具有基于提取头部框架结构的变形进行控制的饮料制备机器和基于所述变形控制该机器的方法与流程

本发明涉及食品或饮料制备机器，尤其是家用器具。本发明更具体地涉及诸如液体食品制备机器的饮料制备机器，例如在包封封装或胶囊中使用任何预先分份的饮料配料的咖啡制备机器。此类机器允许消费者在家制备给定类型的饮料，例如基于咖啡的饮料，例如浓缩咖啡。尽管下文中参考使用胶囊的咖啡机器的示例对本发明进行一般性描述，但是应当理解，本发明涉及任何饮料制备机器。具体地，“饮料”旨在包括任何液体食品，诸如茶、咖啡、热或冷巧克力、奶、汤、幼儿食品或通过容纳在胶囊内的对应的预先分份的“配料”获得的类似物。“胶囊”旨在包括包封封装内尤其是气密封装内的任一种预先分份的饮料配料，该包封封装为任意材质，例如，塑料封装、铝封装、可回收封装和/或可生物降解封装，并且可以是任意形状和结构，包括容纳配料的软质馕包、垫包或小袋或刚性料盒。

背景技术：

1、上述饮料制备机器使用容纳待提取或待溶解的配料(例如研磨咖啡)的胶囊。

2、所述胶囊通常与适于其使用的饮料机器一起使用。此类机器通常设置有用于储存和调节(通常加热，但也冷却)液体(通常为水)、将经调节(例如加热)的流体(优选为水)引入胶囊中以产生饮料、以及将饮料分配到容器中以供消费的装置。胶囊放置于机器的机器提取头部(或简称为“机器头部”)的冲泡腔室中，饮料从该冲泡腔室中释放。

3、饮料可通过将胶囊插入饮料机器头来制备。该机器提取头部包括用于容纳所述胶囊的容座或腔体(“冲泡腔室”)、以及用于将流体(例如水)在压力下注入到胶囊中的流体注入系统。例如为了制备咖啡饮料而在压力下注入胶囊中的水通常是热的，也就是说处于高于70℃的温度。然而，在一些特定情形下，也可处于环境温度或甚至是冷水。在胶囊容纳物的提取和/或溶解期间，冲泡腔室内部的压力在用于溶解产品时通常为约1巴至约8巴，而在用于提取烘焙并且研磨的咖啡时为约2巴至约12巴。

4、在一些实施方案中，冲泡腔室部分地由通常被称为“胶囊保持器”的胶囊容座限定。用于保持胶囊的胶囊保持器旨在要插入机器的对应腔体中以及从机器的对应腔体中完全移除。当胶囊保持器装载有胶囊并以功能性方式插入机器内时，机器的注水装置可与胶囊形成流体连接，以向其中注入水来制备食品或饮料。

5、在其它实施方案中，冲泡腔室由机器的两个部分限定，一个部分是固定部件而另一部分是可移动部件，这两个部分彼此相对地移动(诸如抽屉)以便允许胶囊插入机器中。在该“抽屉打开”构型中，上述部件中的一个部件的运动通常通过驱动装置获得，诸如由使用者致动的杆或包括与齿轮协作的电动机的驱动装置，该齿轮功能性地连接到可移动部件。在这种情况下，“胶囊保持器”不能从机器提取头部分离，但是这两个部分可以相对地移动到抽屉打开位置以将胶囊插入它们之间；随后，它们被关闭以便将胶囊保持在冲泡腔室内部并且允许饮料的制备。

6、在这两种情况下，冲泡腔室包括能够彼此相对移动的至少两个腔室部分，并且其中该部分中的一个部分设置有流体注入装置以将流体注入胶囊中。通常，此类注入装置是注射针。

7、在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的容纳物的原理为已知的，并且通常包括将胶囊插入机器的冲泡腔室或容座中，一般在利用注射针(注入装置)刺穿胶囊的面之后将一定量的加压水注入到胶囊中，使得在胶囊内部产生加压环境以提取物质或溶解该物质，并且然后将所提取的物质或所溶解的物质穿过胶囊释放出来。

8、将所释放的物质倒入放置于机器头部下面并且通常由杯子托盘支撑的杯子或马克杯中。

9、该机器通常还包括流体箱--在大部分情况下该流体为水，但也可以是奶--用于存储用于在压力下溶解和/或提取被容纳在胶囊内的一种或多种配料的流体。该机器通常还包括能够将在其中使用的水加热至工作温度(传统上为高达80℃-90℃的温度)的加热元件，诸如热水器或热交换器。在一些情况下，流体可在室温下使用或通过合适的冷却装置冷却。所有加热或冷却流体的装置都被认为是流体调节装置。

10、最后，该机器包括用于将水从水箱任选地通过加热元件循环到胶囊的泵元件。水在机器内循环的路径可例如通过选择阀装置来进行选择，该选择阀装置为诸如例如蠕动阀。

11、在一些情况下，机器直接连接到输水网络的自来水。

12、现有技术包括用于控制如上所述的饮料制备机器的功能状态或操作状态的许多装置和方法。操作状态包括例如：机器开启；通过例如夹紧装置(诸如由使用者致动的杠杆)来闭合或打开冲泡腔室；在胶囊内的流体注入或流体特征(诸如其温度或压力)的控制。还已知的是用于检测插入到冲泡腔室中的胶囊的类型(即包含在胶囊内的配料)的装置和方法。

13、例如，同一申请人名下的ep2888182公开了一种用于食品制备机器的胶囊，该胶囊具有允许其被机器识别的特定特征，以便为待从所述胶囊制备出的食品产品选择合适的制备参数(水温、或水压或待注入胶囊中的水的体积)。该现有文献还公开了一种用于食品制备的机器，该机器适于与所述胶囊一起使用并且能够以正确的参数自动地处理所检测到的胶囊。

14、根据ep2888182，胶囊包括至少一个弹性部分，当所述胶囊被插入机器腔体中时，和/或当所述腔体被封闭时，该至少一个弹性部分是可变形的；该至少一个弹性部分被构造成在其变形时向食品制备机器施加反作用力，该反作用力可由压力传感器测量，该至少一个弹性部分具有与容纳在胶囊内的配料相关的预定弹性变形特性。

15、这样，所述反作用力对应于胶囊内的预定配料，基于该预定配料选择至少一个机器操作数据。因此，基于胶囊弹性部分的弹性变形特性，所述至少一个机器操作数据可被编码在胶囊结构内。

16、该现有文献还教导了一种食品制备系统，该食品制备系统包括上述胶囊和适于与该胶囊协作的食品制备机器。该机器包括用于接收胶囊的腔体，使得可以通过将流体注入到所述胶囊中而在胶囊中制备食品产品。该腔体包括压敏部分，该压敏部分适于与胶囊可弹性变形部分协作以将操作数据从所述胶囊传输到所述机器，所述数据是胶囊的所述弹性部分的弹性变形特性的函数。这样，机器操作数据可被适于插入到机器中的特定胶囊，即，适于容纳在胶囊内的配料。

17、现有文献规定了措词“可变形弹性部分”、“变形特性”和“操作数据”的含义。

18、事实上，根据现有技术，胶囊的“至少一个可变形弹性部分”是指胶囊的至少一个部分具有一定形状或由某种材料制成，使得在向其施加一定负荷时该部分在机械上可变形，无论是弹性变形或是塑性变形。胶囊的至少一部分的这种机械变形是在胶囊被插入到机器腔室中时和/或在机器腔室被封闭以在功能上包围所述胶囊时，由机器施加到胶囊上的机械负荷所导致的。

19、在ep2888182的说明书中描述了所述胶囊可变形弹性部分的几个实施方案：其可包括从胶囊的顶部边缘向外延伸的舌状物，或胶囊的顶部膜的可变形区域，该可变形区域包括狭缝或销状突起，或添加到胶囊主体的弯曲突起或环。在任何情况下，根据该现有发明，容纳特定产品的每种胶囊必须具有其自己的弹性部分以被机器检测到。

20、在前述现有文献中已经明确说明，所谓“变形特性”是指每个对象--即，胶囊的可弹性变形部分--具有取决于其形状和制作材料的特定材料性能。根据每个对象的材料类型、尺寸和几何形状，以及所施加的力，可得到各种不同类型的变形。

21、最后，ep2888182明确指出，措词“操作数据”，是指在功能上与操作机器相关的任何数据，即可以由机器电子器件使用以设定饮料制备参数的任何数据，例如在机器电子板中针对要用特定胶囊制备的特定产品(例如咖啡)编程的水温，使得所述电子板致动热水器以将水加热到特定对应温度。应当指出的是，在食品或饮料制备机器中，用于与前体配料混合以制备最终食品或饮料产品的水的温度通常在4℃至100℃的范围内，优选地在12℃至85℃的范围内。然而，市场上的大多数饮料制备机器使用两种不同的温度，这取决于待生产的饮料的类型。在这种情况下，对应于水温的机器操作数据可具有值“热”或“冷”，取决于所泡制的饮料类型(此类值当然作为数字值被编码在机器电子程序中)。

22、虽然上述引用的现有文献教导了一种改进且简化的装置，以利用食品或饮料机器从胶囊自动制备饮料或食品，但是已知的解决方案要求容纳不同产品(例如咖啡或茶)的胶囊必须在出产时具备其自身的可变形弹性部分，以便由机器的压力传感器正确地检测。这种情况的结果是生产成本升高，因此消费者购买胶囊的成本也更高。

23、此外，如果上述可变形弹性部分被损坏，则胶囊不能被可靠地处理或根本不能被处理。这对于用户来说可能是另一个问题。

24、因此，需要一种真正完全自动的饮料制备机器，并且其中其操作不依赖于特定形状的胶囊。

25、还需要一种以全自动方式控制所述机器的操作而不依赖于插入到机器中的特定胶囊的方法。

26、一般来讲，需要一种饮料制备机器，其除了检测胶囊的类型之外或者独立于该检测，能够以简单且自动的方式、即以不需要用户介入的方式，在其操作状态或功能状态中的一个或多个状态中被控制，所述控制以成本有效的方式获得。

技术实现思路

1、上述的一个目的通过根据独立权利要求所述的饮料制备机器来实现。

2、本发明的目的通过根据权利要求1所述的饮料制备机器以及根据权利要求10所述的方法来实现。

3、在第一方面，提供了一种用于从容纳在胶囊中的食品物质制备饮料的饮料制备机器，所述机器包括：

4、-适于容纳胶囊的冲泡腔室，所述腔室由能够相对于彼此移动的至少两个腔室部分限定，所述腔室部分中的第一腔室部分提供有流体注入装置，以将流体注入到容纳在冲泡腔室中的胶囊中，

5、-连接到流体源的流体回路，该流体回路向流体注入装置提供流体，所述流体回路包括调节装置，该调节装置被设置用于加热或制冷待注入到冲泡腔室中的所述流体，

6、-夹紧装置，该夹紧装置被设置成向所述至少两个腔室部分施加夹紧力，以便关闭冲泡腔室，

7、-控制单元，该控制单元被配置为控制饮料制备机器的操作，

8、其中：

9、-腔室部分中的至少两个腔室部分和夹紧装置连接到机器的框架结构上，并且

10、-所述框架结构具有至少一个可弹性变形部分，并且

11、-机器包括至少一个传感器(50)，用于感测所述框架结构的所述至少一个可弹性变形部分的变形，并且

12、-传感器装置连接到控制单元，使得基于所感测到的框架结构的所述至少一个可弹性变形部分的变形，控制单元执行以下操作中的至少一者：

13、.检测以下操作或状态中的至少一者：机器开启、夹紧装置闭合、胶囊存在于冲泡腔室中、流体注入冲泡腔室中、流体温度，

14、.检测胶囊在一系列不同胶囊类型中所属的类型。

15、当胶囊放置于冲泡腔室内并且流体被注入到胶囊中(胶囊因此变形并且推到冲泡腔室部分上)时和/或当夹紧装置被操作以关闭冲泡腔室时，框架发生变形。产生在冲泡腔室部分上的压力或推力或者由夹紧装置产生以关闭冲泡腔室的力限定了在框架结构的上述可弹性变形部分上的“载荷”，该载荷使该部分变形。

16、应当指出的是，措词“可弹性变形部分”是指提取头部的框架结构的至少一部分具有这样的形状或由这样的材料制成，该形状或材料使得该部分在负载(如上所述)施加到其上时可机械地、弹性地或塑性地变形。框架结构的至少一部分的这种机械变形是由通过夹紧装置施加到提取头部框架结构部分上的机械载荷引起的，或者是由当流体被注入其中时胶囊被推到所述框架结构部分上引起的。

17、所检测到的变形因此允许控制单元确定胶囊存在于冲泡腔室中并且从备用操作位置开启机器。

18、由于流体的注入而导致的机器提取头部框架变形也与胶囊内产生的压力成比例，该压力又取决于放置于胶囊内的配料。以这种方式，机器提取头部框架结构的特定变形的检测允许机器控制单元在一系列不同的胶囊类型中检测放置于胶囊中的产品的种类，使得可以选择机器的适当操作数据以正确地处理胶囊并且制备具有适当流体温度、体积和压力的饮料。事实上，应当指出的是，机器的调节装置和用于流体的泵由机器的控制单元控制。

19、饮料制备机器的控制是针对普通胶囊而发生的，该普通胶囊不具有任何特定的可变形特征，诸如在现有技术中(例如在ep2888182中)所公开的那些特征。

20、还应当指出的是，在本文中，“操作数据”具有在讨论现有技术ep2888182时所述的含义。

21、此外，应当指出的是，当夹紧装置被操作并且胶囊在冲泡腔室内部时，所检测到的机器头部框架结构的变形总是相同且可重复的。

22、此外，当流体被注入时，由容纳相同配料的胶囊产生的机器提取头部框架结构的变形被设定为总是相同的，这允许可靠地检测胶囊内部的配料以及选择用于制备相应饮料的机器的正确操作数据。

23、传感器装置总是连接到机器提取头部的框架结构部分，并且还在操作夹紧装置时检测该部分的变形。这允许以容易且快速的方式检测冲泡腔室内的胶囊。

24、优选地，用于感测框架结构的可弹性变形部分的变形的传感器装置是应变仪或压电力传感器。该传感器是普通装置，具有不影响饮料制备机器的总成本的低成本。

25、传感器装置还可被定位成靠近冲泡腔室的支撑注射装置的部分。这允许直接和立即检测框架结构由于胶囊内压力的累积而导致的变形。

26、优选地，允许框架结构的可弹性变形部分的最大变形值，以便检测可能被阻塞在冲泡腔室中的胶囊。

27、最后，控制单元具有存储器单元，机器头部框架结构的可弹性变形部分的不同变形值的数据被存储在该存储器单元中，并且被链接到机器的操作数据和/或被链接到一系列不同胶囊类型中所属的不同类型的配料胶囊，所述存储的数据还包括对应于夹紧装置闭合的变形值。如果要获得该机器，该特征允许对操作的正确控制。

28、根据各种优选的实施方案：

29、-传感器装置是至少一个变形传感器。

30、-变形传感器可以是基于应变仪的传感器或压电力传感器。

31、-框架结构的至少一个可弹性变形部分可以是所述框架结构的侧部，传感器装置直接与机器控制单元连接。

32、-框架结构的至少一个可弹性变形部分可以是冲泡腔室的固定部分。

33、-框架结构的至少一个可弹性变形部分可以是靠近冲泡腔室的第一腔室部分的部分。

34、-控制单元可与存储器单元连接，该存储器单元包含饮料制备机器的与提取头部的框架结构的可弹性变形部分的变形有关的操作数据和/或与被构造成放置于冲泡腔室内的不同类型的胶囊有关的数据。

35、-多个变形传感器可被设置成附接到框架结构的对应的可弹性变形部分。

36、-传感器可以电连接以形成惠斯通电桥。

37、在第二方面，提供了一种控制上述饮料制备机器的至少一个操作阶段的方法，其中在夹紧装置的移动期间和/或在将流体注入胶囊内期间，由控制单元检测框架结构的至少一个可弹性变形部分的变形，以及

38、其中基于所检测到的所述至少一个可弹性变形部分的变形，所述控制单元执行以下操作中的至少一者：

39、-检测以下操作或状态中的至少一者：机器开启、夹紧装置闭合、胶囊存在于冲泡腔室中、流体注入冲泡腔室中、流体温度，

40、-检测胶囊在一系列不同胶囊类型中所属的类型。

41、在一个实施方案中，至少一个可弹性变形部分的变形的检测由与相应可弹性变形部分连接的至少一个变形传感器感测，并且所述所感测到的变形是由控制单元通过将所感测到的变形与预设变形值进行比较来处理的。

42、在一个实施方案中，预设变形值可被存储在与控制单元连接的存储器单元中，每个所存储的变形值对应于饮料制备机器的操作数据和/或对应于与能够放置于冲泡腔室内的一系列不同胶囊类型中所属的胶囊类型有关的数据。

43、在一个实施方案中，控制单元能够通过连续地检测至少一个可弹性变形部分的变形来检测在胶囊内的流体注入期间饮料制备的进展，所述控制单元连续地将所感测到的变形与预设变形值进行比较，并且控制单元被配置为当变形变得小于所述预设变形值时，停止胶囊内的流体注入。

44、在一个实施方案中，控制单元可根据连续感测到的框架结构部分的变形值并通过其与对应的所存储的操作数据的比较，来连续地调节胶囊内注入的流体或液体的压力和/或体积。

45、在一个实施方案中，控制单元可被配置为将所感测到的框架结构的至少一个可弹性变形部分的变形和/或所检测到的操作和状态或胶囊的类型传输到远程服务器。