УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕМ
DEVICE FOR PREPARING BEVERAGES BY CENTRIFUGATION

Изобретение относится к области приготовления напитков центрифугированием, в частности к устройствам для приготовления напитка типа кофе центрифугированием для заваривания и удаления напитка из емкости.
Известно приготовление напитка с помощью центрифугирования. Принцип такого приготовления в основном заключается в помещении ингредиента напитка в емкость, подаче в нее жидкости и вращении этой емкости с высокой скоростью для обеспечения взаимодействия жидкости с порошком при создании градиента давления жидкости в емкости. Указанное давление жидкости постепенно возрастает от центра емкости к ее периферии. При прохождении жидкости через слой кофе происходит извлечение соединений кофе и жидкий экстракт перемещается к периферии емкости.
В документе WO 2008/148601 описан возможный пример выполнения устройства, использующего данный принцип, в котором применяется запечатанная капсула, вскрываемая перед использованием. Горячую воду подают в центр капсулы через стыковочный узел, содержащий водный инжектор, расположенный по оси вращения. Емкость удерживается в держателе капсулы, вращение которого осуществляется с помощью привода вращения. Как жидкостный стыковочный узел, так и держатель капсулы установлены на шариковых подшипниках. Удаление напитка из капсулы производится с помощью нескольких дополнительных игл, образующих отверстия в крышке емкости. При вращении капсулы вокруг ее оси горячая вода проходит через ингредиент напитка и взаимодействует с ним, образуя жидкий экстракт, который под действием центробежной силы проходит сквозь периферийные отверстия и ударяется в отражательную стенку накопителя. Образующий напиток жидкий экстракт сливается затем по выпускному патрубку в приемник, например в чашку.
В документах WO 2008/148646 и WO 2008/148650 описано устройство для приготовления напитков, в котором осуществляется ограничение расхода за емкостью, в частности за капсулой, например, с помощью клапанного механизма, который открывается или увеличивает площадь проходного сечения под действием давления, создаваемого выходящей из емкости центрифугированной жидкостью. В качестве клапанного механизма может использоваться подвижная часть ограничивающего средства, которая упруго прижимается к фланцу капсулы.
В документе US 5566605 описана камера для экстрагирования центробежного типа с деформируемым уплотнительным соединением, используемая в устройствах для приготовления горячих напитков. Эта камера включает в себя цилиндр и крышку, которые определяют ее внутренний объем. Крышка соединена с цилиндром с помощью соединительных зажимов, входящих в зацепление с наклонными элементами.
В документе US 2003/0052206 A1 представлен привод устройства для переработки пищевых продуктов. Устройство предназначено для обработки загруженных в него пищевых продуктов, в частности их сжатие, резку, растирание или нарезание ломтиками. В частности, такое устройство может использоваться в соковыжималке для фруктов и овощей, в соковыжималке для цитрусовых, кухонной терке или круге для нарезки овощей. Данное устройство содержит корзинку, подсоединенную к основанию. Основание установлено вокруг головки привода. Соединение между основанием и головкой привода выполнено с помощью по меньшей мере двух штифтов на головке, которые под действием центробежной силы могут перемещаться к периферийному усиливающему элементу основания. Имеется также кольцевая эластичная оболочка для возврата штифтов в исходное положение при отсутствии центробежной силы. Однако данное изобретение относится лишь к быстрому соединению роторного инструмента, точнее корзинки для экстрагирования фруктов или овощей, с головкой привода. В частности, корзинка в основном открыта и не соединена с жидкостным стыковочным узлом, а давление центрифугируемой жидкости (например, фруктового сока) не воздействует прямо или косвенно на соединение вращающихся элементов.
В документе US 4700621 также описано быстроразъемное соединение для высокоскоростных устройств типа соковыжималки, в котором корзинка непосредственно подсоединена для вращения и прикреплена в осевом направлении к приводу без механической регулировки.
В известных устройствах для приготовления напитков водный стыковочный узел, обеспечивающий подачу воды в емкость, и держатель, удерживающий эту емкость, вращаются вокруг силовых элементов устройства, соединенных вместе запирающим механизмом типа байонетного замка или аналогичной системы. Удерживающая часть обычно монтируется на силовом элементе с помощью по меньшей мере одного шарикового подшипника. Жидкостный стыковочный узел, как правило, также является частью силового элемента и также устанавливается на по меньшей мере одном шариковом подшипнике. При вращении устройства с высокой частотой вращения во время центрифугирования давление жидкого экстракта создает существенные осевые и радиальные нагрузки на вращающиеся элементы, стремящиеся разделить данные вращающиеся элементы.
Проблема существующих устройств для приготовления напитков заключается в трудности закрытия устройства в области емкости, которая оказывает существенное сопротивление осевым и радиальным нагрузкам, создаваемым центробежным давлением жидкости. Центробежное давление жидкости стремится оттолкнуть жидкостный стыковочный узел и передается соединению деталей. Для сохранения достаточного смыкания деталей, воспринимающих центробежное давление, обычно требуется сложное запорное устройство, создающее длинные цепи допуска для точного удержания и запирания на емкости. Кроме того, вследствие наличия гидростатического давления внутри вращающейся емкости осевые силы стремятся создать избыточные нагрузки на основные опорные элементы устройства, такие как шариковые подшипники. В результате происходит преждевременный износ подшипников и других механических опорных элементов устройства. Для предупреждения возникновения этих проблем необходимо повысить надежность устройства, но это влияет на его стоимость.
Изобретение направлено на решение вышеупомянутых проблем.
Объектом изобретения является устройство в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы дополнительно развивают настоящее изобретение.
В частности, указанная задача решается в устройстве для приготовления напитка из помещенного в емкость ингредиента напитка путем центрифугирования этой емкости, содержащем:
- опорную деталь для удержания емкости в положении, обеспечивающем возможность ее вращения вокруг продольной оси;
- жидкостный стыковочный узел, обеспечивающий сцепление с емкостью и подачу в нее воды и/или экстрагирования напитка из емкости;
- накопительный узел для сбора напитка, получаемого в результате взаимодействия ингредиента и воды в емкости, причем опорная деталь и жидкостный стыковочный узел соединены между собой соединительными средствами, так что они при центрифугировании вращаются вместе с емкостью.
Согласно изобретению соединительные средства включают в себя по меньшей мере одну первую поверхность сцепления на опорной детали и по меньшей мере одну вторую поверхность сцепления на жидкостном стыковочном узле, сцепляющиеся между собой при соединении, предотвращая тем самым этих частей, по меньшей мере, в направлении вдоль оси вращения, а, кроме того, соединительные средства содержат по меньшей мере одну инерционную массу, соединенную с по меньшей мере одним из узлов с возможностью перемещения с по меньшей мере одной степенью свободы в по меньшей мере одном радиальном направлении для повышения силы сцепления между двумя поверхностями сцепления при увеличении центробежных сил.
Таким образом, в отличие от известных устройств устройство согласно изобретению обеспечивает соединение со смыканием двух вращающихся частей, которое усиливается под действием центробежных сил. Силы сцепления между этими частями увеличиваются под действием центробежных сил, преодолевая усилие, стремящееся открыть упомянутые части под действием центробежных сил жидкости в емкости, которые, в частности, действуют на жидкостный стыковочный узел.
В частности, устройство выполнено так, что емкость удерживается между опорной деталью и жидкостным стыковочным узлом. Жидкостный стыковочный узел выполнен с возможностью сцепления с емкостью, когда она удерживается в опорной детали. В результате на жидкостный стыковочный узел действует перепад давления жидкости в емкости. Таким образом, настоящее изобретение гарантирует, что соединение будет сопротивляться действию такого давления и что жидкостный стыковочный узел будет оставаться в сцеплении с емкостью во время экстрагирования напитка.
Согласно одному из аспектов изобретения с жидкостным стыковочным узлом или с опорной деталью подвижно соединена с возможностью скольжения или вращения по меньшей мере одна инерционная масса. Например, инерционная масса может представлять собой стопорный штифт или крюк или может являться его частью. Такой стопорный штифт или крюк на жидкостном стыковочном узле и/или и на опорной детали входит в по меньшей мере одно углубление на опорной детали на жидкостном стыковочном узле соответственно.
Поверхности сцепления на жидкостном стыковочном узле и на опорной детали в по меньшей мере одном направлении проходят наклонно или изогнуты относительно направления оси вращения. В результате центробежная сила создает осевую составляющую сил, действующую на поверхности сцепления и усиливающую соединение между соединенными частями во время центрифугирования.
Предпочтительно, первая поверхность сцепления является частью по меньшей мере одного выступающего элемента, а вторая поверхность сцепления является частью по меньшей мере одного углубления, которые при взаимодействии формируют запирающую часть соединительных средств, или, наоборот, первая поверхность сцепления является частью по меньшей мере одного углубления, а вторая поверхность сцепления является частью по меньшей мере одного выступающего элемента, которые при взаимодействии формируют запирающую часть соединительных средств.
Выступающий элемент может быть выполнен в виде нескольких упруго подпружиненных штифтов, выступающих в разных радиальных направлениях и входящих в зацепление с по меньшей мере одним углублением на другом элементе. Предпочтительно, упруго подпружиненные штифты входят в зацепление с кольцевым углублением на опорной детали.
В основном штифты расположены в пазах, выполненных в жидкостном стыковочном узле. Поджимающее средство, такое как цилиндрическая пружина, может быть вставлено в паз между опорной поверхностью каждого паза и штифтом. Такая конструкция в сочетании с углублением на другой детали образует запорное устройство.
В целом каждый из подпружиненных штифтов может представлять собой отдельную инерционную массу или ее часть или соединен с по меньшей мере одной отдельной инерционной массой. Предпочтительно, выступающий элемент, например штифт, представляет собой инерционную массу. Для этого штифт выполняется из материала, обладающего высокой плотностью, например из металла, такого как, например, сталь, медь, латунь, свинец и т.д.
В другом варианте выполнения инерционная масса может являться отдельным элементом, взаимодействующим с выступающим элементом. Она также может представлять собой элемент, соединенный с выступающим элементом посредством механической связи.
Как правило, жидкостный стыковочный узел может содержать средство для инжектирования жидкости в центр емкости. В частности, в качестве средства для инжектирования может быть использована полая игла, предназначенная для перфорирования крышки емкости или для прохождения через вход, сформированный в ее крышке. Средством для инжектирования жидкости также может быть насадок, который вводится во входное отверстие емкости.
Жидкостный стыковочный узел также может содержать элементы для удаления напитка из емкости. Эти элементы могут включать в себя несколько перфорирующих элементов для образования выходных отверстий в верхней крышке емкости. Перфорирующие элементы могут представлять собой небольшие элементы конической или пирамидальной формы, расположенные по кругу на жидкостном стыковочном узле. Эти элементы могут протыкать крышку емкости. Крышка может представлять собой герметичную мембрану, пористую диафрагму, пленку, фильтровальную бумагу или комбинацию вышеупомянутых элементов. Возможно, часть толщины крышки будет оказывать сопротивление перфорирующим элементам.
Для контроля гидравлического давления центрифугируемого жидкого экстракта в емкости в устройстве имеется клапан для ограничения расхода, содержащий нажимной элемент, взаимодействующий с фланцем емкости. Такой клапан и его работа описаны, например, в документе WO 2008/148646. В основном клапан предназначен для создания противодавления, дающего возможность регулировать продолжительность нахождения жидкости в емкости и расход жидкости, выходящей из емкости.
Предпочтительно нажимной элемент клапана контактирует с фланцем емкости под действием усилия упругого элемента, так что при центрифугировании нажимной элемент отодвигается от фланца гидравлическим давлением центрифугируемого напитка, образуя по меньшей мере один канал для прохода жидкости между нажимным элементом и фланцем емкости. Емкость можно выбрать из конструкций с фланцем достаточной толщины с целью создания клапана посредством предварительного ограничения, определяемого выбранной толщиной фланца, взаимодействующего с нажимным элементом клапана. Как правило, чем больше толщина фланца, тем больше предварительное ограничение на клапане и выше скорость вращения, необходимая для обеспечения требуемого расхода. Принцип такого клапанного регулирования описан также в Европейской заявке 09178400.9 «Капсульная система для приготовления напитков центрифугированием». Преимуществом настоящего изобретения является возможность более надежного регулирования расхода напитка с помощью клапана ограничения расхода.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения соединительные средства расположены над емкостью. В этом варианте в опорной детали могут быть выполнены сквозные радиальные отверстия, расположенные по существу на том же уровне, что и фланец емкости, для обеспечения возможности прохода центрифугируемой жидкости через опорную деталь перед ударом ее в стенку накопителя, окружающего опорную деталь.
Кроме того, в опорной детали и/или жидкостном стыковочном узле устройства может иметься средство центрирования, содержащее упругие элементы, расположенные между подшипником, в котором установлена вращающаяся ось, и корпусом. Такое средство центрирования корректирует за счет упругости несоосность вращающихся элементов. Оно также совместно с другими средствами соединения участвует в повышении гибкости и эффективности работы устройства в закрытом его положении.
Устройство также содержит закрывающий механизм осуществления соединения жидкостного стыковочного узла с опорной деталью посредством направления и перемещения по меньшей мере одного из указанных частей устройства относительно другого из открытого положения, в котором данные части находятся достаточно далеко друг от друга, чтобы емкость можно было поместить в опорную деталь, в закрытое положение, в котором возможно части устройства находятся в контакте. Закрывающий механизм также используется для открытия, чтобы емкость можно было удалить из устройства. В качестве такого запирающего механизма может использоваться кулачковый механизм, как показано, поворотное запорное устройство байонетного типа, шарнирно-рычажный механизм, гидравлическое устройство, электроприводное устройство или комбинация перечисленных устройств и механизмов.
Предпочтительно емкость представляет собой капсулу с дозой ингредиента напитка. Капсула может иметь чашевидный корпус с расширяющейся кверху боковой стенкой, выступающий наружу фланец и крышку, закрывающую указанный корпус. Фланец предназначен для того, чтобы вставлять его между опорной деталью, являющейся держателем капсулы, и жидкостным стыковочным узлом. В частности, фланец взаимодействует с одной стороны с нажимным элементом клапана ограничения расхода в жидкостном стыковочного узле, а с другой стороны фиксируется опорной деталью.
Термин «капсула» относится к любому гибкому, жесткому или полужесткому контейнеру, содержащему ингредиент напитка. Капсула является отделяемым элементом устройства и обычно удаляется после использования (т.е. перерабатывается, компостируется или сжигается). Другими синонимами термина «капсула» являются: «пачка», «блок», «картридж» или «пакетик саше». Капсула может быть одноразовой. Емкость также может заполняться ингредиентом пользователем непосредственно перед использованием.
Ингредиентом напитка может быть любой подходящий пищевой продукт или ингредиент напитка, обеспечивающий приготовление напитка или жидкого пищевого продукта при взаимодействии с жидкостью, в частности с горячей водой. В частности, ингредиент напитка представляет собой жареный молотый кофе, растворимый кофе, необжаренные зерна кофе, чайный лист, растворимый чай, травяной чай, цикорий, какао, молоко, порошкообразный концентрат супа, молочную смесь или комбинацию указанных выше продуктов. Предпочтительно, в качестве ингредиента напитка используется жареный молотый кофе.
Указания на осевое и радиальное направления в данном описании, как правило, даются относительно продольной оси вращения вращающихся элементов или емкости. Осевым считается направление, соосное или параллельное вышеупомянутой продольной оси вращения. Радиальным направлением считается любое возможное направление, перпендикулярное указанной оси.
Дополнительные особенности, преимущества и цели настоящего изобретения станут более понятными из дальнейшего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показано устройство согласно настоящему изобретению с закрытым заварочным блоком;
на фиг.2 - часть устройства с емкостью, показанной на фиг.1, вид с пространственным разделением деталей;
на фиг.3 - часть устройства в закрытом состоянии с емкостью, вид в разрезе;
на фиг.3А - фрагмент устройства, показанного на фиг.3, вид в разрезе в увеличенном масштабе;
на фиг.4 представлено устройство в соответствии с настоящим изобретением, вид в перспективе с пространственным разделением деталей;
на фиг.5 показана часть устройства согласно настоящему изобретению в виде сечения А-А, в частности соответствующий узел устройства, обеспечивающий центровку его различных элементов;
на фиг.6-9 схемы представлены различные этапы присоединения жидкостного стыковочного узла к опорная детали для одного из вариантов выполнения заварочного блока.
На фиг.1-4 показан первый вариант осуществления изобретения.
Устройство 1 согласно настоящему изобретению в основном включает в себя известный сам по себе центробежный заварочный блок 2, предназначенный для приема и центрифугирования емкости типа сменной капсулы 17, которая будет подробнее описана ниже. Центробежный заварочный блок предназначен для приготовления напитка типа кофе из ингредиента напитка, содержащегося в емкости, и воды, инжектируемой в приемник. Инжектируемая вода интенсивно взаимодействует (например, за счет перемешивания) с ингредиентом напитка и под действием центробежных сил получается экстракт напитка, выходящий из емкости на ее периферии. Блок 2 гидравлически соединен с линией 3 подвода нагретой жидкости, предпочтительно воды, из резервуара 4 в блок 2. Подача жидкости по линии 3 производится с помощью насоса 5. В качестве насоса 5 может применяться насос любого подходящего типа, например диафрагменный или шланговый насос. В линии подвода жидкости имеется нагреватель 6 для нагрева жидкости до температуры выше температуры окружающей среды. Температура может изменяться в зависимости от приготавливаемого напитка. Например, для приготовления кофе вода может быть нагрета до температуры от 70 до 100°C.
Заварочный блок 2 содержит два соединенных вращающихся узла: жидкостный стыковочный узел 8 и нижний опорный узел 16. Эти два узла предназначены для удержания емкости, например капсулы, содержащей ингредиент напитка. Устройство также включает в себя привод вращения, например мотор 86, соединенный с одним из вращающихся узлов заварочного блока, например с опорным узлом 16, с помощью стыковочных средств 7 (в целях упрощения на чертеже подробно не показано). Вращающиеся узлы в закрытом состоянии расположены вдоль продольной оси вращения «I». Следует отметить, что ось вращения «I» необязательно расположена вертикально, но может быть также наклонена под определенным углом к вертикали. В устройстве также имеется блок 50 управления для управления операцией заваривания, в частности регулирования скорости вращения мотора 86, температуры выходящей из нагревателя жидкости и других параметров, таких как расход жидкости и производительность насоса.
Как более подробно показано на фиг.2, жидкостный стыковочный узел 8 поддерживается в верхнем корпусе 9 шариковым подшипником; нижняя опорная деталь 16 также поддерживается шариковым подшипником. Жидкостный стыковочный узел 8 установлен в верхней части 9 корпуса на шариковом подшипнике и удерживается в поджатом положении с помощью упругого элемента 11, установленного между корпусом и подшипником. Часть 9 корпуса содержит внутренний кожух 12 уменьшенного поперечного сечения, в который входит цилиндрическая пружина 11, представляющая собой вышеупомянутый упругий элемент. Пружина 11 оказывает давление на кольцо 13, установленное на подшипнике 10. Действие пружины 11 способствует компенсации люфтов и зазоров при закрытии устройства в осевом направлении. Кроме того, жидкостный стыковочный узел 8 включает в себя опорную плиту 14, содержащую центральную часть, выполненную с возможностью контактирования с внутренней обоймой шарикового подшипника 10. Внешняя обойма этого подшипника вставлена во внутренний кожух 12. С нижней стороны заварочного блока расположена нижняя часть 15 корпуса, в которую вставлена опорная деталь 16, предназначенная для опоры капсулы 17. Опорная деталь 16 установлена с возможностью вращения в нижней части 15 корпуса на нижнем шариковом подшипнике 18, вставленном в нижний кожух 19 меньшего по отношению к нижней части корпуса поперечного сечения.
Капсулу 17, содержащую ингредиент напитка, устанавливают между двумя вращающимися узлами 8, 16. Размеры и конструкцию капсулы выбирают таким образом, чтобы ее удерживала нижняя опорная деталь 16 и чтобы она входила в зацепление сверху с жидкостным стыковочным узлом 8. Капсула содержит корпус с дном 34, расширяющуюся боковую стенку 39, в верхней части которой находится выходящий наружу фланец 38. Корпус капсулы закрыт верхней стенкой 37 в виде крышки. Эта крышка может представлять собой герметичную мембрану или пористую диафрагму.
Жидкостный стыковочный узел 8 включает в себя инжектор 35 для введения жидкости в капсулу 17. Инжектор может быть выполнен в виде трубки, проходящей сквозь опорную плиту 14 и заканчивающейся перфорирующим наконечником. Верхняя часть инжектора гидравлически соединена с линией 3 подвода жидкости. Перед наконечником могут быть установлены дополнительные гидравлические средства управления, например запорный клапан. На периферии нижней поверхности жидкостного стыковочного узла расположен ряд элементов 36 для удаления напитка, выполненных с возможностью перфорирования верхней стенки 37 капсулы в нескольких местах для образования множества выходов для напитка. Таким образом, периферийные выходы создаются в верхней стенке 37 капсулы рядом с ее фланцем 38, где центробежная сила является максимальной. Как вариант, выходные отверстия могут создаваться на боковой стенке 39 капсулы или одновременно как на верхней стенке 37, так и на боковой стенке 39 капсулы. Выходные отверстия также могут выполняться в капсуле предварительно, перед ее вставкой в устройство. Кроме того, фланец может содержать определенное количество отверстий для выхода центрифугируемой жидкости.
Как показано на фиг.3 и 3A, устройство может быть снабжено клапаном 40, аналогичным описанному в документе WO 2008/148646, для ограничения потока или создания диффузора между фланцем 38 капсулы 17 и упругим нажимным элементом 41 жидкостного стыковочного узла. Элемент 41 может представлять собой, например, резиновый или пластиковый кольцевой язычок, установленный в периферийном углублении 42 опорной плиты. Данный язычок поджимается в осевом направлении «I» упругим элементом 43. В качестве элемента 43 может быть использована любая подходящая пружина, например упругая пластинка. На клапан также оказывает давление центральная пружина 11. Следует отметить, что нажимной элемент 41 и упругий элемент 43 могут быть выполнены в виде единой детали. Таким образом, фланец 38 капсулы образует зафиксированную часть клапана, а упругий нажимной элемент 41 образует подвижную часть, которая отходит от фланца под действием гидравлического давления центрифугируемой жидкости. Однако конструкция может быть выполнена и наоборот. Например, фланец капсулы может быть выполнен из части, открывающейся под действием силы упругого элемента, помещенного во фланце или под ним. В еще одном альтернативном варианте клапан может быть полностью встроен в капсулу, как это описано в документе WO 2008/148601.
Опорная деталь 16 включает в себя опору 60 для фланца, выполненную в виде уступа с верхней боковой стенкой 29, отходящей вверх от опоры 60. Опора 60 выполнена с возможностью жесткого опирания на нее по меньшей мере части фланца 38 капсулы. В боковой стенке 29 выполнено множество отверстий 61 практически на уровне клапана, чтобы центрифугируемый напиток мог проходить сквозь нижнюю опорную деталь 16. Эти отверстия могут иметь различную форму, как круглую, так и вытянутую. Они также могут быть выполнены в виде удлиненных пазов.
Нижняя часть 15 корпуса содержит накопитель 44 для сбора выходящего из капсулы центрифугируемого напитка, проходящего через клапан 40 и отверстия 61. Накопитель представляет собой кольцевую стенку U-образного профиля, расположенную между нижней частью 15 корпуса и опорной деталью 16. На своей внешней стороне стенка проходит вверх выше уровня отверстий 61, образуя ударную стенку для выходящей из капсулы центрифугируемой жидкости. Накопитель далее переходит в кольцевую часть стенки, заканчиваясь выпускной трубкой 46, которая проходит через отверстие 47 в нижней части 15 корпуса. Таким образом, при центрифугировании напиток собирается в накопителе 44 и сливается через выпускную трубку в приемник (например, чашку), помещенный под выпускной трубкой.
Жидкостный стыковочный узел 8 и опорная деталь 16, являющиеся вращающимися частями устройства, соединены между собой посредством соединительных средств, которые предпочтительно образует фиксатор. Как будет более подробно описано ниже, фиксатор включает в себя по меньшей мере один запорный элемент, который или представляет собой отдельную инерционную массу или ее часть, или соединен с по меньшей мере одной отдельной инерционной массой, имеющей возможность смещения в некоторой степени наружу под действием центробежной силы, увеличивая тем самым запирающее усилие фиксатора.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения устройство для приготовления напитка содержит ряд фиксаторов, содержащих штифты 20, 21, каждый из которых имеет поверхность сцепления 23 закругленной формы. В частности, устройство содержит четыре фиксатора, размещенных по окружности под углом 90° друг к другу, как показано на фиг.4. Эти штифты установлены в пазах 24 вращающегося узла 8, в частности проходят через периферийную стенку 46 опорной плиты 14. Указанные штифты и пазы, в которых они установлены, предпочтительно расположены в радиальном направлении узла 8. Кроме того, штифты равномерно распределены по окружности узла 8 для обеспечения надежного соединения между двумя вращающимися частями. Между штифтом и задней опорной поверхностью 26 паза вставлены упругие элементы 25, так что штифт становится подпружиненным, когда он вдавливается радиально внутрь во время соединения. В частности, штифт имеет более крупную переднюю часть 31, уступ 32 и заднюю часть 33 меньшего поперечного сечения, проходящую сквозь отверстие в опорной поверхности 26 и законтренную стопорным кольцом 27. Более крупная передняя часть 31 представляет собой значительную часть инерционной массы штифта. Вокруг задней части 33 штифта установлен упругий элемент 25, предпочтительно цилиндрическая пружина, которая упирается одной стороной в уступ 32 штифта, а другой - в опорную поверхность 26 корпуса. Стопорное кольцо 27 удерживает части штифта в корпусе.
На внутренней стороне опорной детали 16 фиксатор также содержит круговой паз, например канавку 28. Эта проточка имеет соответствующую форму и расположена по окружности на внутренней цилиндрической поверхности 47 боковой стенки 49 опорной детали, чтобы входить в зацепление с несколькими штифтами. В частности, канавка выполнена на внутренней поверхности 47 выше уровня емкости 17, когда она вставлена на свое место в опорную деталь. Преимущество непрерывной канавки 28 заключается в том, что жидкостный стыковочный узел 8 не требует конкретной ориентации при подсоединении.
На фиг.3 и 3A показано устройство с жидкостным стыковочным узлом 8, подсоединенным к опорной детали 16 с помощью штифтов, входящих в зацепление с канавкой 28 на опорной детали. Канавка может иметь вогнутую удерживающую поверхность 48, которая входит в зацепление с соответствующей по форме выпуклой поверхностью 23 штифта. Когда устройство находится в состоянии заварки, как показано на фиг.3, емкость 17 приводится во вращение двумя частями 8 и 16, удерживаемыми в сомкнутом положении фиксатором. В капсуле создается гидравлическое динамическое давление, постепенно увеличивающееся при удалении от центральной оси I к периферии, как это показано эпюрой давления 30. Это гидравлическое давление достигает максимального значения в наиболее удаленной от центра периферийной точке капсулы. Это давление воздействует на жидкостный стыковочный узел в осевом направлении, открывая клапан 40, который создает ограниченный канал для прохождения потока центрифугируемого напитка. Например, клапан 40 открывается, когда перед ним возникает пороговое давление, например, в несколько бар. Открытие производится с помощью язычка 41, который отклоняется вверх, как указано выше. Поскольку удерживающая поверхность 48 канавки является криволинейной, при смещении вверх или вниз и деформации плоской пружины 43 на криволинейную поверхностью 23 штифта начинает действовать усилие, действующее против гидравлической разъединяющей силы, приложенной по направлению продольной оси I. Когда возникает такая осевая сила, стремящаяся разъединить две части 8 и 16, поверхности 23, 48 взаимодействуют, противодействуя такому разъединению.
Когда устройство находится в состоянии покоя, т.е. когда не осуществляется вращения относительно продольной оси I, единственной силой, удерживающей фиксатор в осевом направлении, является сила, возникающая на тех же поверхностях 23 и 48 вследствие воздействия упругого элемента 25, удерживающего штифты в канавке. Эта удерживающая сила является относительно низкой по сравнению с центробежной силой. Однако, когда устройство находится в неподвижном состоянии, преимущество низкой удерживающей силы заключается в том, что это облегчает соединение и отсоединение жидкого стыковочного узла и опорной детали.
Для правильной работал клапана необходимо, чтобы соединение, полученное с помощью фиксатора, сопротивлялось динамическому гидравлическому давлению. В частности, центробежная сила Fc, возникающая при вращении, создает направленную по оси динамическую закрывающую силу Fd, возникающую вследствие взаимодействия массы штифтов и центробежной силы. В результате действия этих сил и вследствие ориентации поверхностей сцепления 23 и 48 происходит значительное увеличение силы фиксации по сравнению с силой фиксации, обусловленной действием одного только упругого элемента в статическом состоянии системы. Например, при максимальной частоте вращения около 10000 об/мин величина силы Fd может достигать значения около 800 Н. При прекращении вращения это значение уменьшается приблизительно до 50-100 Н.
Соединение жидкостного стыковочного узла с опорной деталью может быть осуществлено посредством закрывающего механизма 45, действующего, например, на верхнюю часть корпуса, как показано на фиг.1. В качестве закрывающего механизма может использоваться кулачковый механизм, как показано, поворотное запорное устройство байонетного типа, шарнирно-рычажный механизм, гидравлическое устройство, электроприводное устройство или комбинация перечисленных устройств и механизмов. Разумеется, данный закрывающий механизм также может воздействовать и на нижнюю часть корпуса, или одновременно на верхнюю и нижнюю части 9 и 15 корпуса для относительного их перемещения.
На фиг.5 в увеличенном масштабе показано возможное выполнение нижней подшипниковой опоры, обеспечивающее самоцентрирование опорной детали с жидкостным стыковочным узлом. Основным принципом является то, что ось вращения 70 опорной детали подпружинена в радиальном направлении «R», но жестко зафиксирована в осевом направлении «I». В данном конкретном варианте выполнения ось 70 прикреплена к подшипнику 18, но подшипник 18 соединен с кожухом 19 нижней части корпуса с помощью нескольких винтовых пластинчатых пружин 71. Такая самоцентрирующаяся конструкция также уменьшает вибрацию во время центрифугирования. Разумеется, упругий элемент 71 может быть заменен любым подобным устройством, обеспечивающим упругое перемещение в радиальном направлении, таким как, например, резиновый элемент. Кроме того, такая самоцентрирующаяся система может быть установлена также и на верхнем подшипнике.
Принцип фиксации в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован с помощью различных конструкций. Как показано на фиг.6-7, опорная деталь 16 соединена с жидкостным стыковочным узлом 8 посредством крюков 80, шарнирно соединенных с опорной деталью. Крюк 80 включает в себя зацепляющую головку 81. Жидкостный стыковочный узел содержит периферийную часть с кольцевой проточкой 82, с которой входит в зацепление крюк 80, отклоняемый наружу упругим элементом 83. Упругий элемент 83 может быть установлен, например, между крюком и боковой стенкой 84 опорной детали. Для повышения надежности соединения опорной детали с жидкостным стыковочным узлом по окружности опорной детали могут быть установлены несколько крюков. Крюки 80 обладают определенной инерционной массой, которая имеет возможность смещения относительно шарнира 88. Для введения крюков 80 в проточку 82 при соединении части 8 и 16 смещаются относительно друг друга в осевом направлении, пока зацепляющая головка 81 не пройдет выступ 85 и не войдет в проточку 82 под действием усилия упругого элемента 83 (фиг.7). Крюк также включает в себя поверхность сцепления 86, входящую в зацепление с поверхностью сцепления 87 проточки 82. Поверхности сцепления 86 и 87 слегка наклонены относительно поперечного направления, что способствует созданию одной из составляющих действующей в осевом направлении силы, увеличивающейся при возникновении или увеличении центробежной силы.
В состоянии покоя данные соединительные средства обеспечивают умеренное закрывающее усилие осевого компонента Fs, которое определяется усилием, создаваемым упругим элементом 83 (фиг.8). Когда две части 8 и 16 заварочного блока совместно приводятся во вращение вокруг продольной оси I, осевая составляющая Fd силы возрастает вследствие наличия центробежной силы, действующей на крюк, который может смещаться относительно его шарнирного соединения с опорной деталью.