为制备饮料选择和提取胶囊的装置和方法 【技术领域】
本发明涉及一种用胶囊制备饮料的装置，该胶囊含有要在提取系统中提取的物质。具体地说本发明涉及在这种装置中选择和获取一种胶囊装料。
背景技术
用含有预定量的焙烧碎咖啡的胶囊来制备咖啡一类的饮料是众所周知。所述胶囊的优点在于使饮料制备的操作方便，保证干净的制备，没有可见榨滓废料，有效控制制备产品的剂量和质量，以及这种产品的再生产。
通常，提取胶囊的原理在于(i)将胶囊关闭到一个耐压的容器中，(ii)利用一个部件中的顶针或刀片为胶囊的一个面上钻孔，所述部件有一个通常称作“喷头”的进水口，(iii)将一定量的热水引入胶囊，以便在元件内形成能够生产咖啡液体提取物的几巴压力环境，然后(iv)通过胶囊的另一个面放出提取的咖啡液体，所述另一个面与一些突起部件接触，在胶囊中产生的内压的作用下，使该另一个面张开。这种从胶囊中提取地原理的好处是因为可以控制提取条件(特别是温度，压力，时间)，原因在于胶囊不管是容量还是包装都可以很好地按大小制定。
在市场上的许多提取装置中，都是用手逐个地将胶囊装到提取胶囊盒中；通常该胶囊盒对应于使提取液流出的底部。该胶囊盒可以有不同的形状，通常是用传统压煮机卡口式的卡口连接的桶状、也可以是能在球窝节(铰链)机构作用下被闭合的活动夹的形状。还有一种能够使胶囊进行装载移动的箱式胶囊装载系统，这种移动在所述提取系统中方便，在水平或其它方向呈线性。这种系统在本申请人的尚未授权的欧洲专利申请00110102.1中作了描述。但是这些系统只能在当时由用户本人将有限数量的胶囊装到系统中。
然而，为了保证从一个胶囊存储器中供应胶囊，就要求不必直接操作胶囊，而是要求自动地将胶囊设置在提取系统中。而且还有一个要求就是设置一些性能相同或不同的胶囊存储器，并使装载相当容易。在一些公开的专利文献中已经介绍过这样一些系统。例如，瑞士专利申请No.471570涉及的是自动咖啡机，该咖啡机包括一个用于加热和配水的机构，一个储存装料器皿的机构，装料器皿中装有咖啡粉，该机构与一个用于接收和传送器皿的盘配合，以便将这些器皿放置到热水出口的前面，在浸泡以后使器皿出来；所有机构均是用同步马达驱动。将器皿逐个地从料斗传送到一个开有洞孔的盘上，直至负压出水口。这种装置是初步的，没有设计出如何为新式提取系统供料，这种提取系统的外壳对着胶囊完全关闭，以便根据被很好控制的压力、时间以及温度条件进行提取，这些条件可以再现。另外，将器皿排放到盘外需要通过将器皿升起以后才能将器皿送到盘外，这样也就出现了滞塞和回收的问题。
欧洲专利申请No.1046366涉及一种将部分碾碎的咖啡提供到一个提取单元中的供应装置，该提取单元有一个能够安置大部分咖啡的存仓和将供应装置中的部分胶囊放出的排放装置。胶囊排放系统比较复杂，它要利用很多对卡子，而这些卡子由多对驱动件驱动，而驱动件本身由电磁铁控制。每一批咖啡或每一管咖啡都有其合适的排放元件，所以这就使得系统比较复杂，而且相对较贵。另外，该系统要求排放元件的移动非常精确，而且非常同步，这些排放元件应当同时作用，以便完全防止系统中的部分咖啡滞塞。随着构件的反复运行和磨损，可以发现该系统的可靠性变差，受到不同程度的损伤。另一个缺陷在于接收部分咖啡的提取腔应当相对于侧部转动，从而先在提取的支座方向对直，然后升起，在线性移动时连接所述支座。将重复运行和沿着多个轴进行的复杂运动结合起来就会影响提取系统的精度，随着时间改变提取条件，使机械构件过早损伤，从而降低该装置的稳定性，并减少其使用寿命。另一个缺陷在于自下而上进行提取，通过提取支座的上部排出提取的液体；这样就使人们应当朝着放杯子的地方配备一根引水管。这种结构出现的问题是排液问题。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种可以克服现有技术公知装置的缺陷的饮料制备装置。
因而本发明的目的之一是提供一种饮料制备装置，该装置有选择胶囊的功能，这些胶囊与胶囊的提取系统相连，从而可以在最佳条件下提取胶囊。
本发明的另一个目的在于在选择了胶囊、特别是传送了该胶囊以及提取该胶囊以后，在可能的情况下可靠、快速和自动放出胶囊以后改善胶囊的装载。
本发明的在一个目的在于更可靠地使用提取液，而且没有提取液流出和放空的问题。
这些目的通过一种用胶囊制备饮料的装置实现，该胶囊含有要在提取系统中提取的用于制备饮料的物质，该提取系统包括一个存储系统，存储系统包含有按照多组排列的胶囊；一个捕获装置，该捕获装置逐个地捕获一组胶囊中的胶囊，并将该胶囊释放到提取系统中；其特征在于所述捕获装置在所述存储系统和所述提取系统之间运动，该捕获装置安置成可占据至少两个位置——第一收集位置，在此用所述捕获装置保持胶囊，并用该捕获装置传送胶囊；第二释放位置，捕获装置可在该位置被打开，以便释放捕获装置中的胶囊。
最好使所述捕获装置打开，以便将胶囊释放到提取系统中，该提取系统安置成使其关住胶囊。在释放以后，用提取系统装载胶囊，但与所述捕获装置相互之间没有明显的影响。由于这种互不关联，就可以得到一种独立提取系统，这种提取系统能够保证提取条件受到控制并可以重复产生(再现)。
在一个优选实施方式中，随着胶囊周围的提取系统的关闭(闭合)，捕获装置按顺序将胶囊释放到提取系统中。这样，装载胶囊的时间和关闭提取系统的时间明显减少。
此外，最好配备可以使捕获装置打开的装置，该装置第一次打开捕获装置是为了将胶囊释放到提取系统中，而第二次打开是为了在捕获装置回收了提取系统中使用过的胶囊以后将该胶囊释放到排放区。这样，同一装置有效地被同时用于在该系统之外改变和排放胶囊。
在一种优选配置中，捕获装置包括一对夹具，这两个夹具在足以留住胶囊的一个位置和可以释放胶囊的一个分开位置之间移动。最好利用一个冲头(推顶头)将该对夹具弹性地分开打开，通过使冲头相对于各夹具之间的间隔区进行移动，该冲头对所述夹具发生作用。夹具最好具有支撑面，所述胶囊至少部分靠在该支撑面上，从而可以进行无损传送。在一个优选方式中，转动地安装该对夹具，以便使其能够在存储系统和提取系统之间移动。
为了在捕获装置和提取系统之间进行很好的调整，使该对夹具相对于冲头移动，以便通过至少由一个推动机构实现的推力释放所述胶囊，当胶囊周围的提取系统关闭时，该推动机构与提取系统的移动部件协同移动。
在一个优选结构中，在被同一装置提取以后，将用过的胶囊排出，所述同一装置也就是将胶囊安置到所述提取系统中的装置。为此，在提取胶囊以后，以及所述捕获装置在所述提取区域和安置区域之间的中间区域内移动以后，所述夹具被打开。最好用一个移动冲头的凸轮装置将排放区域中隔开的夹具打开，从而释放用过的胶囊。这种凸轮装置根据捕获装置的移动及其位置周期性地动作，这样可以简化夹具的打开和关闭。
本发明还涉及一种为制备饮料在一个提取系统中从一个存储区域内选择和装载胶囊的方法，该存储区域包括多组胶囊，该方法包括：在所述若干组胶囊的一组中选择和捕获一个胶囊，将该胶囊传送到一个提取系统中，提取该提取系统中的该胶囊，其特征在于先捕获该胶囊，然后将该胶囊释放到可以在胶囊周围重新闭合的提取系统中。
在一个优选方案中，利用一个捕获装置在放出移动中将胶囊释放到提取系统中，这种运动在提取系统和捕获装置之间不会产生相互影响。最好通过捕获装置的垂直靠近运动和侧向放出运动使捕获装置将胶囊设置在提取系统的接收部位上来释放胶囊。这样，就可以使胶囊在所述提取系统中得到精确定位，该提取系统可以通过一个独立提取系统围绕胶囊闭合。
根据一个优选方式，先回收用过的胶囊，然后再将该胶囊传送到一个排放区域，以便将其重新释放。此外，在系统关闭时，对提取系统中的胶囊进行协调，反之也然，在重新打开提取系统时，回收该提取系统中用过的胶囊。
【附图说明】
通过下面结合附图的描述将会更加清楚地理解这些特征及其可能有的优点，其中：
图1是根据本发明的具有将胶囊自动装载到一个装配结构中的装载系统的提取装置的总透视图；
图2是同一装置的第一侧的总透视图，但所示的装置的机械元件没有外装配，也没有装置的控制部件；
图3是与图2类似的总图，但为该装置第二侧的的视图；
图4是该装置的顶视图；
图5是沿图4的A-A线作的剖视图；
图6表示该装置的捕获装置和存储系统之间配合的示意图；
图7是收集和控制(操纵)系统的透视图(立体图)；
图8是图7的没有壳体的详图；
图9是图7的正视图；
图10是该装置在提取系统被关闭情况下的局部透视图；
图11是在提取系统被打开情况下沿图10的B-B线作的示意性剖视图；
图12是在提取系统被关闭情况下沿图10的B-B线作的示意性剖视图；
图13是在放出胶囊的情况下该装置的透视图；
图14是捕获装置的局部细节的透视图；
图15是与图14类似的透视图，但透视的角度不同。
【具体实施方式】
图1所示的本发明的提取装置是分配咖啡和/或其他饮料的分配机，用于通过提取供给的物质来制备饮料，所述供给的物质包含在预配(预制)的胶囊中。该装置包括一个既美观又实用的舱10，该舱围住该装置的提取、选择和控制系统的主要元件。在该舱的后面有一个带有若干管子20，21，22和23的存储系统2，这些管子中含有多组需要被提取的胶囊。在该舱的前面设置一个供应(服务)区域11，该区域有一个用于接收一个或多个容器的稳定支座12，这些容器用于接收饮料。将一个控制表13设置在该舱的前面，该表上带有可以选择饮料的触点，这些触点对应于存储系统中的可以处理的胶囊的不同选择。有些触点也可以对应于某些混合物，这些混合物可以用选择的一种以上的胶囊得到。用电源15为该装置供电，用水管16为其供水。
现在参见图2-5，本发明装置包括一个主基座30，将一个循环输送装置式的存储系统2装在该主基座上，该存储系统包括多个垂直延伸的装载管子20-23，按照闭合轨道排列布置这些管子。每一个管子内形成的区域垂直取向，所述区域中放置一组胶囊，这些胶囊在装载管子中自由地一个堆在另一个的上面。装载管子彼此可以进行连接，从而在使循环输送装置转动时构成比较刚性的整体。为此，通过连接撑杆24使每一个管子的侧部与相邻的管子沿纵向相连。如图5所示，通过中心连接装置25使装载管子的下部之间相连，该中心连接装置沿中轴杆26向下延伸，而该中轴杆与主基座30旋转连接。设置有驱动装置27，以便带动中轴26转动。如图5所示，驱动装置可以包括齿轮270，271和一个与基座30相连的电机(马达)272，根据一个可行的变型，驱动装置可以包括一个“马耳他十字架(croixde Malte)”，该十字架的作用是保证装载管子精确地转动四分之一圈。
为了确保整体的稳定性以及将管子中的胶囊保持在储存位置，使用一个管子支撑装置28，所述中心连接装置25紧靠该管子支撑装置。该管子支撑装置28是一个固定支撑板，它通过撑杆装置(未示出)与主基座30连接。使中轴杆26滑动地通过支撑板28，从而使该杆，也就是说使所有排放管子20-23和它们的连接装置25，26沿一个中心垂直轴O相对于支撑板28转动，而该支撑板相对于基座30固定。因此，排放管子20-23可以沿环路I移动，就像图6所示的那样绕O轴的轨道移动。这样，这些管子通过支撑板28在一个胶囊支撑机构和一个对应于通道29的预选机构之间移动，所述通道29设置在支撑板28中；该通道29与轨道路径I限定的弧相交。这样，通道29在支撑板28中提供了一个用于该组某一排放管子的下开口；在图6的例子的情况下为管子22。
图5-8示出的是用于接收存储系统2中的预选胶囊的捕获装置4。根据预选的胶囊，发现管子中的一个相对于通道29的最下部的胶囊90。所述捕获装置4包括一个堵板40，该堵板上带有一个足以使对着该堵板的一个胶囊自由通过的开口41。在该堵板40的下面有一个铰接件，该铰接件占据至少两个位置，其中一个是可以捕获胶囊的固定位置，另一个是可以释放胶囊的释放位置。这种元件最好是一对夹具(夹爪)42，这一对夹具沿着一个中心旋转轴O’与堵板相连地移动，该中心旋转轴与循环输送装置的轴O平行，并且与该轴分开。为此，将夹具42和板40装在一个中心杆46上。用一个传动组合件带动堵板和夹具转动，该组合件包括一个电机43，电机通过皮带44带动中心齿轮45，如图3所示，中心齿轮与杆46相连。
我们发现图6中很简化的捕获装置4沿第二环形路径I’移动，该路径与存储系统2的第一环形路径I相切。确切地说，开口41和夹具42作为主要接收元件，这些元件沿路径I’同步移动，以便在接收时对着管子支撑板28的通道29。为此，将堵板40重新覆盖通道29，使该堵板将管子中的一堆胶囊拦在通道29的适当位置处，直至其开口41到达与预选管子对齐的位置，也就是说轨道路径I-I’相交处。
现在详细描述捕获装置4。如图8所示，该系统的夹具42在弹簧47的作用下保持在关闭位置。弹簧利用压缩力对夹具的夹持件422，423的相对的部分420，421作用，使这两个部件靠近，这样就得到一个用于胶囊90的支撑边缘区48。在夹具42的下面设置夹具打开和关闭的控制装置5。该控制装置可滑动地位于一个与基座30相连的壳体54中(见图5和7)。一方面杆46本身被可转动地装在壳体的底部，另一方面向上延伸，从而就像下面将要描述的那样带动提取装置。用壳体中的压缩弹簧59使夹具42保持紧靠堵板40的下表面。在弹簧的压缩作用下，只要在堵板40上没有反向推力，则夹具42基本与堵板40保持接触。正如下面将要描述的那样，在特定情况下，对夹具42的推力实际上用于控制打开夹具。
可以控制捕获胶囊的捕获装置的控制设备5包括一个管件或圆筒件50，利用一个肋/槽式导向件51使该管件沿着夹具的圆柱型底部移动。因此该圆筒件沿夹具的下部49从下到上和从上到下地移动，但不能相对于该下部转动。该圆筒件的上端终止于一个冲头52，如图9所示，冲头在夹具42之间对齐。该冲头52作用在夹具下部的夹具的间隔区域424上。在圆筒件的另一个相反端，该圆筒件利用一个凸轮式机构55与壳体配合，当捕获装置4每次绕轴O’的杆46转动时，该凸轮式机构可以使圆筒件50周期性地从下到上和从上到下移动。该机构55包括一个内接在圆筒件管形截面内的凸轮面56，该管形截面与壳体54中的一个径向固定杆57配合，并且与其相连。如图8所示，凸轮面56具有一个挖切部位580，固定杆57在该部位没有施加任何支撑力，该凸轮面还有一个与该挖切部位580相对的突起部位581，固定杆在该部位施加支撑力。当圆筒件被定向成使挖切部位580对应于杆57时，则圆筒件留在下部，其冲头52没有对夹具施加任何分开的力，从而夹具保持关闭(闭合)。该位置对应于图7和8的捕获位置以及传送位置。反之，当圆筒件被定向成使突起部位581与杆57接触时，则利用杆对突起部位的支撑力将圆筒件向上推，使得冲头对夹具施加分开的力。该位置对应于提取胶囊以后排出该胶囊的情况，这在后面将会详细描述。
如图3-5所示，该装置带有一个提取系统7，该提取系统就捕获装置的轴O’的旋转杆46来讲位于存储系统2的相反端。该提取系统带有一个由提取头或移动块70构成的提取组合件。该块70由一个通常称作“喷头”的开口腔79形成，该腔包括可以刺破胶囊的针以及热水入口(未示出)。提取系统7还有一个包括提取释放机构72的固定提取基座71。将该机构72像公知的那样直接装到基座30上。该机构具有一个为打开胶囊以及提取液排放管道75的配压板74。一方面被安装的块70可以沿杆46移动，另一方面可以沿一个附加杆86移动。装在一个与杆46，86相连的框架78上的一个中心电机76通过齿轮组件77带动块70打开和关闭提取机构72，所述齿轮组件将电机的传动力分配给杆46，86的两侧。
最后，提取系统7包括与移动框架78相连的推动机构790，791，其作用是在夹具42与胶囊朝着提取装置移动以便释放它们的胶囊时控制这些夹具的打开。为此，推动机构790，791具有杆结构，当上提取系统70下行以便关闭胶囊时，每一个杆作为其中一个夹具的支撑。应注意的是，堵板40带有图2中可以看到的孔401，402，这些孔可以让推动机构790，791通过。推动机构790，791对夹具作用，以便使它们的开启与提取系统的关闭协调，所述提取系统的关闭是因活动提取块70的下行产生的。在每一个推动机构790，791的支撑端最好设有一个沿夹具打开-关闭移动方向定向的滚轮，从而不会阻挡夹具的移动。
下面将描述本发明的运行，以便更好地理解每一个元件的作用以及这些元件之间的相互作用。
1.选择饮料和选择相应的胶囊：
通过按压装置的主箱控制表13上的某一按钮(图1)选择一种饮料。将对应于该选择的信号传送给该装置的中心控制系统(未示出)，该控制系统处理信号，并控制存储系统2的移动。可以用不同的方法对与该选择对应的管子进行测位。在一个优选方式中，采用每一个管子上的电子码进行测位，该码可以由装置的读数装置阅读。该码可以是条形码，射频码(“RFID”)或其它任何可以含有管子中的胶囊特性的识别信息的等同编码。其它测位装置可以包括由一个或多个位于通道区域内的色彩传感器组成的色彩测位系统。这些管子可以是透明的，管子中有带色的胶囊，在管子通过时由传感器探测这些胶囊。另一种更简单的测位装置在于先预置管子，然后用计算机计算进量。测位装置也可以包括能控制电机停机的微型开关或电磁铁。
利用受控制器控制的电机272的运行使循环输送装置移动，直至被探测和选择的管子到达I-I’交点。控制器使电机停止运行，使被选择的管子处在预选位置。如果该选择对应于一种与已经处于预选位置的一个管子对应的胶囊时，则控制器重新得知这种选择，电机272不被驱动。
2.捕获胶囊和将胶囊传送到提取系统
在下面的步骤中，提取系统在控制器的控制下从下面将要详细描述的放出位置向捕获预选管子中的胶囊的捕获位置移动。为此，控制器控制电机43的运行，该电机带动堵板40和夹具42的组合件到达捕获位置。所述捕获位置对应于这样一个位置：在该位置中，堵板40的分立开口41与预选管子的下开口在垂直方向重合。一旦在该位置，控制器使电机43停止运行。管子中最下面的胶囊90因其重力通过开口往下掉，并被固定住，紧靠下部那一对夹具42的支撑边48上。在这种情况下，夹具处于关闭位置。为此，如图8所示，圆筒件50处在下部，凸轮表面的挖切部位580的方向处在壳体内的固定杆56的方向。应注意的是，夹具和堵板40之间的空间正好够一个胶囊的厚度。这样，管子中的其他胶囊保持堆积在被捕获的胶囊上。在被捕获的胶囊和管子中堆积的其余胶囊之间转动以后，堵板40作为分离元件。可以考虑增加一个分离元件，以便使选择的胶囊下行通过堵板，此时胶囊不必承受任何堆放的重量。这样便于下行，同时减少堵塞的可能性。
下面的步骤在于将捕获在夹具中的胶囊传送给提取系统。为此，在控制器的控制下由电机43带动使提取系统4进行转动。
3.将胶囊释放到提取装置中
图10-12表示将一个胶囊释放到提取系统中的步骤。由夹具42将一个胶囊带到与提取系统的下固定块71相对的位置。此时电机43停止转动。电机的停止可以用微型开关或本领域技术人员公知的等同手段控制。然后控制器通过电机76的运行控制上移动提取块70的下行。电机轴的转动使齿轮机构77转动，因而该机构使块70沿杆46，86移动，这些杆的至少一部分长度上有螺纹，用于配合两侧齿轮机构的螺距。移动块70的下行导致推杆790，791通过堵板的孔401，402，直至使夹具42打开。
当夹具由支撑机构790，791支撑时，这些夹具相对于支撑板40下行，与控制装置5的冲头52接触。再将夹具向下推，同时压缩壳体中的弹簧59。夹具与冲头的接触的目的是为了打开夹具，像图11和12所示的那样将胶囊释放到提取装置中。在释放时夹具42在垂直方向上紧靠固定下提取块71的支撑面710。因而如图12所示，使夹具42同时进行用于下行的移动A以及用于打开的移动B，这样就可以放出提取块。因而随着夹具的移动用块70关闭提取系统。
应注意的是，移动块70的尺寸(大小)作成使其能够没有限制地通过堵板的开口41。
还应当注意的是，要沿方向A重新推动夹具42，一直到它们的支撑面48处在胶囊的支撑平面P的下面，所述支撑平面P对应于下固定块的接收面710。因而在提取结束前这些夹具处于等待位置。
所以胶囊被关闭在上移动块70和下固定块71之间。胶囊的侧边的界面最好被夹在两个提取块之间。因而胶囊被完全装在提取系统中，在此期间，胶囊和捕获装置相互之间没有明显的机械影响。用密封垫圈式的密封装置或其他密封装置(未示出)可以使提取系统很好地密封。
因而由控制器控制提取方法。
4.胶囊的提取
胶囊的提取是公知方法。此处不需要对其原理进行详细描述。作为优选例子，US 5,826,492；US 5,649,472和US 5,762,987的专利中对提取原理作了详细说明。这些专利的内容与本申请的提取方式有关，在此引入作为参考。
5.重新捕获提取、传送和排出系统中的胶囊
一旦完成提取过程，就通过移动提取块70的打开力用夹具42回收用过的胶囊。控制器控制电机沿齿轮77相反的旋转方向转动，这样做的目的在于升高移动块70。与关闭相反的是，块70的移动促使推动杆790，791上行，这样就消除了对夹具的支撑。利用夹具上的压缩弹簧59的张力，使夹具回到堵板下面的适当位置。夹具沿与图12所示的A的相反的方向上行，并结合沿与B相反方向的靠拢，就可以重新夹住胶囊的边缘，将其捕获，并从下提取块71中将其升高。
下面的步骤在于将用过的胶囊传送到排放区域。图13-15示出了对胶囊的排放。为此，控制器控制电机43的运行，该电机使捕获装置4从提取区域7转到系统的排除区域8。当堵板的开口41在该区域的正上方时，在该例子中也就是主基座30中的开口80在该区域的正上方时，电机43停止运行。如图14所示，在向该区域传送的运行中，在固定杆57和凸轮表面突起部分581之间产生的支撑力的作用下，绕轴O’的转动使圆筒件50升起。在升起的过程中，圆筒件的冲头52使夹具分开(张开)，这样就使胶囊20掉下。最好能在该装置中将一个回收袋设置在排除区域的下部。这样，在提取以后就除去该胶囊，既不必用手也不必用与提取系统成一体的排出系统重新从提取系统中取出胶囊。在这种情形中，捕获装置准备用于实施一个新的选择循环。
上面用优选实施方案描述的本发明可以包括许多变化和变型。这些变化和变型对于本领域技术人员来讲是很容易的，均不会超出下面的权利要求书记载的范围。