МАШИНА ПОРШНЕВОГО ТИПА ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ КОФЕ ИЛИ ДРУГИХ ЗАВАРЕННЫХ НАПИТКОВ
PISTON-TYPE MACHINE FOR DISPENSING COFFEE OR OTHER BREWED BEVERAGES

Настоящее изобретение в основном относится к области машин для приготовления напитков. Более конкретно, оно относится к машине, обеспечивающей дозирование заваренных напитков, например, кофе, кофе «экспрессо», ячменный кофе или другие подобные напитки. Машина представляет собой машину поршневого типа (также известного как «рычажный» тип).
Известны многие машины для приготовления напитков. В частности, известны многие машины для приготовления кофе «эспрессо» из порошкообразного кофе, пакетиков, капсул или им подобного.
В частности, известны кофемашины «рычажного» или «поршневого» типа. Эти машины обычно содержат систему, назначением которой является создание давления воды, необходимой для приготовления кофе посредством использования энергии, накопленной в пружине, предварительно нагруженной с помощью ручного действия.
Обычно, поршневая машина содержит цилиндр и поршень со штоком. Пружина размещена внутри цилиндра. Поршень поднимается против толкающей силы пружины, приводимой в действие рычагом управления, соединенным с поршневым штоком с помощью подъемного кронштейна. Отверстие для заполнения по выбору со стопорным клапаном образовано в стенке цилиндра. Уплотнение между поршнем и цилиндром обычно обеспечено с помощью уплотняющих колец.
Профиль давления обычно начинается с давления около 9-12 бар и заканчивается давлением около 4-7 бар.
В поршневой машине горячая вода из бойлера проходит в цилиндр через отверстие для заполнения. Вход горячей воды возможен только при достижении поршнем высокого положения.
Как только оператор отпускает рычаг управления, пружина (которая больше не удерживается) толкает поршень вниз, это в свою очередь толкает воду через брикет порошкообразного кофе или ему подобного.
Для того, чтобы нагрузить пружину необходимо привести в действие рычаг управления, который вызывает вращение упорного рычага (жестко соединенного с ним), который поднимает шток, с которым соединен поршень. В конечном счете, поршень, который поднимается, сжимает пружину. Следовательно, (механическая) энергия, накопленная пружиной, обеспечена оператором.
Заявитель отметил, что поршневые машины вышеупомянутого типа имеют ряд недостатков.
Во-первых, в известных машинах рычаг управления и подъемный кронштейн жестко соединены вместе, и невозможно перемещать один без перемещения другого.
Эта зависимость приводит к серьезной опасности повреждения. Фактически, если рычаг выскользнет из рук оператора вследствие действия пружины, он резко выталкивается вверх.
Кроме того, неблагоприятно, что единственным усилием, которое создает давление воды, является усилие, вызванное пружиной. Следовательно, энергия, необходимая для дозирования кофе, полностью обусловлена пружиной и, в конечном счете, полностью обусловлена оператором.
Другой недостаток состоит в том, что вода может подаваться только при нахождении поршня в верхнем положении.
Во время этапа дозирования пружина генерирует усилие, уменьшающееся от максимального значения (когда поршень поднят) до минимального значения (когда поршень опущен). Оператор может прерывать перемещение вниз поршня в любой точке его хода и осуществлять второй процесс наполнения. Таким образом, оператор может обеспечивать дозирование при давлении от среднего до высокого значения. Однако, оператор не может начинать дозирование при значении давления ниже максимального давления, поскольку, как упомянуто выше, для подачи воды поршень должен быть расположен на своей максимальной высоте. Следовательно, невозможно обеспечивать дозирование от среднего до низкого давления.
Другой недостаток состоит в том, что предварительная нагрузка пружины является фиксированной. Следовательно, нет возможности регулировать предварительную нагрузку пружины или с точки зрения уменьшения кривой давления или с точки зрения увеличения кривой давления. Следовательно, кривая давления в известной рычажной машине является фиксированной и не может быть изменена оператором.
Предпочтительно, для обеспечения максимального давления при дозировании выше 10 бар известные системы требуют очень большого усилия рычага (>10 кг).
В поршневых машинах известного типа пружину из-за ее местоположения трудно заменять.
Уплотняющие кольца поршня во время хода поршня проходят через отверстие для заполнения водой, образованное на цилиндре. Отверстие образует нарушение непрерывности на поверхности цилиндра, которое, однако, в результате вызывает износ уплотняющих колец и образует места утечки.
WO 2010/113116 A1 раскрывает машину для приготовления кофе. Здесь рычаг соединен с поршнем с помощью шестерни и механизма рейки, так что, когда рычаг перемещается вверх, поршень перемещается вниз до тех пор, пока рычаг не установится под углом 90° относительно штока. В этот момент захваты 16 поршня зацепляются со штоком, делая возможным его отвод, когда рычаг перемещается вниз, и перемещение поршня вверх. После осуществления всасывания воды рычаг снова перемещается вверх, но в этот момент захваты расцепляются, отпуская шток и его поршень. В соответствии с этой конструкцией во время всего перемещения рычага, если рычаг отпускается оператором, он сразу поднимается к оператору. Существует только одно единственное положение, в котором захваты расцеплены, причем оно является концевым крайним положением. Это также не позволяет иметь меньше воды в камере и нагружать пружину при низком значении.
Целью заявителя является создание машины поршневого типа для дозирования заваренных напитков, например, кофе, кофе «эспрессо», ячменного кофе или других подобных напитков, которая решает вышеупомянутую проблему безопасности, т.е., предотвращает опасную ситуацию, которая возникает, когда рычаг управления случайно выскальзывает из руки оператора. В частности, целью заявителя является предотвращение резкого выталкивания вверх рычага управления в результате действия пружины.
В соответствии с настоящим изобретением описана кофемашина, причем упомянутая кофемашина содержит цилиндр, поршень, который выполнен с возможностью осуществления поступательного движения в упомянутом цилиндре, шток, конец которого взаимодействует с упомянутым поршнем, рычаг управления (предпочтительно, вращающийся), элемент, выполненный с возможностью взаимодействия с упомянутым штоком и перемещения упомянутого поршня из первого положения во второе положение за счет сжатия пружины, механизм, который осуществляет соединение между упомянутым рычагом управления и упомянутым элементом, причем упомянутый механизм является типом механизма «удержания до приведения в действие». Под «типом механизма удержания до приведения в действие» в данном описании и формуле изобретения подразумевается то, что упомянутый рычаг управления и упомянутый элемент соединены вместе, только с помощью преднамеренного действия, которое осуществляется оператором кофемашины, который удерживает рычаг. Когда оператор отпускает рычаг управления в любом положении рычага, рычаг управления и элемент разъединяются. Это предотвращает то, что если по любым причинам (преднамеренным или нет) оператор перестает удерживать рычаг, он отсоединяется от элемента, и рычаг не будет резко перемещаться вверх. Это предотвратит любую опасность для оператора или для любого человека рядом с ним.
Предпочтительно, элементом является эксцентриковый элемент.
Предпочтительно, эксцентриковый элемент содержит корпус, который вращается вокруг оси вращения с траекторией для штифта, выполненной таким образом, что упомянутый штифт перемещается по траектории, отличной от траектории дуги окружности вокруг упомянутой оси вращения.
Предпочтительно, эксцентриковый элемент также содержит одну или более выемок на своей периферии.
Предпочтительно, механизм содержит пусковой механизм.
Пусковой механизм предпочтительно содержит зубец, который упруго вталкивается и выполнен с возможностью зацепления с упомянутыми выемками.
В вариантах осуществления рычаг управления содержит ручку, которая является, по существу, горизонтальной.
Предпочтительно, пружина и поршень продольно смещены, так что ось упомянутой пружины образует ненулевой угол с осью штока.
В вариантах осуществления машина также содержит элемент для регулировки сжатия пружины.
Машина также может содержать соединительный элемент и качающийся рычаг. Во время вращения эксцентрикового элемента с целью наполнения воды в цилиндре, эксцентриковый элемент сжимает пружину, действующую на соединительный элемент. Таким образом, во время этого перемещения также происходит подъем поршня, предусмотрено, что качающийся рычаг свободно вращается вокруг оси и соединен с соединительным элементом на одном из своих концов и со штоком на своем другом конце.
Машина может также содержать манометр для указания давления дозируемой воды.
Машина также содержит отверстие для подачи горячей воды в цилиндр. Это отверстие расположено над поршнем, даже когда поршень находится в своем крайнем верхнем положении.
Настоящее изобретение станет более понятным из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера, подлежащего изучению со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых
- фиг.1 - схематичный вид в разрезе варианта осуществления настоящего изобретения с поршнем в его нижнем положении (и поднятым рычагом управления);
- фиг.2 - вид, подобный виду на фиг.1, но в положении, в котором поршень поднят (и рычаг управления опущен);
- фиг.3a-3c - схематичные виды альтернативных вариантов осуществления механизма, который жестко соединяет рычаг управления с эксцентриковым элементом;
- фиг.4 - вид в разрезе поршня в его конфигурации, в которой он не обеспечивает прохождение воды;
- фиг.5 - вид в разрезе поршня в его конфигурации, в которой он обеспечивает прохождение воды;
- фиг.6a.1 и 6a.2 показывают первый профиль давления, который может быть получен с помощью машины настоящего изобретения;
- фиг.6b.1 и 6b.2 показывают второй профиль давления, который может быть получен с помощью машины настоящего изобретения;
- фиг.6c.1 и 6c.2 показывают третий профиль давления, который может быть получен с помощью машины настоящего изобретения;
- фиг.6d - пример ручной регулировки для получения, по существу, постоянного давления;
- фиг.7a, 7b, 7c и 7d показывают другой вариант осуществления машины в соответствии с настоящим изобретением с пружиной, продольно смещенной от цилиндра;
- фиг.8 показывает траекторию 61 эксцентрикового элемента;
- фиг.9 показывает две диаграммы усилий рычага, которые, по существу, являются эквивалентными;
- фиг.10 показывает качественное изменение усилия рычага в зависимости от угла вращения эксцентрикового элемента (или рычага); и
- фиг.11 показывает качественную диаграмму профиля эксцентрикового элемента.
Описание, приведенное ниже, исключительно для удобства относится, в частности, к машинам для кофе «эспрессо», но настоящее изобретение не ограничивается такими машинами и применяется к машинам для дозирования других напитков. Следовательно, термин «кофе» в контексте настоящего описания и формулы изобретения, которая следует за ним, необходимо понимать в самом широком смысле, чтобы включать в себя также ячменный напиток или тому подобное.
На фиг.1 изображен схематичный вид в разрезе поршневой машины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в конфигурации, в которой поршень находится в нижнем положении. На фиг.2 также показан вид в разрезе той же самой поршневой машины, но в своей конфигурации, в которой поршень находится в верхнем положении. В описании, приведенном ниже, (и в формуле изобретения) будут использоваться термины, такие как «верхний, «высокий», нижний» и «низкий». Их следует понимать как неограничивающие, но они используются со ссылкой на чертежи.
Машина в целом обозначена ссылочной позицией 100 и содержит цилиндр 1, поршень 2, пружину 3, шток 4, рычаг 5 управления и бойлер 13. На различных чертежах также показан держатель 60 фильтра, который может быть держателем любого известного типа. Обычно он содержит полый корпус 62, который содержит отверстие в нижней части, и который заканчивается в виде (одинарной или двойной) насадки 63. Полый корпус 62 выполнен с возможностью вмещения фильтра 64, заполненного порошкообразным кофе или тому подобным. Держатель фильтра зацеплен с кольцом машины (расположенным под дозирующей камерой) любым известным способом, например, с помощью байонетного механизма, который приводится в действие с возможностью вращения (с помощью ручки 65).
Рычаг 5 управления вращается вокруг оси 9 между первым положением (фиг.1), в котором поршень 2 расположен в нижней части цилиндра 1, и вторым положением (фиг.2), в котором поршень 2 находится на своей максимальной высоте внутри цилиндра 1. Первое положение соответствует конфигурации, в которой машина 100 находится в состоянии покоя или только что завершила дозирование кофе. Второе положение напротив является положением максимального сжатия пружины 3 перед дозированием кофе при максимальном давлении. Как станет понятно ниже, в соответствии с настоящим изобретением промежуточные положения также возможны, включая положение на фиг.1 и положение на фиг.2.
Шток 4 поршня 2 соединен на своем первом конце (называемом также «нижним концом») с поршнем 2. Второй противоположный конец (называемый также «верхним концом») штока 4 поршня соединен с рычагом управления. Таким образом, поворот рычага управления из положения, показанного на фиг.1, в положение, показанное на фиг.2, вызывает подъем поршня 2 внутри соответствующего цилиндра 1 и соответствующее сжатие пружины 3.
Предпочтительно, верхний конец штока 4 взаимодействует с эксцентриковым элементом 6, который может быть соединен с рычагом 5. В соответствии с вариантом осуществления, изображенном на чертежах, шток 4 взаимодействует с эксцентриковым элементом 6 с помощью соединительного элемента 41 или другим подобным удлиненным элементом.
В соответствии с вариантом осуществления, изображенном на чертежах, соединительный элемент 41 заканчивается на штифте 42, выполненным с возможностью направленного перемещения в пределах соответствующей траектории 61 эксцентрикового элемента 6. Траектория 61 является такой, что центр штифта 42 перемещается по траектории, отличной от траектории дуги окружности. Другими словами, расстояние между осью 9 вращения и центром штифта 42 изменяется во время перемещения, направленного по траектории 61. Эффект направленного перемещения является таким, что штифт 42 перемещается к оси 9 вращения и, таким образом, поднимает шток 4 (и поршень 2). Очевидно, в соответствии с диаграммой, показанной на чертежах, шток 4 осуществляет поступательное движение, в то время как эксцентриковый элемент 6 вращается.
В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения рычаг 5 управления не соединен постоянно с эксцентриковым элементом 6. Предпочтительно, рычаг 5 управления может быть жестко соединен с эксцентриковым элементом 6, только по желанию оператора, и когда оператор прикладывает достаточное усилие к рычагу 5 управления. Если оператор ослабляет захват рычага управления по какой-либо причине, рычаг управления и эксцентриковый элемент расцепляются, таким образом, предотвращая рычаг управления, который больше не удерживается, от осуществления внезапных перемещений, которые могут вызвать повреждение предметов или телесное повреждение людей.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрен пусковой механизм 8, который при нажатии оператором осуществляет соединение между рычагом 5 управления и эксцентриковым элементом 6. Предпочтительно, пусковой механизм 8 выполнен в виде рычага 8, также называемого «вспомогательным рычагом», который установлен с возможностью поворота на основном рычаге 5 рядом с его нижним концом.
На фиг.1 и 2 изображен вариант осуществления механизма, который осуществляет соединение между основным рычагом 5 и эксцентриковым элементом 6. Этот механизм предпочтительно является механизмом типа «удержания до приведения в действие». Другими словами, основной рычаг 5 и эксцентриковый элемент 6 могут быть соединены вместе только с помощью преднамеренного действия, которое осуществляется оператором.
В соответствии с вариантом осуществления, изображенном в качестве примера на чертежах, основной рычаг 5 и вспомогательный рычаг 8 (пусковой механизм) соединены вместе с помощью упругого шарнира 81. Шарнир 81 содержит L-образный элемент, вращаемый вокруг оси 82 узла 51, в основании основного рычага 5. Зубец 11 находится на конце части L. Пружина 10 пускового механизма или любой другой упругий элемент взаимодействует с другой частью L, которая жестко соединена с нижним концом вспомогательного рычага 8.
Вспомогательный рычаг 8 удерживается в конфигурации, удаленной от основного рычага 5 с помощью пружины 10 пускового механизма, которая предпочтительно слабо нагружена.
Когда, напротив, основной рычаг 5 и вспомогательный рычаг 8 зажаты вместе рукой оператора, преодолевая слабое сопротивление пружины 10 пускового механизма, зубец 11 зацепляется с одной из выемок 12 на периферии эксцентрикового элемента 6. Таким образом, пока оператор удерживает рычаг 5 и пусковой механизм 8 близко друг к другу, рычаг 5, по существу, жестко соединен с эксцентриковым элементом. Следовательно, в этой конфигурации вращение рычага 5 управления вокруг оси 9 оператором вызывает вращение эксцентрикового элемента 6.
Вращение эксцентрикового элемента 6 приводит к подъему штока 4 и поршня 2. Следовательно, в коечном счете, вращение эксцентрикового элемента вызывает сжатие пружины 3.
Если оператор не зажимает основной рычаг 5 и вспомогательный рычаг 8 вместе, зубец 11 не зацепляется с периферией эксцентрикового элемента 6. Следовательно, даже когда опускается рычаг (посредством его поворота), это перемещение не влияет на шток поршня, и пружина 3 не сжимается.
Если оператор зажимает вместе основной рычаг 5 и вспомогательный рычаг 8 и затем опускает их, но затем по какой-либо причине отпускает свой захват, ни основной рычаг 5, ни вспомогательный рычаг 8 не будут сразу возвращаться в исходное положение, поскольку при освобождении оператором зубец 11 будет прекращать зацепляться с выемкой 12 эксцентрикового элемента. Следовательно, рычаги 5 и 8 будут свободными и не будут удерживаться. Только эксцентриковый элемент 6 будет упруго возвращаться вследствие ослабления сжатия пружины 3, но это не будет вызывать телесное повреждение оператора.
Предпочтительно, периферия эксцентрикового элемента 6 содержит одну или более выемок 12, которые могут зацепляться с зубцом 11. Предпочтительно, периферия эксцентрикового элемента 6 содержит множество выемок 12, как показано на фиг.1 и 2. Множество выемок 12 обеспечивает сжатие пружины 3. Фактически, когда зубец 11 зацепляется с первой выемкой 12a, обеспечивается максимальное сжатие пружины 3, когда зубец 11 зацепляется с последней выемкой 12b, обеспечивается минимальное сжатие пружины 3, и, в конечном счете, когда зубец 11 зацепляется с промежуточной выемкой 12, обеспечивается промежуточное сжатие пружины 3. Также возможно, чтобы оператор заставлял зубец зацепляться с первой выемкой, но не поворачивать полностью рычаг. Степень сжатия пружины 3 в свою очередь соответствует давлению для приготовления кофе. Для зацепления промежуточной выемки рычаг 5 сначала поворачивается на несколько градусов без приведения в действие вспомогательного рычага, и затем два рычага 5 и 8 зажимаются по направлению друг к другу для принудительного зацепления зубца 11 внутри соответствующей выемки 12.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения упругий возвратный элемент предпочтительно предусмотрен для медленного вызывания возврата рычага 5 (и вспомогательного рычага 8, установленного с возможностью поворота на нем) в исходное положение. Предпочтительно, сила возврата является слабой для предотвращения телесного повреждения оператора.
Отличительный признак, при помощи которого рычаг 5 управления и эксцентриковый элемент жестко соединены вместе с помощью произвольной команды, которая выполнена (тип механизма «удержания до приведения в действие»), также может быть достигнут с помощью механизмов, которые отличаются от механизмов, изображенных на фиг.1 и 2.
С принципиальной точки зрения блокирующий механизм может быть разделен на три области: ручку, передачу и соединение.
«Ручка» (HDLE) относится к области, к которой оператор прикладывает свое усилие. «Передача» (TRANS) относится к участку системы управления, которая передает перемещение от «ручки» к «соединению». «Соединение» (CONN) относится к той части механизма, которая входит в контакт с кулачком. На фиг.3a, 3b и 3c показано в очень упрощенном виде три примера модификаций блокирующего механизма.
В соответствии с модификацией, изображенной на фиг.3a, рычаг 5 управления может быть, по существу, вертикальным, и ручка может быть в виде нажимной кнопки 52.
В соответствии с модификацией, изображенной на фиг.3b, рычаг 5 управления может быть, по существу, вертикальным, и передача может осуществляться с помощью гибкого элемента 53, такого как кабель или гидравлическая трубка.
Соединение между рычагом 5 управления и эксцентриковым элементом 6 также может осуществляться с помощью трения. В соответствии с модификацией, изображенной на фиг.3c, используется захватное устройство 54, выполненное с возможностью зацепления со сторонами эксцентрикового элемента 6. Захваты 54' захватного устройства 54 могут приводиться в действие с помощью кабельной передачи или любым другим известным способом.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения горячая вода, поданная из бойлера 13 или тому подобного, подается в цилиндр 1 через отверстие, которое расположено над поршнем, как когда он находится в нижней конфигурации (фиг.4), так и когда он находится в верхней конфигурации (фиг.5), в которой пружина 3 находится при своем максимальном сжатии.
Предпочтительно, горячая вода для приготовления напитка проходит из бойлера 13 через канал 13a, который проходит вдоль стенки цилиндра 1, и проходит в цилиндр 1 через стопорный клапан 7, закрепленный на стенке цилиндра 1 в конкретно образованном кожухе. Траектория воды указана с помощью линий со стрелками на фиг.4 и 5.
Следовательно, в отличие от поршневых машин известного типа горячая вода под давлением находится над поршнем 2. Это обеспечивает во время дозирования кофе приложение усилия к поршню в дополнении к усилию пружины 3. Это имеет преимущество в обеспечении использования более слабой пружины для того же максимального давления при дозировании. В свою очередь, это приводит к меньшему усилию, приложенному к рычагу 5 управления. Фактически, действие оператора только осуществляет сжатие пружины 3.
Тот факт, что нарушение непрерывности внутри цилиндра 1 вследствие наличия стопорного клапана 7 и соответствующего отверстия 71 не расположено на траектории хода поршня 2 (а выше его), обеспечивает то, что прокладки или уплотнения поршня не подвергаются повреждению.
Тот факт, что горячая вода под давлением находится над поршнем, обеспечивает дополнительную возможность регулировки давления дозируемого кофе. Фактически в некоторых вариантах осуществления можно уменьшать давление воды за счет счетчика избыточного давления для подачи воды с меньшим давлением в машину. Регулятор давления может быть установлен вверх по потоку от машины 100 или может быть помещен внутри машины 100. Это второе решение рассматривается более предпочтительным. Кроме того, (например, цифровой или аналоговый) манометр может быть установлен для указания давления при дозировании пользователю машины. Предпочтительно, в конечном счете, благодаря наличию манометра оператор может дозировать напиток в соответствии с профилем желаемого давления. Манометр может быть соединен с помощью отверстия, образованного в цилиндре и в узле (верхней части бойлера). Таким образом, можно считывать давление воды непосредственно над брикетом кофе.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения шток 4 и поршень 2 не соединены жестко вместе, а допускается конкретное относительное смещение. Это смещение схематически показано на фиг.4 и 5.
Предпочтительно, шток 4 заканчивается на увеличенной части 41 и диске 45. Увеличенная часть 41 имеет больший диаметр по сравнению с остальной частью штока 4. Этот диаметр, по существу, соответствует внутреннему диаметру пружины 3 для удержания пружины в радиальном направлении в правильной конфигурации на одной оси со штоком 4. Диск 45 удерживает в продольном направлении пружину 3 (которая удерживается наверху верхней частью цилиндра 1). Следовательно, нижний конец пружины 3 опирается на верхнюю сторону диска 45. Штифт 43 проходит вниз из диска 45. В соответствии с одним вариантом осуществления штифт 43 закреплен винтами вместе с увеличенной частью 41. Штифт 43 заканчивается в нижней части головкой 44. Головка может содержать выемку для зацепления инструментом (например, шлицевой или крестообразной отверткой).
Поршень 2, по существу, расположен с возможностью скольжения между диском 45 и головкой 44 штифта 43. Уплотняющие элементы 22 также могут проходить над диском 45 и/или под головкой 44. В соответствии с одним вариантом осуществления поршень 2 имеет продольное центральное отверстие 23, внутри которого вставлен штифт 43.
Диаметр отверстия поршня предпочтительно больше диаметра штифта 43.
Предпочтительно, высота поршня 2 меньше длины штифта 43.
Предпочтительно, поршень 2 содержит один или более каналов 15 для прохождения воды из верхней части цилиндра.
Предпочтительно, уплотняющий элемент, например, прокладка 14, расположена между верхней стороной поршня 2 и нижней стороной диска 45. Прокладка 14 может быть закреплена на верхней стороне поршня 2 и/или на нижней стороне диска 45.
На фиг.4 шток 4, толкаемый пружиной 3, толкает поршень 2 вниз. Предпочтительно, прокладка 14 сжата, и, следовательно, прохождение воды через каналы 15, образованные в поршне, предотвращена. Следовательно, горячая вода под давлением, которая находится внутри цилиндра над поршнем, не может проходить на фильтр с молотым кофе (или другим порошком). Траектория воды, которая не может проходить через поршень, показана схематически на фиг.4 с двумя стрелками, направленными вверх.
На фиг.5 изображена в качестве альтернативы конфигурация, в которой шток 4 поднимает поршень 2. Относительное смещение штока 4 и поршня 2 обеспечивает освобождение канала 15. Таким образом, вода, которая подается из бойлера 13 (следовательно, по существу, при той же температуре и при том же давлении, что и вода в бойлере), и которая всегда находится внутри цилиндра 1 над поршнем 2, проходит через канал 15 для достижения брикета молотого кофе (или другого порошка).
Следовательно, очень предпочтительно, подача воды может осуществляться поршнем в любом положении (при условии, что он не находится в полностью опущенном положении, показанном на фиг.4). Не нужно устанавливать поршень на максимальной высоте как в известных машинах.
В соответствии с настоящим изобретением можно изменять профиль давления без осуществления регулировок или изменений конфигурации машины. Со ссылкой на фиг.6 ниже описаны три разных типа профилей, т.е., «стандартный» (фиг.6a1 и 6a2), «сильный» (фиг.6b1 и 6b2) и «слабый» (фиг.6c1 и 6c2). Первые два типа также являются общими для других машин, профиль «слабый» является исключительным признаком настоящего изобретения.
Можно полностью нагружать пружину 3 посредством полного подъема поршня 2, ожидания полного заполнения водой дозирующей камеры и затем обеспечения опускания обратно вниз поршня 2, полностью выталкиваемого пружиной. Профиль давления, который получен, является профилем «стандартного» давления, изображенным на фиг.6a1 и 6a2.
Также можно осуществлять дозирование посредством выполнения двух или более процессов частичного заполнения водой за счет подъема поршня на его максимальную высоту. Таким образом, получен профиль давления, в котором среднее давление при дозировании больше «стандартного» давления». Профиль давления, который получен, является профилем «сильного» давления, изображенным на фиг.6b1 и 6b2.
Также можно осуществлять дозирование посредством выполнения двух или более процессов частичного заполнения водой за счет подъема поршня 2 на высоту, меньшую максимальной высоты. Таким образом, получен профиль давления, в котором среднее давление дозирования меньше «стандартного» давления. Профиль давления, который получен, является профилем «слабого» давления, изображенным на фиг.6c1 и 6c2.
Очевидно, промежуточные профили также возможны, в которых поршень не перемещается вверх на максимальную высоту и не перемещается вниз на минимальную высоту.
Как уже было упомянуто выше, давление при дозировании кофе обусловлено действием пружины 3, а также осевым усилием, создаваемым давлением воды в бойлере. Следовательно, посредством регулировки давления воды внутри бойлера с помощью подходящего устройства, которое уменьшает давление водопроводной воды до установленного значения, можно изменять давление, действующее на кофе.
Регулятор давления можно регулировать на заданную величину вручную во время дозирования, например, с помощью приведения в действие вращаемой кнопки или электрически во время дозирования для получения предварительно заданного профиля.
На фиг.6d изображен пример ручной регулировки для получения, по существу, постоянного давления 10 бар. Если водопроводная вода имеет около 4 бар, усилие пружины 3 регулируют таким образом, чтобы сама по себе она оказывала максимальное давление около 9 бар, и регулятор регулируют вручную, чтобы создавать давление, которое увеличивается от 1 до 4 бар. Этот результат может быть также получен с помощью электрического клапана, запрограммированного для получения профиля предварительно заданного давления.
В дополнении к преимуществам, упомянутым выше, машина в соответствии с настоящим изобретением имеет высокую термостойкость. Фактически поршень 2 всегда находится в контакте с горячей водой из бойлера. Во время заполнения и дозирования вода из бойлера над и под поршнем нагревает поршень на обоих концах. Когда машина остановлена (поршень в нижнем положении), вода в цилиндре над поршнем нагревает поршень сверху.
Следовательно, также во время длительных остановок между двумя процессами дозирования поршень не может охлаждаться. Температуры всех компонентов в узле являются более устойчивыми по сравнению с известными системами.
Как упомянуто выше, вода проходит в дозирующую камеру через каналы 15, образованные в поршне 2, а не в области цилиндра 1, в котором перемещается поршень 2. Следовательно, скользящие уплотнения поршня 2 не сталкиваются с нарушением непрерывности на поверхности цилиндра, и, следовательно, их износ уменьшен.
В известных рычажных машинах невозможно дозировать меру кофе, которая отличается от меры, соответствующей максимальному объему воды, наполненной в цилиндре. С другой стороны, при использовании машины в соответствии с изобретением можно дозировать другую меру, например, полумеру. Повышение давления в зависимости от меры кофе, которая может дозироваться, по существу, является линейным. То есть, посредством полного подъема поршня (полное сжатие пружины) машина создает максимальное давление и может дозировать обычную меру кофе (например, около 50 мл кофе). Для получения полумеры (около 25 мл кофе) достаточно поднять поршень наполовину его хода.
На фиг.7a, 7b, 7c и 7d изображен другой вариант осуществления машины 100 в соответствии с настоящим изобретением. Машина в соответствии с фиг.8 полностью подобна машине, изображенной на предыдущих чертежах, и для удобства одни и те же части (или функционально эквивалентные части) обозначены теми же ссылочными позициями. Таким образом, чтобы без необходимости слишком усложнять настоящее описание, подробное описание первого варианта осуществления не будет повторено, а будут отмечены основные отличия.
Как показано на фиг.7a, 7b и 7d, в отличие от первого варианта осуществления пружина 3 не находится в осевом совмещении со штоком 4.
Во время вращения эксцентрикового элемента 6 с целью подачи воды в цилиндр 1, эксцентриковый элемент 6 сжимает пружину 3, действуя на соединительный элемент 41 способом, отличным от способа, который осуществляется в описанном выше случае. Однако, так как это перемещение также происходит во время подъема поршня 2, предусмотрен новый элемент, называемый качающимся рычагом и обозначенный ссылочной позицией 20.
Качающийся рычаг 20 свободно вращается вокруг оси 21 и соединен с соединительным элементом 41 на одном из своих концов и со штоком 4 на другом конце.
Во время вращения эксцентрикового элемента 6 в дополнении к получению отвода соединительного элемента 41, который сжимает пружину 3, также происходит вращение качающегося рычага 20, таким образом, поднимая шток 4 поршня и, следовательно, поршень 2.
Когда пусковой механизм 8 отпущен в конце этапа наполнения, пружина 3 совсем не удерживается и, следовательно, растягивается, смещая соединительный элемент 41, который вращает эксцентриковый элемент 6 и поворачивает качающийся рычаг 20. Поворот качающегося рычага 20 опускает шток 4, который опускает поршень 2.
Точка входа для воды внутри цилиндра 1 видна на фиг.7c. Вода, нагретая в бойлере, предпочтительно приводится в контакт с наружными стенками цилиндра 1. Предпочтительно, вода подается в цилиндр через трубку, соединенную со стопорным клапаном. В данном втором варианте осуществления также точка входа для воды находится в положении выше поршня, так же когда последний находится в верхнем положении. Это обеспечивает все преимущества, упомянутые выше вместе с первым вариантом осуществления.
В соответствии с вариантом осуществления, изображенном на фиг.7, рычаг 5 управления имеет эргономичный вид с горизонтальной ручкой. Горизонтальная ручка обеспечивает преимущество в том, что не требуется изменение захвата во время перемещения в работе, и, следовательно, опасность того, что оператор потеряет захват, остается минимальной.
За счет положения пружины 3 машины в соответствии с третьим вариантом осуществления замена упомянутой пружины может осуществляться легче. Кроме того, машина является менее громоздкой, особенно, высота является меньшей, и, следовательно, легче опускать рычаг 5 управления.
На фиг.7d изображен корпус 31, который выполняет функцию кожуха для пружины 3. Предпочтительно, кожух 31 пружины является резьбовым. Предпочтительно, посредством его вкручивания или выкручивания можно изменять предварительный натяг пружины 3. Больший предварительный натяг вызывает увеличение быстродействия пружины. Следовательно, можно изменять профиль давления.
На фиг.8 изображена траектория 61 перемещения эксцентрикового элемента 6. Эта траектория перемещения выполнена таким образом, что оператор должен прикладывать почти постоянное усилие во время поворота рычага 5 управления.
Как известно, системы для нагружения цилиндрической пружины являются устройствами, которые преобразуют поворотное движение рычага управления в прямолинейное перемещение, которое сжимает цилиндрическую пружину. Цилиндрическая пружина требует усилия, так что она сжимается до некоторой степени, увеличивающейся по линейному закону при сжатии. В качестве примера сжатие цилиндрической пружины на 0,1 м с усилием 100-300 Н требует около 20 Дж энергии. Способом уменьшения максимального усилия, приложенного к рычагу 5 управления, является приложение постоянного усилия. Например, при смещении на 0,1 м постоянное усилие 200 Н обеспечивает пружину энергией 20 Дж. Следовательно, левая диаграмма на фиг.10 является, по существу, энергетически эквивалентной правой диаграмме на том же фиг.10.
Предпочтительно, машина в соответствии с настоящим изобретением выполнена с необходимостью требования рабочего усилия, которое является как можно постоянным.
Траектория 61 перемещения эксцентрикового элемента 6 имеет профиль, предназначенный для этой цели. На фиг.10 изображено качественное изменение усилия рычага в зависимости от угла поворота эксцентрикового элемента (или рычага) в соответствии с настоящим изобретением.
Максимальное усилие только приблизительно в два раза больше минимального усилия. В известных машинах максимальное значение больше чем в десять раз минимального значения. Обычно, известные машины рычажного типа имеют максимальное значение в 10 раз больше минимального значения.
Профиль кулачка определяется математической функцией, которая связывает сжатие пружины с вращением упомянутого кулачка. Эта функция является монотонно возрастающей функцией.
В описании, приведенном ниже, параметр, относящийся к вращению, был безразмерным с переменной x в диапазоне 0-10. «x=0» обозначает положение кулачка, соответствующее поршню в нижнем положении и минимальному сжатию пружины, в то время как «x=10» обозначает положение, относящееся к поршню в верхнем положении и максимальному сжатию пружины.
Предпочтительно, профиль кулачка представлен кривой, лежащей между нижней и верхней линиями уравнений, т.е.,
нижняя= 3⋅x+k при 0≤x≤10 и kϵR
(множество действительных чисел)
верхняя= 3⋅x+k+10 при 0≤x≤10 и kϵR
(множество действительных чисел)
Даже более предпочтительно, профиль кулачка представлен кривой, лежащей между двумя нижними и верхними кривыми уравнений, т.е.,
нижняя= -0,013⋅x^3+0,1⋅x^2+3⋅x+k при 0≤x≤10 и kϵR
(множество действительных чисел)
верхняя= -0,013⋅x^3+0,1⋅x^2+3⋅x+k+10 при 0≤x≤10 и kϵR
(множество действительных чисел)
На фиг.11 изображен график безразмерного параметра в зависимости от сжатия пружины для k=16.