用於飲料機的陶瓷閥單元的製作方法

2023-11-08 11:04:17 2

本發明涉及一種用於飲料機的陶瓷閥單元。

這種陶瓷閥單元總體上是已知的，並且在us6682047中描述了一個示例。因為這種閥單元用於在飲料製備機中的不同流動路徑之間分配熱水或蒸汽，所以在陶瓷材料中已經發現了用於與熱水或蒸汽接觸的閥元件的合適材料。雖然這些材料在苛刻的環境下提供優良的耐用性並允許流體密封，但其製造和成本仍然是關鍵因素。

因此，本發明的目的是提出一種改進的陶瓷閥單元。因此，在更一般的意義上，本發明的目的是克服或減少現有技術的缺點中的至少一個。本發明的另一個目的是提供在組裝和操作中較不麻煩且還可相對便宜地進行製造的替代方案。可替換地，本發明的目的是至少提供有用的替代形式。

為此，本發明提供了如所附權利要求中的一個或多個所限定的陶瓷閥單元。這種閥單元的製造是高效且經濟的，其中所需的陶瓷元件的尺寸可被保持儘可能小。因此，不與熱水或蒸汽直接接觸的材料可由較便宜的材料製成，同時使用不太嚴苛的製造工藝。因此，在不顯著增加陶瓷元件的尺寸的情況下，提供更多的閥位選擇也變得經濟上可行。

具體地，本發明涉及一種用於飲料製備機的陶瓷閥單元，該陶瓷閥單元包括殼體、用於接收熱水的進水管並包括流出開口以及位於殼體內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鄰接的表面並且在與鄰接面共面的平面中能相對移動，其中，與鄰接面共面的平面在進水管和第一陶瓷元件的下遊但是在第二陶瓷元件和流出開口的上遊，其中，第一陶瓷元件具有至少不同尺寸的第一開口和第二開口，以用於允許液體流動通過第一陶瓷元件，其中，第二陶瓷元件僅具有與流出開口永久對準的單個液體流動開口，並且其中，第一陶瓷元件被與陶瓷不同的材料的操作臂區段接合以用於滑動移動。可選地，第一陶瓷元件能在圍繞定位為超出第一陶瓷元件的邊界的旋轉中心的移動路徑中的不同的至少第一位置和第二位置之間選擇性地滑動。另外可選地，第一開口可以是用於產生射流的噴嘴。可替換地，就這一點而言，第一陶瓷元件的第二開口和第二陶瓷元件的單個液體流動開口可具有相同的尺寸。

在一個示例中，第一陶瓷元件和第二陶瓷元件可通過壓縮彈簧偏壓成處於相互鄰接的關係。可選地，第一陶瓷元件和第二陶瓷閥元件被偏壓抵靠一彈性體墊，該彈性體墊抵靠所述殼體的內側，該彈性體墊與流出開口重合併且具有與流出開口對應的通流開口。然後可選地，當在第一陶瓷元件的移動路徑的外側具有進氣通道時，該進氣通道可被設置成與能移動的閥元件配合，所述該閥元件與彈性密封墊一體形成。此外

進氣通道然後可接合第二陶瓷元件的下遊的流出物。進氣通道然後也可接合t形接頭中的流出物。

在另一個示例中，第一陶瓷元件可在不同的至少三個位置之間移動，並且附加的第三位置可以是封閉位置。同樣在該特定示例中，第一陶瓷元件可被設置成在不同的至少四個位置之間移動，並且附加的第四位置然後可具有與第二陶瓷元件的單個液體流動開口對準的多個噴嘴。

作為另外的選擇，第一陶瓷元件在不同的至少其第一位置和第二位置之間的移動可通過電動馬達實現。然後可通過編碼器控制電動馬達的旋轉，該編碼器被設置成檢測至少第一位置和第二位置。當第一陶瓷元件的移動路徑圍繞一旋轉中心時，編碼器可包括編碼器輪和至少一個編碼器傳感器。然後，作為另外的選擇，編碼器輪可具有圍繞其外周界的等間距的多個齒，並且至少一個編碼器傳感器可以是定位在與間隔開的多個齒重合的感測路徑中的第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器中的位於中間的一個。然後，第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器可以一間距彼此間隔開，該間距小於編碼器輪上的相鄰的齒之間的間距的兩倍，在僅具有單個編碼器傳感器的情況下更精確地檢測編碼器輪的位置將是可能的。

在一個選擇中，陶瓷閥單元可被設置成與混合室結合，該混合室與陶瓷閥單元的殼體一體形成。在該特定選擇中，混合室可具有入口，該入口適於連接到用於液體飲料相關產品的定量裝置的出口。然後，定量裝置可以是能更換的產品供應包的一部分。

另一個選擇中的陶瓷閥單元可以是飲料製備機的一部分。該飲料製備機包括混合室，該混合室具有：入口，用於接收能更換的供應包的定量器出口；飲料出口；液體供應裝置，包括用於將液體[在壓力下的水]供應到混合室的液體流動路徑；空氣供應裝置，用於將空氣供應到液體流動路徑；驅動軸；以及根據上述示例中任一項所述的閥單元。

一種用於製備飲料消費品的系統可任選地包括：飲料製備機；以及至少一個能更換的供應包，被配置成用於保持飲料相關成分；同時，飲料製備機包括：混合室，具有飲料出口；液體供應裝置，包括用於將液體[在壓力下的水]供應到混合室的液體流動路徑；空氣供應裝置，用於將空氣供應到液體流動路徑；以及驅動軸；同時，至少一個能更換的供應包包括用於保持飲料相關成分的容器以及具有出口的定量器，其中，定量器被設置成用於以定量的方式將飲料相關成分從容器供應到定量器的出口；同時，至少一個能更換的供應包和飲料製備機是能機械連接的，並且當連接時，定量器的出口與混合室流體連通，並且飲料製備機被設置成用於激活定量器，以將所述成分從定量器的出口供應到混合室中，同時，液體流動路徑被設置成包括用於產生液體射流的第二噴嘴，所述液體射流在使用中噴入混合室中，其特徵為，系統還包括集成到飲料裝置中的陶瓷閥單元，所述陶瓷閥單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開口，並且第二元件包括與流出開口至少基本上對準的流入開口，並且同時，第一元件被夾在第三元件和第二元件之間，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鄰接的表面，並且同時，第一元件在與鄰接面共面的平面中能相對於第三元件和第二元件移動，其中，第一陶瓷元件包括第二噴嘴，如果噴嘴與流入開口和流出開口基本上對準，則第二噴嘴用於允許液體流動通過第一陶瓷元件，並且其中，第一陶瓷元件能在圍繞超出第一陶瓷元件的邊界的旋轉中心的移動路徑中的不同的至少第一位置和第二位置之間選擇性地滑動，其中，在第一位置中，第二噴嘴與流入開口和流出開口基本上對準，使得流體射流由第二噴嘴產生並且經由出口開口噴入混合室中，並且其中，在第二位置中，第二噴嘴不與流入開口和流出開口對準，使得流體不能從入口開口流到噴嘴以產生射流。作為這種系統的另外的選擇，液體流動路徑可包括第一噴嘴，該第一噴嘴被設置成產生具有外部液體部分和內部空氣部分的中空的液體射流。另外可選地，第一噴嘴可被設置成終止在混合室的側壁處，並且中空射流的外部液體部分然後可在與混合室相鄰的區域中接觸第一噴嘴的內表面的大部分。與此相關聯，第一噴嘴也可朝向混合室變窄，然後液體流動路徑可包括第二噴嘴，該第二噴嘴位於第一噴嘴的上遊並且被設置成用於產生基本上實心的液體射流。然後，同樣在第一位置中，第一噴嘴和第二噴嘴可相對於彼此定位成使得由第二噴嘴產生的基本上實心的液體射流在衝擊區域中衝擊第一噴嘴的內表面，使得射流圍繞第一噴嘴的內表面旋動並且形成噴入混合室中的中空的液體射流。此外或可替換地，在第一元件相對於第三元件和第二元件的第三位置中，第一噴嘴和第二噴嘴相對於彼此定位成使得由第二噴嘴產生的基本上實心的液體射流衝擊與第一噴嘴至少基本上對準，使得來自第二噴嘴的實心射流沿著第一噴嘴的內表面流動，並且射流保持實心使得噴入混合室中的射流為實心射流。

從所附說明書中並參考附圖將使本發明的其他有利方面變得清楚，附圖中：

圖1是根據本發明的陶瓷閥單元的截面的局部正視圖；

圖2是圖1的陶瓷閥單元的局部截面的局部等距視圖；

圖3是圖1和圖2的陶瓷閥單元的殼體部分的等距視圖；

圖4是圖3的殼體部分的示出了其內側下遊的後正視圖；

圖5是根據圖4中表示的箭頭p-p的截面；

圖6是與圖3至圖5的殼體部分相關聯的彈性密封墊；

圖7a示出了處於第一端部位置的操作臂區段和相關聯的編碼器；

圖7b示出了處於第二端部位置的圖7a的操作臂和編碼器；

圖8示出了另一個殼體部分上的圖7a和圖7b的編碼器；

圖9是圖7a、圖7b和圖8的編碼器的細節的放大正視圖；

圖10是圖1和圖2的陶瓷閥單元的陶瓷滑動元件；

圖11是替代圖10的陶瓷滑動元件的另一種形式的陶瓷滑動元件的示意圖；

圖12是替代圖10或圖11的再另一陶瓷滑動元件；

圖13示出了在與圖1的方向相反的方向上觀察的本發明的可選實施例。

在圖1的局部截面中示出了陶瓷閥單元1，其包括第一殼體部分3和第二殼體部分5。第一殼體部3容納進水管7。進水管7具有凸緣端部7a，膨脹彈簧9支承抵靠該凸緣端部，以使進水管7與陶瓷入口元件11鄰接。諸如o形環13的密封環置於凸緣端部7a與入口盤11之間，以確保流體密封性。陶瓷入口元件11支承抵靠陶瓷滑動元件15。陶瓷滑動元件15被容納在操作臂區段17的孔內以接合，從而用於滑動移動。操作臂區段17由電動馬達19驅動。陶瓷滑動元件15也被彈簧加載的陶瓷入口元件11偏壓成與為流出元件21的形式的另外的陶瓷元件的流體密封地接觸。流出元件21支承抵靠彈性體(resilientelastomeric)的密封墊23。彈性密封墊23可方便地但非必須地由矽酮製成。流出元件21和密封墊23被容納在第二殼體部分5的腔體(圖4中的39)內。第二殼體部分5還可與混合室25關聯，混合室通過入口27接收液體飲料濃縮物，並且從流出口29分配飲料。第一殼體部分3還包括進氣管31。

如圖2的等距局部截面中進一步所示，經由第二殼體部分5中的通道(圖4中的43)的進氣管31可經由t形接頭33接合流動通過進水管7、入口元件11、滑動元件15、流出元件21和彈性密封墊23的水。t形接頭33一體地形成在第二殼體墊5中，並且包括由進氣管31和衝洗水輸入部35共用的通道(圖4中的43)。來自衝洗水輸入部35的衝洗水和來自進氣管31的空氣被一體形成在彈性墊23中的閥元件37分開，如下文所述。

圖3是第二殼體部分5的等距視圖，並且圖4是圖3的第二殼體部分的後正視圖。如圖4中進一步所示，第二殼體部分5具有用於接收密封墊23和流出元件21的腔體或凹部39。在腔體39內的是流出開口41，當組裝陶瓷閥單元1時，流出開口與進水管7對準。衝洗水輸入部35經由從衝洗水輸入部35延伸到t形接頭33的連接通道43與流出開口41流體連通。中央軸頸(centraljournal)45設置用於樞轉地接收操作臂區段17。

圖5是根據圖4中的線p-p的截面的正視圖，並且示出了腔體39和中央軸頸45的相對位置。

在圖6中示出了以彈性體形成的密封墊23，其可以是矽樹脂或其它合適的材料。具體地，圖6示出了一體形成的閥元件37，該閥元件可移動以允許來自進氣管31的空氣進入連接通道43，但該閥元件也將通過當允許衝洗水進入衝洗水輸入部35和連接通道43時的衝洗水的壓力自動地關閉空氣入口。彈性密封墊23還配備有中央開口41a，該中央開口將與第二殼體部分5的流出開口41對準。密封墊23的周界輪廓對應於如圖4所示的腔體39。流出元件21將位於密封墊23的頂部上，該流出元件具有與滑動元件15大致類似的周界輪廓，並且僅佔據腔體39的下部部分。流出元件21具有與中央開口41a和流出開口41對應的中央開口，但使腔體39的與密封墊23的閥元件37對應的區域自由。圖1和圖2所示的陶瓷流出元件21具有如上面描述的且在圖7a和7b中進一步描述的配置。

圖7a和圖7b分別示出了操作臂區段17的第一端部位置和第二端部位置。在圖7a和圖7b兩者中進一步看到，操作臂具有用於保持滑動元件15的孔17a，該滑動元件在這些附圖中被省略，以便在顯露出後面的流出元件21。操作臂區段17被布置成圍繞與中央軸頸45同心的樞轉軸45a樞轉。通過齒輪傳動的dc馬達19以已知的方式驅動樞轉軸45a。為了對操作臂區段17在圖7a和圖7b的端部位置之間的預定位置的定位提供適當的控制，編碼器輪61連接到樞轉軸45a以用於與操作臂區段17同時旋轉。編碼器輪61具有圍繞其外周界的多個等間距的齒(dent)63。當操作臂區段17和編碼器輪61旋轉時，等間距的齒63在三個連續的傳感器65、66、67的陣列之間通過。如圖8中最佳看到的，這些連續的第一傳感器65、第二傳感器66和第三傳感器67被定位在公共電路板69上，並且可由光傳感器方便地形成。公共電路板69還具有用於與飲料機的控制單元連接的電纜71。如圖7b可見，編碼器輪61在其前端上在其齒63中的第一個齒之前具有相對較大的間隔73。這種相對較大的間隔73與連續的傳感器65、66、67組合觸發並復位編碼器操作。如圖9中進一步所示，編碼器傳感器65、66、67相對於編碼器輪61上的各個齒63之間的間距而間隔開，使得一個傳感器(在這種情況下為第三傳感器67)的光發射器和光接收器被相關的齒63完全阻塞。同時，第二傳感器66處於完全發光狀態，而第一傳感器65處於半發光狀態。第一傳感器至第三傳感器65、66、67的這種定位是通過將每個傳感器以一間距與另一個傳感器間隔開來實現的，所述間距小於編碼器輪61上的相鄰齒63之間的間距的兩倍。

在圖10中示出了陶瓷滑動元件15的第一實施例。陶瓷滑動元件15具有第一面47和第二面49。第一面47與彈簧偏壓入口元件11鄰接，並且第二面49鄰接陶瓷流出元件21。優選地，鄰接面被拋光以確保鄰接面之間的適當的流體密封。在圖10所示的示例中，陶瓷滑動元件15具有小噴嘴51和相對較大的非限制開口53。在噴嘴51和開口53之間是相對於流出開口41具有足夠餘量的封閉區域，以允許選擇用於滑動元件15的封閉位置。本領域技術人員清楚的是，通過馬達19使操作臂區段17成角度地旋轉可選擇性地將噴嘴51、封閉區域或較大的開口53中的一個定位在相對於流出開口41的輪廓位置中。當噴嘴51相對於流出開口41處於對準位置時，進入進水管7的熱水將形成水射流，該水射流進入混合室25以形成發泡飲料(foamedbeverage)。當使較大的開口53進入相對於流出開口41的位置時，可獲得扁平飲料(flatbeverage)，諸如不含泡沫的黑咖啡。在中間封閉位置，熱水供應將完全關閉，並且熱水供應可轉移到安裝有本陶瓷閥單元的飲料機中的另一個位置。圖11示意性地示出了可替換前述示例的滑動元件的陶瓷滑動元件15a的另一示例。圖11的陶瓷滑動元件15a用於四位閥。第一位置i對應於大開口53a，第二位置ii對應於封閉位置55，第三位置iii對應於第一噴嘴51a，並且第四位置iv對應於第二噴嘴51b。因為需要在位置之間具有足夠的重疊餘量以確保流體密封度，連續開口的邊界之間的移動距離，位置i和位置ii之間的移動角度57大於位置ii和iii之間及位置iii和iv之間的成角度的移動57、58。這是為了確保大開口53a與圖11中虛線所示的流出開口41的輪廓之間的足夠餘量62。滑動元件15a的滑動移動圍繞具有半徑66且中心為中央軸頸45的圓形路徑64。滑動元件15a的各個位置i、ii、iii、iv由諸如圖1中的19所示的電動馬達控制，並且可被編程在合適的控制單元中。如圖12中進一步所示，另外可能的是，在另一種四個位置示例具有多個噴嘴68與第二殼體部分5的流出開口41對準的位置。其他位置也是封閉位置、大開口53b和噴嘴51c。

閥噴嘴幾何形狀和較大尺寸開口的幾何形狀已被選擇為在其軸向方向上完全且不間斷地直線。這種幾何形狀有助於防止石灰垢顆粒的沉積或積聚。此外，已經發現，陶瓷閥選擇不同噴嘴或開口的規則操作也剪切任何石灰沉積的石灰垢顆粒，使得這樣形成的較小顆粒可容易地穿過噴嘴而消失。這種作用被稱為「顆粒刮擦」。

閥元件37提供簡單且有效的水/空氣控制。

當選擇陶瓷滑動元件15、15a、15b的封閉位置時，供水與流出開口41完全分開，但可在陶瓷滑動元件的第一面47上形成用於熱水的返迴路徑。

還可想到，通過陶瓷滑動元件的特定開口或噴嘴引入清潔劑。

在本發明的另一可選實施例中，如圖13所示，用於允許空氣和衝洗水流入到具有水流動路徑的t形接頭的連接通道143設置在改型的流出元件121中。改型的流出元件121與也改型的滑動元件115和也改型的入口元件111配合。這種改型還需要改型的第一殼體部分103和改型的第二殼體部分105，而其他部件可基本上如上所述地保留。

雖然在上文中，入口元件11、111、滑動元件15、115和流出元件21、121被稱為陶瓷元件，但是應當理解，其它耐磨性(諸如pom)也可用於這些部件中的一個或多個。

另外，當使用僅需要在噴嘴位置與封閉位置之間進行選擇的滑動元件時，也能夠在入口或流出元件中的一個中設置噴嘴孔。在該布置中，滑動元件僅需具有相對較大的開口。

因此，描述了一種用於飲料機的陶瓷閥單元(1)，其包括殼體(第一部分3、第二部分5)、用於接收熱水的進水管(7)、流出開口(41)以及殼體內的第一陶瓷元件和第二陶瓷元件(陶瓷滑動元件15、流出元件21)。第一陶瓷元件和第二陶瓷元件(15、21)各自具有相互鄰接的表面(包括滑動元件15的第二面49)，並且可在與鄰接面共面的平面中相對移動。與鄰接面(49)共面的平面在進水管(7)和第一陶瓷元件(15)的下遊，但在第二陶瓷元件(21)和流出開口(41)的上遊。第一陶瓷元件(15)具有至少不同尺寸的第一開口和第二開口(小噴嘴51、較大的開口53)，以用於允許液體流動通過其中。第二陶瓷元件(21)僅具有與第二殼體部分(5)中的流出開口(41)永久對準的單個液體流動開口。第一陶瓷元件(15)可在圍繞超出第一陶瓷元件(15)的邊界的旋轉中心(圍繞中央軸頸45)的移動路徑中的至少第一不同位置和第二不同位置之間選擇性地滑動。

因此，認為本發明的操作和構造將從前述說明書及其附圖變得顯而易見。為了清楚和簡明的描述起見，特徵在本文中被描述為相同或單獨的實施例的一部分，然而，應當理解，本發明的範圍可包括具有所描述的特徵中的全部或一些的組合的實施例。本領域技術人員將清楚，本發明不限於本文所述的任何實施例，並且可在所附權利要求的範圍內考慮的修改是可能的。另外，移動學反轉被認為是固有地公開的，並且可在本發明的範圍內。在權利要求中，任何附圖標記不應被解釋為限制權利要求。當在本說明書或所附權利要求書中使用時，術語「包含」和「包括」不應以排他性或窮舉意義來解釋，而應以包含的意義來解釋。因此，如本文所使用的，表示為「包括」或「包含」不排除除了所列出的那些之外的其它元件、附加結構或附加動作或步驟的存在。此外，詞語「一個(a)」和「一種(an)」不應被解釋為限於「只有一個」，而是用於表示「至少一個」，並且不排除多個。在不背離本發明的範圍的情況下，未具體或明確描述或要求保護的特徵可另外包括在本發明的結構中。諸如「用於...的裝置」的表達應被看作「被配置用於...的部件」或「被構造成...的構件」，並且應被解釋為包括所公開的結構的等同物。「關鍵的」、「優選的」、「特別優選的」等的類似表達的使用並不旨在限制本發明。在結構、材料或動作被認為是必要的程度上，它們被無意義地表示。通常可在不背離由權利要求確定的本發明的範圍的情況下進行本領域技術人員權限範圍內的添加、刪除和修改。