KR102389006B1 - 커피 또는 다른 양조 음료들을 추출하기 위한 피스톤 타입의 기계 - Google Patents

Abstract

피스톤 타입의 에스프레소 커피(보리 또는 다른 음료)를 위한 기계가 설명 된다. 상기 기계는 실린더, 상기 실린더에서 병진 운동을 수행하도록 구성된 피스톤, 상기 피스톤과 협력하는 단부를 가지는 로드, 작동 레버, 로드와 협력하고 스프링을 압축함으로써 제1 위치로부터 제2 위치로 상기 피스톤을 이동시키도록 구성된 부재, 및 상기 부재 및 작동 레버 사이의 연결을 실현시키는 기계(8, 10, 11, 12)를 포함하며, 상기 기계는 "홀드-투-오퍼레이트" 타입이다.

Description

커피 또는 다른 양조 음료들을 추출하기 위한 피스톤 타입의 기계

본 발명은 일반적으로 음료를 준비하기 위한 기계의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 예컨대 커피, 에스프레소, 보리 또는 다른 유사한 음료와 같은 양조된 음료를 추출할 수 있는 기계에 관한 것이다. 이 기계는 ("레버" 타입으로 또한 알려진) 피스톤 타입이다.

음료를 준비하기 위한 많은 기계들이 알려져 있다. 특히, 커피 파우더, 포드(pods), 캡슐 등으로부터 에스프레소 커피의 준비를 위한 많은 기계들이 알려져 있다.

특히, "레버" 또는 "피스톤" 타입의 커피 기계가 알려져 있다. 통상적으로, 이러한 기계들은 수동으로 미리 로드된 스프링에 저정된 에너지를 사용함으로써 커피를 추출하기 위해서 요구되는 물에 압력을 가하는 목적의 일 시스템을 포함한다.

통상적으로 피스톤 기계는 실린더 및 로드가 있는 피스톤을 포함한다. 스프링은 실린더 내부에 보관된다. 피스톤은 올려진 암에 의해서 피스톤 로드에 연결된 작동 레버에 의해서 활성화된 스프링의 추력에 대항하여 올려진다. 선택적으로 체크 밸브가 있는 채움 구멍이 실린더 벽에 구비된다. 피스톤 및 실린더 사이의 밀봉은 일반적으로 밀봉 링에 의해서 보정된다.

통상적으로 압력 수치는 약 9 bar 내지 12 bar 사이의 압력으로 시작해서 약 4 bar 내지 7 bar 사이의 압력으로 끝난다.

피스톤 기계에서, 보일러로부터 온수는 채움 구멍을 통하여 실린더 안으로 들어간다. 온수의 유입은 피스톤이 높은 위치에 도달했을 때만 가능하다.

작업자가 작동 레버를 해제하자마자, (더 이상 유지되지 않는) 스프링은 피스톤을 아래쪽으로 누르고, 이는 차례로 커피 파우더 등의 퍽(puck)을 통하여 물을 누른다.

스프링에 하중을 가하기 위해서, 피스톤이 연결된 로드를 들어올리는 작동 레버에 단단히(rigidly) 연결된) 작동 암의 회전을 발생시키는 작동 레버를 작동시키는 것이 필요로 한다. 따라서, 스프링에 의해서 저장된 (기계적) 에너지가 작업자에 의해서 제공된다.

출원인은 상술한 타입의 피스톤 기계가 많은 단점들을 가진 것에 주목했다.

먼저, 기존의 기계에서, 작동 레버 및 상승 암은 함께 단단히 연결되고 다른 하나의 이동 없이 나머지 하나를 이동하는 것이 불가능하다.

이러한 특징은 심각한 사고의 위험을 발생시킨다. 사실, 레버가 작업자의 손에서 미끄러지는 경우, 스프링의 작용으로 인해, 작동 레버가 강하게 위쪽으로 밀린다.

또한, 단점으로, 수압을 발생시키는 유일한 입이 스프링에 기인한다는 것이다. 따라서, 커피의 추출을 위해 요구되는 에너지가 전적으로 스프링으로부터, 즉 작업자로부터 요구된다.

피스톤이 상부 위치에 있을 때만 물이 유입된다는 사실이 추가적인 단점이다.

추출 단계 동안에, 스프링은 (피스톤이 높은 위치에 있을 때) 최대값으로부터 (피스톤이 낮은 위치에 있을 때) 최소값까지 감소시키는 힘을 발생시킨다. 작업자는 피스톤의 행정의 임의의 지점에서 피스톤의 아래쪽으로 움직임을 중단하고 제2 채움 작업을 수행할 수 있다. 하지만, 작업자는 상술했듯이 물을 유입하기 위해서 피스톤이 최대 높이에 배열되어야만 하기 때문에 최대 압력 보다 낮은 압력 값에서 추출을 시작할 수 없다. 따라서, 중간 내지 낮은 압력에서 추출하는 것이 불가능하다.

스프링의 프리로드(preload)가 고정되는 것이 추가적인 단점이다. 압력 곡선의 감소 또는 압력 곡선의 증가의 관점에서 스프링 프리로드의 조절 가능성이 없다. 따라서, 상용의 레버 기계에서 압력 곡선은 고정되고 작업자에 의해서 조절될 수 없다.

유리하게는, 10 bar 보다 높은 최대 추출 압력을 보장하기 위해서 상용의 시스템들은 매우 큰 레버 힘(>10kg)이 요구된다.

기존 타입의 피스톤 기계에서, 스프링의 위치로 인해 스프링이 교체되기 어렵다.

피스톤 행정 동안에 피스톤의 밀봉 링이 실린더에 형성된 물 채움 구멍 위로 통과한다. 이러한 구멍은 실린더 표면에서 불연속을 형성하며, 작지만 오랜 사용에서 밀봉 링의 마모를 발생시키고 누수 지점을 만든다.

WO 2010/113116 A1은 커피 준비 기계를 개시한다. 레버는 기어 휠 및 랙 메커니즘에 의해서 플런저에 결합되어, 레저가 위쪽으로 구동될 때 플런저는 레버가 로드에 대하여 90도에 위치될 때까지 아래쪽으로 움직인다. 이 순간, 플런저(16)의 클램프는 로드에 결합되어, 레버가 아래쪽으로 구동될 때 수축을 가능하게 하며, 플런저를 위쪽으로 이동시킨다. 물 흡입이 수행된 후, 레버는 위쪽으로 다시 구동되지만, 이 순간 클램프는 분리되고, 로드 및 로드의 플랜저를 해제한다. 만약 레버가 작업자에 의해서 해제되지 않는다면, 레버는 작업자 쪽으로 빠르게 튀어 오른다. 클램프가 해제될 수 있는 하나의 위치만이 있으며, 이는 단부 한계 위치이다. 이는 또한 챔버에 적은 물을 허용하지 않으며 스프링에 낮은 하중이 가해지는 것을 허용하지 않는다.

출원인의 목적은 상술한 안전 문제를 해결하는, 즉 작동 레버가 우연히 작업자의 손에서 놓쳐질 때 만들어질 수 있는 위험한 상황을 피하는, 피스톤 타입의 예컨대 커피, 에스프레소 커피, 보리 또는 다른 유사 음료들인 양조 음료를 추출하는 기계를 제공하는 것이다. 특히, 출원인의 목적은 작동 레버가 스프링으로 인해 위쪽으로 강력하게 밀려지지 않도록 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 실린더, 상기 실린더에서 병진 운동을 수행하도록 구성된 피스톤, 상기 피스톤과 협력하는 단부를 가지는 로드, (바람직하게는 회전 가능한) 작동 레버, 로드와 협력하고 스프링을 압축함으로써 제1 위치로부터 제2 위치로 상기 피스톤을 이동시키도록 구성된 부재, 및 상기 부재 및 작동 레버 사이의 연결을 실현시키는 기계를 포함하는 커피 기계로서, 상기 기계는 "홀드-투-오퍼레이트(hold-to-operate)" 타입이다. 본 명세서에서 "홀드-투-오퍼레이트"는 상기 기계는 작동 레버 및 상기 부재가 레버를 잡은 커피 기계의 작업자에 의해서 유지되는 자발적 행동에 의해서만 함께 연결되고, 작업자가 레버의 임의의 위치에서 작동 레버를 해제하는 경우 작동 레버 및 상기 부재는 연결이 해제되는 것을 의미한다. 이를 통해, 만약 어떤 이유로(자발적이든 아니든) 작업자가 레버를 고정하지 않는 경우, 이는 부재로부터 연결을 불리하여 레버가 위쪽으로 갑자기 튀어 오르지 않을 것이다. 이는 작업자 또는 작업자 근처의 사람에 대한 임의의 위험을 피하게 할 것이다.

바람직하게는, 상기 부재는 편심 부재이다.

바람직하게는, 편심 부재는 핀이 회전 축에 대하여 원 호 궤적과 다른 궤적을 따르도록 구성된 핀의 경로로 회전 축에 대하여 회전 가능한 몸체를 포함한다.

바람직하게는, 편심 부재는 하나 이상의 노치를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 기계는 트리거를 포함한다.

바람직하게는, 상기 트리거는 탄성적으로 밀리고 노치와 결합하도록 설계된 톱니를 포함한다.

일 실시예에서, 작동 레버는 실질적으로 수평인 핸들을 포함한다.

바람직하게는, 스프링의 축은 로드의 축과 영이 아닌 각을 형성하도록 스프링과 피스톤이 축방향으로 오프셋된다.

일 실시예에서, 기계는 스프링의 압축을 조절하는 부재를 또한 포함한다.

기계는 연결 로드 및 로커 암을 더 포함한다. 편심 부재의 회전 동안에, 실린더에 물을 채우기 위해서, 편심 부재는 연결 로드에 작용하는 스프링을 압축하며, 이러한 움직임과 동시에 피스톤을 상승시키기 위해서, 로커 암은 축에 대하여 회전하도록 자유롭고 로커 암의 일 단부는 연결 로드에 연결되고 다른 단부는 로드에 연결된다.

커피 기계는 추출된 물의 압력을 도시하는 압력 게이지를 더 포함한다.

커피 기계는 실린더에 온수를 유입하기 위한 개구를 더 포함하며, 상기 개구는 피스톤이 가장 높은 위치에 있을 때조차 피스톤 위에 배열된다.

본 명세서에 포함되어 있음.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 비-제한적인 예시로 제공되는 이하의 상세한 설명으로부터 좀 더 명확해질 것이다.
도 1은 (작동 레버가 올려지고) 하부 위치에 피스톤이 있는 본 발명의 실시 예의 개략적 단면도이다.
도 2는 (작동 레버가 내려지고) 피스톤이 상승한 조건에 있는 도 1과 유사한 도면이다.
도 3a 내지 3c는 편심 부재 작동 레버를 단단히(rigidly) 연결하는 기계의 대안의 실시 예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 피스톤이 물의 흐름을 허용하지 않는 구성에서 피스톤의 단면도이다.
도 5는 피스톤이 물의 흐름을 허용하는 구성에서 피스톤의 단면도이다.
도 6a.1 및 도 6a.2는 본 발명의 기계에서 획득될 수 있는 제1 압력 수치를 도시한다.
도 6b.1 및 도 6b.2는 본 발명의 기계에서 획득될 수 있는 제2 압력 수치를 도시한다.
도 6c.1 및 6c.2는 본 발명의 기계에서 획득될 수 있는 제3 압력 수치를 도시한다.
도 6d는 실질적으로 일정한 압력을 얻도록 수동 조절한 예시이다.
도 7a 내지 7d는 실린더로부터 축 방향으로 오프셋된 스프링이 있는 본 발명에 따른 기계의 추가 실시 예를 도시한다.
도 8은 편심 부재의 경로(61)를 도시한다.
도 9는 실질적으로 동일한 두 개의 레버 힘 다이어그램을 도시한다.
도 10은 편심 부재(도는 레버)의 회전각의 함수로 레버 힘의 질적 진행을 도시한다.
도 11은 편심 부재의 프로파일의 질적 다이어그램을 도시한다.

이하의 상세한 설명에서, 편의를 위해서, 특히 에스프레소 커피 기계에 관하여 설명하지만, 본 발명은 상기 기계에 제한되는 것이 아니며 다른 음료 추출 기계에 적용될 수 있다. 이하의 상세한 설명 및 청구항에서 용어 "커피"는 보리 등을 포함하기 위해 광범위한 의미로 이해되어야 할 것이다.

도 1은 피스톤이 하부 위치에 있는 구성에서 본 발명의 실시 예에 따른 피스톤 기계의 개략적인 단면도이다. 도 2는 동일한 피스톤 기계에서 단면도를 다시 도시하지만, 피스톤이 높은 위치에 있는 구성이다. 이하의 상세한 설명(및 청구항)에서 "상부", "높은", "하부", 및 "낮은"과 같은 용오가 사용될 것이다. 이들 용어는 비-제한적으로 이해되어야 하며, 도면들의 표준으로서 사용된다.

피스톤 기계는 도면 부호(100)으로 식별될 것이며, 피스톤 기계는 실린더(1), 피스톤(2), 스프링(3), 로드(4), 작동 레버(5), 및 보일러(13)를 포함한다. 다양한 도면들에서, 임의의 기존의 타입의 필터 홀더(60)가 도시되어 있다. 통상적으로, 필터 홀더는 하부에 구멍이 구비되고 (단일 또는 두 개의) 스파우트(spout)(63)로 종결하는 중공체(62)를 포함한다. 중공체(62)는 커피 파우더 등으로 채워진 필터(64)를 보관하도록 구성된다. 필터 홀더 (핸들(65)에 의해서) 회전 가능하게 작동되는 바요넷 기계가 예컨대 있는 임의의 알려진 방법으로 (추출 챔버 바로 아래 위치된) 기계의 링에 결합된다.

작동 레버(5)는 피스톤(2)이 실린더(1)의 하부에 위치된 제1 위치(도 1) 및 피스톤(2)이 실린더(1) 내부에서 최대 높이에 있는 제2 위치(도 2) 사이의 축(9)에 대하여 회전 가능하다. 피스톤 기계(100)가 커피의 완전한 추출 후 또는 휴지 상태에 있는 구성에 해당한다. 제2 위치는 최대 압력에서 커피의 추출 전에 스프링(3)의 최대 압축의 위치이다. 이하에 상세히 설명되었듯이, 본 발명에 따르면, 도 1의 위치 및 도 2의 위치를 포함하는 중간 위치들 또한 가능하다.

피스톤(2)의 로드(2)는 (소위 "하부 단부"로 불리는) 로드의 제1 단부에서 피스톤(2)에 연결된다. (소위 "상부 단부"로 불리는) 반대편 제2 단부는 작동 레버에 연결된다. 따라서, 도 1에도시된 위치로부터 도 2에 도시된 위치까지 작동 레버의 회전은 상응하는 실린더(1) 내부의 피스톤의 상승 및 스프링(3)의 상응하는 압축을 발생시킨다.

바람직하게는, 로드(4)의 상단 단부는 작동 레버(5)와 결합될 수 있는 편심 부재(6)와 협력한다. 도면들에 도시된 실시 예에 따르면, 로드(4)는 연결 조각(41) 또는 다른 유사한 연장 요소에 의해서 편심 부재(6)와 협력한다.

도면들에 도시된 실시 예에 따르면, 연결 조각(41)은 편심 부재(6)의 상응하는 경로(61) 내로 안내되는 방법으로 이동하도록 구성된 핀(42)에서 끝난다. 경로(61)는 핀(42)의 중심이 원 호 궤적과 다른 궤적을 따른다. 즉, 회전축(9)과 핀(42)의 중심 사이의 거리는 경로(61) 내로 안내되는 이동 동안에 변한다. 이러한 안내된 이동의 효과는 핀(42)이 회전축(9) 쪽으로 이동하고, 따라서 로드(4)(및 피스톤(2))을 상승하도록 한다. 명확하게, 도면들에 도시된 다이어그램과 일치하게, 로드(4)는 병진 운동을 하는 동안에 편심 부재(6)는 회전한다.

본 발명의 유리한 양태에 따르면, 작동 레버(5)는 영구적인 방법으로 편심 부재(6)에 연결되지 않는다. 바람직하게는, 작동 레버(5)는 작업자가 원하고 작업자가 작동 레버(5)에 충분한 힘을 가할 때만 편심 부재(6)에 연결될 수 있다. 만약 작업자가 어떤 이유로든 작동 레버를 놓친다면, 작동 레버 및 편심 부재는 분리되어, 작동 레버가 더 이상 유지되지 않아서, 사람들에게 상처 또는 물체들의 손상을 일으킬 수 있는 급작스런 동작이 일어나는 것을 방지할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 트리거(8)가 구비되며, 작업자에 의해서 압력이 가해질 때, 작동 레버(5) 및 편심 부재(6) 사이의 연결이 실현된다. 바람직하게는, 트리거(8)는 "보조 레버(secondary lever)"라고 불리는 레버(8)의 형태이며, 이는 하부 단부 근처에서 주요 레버(5)에 선회 가능하게 설치된다.

도 1 및 2는 편심 부재(6) 및 주요 레버(5) 사이의 연결을 실현시키는 기계의 실시예를 도시한다. 이 기계는 바람직하게는 "홀드-투-오퍼레이트(hold-to-operate)" 타입이다. 다시 말해, 주요 레버(5) 및 편심 부재(6)는 작업자에 의해서 유지될 수 있는 자발작인 행동에 의해서만 함께 연결될 수 있다.

도면들의 예시에 의해서 도시된 실시 예에 따르면, 주요 레버(5) 및 보조 레버(8)(트리거)는 탄성 힌지(81)에 의해서 함께 연결된다. 힌지(81)는 주요 레버(5)의 베이스에서 블록(51)의 축(82)에 대하여 회전할 수 있는 L형 요소를 포함한다. 톱니(11)는 L형의 생크(shank)의 단부에 존재한다. 트리거 스프링(10), 또는 임의의 다른 탄성 부재는 부조 레버(8)의 하부 단부에 강성으로 연결된 L형의 생크와 협력한다.

보조 레버(8)는 트리거 스프링(10)에 의해서 주요 레버(5)로부터 제거된 구성으로 유지되며, 이는 바람직하게는 약하게 적재된다.

삽입된 주요 레버(5) 및 보조 레버(8)가 작업자의 손에 의해서 함께 파지될 때, 트리거 스프링(10)의 약한 저항은 극복되며, 톱니(11)는 편심 부재(6)의 주변부 상에 노치들(12) 중 하나에 결합된다. 이러한 방식에서, 주요 레버(5)와 트리거(8)가 함께 가깝게 작업자에 의해서 유지되는 한 레버(5)는 편심 부재에 실질적으로 연결된다. 따라서, 이러한 구성에서, 작업자에 의한 축(9)에 대한 작동 레버(5)의 회전은 편심 부재(6)의 회전을 일으킨다.

편심 부재(6)의 회전은 로드(4) 및 피스톤(2)의 상승으로 이어진다. 따라서, 궁극적으로, 편심 부재(6)의 회전은 스프링(3)의 압축을 일으킨다.

만약 작업자가 주요 레버(5) 및 보조 레버(8)를 함께 파지하지 않는다면, 톱니(11)는 편심 부재(6)의 주변부에 결합되지 않는다. 따라서, (회전에 의해서) 레버가 내려가 있더라도, 이러한 움직임은 피스톤의 로드에 어떠한 영향을 미치지 않으며 스프링(3)은 압축되지 않는다.

만약 작업자가 주요 레버(5)와 보조 레버(8)를 함께 파지하고 그들을 내리고, 하지만 그 후, 어떤 이유로 우연히 상기 파지가 풀린다면, 주요 레버 및 보조 레버(8) 중 하나는 순간적으로 처음 위치로 돌아갈 것이다. 왜냐하면, 작업자에 의해서 해제될 때, 톱니(11)는 편심 부재의 노치(12)와 결합을 중단하기 때문이다. 따라서, 레버들(5 및 8)은 자유롭고 구속되지 않는다. 편심 부재만이 스프링(3)의 효과로 인해 탄성적으로 되돌아올 것이며, 이는 작업자에게 어떠한 상해도 입히지 않을 것이다.

바람직하게는, 편심 부재(6)의 주변부는 톱니(11)에 의해서 결합될 수 있는 하나 이상의 노치(12)를 포함한다. 바람직하게는, 편심 부재(6)의 주변부는 도 1 및 2에 도시된 것과 같은 복수의 노치(12)를 포함한다. 복수의 노치(12)는 설정될 스프링(3)의 압축을 가능하게 한다. 사실, 톱니(11)가 제1 노치(12a)와 결합할 때, 스프링(3)의 최대 압축이 달성되며; 톱니(11)가 마지막 노치(12b)와 결합될 때, 스프링(3)의 최소 압축이 달성되며; 마지막으로, 톱니(11)가 중간 노치(12)와 결합될 때, 스프링(3)의 중가 압축이 달성된다. 또한, 작업자가 톱니가 제1 노치와 결합되게 하지만, 레버를 완전히 회전하지 않도록 하는 것이 가능하다. 스프링(3)의 압축 정도가 커피 준비를 위한 압력에 상응한다. 중간 노치를 위해서, 레버(5)가 보조 레버를 작동하지 않고 몇 도정도 먼저 회전된 후, 두 개의 레버(5, 8)가 상응하는 노치(12)와 톱니(11)의 결합을 발생시키기 위해서 서로 파지된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 탄성 리콜 부재는 바람직하게는 레버(5)(및 레버에 선회 가능하게 설치된 보조 레버(8))가 초기 위치로 되돌아가도록 구비될 수 있다. 바람직하게는, 리콜 힘은 작업자에 대한 상해를 방지하기 위해서 약하다.

또한, 작동 레버(5) 및 편심 부재가 자발적 명령에 의해서 함께 연결되는 것이 유지되는 구별되는 특징은(홀드-투-오퍼레이트 타입) 도 1 및 2에 도시된 것과 다른 방식으로 달성될 수 있다.

개념적 관점에서 볼 때, 잠금 기계는 핸들부, 전달부, 연결부의 3 개의 영역으로 나뉠 수 있다.

"핸들부(HDLE)"는 작업자의 힘이 가해지는 영역이다. "전달부(TRANS)"는 "핸들부"로부터 움직임이 "연결부"로 전달되는 제어 시스템 부분이다. "연결부(CONN)"는 캠과 접촉하게 되는 기계의 부분이다. 도 3a, 3b, 3c는 잠금 기계의 다양한 3 개의 예시를 매우 단순한 형태로 도시한다.

도 3a에 도시된 변형에 따르면, 작동 레버(5)는 실질적으로 수직하고 핸들부는 누름 버튼(52)의 형태일 수 있다.

도 3b에 도시된 변형에 따르면, 작동 레버(5)는 실질적으로 수직하고 전달부는 케이블과 같은 가요성 부재(53) 또는 유압 파이프에 의해서 실현될 수 있다.

작동 레버(5) 및 편심 부재(6) 사이의 연결은 마찰에 의해서 실현될 수 있다. 도 3c에 도시된 변형에 따르면, 편심 부재(6)의 측면에 결합되도록 구성된 파지부(54)가 사용된다. 파지부(54)의 턱(54`)은 케이블 트랜스미션 또는 다름 임의의 알려진 방식으로 작동될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시 예에 따르면, 피스톤이 하부 위치에 있을 때(도 4) 및 스프링(3)이 최대 압축되는 피스톤이 상부 위치에 있을 때(도 5) 모두, 보일러(13) 등으로부터 공급된 온수는 피스톤 위에 위치된 개구를 통하여 실린더(1)로 유입된다.

바람직하게는, 음료의 준비를 위한 온수는 보일러(13)로부터 실린더(10의 벽을 따라 연장하는 덕트(13a)를 통하여, 특별히 구비된 하우징에서 실린더(1)의 벽에 고정된 체크 밸브(7)를 통하여 실린더(1)로 들어간다. 온수의 경로는 도 4 및 5에서 화살표가 있는 선에 의해서 나타난다.

따라서, 기존의 타입의 피스톤 기계들과 대조적으로, 가압된 온수는 피스톤(2) 위에 존재한다. 이는, 커피의 추출 동안에, 스프링(3)의 추력에 더하여 피스톤의 추력의 발생을 가능하게 한다. 이는 동일한 최대 추출 압력을 위해서 더 약한 스프링을 사용을 가능하게 하는 이점을 가진다. 또한, 이는 작동 레버(5)에 더 작은 힘이 가해지는 것으로 이어진다. 사실상, 작업자의 동작은 단순히 스프링을 압축하는 기능만을 갖는다.

체크 밸브(7) 및 상응하는 개구(71)의 존재로 인한 실린더(1) 내부의 불연속이 피스톤(2)의 행정 경로를 따라 위치되지 않는 사실은 피스톤 개스켓 또는 밀봉들이 임의의 손상을 받지 않는 것을 보장한다.

가압된 온수가 피스톤 위에 존재한다는 사실은 추출될 커피의 압력을 조절할 추가적인 가능성을 제공한다. 사실, 일부 실시 예에서, 더 낮은 압력으로 기계 공급하기 위해서 미터(meter)로부터 물의 압력을 줄이는 것이 가능하다. 압력 감소기는 기계(100)의 상류에 설치되거나, 기계(100) 내부에 병합될 수 있다. 이러한 제2 해결책이 좀 더 유리하게 고려될 수 있다. 또한, (예컨대 디지털 또는 아날로그) 압력 게이지가 기계의 사용자에게 추출 압력을 알리기 위해서 구비될 수 있다. 유리하게는, 최종적으로, 압력 게이지의 존재로 인해, 작업자는 원하는 압력 수치와 일치하는 음료를 추출할 수 있다. 압력 게이지는 (보일러의 상부) 조립체 및 실린더에 형성된 구멍에 의해서 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 커피의 퍽(puck) 위에서 즉시 물의 압력을 읽는 것이 가능하다.

본 발명의 유리한 실시 예에 따르면, 로드(4) 및 피스톤(2)은 함께 단단히(rigidly) 연결되지만, 어떤 상대적인 변위가 허용된다. 이러한 변위는 도 4 및 5에 개략적으로 도시된다.

바람직하게는, 로드(4)는 확대부(41) 및 디스크(45)에서 끝난다. 확대부(41)는 로드(4)의 나머지보다 큰 직경을 가진다. 로드(4)와 반경방향으로 정렬된 정확한 구성으로 스프링(3)을 유지하기 위해서 상기 직경은 스프링(3)의 내부 직경과 실질적으로 일치한다. 디스크(45)는 (실린더(1)의 상부에 의해서 보유되는) 스프링(3)을 세로방향으로 유지한다. 따라서, 스프링(3)의 하부 단부는 디스크(45)의 상부 측면에 남아있다. 핀(43)은 디스크(45) 바로 아래로부터 연장한다. 일 실시 예에 따르면, 핀(43)은 확대부(41)와 나사 결합된다. 핀(43)은 헤드(44)와 하부에서 끝난다. 헤드는 공구에 의해서 (예컨대 일자 또는 십자 드라이버에 의해서) 결합되기 위한 절개부를 포함할 수 있다.

피스톤(2)은 핀(43)의 헤드(44) 및 디스크(45) 사이에서 실질적으로 슬라이딩 가능하게 배열된다. 밀봉 부재들(22)은 또한 디스크(45) 및/또는 헤드(44) 위로 연장한다. 일 실시 예에 따르면, 피스톤(2)은 핀(43)이 삽입될 수 있는 길이 방향의 중앙 구멍(23)을 가진다.

피스톤의 직경은 바람직하게는 핀(43)의 직경보다 크다.

바람직하게는, 피스톤(2)의 높이는 핀(43)의 길이보다 짧다.

바람직하게는, 피스톤(2)은 실린더의 상부로부터 물의 통로를 위한 하나 이상의 덕트(15)를 포함한다.

바람직하게는, 예컨대 개스켓(14)인 밀봉 부재는 피스톤(2)의 상부 측면 및 디스크(25)의 하부 측면 사이에 구비된다. 개스켓(14)은 피스톤(2)의 상부 측면 및/또는 디스크(45)의 하부 측면에 고정될 수 있다.

도 4에서, 스프링(3)에 의해서 밀려진 로드(4)는 아래쪽으로 피스톤(2)을 가압한다. 바람직하게는, 개스켓(14)은 압축되며, 따라서 피스톤에 형성된 덕트(15)를 통하는 물의 통로가 막힌다. 따라서, 피스톤 위의 실린던 내부에 있는 가압된 온수는 그라운드 커피(ground coffee)(또는 다른 파우더)가 있는 필터 쪽으로 통과할 수 없다. 피스톤을 통과할 수 없는 물의 경로는 위쪽으로 향하는 두 개의 화살표가 있는 도 4에서 개략적인 형태로 도시된다.

도 5는 로드(4)가 피스톤(2)을 들어올리는 구성을 도시한다. 로드(4) 및 피스톤(2)의 상대적 변위는 덕트(15)가 자유롭게 되는 것을 가능하게 한다. 이런 방식에서, 보일러(13)로부터 공급되고(따라서, 보일러에서 물과 실질적으로 동일한 온도와 동일한 압력으로 공급) 피스톤(2) 위의 실린더(1) 내에 항상 존재하는 물은 그라운드 커피(또는 다른 파우더)의 퍽에 도달하기 위해서 덕트(15)를 통과한다.

따라서, 매우 유리하게는, 물의 유입은 (도 4에 도시된 완전히 내려간 위치에 피스톤이 있지 않은) 임의의 위치에 피스톤에서 수행될 수 있다. 기존의 기계에서 최대 높이에 피스톤이 위치될 필요가 없다.

본 발명에 따르면, 어떤 조절 또는 기계 구성을 변화시키지 않고 압력 수치를 변화시키는 것이 가능하다. 도 6을 참조하면, 이하에 3개의 다른 수치의 범주가 설명되며, 이는 "표준(Standard)"(도 6a.1 및 도 6a.2), "강함(strong)"(도 6b.1 및 도 6b.2), "약함(light)"(도 6c.1 및 도 6c.2)이다. 첫 두 개의 타입은 다른 기계들에서 또한 공통적이 지면, "약함" 수치는 본 발명의 구별되는 특징이다.

추출 챔버를 완전히 물로 채우기 위해서 기다리면서, 피스톤(2)을 완전히 들어올려 스프링(3)에 완전한 하중을 가하는 것이 가능하며, 그러면 피스톤(2)이 스프링에 의해서 완전히 뒤쪽으로 눌려져 내려온다. 이렇게 얻어진 압력 수치는 도 6a.1 및 도 6a.2에 도시된 "표준" 압력 수치다.

최대 높이까지 피스톤(2)을 들어올림으로써 두 번 이상의 부분적인 물 채움을 행함으로써 추출을 수행하는 것 또한 가능하다. 이런 방식에서 압력 수치는 평균 추출 압력이 "표준" 압력보다 큰 압력이 제공된다. 이렇게 얻어진 압력 수치는 도 6b.1 및 도 6b.2에 도시된 "강함" 압력 수치다.

최대 높이 보다 낮은 높이까지 피스톤(2)을 들어올림으로써 두 번 이상의 부분적인 물 채움을 행함으로써 추출을 수행하는 것 또한 가능하다. 이런 방식에서 압력 수치는 평균 추출 압력이 "표준" 압력보다 낮은 평균 추출 압력이 제공된다. 이렇게 얻어진 압력 수치는 도 6c.1 및 도 6c.2에 도시된 "약함" 압력 수치다.

분명히, 피스톤이 최대 높이까지 이동하지 않고 최대 높이로부터 내려오지 않는 중간 수치 또한 가능하다.

상술했듯이, 커피의 추출 압력은 보일러에서 물의 압력에 의해서 생성된 추력에 더하여 스프링(3)의 작동에 기인한다. 따라서, 설정된 값의 주요 물의 압력을 줄일 수 있는 적합한 장치에 의해서 보일러 내부의 물의 압력을 조절함으로써, 커피에 작용하는 압력을 조절하는 것이 가능하다.

압력 감소기는, 예컨대 기설정된 수치를 얻기 위해서 추출 동안에 전기적으로 또는 손잡이의 작동에 의해서, 추출 동안에 수동으로 일정 양만큼 조절될 수 있다.

도 6d는 10bar의 실질적으로 일정한 압력을 얻는 수동 조절의 예시를 도시한다. 주요 물이 약 4bar라면, 스프링(3)의 힘이 조절되어서 스프링은 약 9bar의 최대 압력을 가하고 압력 감소기는 1 bar 내지 4bar 사이를 증가시키는 압력을 생성하기 위해서 수동으로 조절된다. 이런 효과는 또한 기설정된 압력 수치를 얻기 위해서 프로그래밍된 전기 밸브에 의해서 달성될 수 있다.

상술된 이점들에 더하여, 본 발명에 따른 기계는 높은 열 안정성을 가진다. 사실, 피스톤(2)은 항상 보일러의 운소와 접촉한다. 채우고 추출하는 동안, 피스톤 위 아래에 보일러 물은 양쪽 단부에서 가열된다. 기계가 정지될 때(피스톤이 하부 위치에 있음), 피스톤 위의 실린더 내에 물은 위로부터 피스톤을 가열한다.

따라서, 두 추출 작업들 사이의 긴 정지 동안에 피스톤은 냉각될 수 있다. 조립체 내에 모든 구성부품들의 온도는 기존의 시스템들과 비교할 때 보다 안정된다.

상술했듯이, 물은 피스톤(2)에 형성된 덕트(15)를 통하여 추출 챔버로 들어오며, 피스톤(2)의 통과하는 움직임에 의해서 영향을 받는 실린더(1)의 영역이 아니다. 따라서, 피스톤(2)의 슬라이딩 실은 실린더의 표면 상의 어떠한 불연속도 일어나지 않으며, 따라서 슬라이딩 실의 마모도 감소한다.

상용의 레버 기계들에서 실린더에 채워진 물의 최대 부피에 상응하는 수치와 다른 거피의 수치를 추출하는 것이 불가능하다. 이와 반대로, 본 발명에 따른 기계는 다른 수치, 예컨대 절반-수치로 추출될 수 있다. 추출될 수 있는 커피의 수치의 함수에 따른 압력의 진행은 실질적으로 선형이다. 즉, (스프링을 완전히 압축하는) 피스톤을 완전히 들어올림으로써, 기계는 최대 압력을 발생시키고(예컨대 약 50ml의 커피) 커피의 통상적인 수치를 추출한다. (약 25ml의 커피) 절반의 수치를 얻기 위해서, 피스톤의 행정의 절반만 들어올리는 것으로 충분하다.

도 7a, 7b, 7c 및 7d는 본 발명에 따른 기계의 추가 실시 예를 도시한다. 도 7에 따른 기계는 앞선 도면들에 도시된 기계와 전체적으로 유시하며, 편의를 위해서 (기능적으로 동일한 부분들은) 동일한 부분들은 동일한 도면부호로 가리켜진다. 본 상세한 설명을 단순화하기 위해서, 제1 실시 예에 설명된 상세한 설명은 반복되지 않으며, 주요 차이점들만 강조될 것이다.

도 7a, 7b, 7c에 도시된 것에 따르면, 제1 실시 예와 달리, 스프링(3)은 로드(4)와 축 방향으로 정렬되지 않는다.

편심 부재(6)의 회전 동안에, 실린더(1)에 물을 유입하는 목적과 함께, 편심 부재는 상술한 경우에서 일어나는 것과 다르지 않은 방식으로 연결 조각(41) 상에서 작동하는 스프링(3)을 압축한다. 하지만, 상기 움직임이 피스톤(2)의 상승 동안에 발생하도록, 로커 암이라 불리고 도면부호 20으로 지정된 새로운 요소가 구비된다.

로커 암(20)은 축에 대하여 회전하도록 자유롭고 로커 암의 단부들 중 하나에 연결 조각(41)이 연결되고 다른 단부에 로드(4)가 연결된다.

편심 부재(6)의 회전 동안에, 스프링(3)을 압축하는 연결 조각(41)의 수축 움직임을 발생시킴과 동시에, 로커 암(20)의 회전 또한 발생하며, 이는 결과적으로 피스톤의 로드(4) 및 피스톤(2)을 상승시킨다.

일단 트리거(8)가 채움 단계의 마지막에 해제되면, 스프링(3)은 전혀 구속되지 않으며 따라서 자유롭게 팽창하고, 편심 부재(6) 및 로커 암(20)을 회전시키는 연결 조각(41)을 이동시킨다. 로커 암(20)의 회전은 피스톤(2)을 하강시키는 로드(4)를 하강시킨다.

실린더(1) 내부에 물의 입구는 도 7c에 도시된다. 보일러에서 가열된 물은 바람직하게는 실린더(1)의 외부 벽과 접촉하도록 도입된다. 바람직하게는, 물은 체크 밸브에 연결된 파이프를 통하여 실린더로 유입된다. 제2 실시 예에서 또한, 물의 입구는 피스톤보다 높은 위치에 있으며, 또한 높은 위치이다. 이는 제1 실시 예와 연관하여 상술한 이점들을 가진다.

도 7에 도시된 실시 예에 따르면, 작동 레버(5)는 수평 핸들이 있는 인체 공학적 형태를 가진다. 수평 핸들은 작동 움직임 동안에 파지의 변화를 요구하지 않는 이점을 가지며, 따라서 작업자가 손잡이를 놓칠 위험을 최소로 유지한다.

제3 실시 예에 따른 기계의 스프링(3)의 위치로 인해, 스프링의 재배치가 좀 더 쉽게 수행될 수 있다. 또한, 기계는 덜 비대해지며, 특히 높이가 낮아지며, 따라서 작동 레버(5)를 하강하기가 더 쉬워진다.

도 7d는 스프링(3)을 위한 하우징으로서 역할하는 몸체(31)를 도시한다. 바람직하게는, 스프링의 하우징(31)은 나사 결합된다. 유리하게는, 하우징은 나사 결합 또는 해제함으로써, 스프링(3)의 프리로드(preload)를 변화시키는 것이 가능하다. 더 적은 프리로드는 스프링의 반응의 감소를 발생시킨다. 결과적으로, 압력 수치를 변화시키는 것이 가능하다.

도 8은 편심 부재(6)의 이동 경로(61)를 도시한다. 상기 이동 경로는 작업자가 작동 레버(5)의 회전 동안에 거의 일정한 힘을 가하도록 구성된다.

이미 알려졌듯이, 나선형 스프링에 하중을 가하기 위한 시스템은 작동 레버의 회전 움직임을 나성형 스프링을 압축하는 선형 움직임으로 전화하는 장치들이다. 나선형 스프링은 스프링이 압축으로 선형적으로 증가하는 방식으로 압축되도록 힘을 요구한다. 예시에 따르면, 100N에서 300N으로 0.1m의 나선형 스프링의 압축은 약 20J의 에너지가 요구된다. 작동 레버(5)에 가해진 최대 힘을 감소하는 방식으로 일정 힘이 가해진다. 예컨대, 0.1m의 변위와 200N의 일정한 힘은 20J의 에너지를 스프링에 공급한다. 따라서, 실질적으로 도 9에서 왼쪽 다이어그램은 도 9에 오른쪽 다이어그램과 에너지적으로 동일하다.

유리하게는, 본 발명에 따른 기계는 가능한 일정한 작동 힘을 요구하도록 구성된다.

편심 부재(6)의 이동 경로(61)는 상기 목적을 위해서 설계된 프로파일을 가진다. 도 10은 본 발명에 따른 편심 부재(또는 레버)의 회전 각의 함수로서 레버 힘의 양적 변화를 도시한다.

최대 힘은 최소 힘보다 약 2배이다. 기존의 기계들에서 최대 값은 최소 값보다 약 10배 이상이다. 통상적으로, 기존의 레버 타입은 최소 값보다 약 10대 이상의 최대 값을 가진다.

캠 프로파일은 캠의 회전과 스프링의 압축을 결합하는 수학적 함수로 언급된다. 상기 함수는 증가하는 단조 함수이다.

이하의 상세한 설명에서, 회전과 관련된 파라미터는 0 내지 10에 포함된 변수 x로 무차원화된다(non-dimensionalized). "x=0"은 스프링의 최소 압축 및 하부 위치에서 피스톤에 상응하는 캠의 위치를 가리키는 반면, "x=10"은 스프링의 최대 압축 및 상부 위치에서 피스톤에 상응하는 위치를 가리킨다.

바람직하게는, 캠의 프로파일은 다음의 방정식인 하부 선 및 상부 선 사이에 놓여있는 곡선으로 나타난다:

하부 선 = 3*x + k, 0≤x≤10 및 k∈R (실수의 집합)

상부 선 = 3*x + k + 10, 0≤x≤10 및 k∈R (실수의 집합)

보다 바람직하게는, 캠의 프로파일은 다음의 방정식인 하부 곡선 및 상부 곡선 사이에 놓여있는 곡선으로 나타난다:

하부 곡선 = -0.013*x^3 + 0.1*x^2=3*x + k, 0≤x≤10 및 k∈R (실수의 집합)

상부 곡선 = -0.013*x^3 + 0.1*x^2=3*x + k + 10, 0≤x≤10 및 k∈R (실수의 집합)

도 11은 k=16인 스프링의 압축의 함수로서 무차원 파라미터의 그래프를 도시한다.

Claims (17)

1. 실린더(1),
   상기 실린더(1)에서 병진 운동을 수행하도록 구성된 피스톤(2),
   상기 피스톤(2) 및 핀(42)과 협력하는 단부를 포함하는 로드(4),
   메인 레버(5),
   로드(4)와 협력하고 피스톤 스프링(3)을 압축함으로써 제1 위치로부터 제2 위치로 상기 피스톤(2)을 이동시키도록 구성된 편심 부재(6), 및
   상기 편심 부재(6) 및 메인 레버(5)를 선택적으로 연결하는 기구 장치(8, 10, 11, 12)를 포함하는 커피 머신(100)으로서,
   상기 편심 부재(6)는 회전 축(9)에 대하여 회전 가능한 몸체를 포함하고, 상기 몸체는 메인 레버(5) 및 편심 부재(6)가 상기 기구 장치에 의해 선택적으로 연결될 때 상기 핀(42)이 상기 회전 축(9)에 대하여 원호 궤적과는 다른 궤적을 따르도록 구성된 핀(42)의 경로(61)를 포함하는 커피 머신.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   편심 부재(6)는 편심 부재의 주변부에 하나 이상의 노치(12)를 더 포함하는 커피 머신.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 기구 장치는 트리거(8)를 포함하는 커피 머신.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 기구 장치는 탄성 힌지(81)를 포함하고, 탄성 힌지는 상기 탄성 힌지에 의해 밀려 상기 노치(12)와 결합하는 톱니를 갖는 커피 머신.
7. 제 1 항에 있어서,
   메인 레버는 수평의 메인 레버 핸들을 포함하고,
   상기 기구 장치는 수평의 보조 레버 핸들 및 톱니를 포함하는 보조 레버를 포함하고,
   상기 커피 머신은 메인 레버 핸들로부터 별도 구성으로 보조 레버 핸들을 유지시키는 스프링 저항을 갖는 트리거 스프링을 포함하고,
   메인 레버 핸들 및 보조 레버 핸들이 함께 파지되어 트리거 스프링의 저항을 극복하면, 톱니는 편심 부재의 주변부에서 노치와 결합하여, 메인 레버는 메인 레버 핸들 및 보조 레버 핸들이 함께 파지되어 있는 동안 편심 부재에 연결되어 메인 레버가 회전함에 따라 편심 부재가 회전하는 커피 머신.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 피스톤 스프링(3)의 축은 로드(4)의 축과 영이 아닌 각을 형성하는 커피 머신.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 피스톤 스프링(3)의 압축을 조절하는 수단을 더 포함하는 커피 머신.
10. 제 1 항에 있어서,
    연결 로드(41) 및 로커 암(20)을 더 포함하며,
    편심 부재는 연결 로드(41)에 작용하는 피스톤 스프링(3)을 압축하도록 구성되며, 상기 로커 암(20)은 축(21)에 대하여 자유 회전하고 로커 암의 일 단부는 연결 로드(41)에 연결되고 다른 단부는 로드(4)에 연결되는 커피 머신.
11. 제 1 항에 있어서,
    추출된 물의 압력을 도시하는 압력 게이지를 더 포함하는 커피 머신.
12. 제 1 항에 있어서,
    실린더(1)에 온수를 유입하기 위한 개구(71)를 더 포함하며,
    상기 개구(71)는 피스톤(2)이 가장 높은 위치에 있을 때조차 피스톤(2) 위에 배열되는 커피 머신.
13. 실린더,
    상기 실린더에 병진 이동을 수행하도록 구성된 피스톤,
    상기 피스톤과 협력하는 단부를 포함하는 로드,
    메인 레버 핸들을 포함하는 메인 레버,
    보조 레버 핸들을 포함하는 보조 레버,
    상기 로드와 협력하도록 구성되고 피스톤 스프링을 압축시킴으로써 상기 피스톤을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 구성된 편심 부재, 및
    상기 메인 레버 및 상기 편심 부재를 선택적으로 연결하도록 구성된 기구 장치를 포함하는 커피 머신에 있어서,
    상기 기구 장치는 상기 메인 레버 핸들로부터 연결 해제된 상태로 상기 보조 레버 핸들을 유지하도록 구성된 트리거 스프링을 포함하고, 상기 메인 레버 핸들 및 보조 레버 핸들 모두의 작동이 상기 트리거 스프링의 저항을 극복할 때까지는 상기 메인 레버의 움직임은 상기 로드에 영향을 주지 않으며, 상기 메인 레버 핸들 및 보조 레버 핸들 모두의 작동이 상기 트리거 스프링의 저항을 극복하면 상기 메인 레버 및 편심 부재를 연결시키고, 상기 편심 부재의 회전 및 상기 로드의 움직임을 허용하는 커피 머신.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기구 장치는 상기 메인 레버 및 상기 편심 부재가 자발적 동작에 의해서만 함께 연결되는 홀드-투-오퍼레이트(hold-to-operate) 방식이며, 상기 자발적 동작은 상기 커피 머신의 조작자가 상기 메인 레버를 파지함으로써 유지되며, 상기 조작자가 상기 메인 레버를 임의의 위치에서 릴리즈하면, 상기 메인 레버 및 상기 편심 부재는 연결이 해제되는 커피 머신.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 메인 레버 핸들 및 보조 레버 핸들을 조작자가 손으로 함께 파지하면, 보조 레버의 톱니가 상기 편심 부재의 주변부 상의 노치와 결합하고, 조작자가 상기 메인 레버 핸들 및 보조 레버 핸들을 함께 유지시키면, 상기 메인 레버는 상기 편심 부재에 연결되어, 상기 메인 레버가 회전함에 따라 상기 편심 부재가 회전하는 커피 머신.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 편심 부재는 회전 축에 대하여 회전 가능한 몸체를 포함하고,
    상기 몸체는 상기 로드를 포함하는 핀의 경로를 포함하고,
    상기 몸체는 상기 핀이 상기 회전 축에 대하여 원호 궤적과는 다른 궤적을 따르도록 구성되는 커피 머신.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기구 장치는 탄성 힌지를 포함하고,
    보조 레버의 톱니는 상기 노치와 결합하도록 상기 탄성 힌지에 의해 밀어지도록 구성되는 커피 머신.

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