配。当泵40被停用时，压力被释放，并且阀单元60返回到关闭位置，从而不能发生咖啡从冲泡室50到加热块30的回流。在咖啡机1的操作期间通过咖啡机1的液体的正常/期望方向通过图1中的箭头指示。

在一般意义上，咖啡机1类似于已知的咖啡机，其包括类似的组件，例如储水器20、加热块30、泵40、冲泡室50、阀单元60和控制器70。如现在将要解释的，本发明特别适用于阀单元60的设计，根据本发明的咖啡机1的阀单元60属于如下类型：其包括膜61和偏置构件62，偏置构件62用于将膜61朝向用于实现阀单元60的关闭位置的位置偏置。因此，根据本发明，如位于加热块30的出口31与冲泡室50的入口51之间的阀单元60是膜阀。图2用于说明如咖啡机1中所应用的这种类型的阀单元(也称为膜阀)的细节。图3示意性地示出了咖啡机1的一部分的横截面，特别是其中包含阀单元60的部分，其中图示了阀单元60的打开位置和关闭位置以及与这两个位置相关联的膜61的不同外观。

在如图2和图3所示的阀单元60的配置和布置中，膜61的一侧61a面向偏置构件62，而膜61的另一侧61b面向咖啡机1的本体元件11的膜接触表面10，该表面10在与冲泡室50的入口51和加热块30的出口31相关联的位置处被阻断件。

在所示的示例中，偏置构件62包括活塞63和螺旋弹簧64的组合，螺旋弹簧64包围活塞63并且作用于活塞63，以用于在膜61和膜接触表面10的方向上偏置活塞63。活塞63具有头部65，头部65的尺寸被设计为覆盖膜61的大部分，由此获得横跨膜61的有利的偏置力分布。在所示的示例中，弹簧64在活塞63的头部65与咖啡机1的本体元件13的支撑表面12之间延伸。

在本发明的框架内，阀单元60的偏置构件62可以包括：用于接触膜61的任何合适的接触装置、以及用于在膜61和膜接触表面10的方向上偏置接触装置从而将膜61朝向表面10偏置的任何合适的偏置装置。本发明的本示例的描述在偏置构件62的备选实施例的上下文中同样适用。

有利地，膜61包括柔性/可变形材料，诸如橡胶材料或硅树脂。膜61可以以任何合适的方式被保持在咖啡机1中。在图3中，示出了在膜61上具有加厚的周边边缘66并且将周边边缘66夹在咖啡机1的两个主体部分11、13之间的选项。

在所示的示例中，膜接触表面10设置有由环形凹槽15包围的居中布置的孔14，由此形成如前所述的表面10的间断外观，居中布置的孔14与冲泡室50的入口51相关联，并且环形凹槽15与加热块30的出口31相关联。以这种方式，实现了冲泡室50的入口51朝向膜61的中央部分53(即膜61的面向膜接触表面10中的居中布置的孔14的部分53)是打开的，并且加热块30的出口31朝向膜61的环形部分32(即膜61的面向膜接触表面10中的环形凹槽15的部分32)是打开的。在如图2所图示的阀单元60的关闭位置，膜61被压靠在如存在于环形凹槽15与居中布置的孔14之间的膜接触表面10上，这在所示示例中构成环形接触表面部分。相反，在打开位置，在膜61与环形接触表面部分之间存在空间，从而使得能够在膜接触表面10中的居中布置的孔14与环形凹槽15之间进行液体连通(即在冲泡室50与加热块30之间进行液体连通)。

膜61具有基本上圆形的周边是实用的。此外，膜接触表面10中的居中布置的孔14也具有圆形周边是实用的，并且膜接触表面10和环形接触表面部分中的环形凹槽15也具有圆形外观是实用的。然而，本发明决不限于这些可选的设计特征。

优选地，为了防止膜61粘附在膜接触表面10上，并且从而即使在阀单元60实际上应当被置于打开位置的情况下也将阀单元60保持在关闭位置，采取措施是确保膜61和膜接触表面10在阀单元60的关闭位置中沿着线彼此接触。换言之，采取措施是使膜61与膜接触表面10之间的接触面积最小化。在这方面，应当注意，图2图示了在膜接触表面10上具有环形波纹16的选项，环形波纹16在其顶侧仅具有相对非常小的宽度，并且类似地，图3图示了在膜61上具有环形波纹67的选项，环形波纹67在其顶侧仅具有相对非常小的宽度。

现在将解释阀单元60在咖啡机1中起作用的方式的一些普通方面。当咖啡机1处于非活动状态时，阀单元60处于关闭位置，因为在这种情况下没有压力作用于膜61，因此膜61在偏置构件62的影响下压靠在环形接触表面部分上。因此，当咖啡机1处于非活动状态时，冲泡室50与加热块30之间的液体连通被阻止。当咖啡机1被操作时，泵40被激活，结果压力开始在水中积聚。结果，增加的压力被施加在膜61的环形部分32上。当由在膜61的一侧61b在膜61上的水施加的压力足够高以抵消由在膜61的另一侧61a在膜61上的偏置构件62施加的压力时，膜61被变形到膜61与环形接触表面部分之间的接触损失的程度。因此，此时，允许水通过阀单元60并且从加热块30流到冲泡室50。当泵送动作被停止并且由水从面对膜接触表面10的侧面61b在膜61上施加的压力由此减小时，获得如下情况：其中压力变得很低，使得阀单元60在偏置构件62的作用下返回到关闭位置，其中膜61被变形并且被定位成使得再次接触环形接触表面部分，从而阻止冲泡室50与加热块30之间的液体连通。以这种方式，有效地防止了咖啡从冲泡室50回流到加热块30。

在咖啡机1的上下文中，重要的是具有旨在防止钙化的措施。为此，选择咖啡机1的各种组件的尺寸以使其足够大以避免在石灰石沉积的影响下的阻水效果是有益的。鉴于此，关于阀单元60，实际上膜接触表面10中的居中布置的孔14的直径大于2-2.5mm。例如，所提到的直径可以是3mm。膜61的行程可以被选择为1mm或稍高的值。这里提到的尺寸的这一事实不应当被理解为对保护范围产生限制作用；这些尺寸仅用于说明目的。

如上所述使用阀单元60的优点包括具有偏置构件62的可能性，该偏置构件62足够强以在阀单元60在从打开位置被放置到关闭位置时在阀单元60中可能存在的任何石灰石上引起破碎效果，并且还实现了相对较高的接触压力，使得阀单元60在关闭位置真正防漏，以及在关闭位置的膜61与膜接触表面10之间具有最小接触面积的可能性，从而防止了粘附效应。在如前所述的阀单元60的配置中，偏压构件62可以是相对坚固的，而不会导致阀单元60的开启压力的不切实际的增加，因为解决了当适当地将阀单元60从关闭位置放置到被打开的位置时膜61的相对大的环形部分32的问题。

本领域技术人员将清楚，本发明的范围不限于前面所讨论的示例，而是可以在不脱离在所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下对其进行若干修改和改进。本发明旨在被解释为包括所有这些修改和变化，只要它们落入权利要求或其等同物的范围内。虽然已经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述仅被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。附图是示意性的，其中可以省略对理解本发明不需要的细节，并且不一定按比例。

通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实现所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括(comprising)”不排除其他步骤或元件，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制本发明的范围。

除非另外明确说明，否则针对特定实施例讨论或与特定实施例相关的元件和方面可以适当地与其他实施例的元件和方面组合。因此，在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

本领域技术人员将理解本文中使用的术语“包括(comprise)”，其涵盖术语“由......组成(consistof)”。因此，术语“包括(comprise)”可以关于实施例意指“由......组成(consistof)”，但在另一实施例中可以意指“至少包含/包括所定义的种类并且可选地包含/包括一种或多种其他种类”。