Кофемолка и способ измельчения кофе
COFFEE GRINDER AND METHOD OF GRINDING COFFEE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к кофемолке. Настоящее изобретение также относится к способу измельчения кофе, а также к кофемашине, содержащей кофемолку.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Кофемолка представляет собой устройство для измельчения кофейных зерен, например, для варки кофе. Кофемолка содержит измельчающее приспособление для измельчения кофейных зерен и двигатель для привода измельчающего приспособления. Кофемолка может представлять собой отдельно стоящее устройство или может быть встроена, например, в полностью автоматизированную кофемашину, которые Заявитель может приобрести на рынке.
В US 7984868 раскрыта кофемолка с двумя измельчающими жерновами. Один из измельчающих жерновов приводят двигателем, а другой жернов остается неподвижным. Два измельчающих жернова снабжены измельчающими поверхностями, о которые измельчают кофейные зерна. Измельчающие поверхности расположены на необходимом расстоянии друг от друга для создания необходимого кофейного помола. Меньшее разделение измельчающих поверхностей приводит к получению более мелкозернистого кофе, а большее разделение приводит к получению более крупнозернистого кофейного помола. Обеспечены регулирующие средства для автоматической регулировки разделения жерновов по отношению друг к другу.
Если кофемолка блокирована застрявшими зернами, частицами зерен или крупнозерновым помолом, может возникнуть неисправность. Кофемолка останавливается. Такое состояние останова может быть обнаружено, как описано в EP 2030539 A1, в котором раскрыт способ расчета числа оборотов жернова кофемолки. В EP 2030539 A1 предписывается остановить двигатель до его повреждения, однако не предложено решение того, как преодолеть состояние останова.
В качестве решения в EP 0616502 B1 предложено использовать двигатель измельчителя достаточной мощности измельчения для решения данной проблемы путем применения грубой силы. Недостаток данного решения состоит в том, что мощный двигатель является тяжелым, громоздким и/или дорогим.
В качестве альтернативного решения в руководстве по эксплуатации кофемолки «WMF5» описана возможность ручной регулировки степени измельчения с обеспечением задания крупнозернового режима, то есть для увеличения разделения измельчающих поверхностей. Таким образом высвобождают застрявшие зерна. После увеличения разделения, пользователь обязательно должен очистить измельчитель, вручную повторно отрегулировать необходимую степень измельчения, а затем он может возобновить операцию по измельчению. Недостаток данного решения состоит в том, что оно требует ручной регулировки разделения жерновов и очистки кофемолки, что является трудоемким и времязатратным процессом.
В GB 488084 A раскрыт электрический двигатель, приводящий кофемолку и имеющий свой ротор, свободно установленный на валу, с которым он соединен посредством пружины, стремящейся переместить ротор относительно вала с размещением в первоначальном положении, за пределами которого предотвращена возможность перемещения. Кроме того, ограничено перемещение ротора относительно вала в обратном направлении, так что при запуске ротор перемещает вал путем оказания на него воздействия, а по мере останова ротор перемещают обратно на вале посредством пружины, и этот ротор оказывает на вал воздействие в обратном направлении. В GB 488084 A раскрыта возможность очистки кофемолки после осуществления процесса измельчения в качестве превентивной меры для облегчения повторного запуска.
В EP 1707089 A1 раскрыт способ определения отсутствия кофейных зерен в кофемолке путем оценки уровня и/или спектра вибраций, вызванных кофемолкой во время работы.
В FR 1215254 A раскрыта возможность автоматического управления бытовыми приборами, такими как кофемолки, для обеспечения автоматического выключения.
В EP 2153758 A1 раскрыт способ определения загрузки мельницы, причем состояние мельницы определяют на основании скорости ее вращения. Скорость вращения может быть измерена, например, с использованием датчика Холла. Если мельница забита, то двигатель, приводящий эту мельницу, может быть остановлен, а пользователя могут попросить устранить забивание.
В GB 2463900 A описано устройство для разлива кофе, содержащее измельчающий механизм. В случае заклинивания измельчителя во время осуществления операции измельчения, приводный ограничитель измельчителя останавливает вращение. Двигатель, приводящий измельчитель, будет отсоединен от измельчителя посредством защелки. Двигатель затем останавливают, при этом для сообщения пользователю о заклинивании измельчителя может быть сгенерирован предупредительный сигнал.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании кофемолки, которая решает проблему остановки двигателя и которая одновременно с этим является легкой, небольшой и/или менее дорогой, а также удобной в использовании.
В первом аспекте настоящего изобретения предложена кофемолка, содержащая:
- измельчающее приспособление для измельчения кофейных зерен,
- двигатель для привода измельчающего приспособления,
- датчик останова для обнаружения состояния останова измельчающего приспособления и/или двигателя и
- реверсивный блок, выполненный с возможностью временного изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления и/или двигателя, если датчик останова обнаруживает состояние останова.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложена кофемашина, содержащая вышеописанную кофемолку.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложен способ измельчения кофе, включающий этапы, согласно которым:
- обнаруживают состояние останова измельчающего приспособления для измельчения кофейных зерен и/или двигателя для привода измельчающего приспособления и
- временно изменяют на обратное направление вращения измельчающего приспособления и/или двигателя, если обнаружено состояние останова измельчающего приспособления и/или двигателя.
Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленные кофемашина и способ измельчения кофе имеют предпочтительные варианты реализации, схожие и/или идентичные с заявленной кофемолкой и с объектами, охарактеризованными в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на идее, согласно которой временное изменение на обратное направления вращения измельчающего приспособления и/или двигателя может преодолевать состояние останова, в котором кофемолка блокирована застрявшими зернами, частицами зерен или крупнозерновым помолом. В первом аспекте временное изменение на обратное направления вращения измельчающего приспособления вызывает перераспределение кофейных зерен в кофемолке, что оказывает положительное воздействие на профиль крутящего момента, необходимый для привода измельчающего приспособления. Крутящий момент, необходимый для привода измельчающего приспособления в обратном направлении поворота меньше крутящего момента для привода по направлению вперед, так что маломощный двигатель может решить эту задачу. Временное изменение на обратное направления вращения измельчающего приспособления предпочтительно выполняют путем изменения на обратное направления вращения двигателя, предназначенного для привода измельчающего приспособления.
Во втором аспекте временное изменение на обратное направления вращения двигателя, при котором двигатель не жестко соединен с измельчающим приспособлением, обеспечивает возможность вращения двигателя в обратную сторону по отношению к измельчающему приспособлению без изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления. Двигатель затем возобновляет предыдущее направление своего вращения и развивает момент перед очередным приводом измельчающего приспособления. Момент двигателя и, при необходимости, дополнительных элементов приводного механизма, обеспечивает дополнительное усилие для преодоления состояния останова. Это также может быть описано как ударное движение для преодоления состояния останова. При необходимости оба аспекта, то есть перераспределение зерен и ударное воздействие, комбинируют для преодоления состояния останова.
Другими словами, измельчающее приспособление и/или двигатель выполнены с возможностью вращения в первом направлении вращения во время процесса измельчения. Реверсивный блок выполнен с возможностью изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления и/или двигателя с первого направления вращения на второе направление вращения, если датчик останова обнаруживает состояние останова, причем второе направление вращения имеет направление вращения, противоположное первому направлению вращения.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что нет необходимости в изменении степени измельчения, то есть крупности или крупнозернистости кофейного помола. Таким образом, кофемолка может продолжать работать после временного реверсирования с обеспечением той же самой степени измельчения.
Дополнительным преимуществом является то, что может быть использован более легкий, меньший в размерах и потенциально менее дорогой двигатель. В частности, настоящее изобретение подходит для новых типов кофемолок, имеющих ограниченную мощность двигателя и работающих при высоких скоростях вращения измельчающего приспособления. Поскольку мощность двигателя задана как произведение крутящего момента на скорость вращения, ограничение мощности в сочетании с высокими скоростями вращения измельчающего приспособления также означают, что крутящий момент привода измельчающего приспособления является ограниченным. В обычных кофемолках часто используют передачу, имеющую передаточное число в 1:40 между двигателем и измельчающим приспособлением. Высокое передаточное число может обеспечить достаточный крутящий момент в измельчающем приспособлении для предотвращения возникновения состояния останова. Однако передача является дорогой, громоздкой и энергонеэффективной. Таким образом, предпочтительно вообще не использовать передачу или использовать легкую, компактную и менее дорогую передачу, например передачу, имеющую намного меньшее передаточное число, составляющее, например, 1:7, 1:5 или даже 1:3.
Как использовано в настоящей заявке, термин «измельчающее приспособление» или измельчающая мельница относится к элементу, выполненному с возможностью уменьшения размера кофейных зерен предпочтительно путем вращательного перемещения такого подвижного измельчающего жернова, который выполнен с возможностью взаимодействия со вторым измельчающим жерновом для уменьшения размера кофейных зерен. Дополнительный второй измельчающий жернов может быть выполнен неподвижным. Кроме того, термин «измельчающее приспособление» относится к измельчающему приспособлению, имеющему абразивную поверхность, причем кофейные зерна и абразивная поверхность расположены таким образом, что они контактируют друг с другом и осуществляют относительное перемещение по отношению друг к другу, так что кофейные зерна постепенно становятся измельченными путем измельчающего или обдирающего перемещения. Ножевые измельчители являются дополнительным альтернативным вариантом.
Как использовано в настоящей заявке, термин «состояние останова» относится к состоянию, в котором кофемолка блокирована застрявшими зернами, частицами зерен и/или крупнозерновым помолом, в частности к состоянию, в котором измельчающее приспособление полностью останавливается. Кроме того, термин «состояние останова» относится к условию, при котором крутящий момент, необходимый для работы измельчающего приспособления кофемолки, превышает заданное пороговое значение, но еще не приводит к полному останову. Это может вызвать перегрев двигателя, предназначенного для привода измельчающего приспособления. В одном из вариантов реализации состояние оценивают и используют для предотвращения перегрева двигателя, приводящего измельчающее приспособление.
Как использовано в настоящей заявке, термин «кофемолка» используют в качестве классификационной терминологии, он также включает измельчители для измельчения других зерен, крупиц или семян, таких как бобы сои или семена подсолнуха. Кроме того, измельчитель может быть выполнен с возможностью приема крупнозернового помола и дополнительно с возможностью уменьшения размера этого крупнозернового помола  до размера промежуточного продукта. То же самое применимо и к выражению «измельчающее приспособление для измельчения кофейных зерен».
В предпочтительном варианте реализации реверсивный блок содержит управляющее устройство для управления направлением вращения двигателя. Таким образом, двигатель можно активно вращать в обратном направлении посредством реверсивного блока. Если измельчающее приспособление и двигатель жестко соединены, то это также изменяет направление вращения измельчающего приспособления. Таким образом, приводный элемент, передающий движение от двигателя к измельчающему приспособлению, выполнен с возможностью обеспечения реверсирования. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что он может быть реализован в виде полностью электронного решения, в частности без необходимости в наличии дополнительных механических элементов.
В одном из вариантов реализации реверсивный блок содержит подпружиненную защелку. Подпружиненная защелка расположена между двигателем и измельчающим приспособлением. При необходимости, соединение измельчающего приспособления и двигателя дополнительно содержит передачу. Защелка может быть затем размещена между двигателем и передачей или между передачей и измельчающим приспособлением. Подпружиненная защелка представляет собой элемент, который обеспечивает астатическое соединение между двигателем и измельчающим приспособлением, причем это соединение при необходимости содержит передачу, а пружинный элемент выполнен с возможностью накопления энергии для временного изменения на обратное направления вращения двигателя. Например, датчик останова обнаруживает состояние останова измельчающего приспособления и, вследствие этого, прерывает подачу энергии питания на двигатель, предназначенный для привода измельчающего приспособления. Таким образом, двигатель не прикладывает приводное усилие и крутящий момент к измельчающему приспособлению. Двигатель находится в автономном режиме работы, причем двигатель можно просто вращать в обратном направлении посредством энергии, накопленной в подпружиненной защелке. Следует отметить, что не обязательно временно изменять на обратное направление вращения измельчающего приспособления. Может быть достаточным временно изменять на обратное направление вращения двигателя. После повторного запуска двигателя, пружина защелки скручивается, а двигатель усиливает угловой момент. Данный угловой момент двигателя обеспечивает дополнительную энергию, необходимую для преодоления состояния останова измельчающего приспособления.
В одном из вариантов реализации реверсивный блок дополнительно выполнен с возможностью возобновления предпочтительного направления вращения после изменения направления вращения на обратное. Таким образом, кофемолка может возобновить свою обычную работу после изменения на обратное направления вращения для преодоления состояния останова. Термин «предпочтительное направление вращения», использованный в настоящей заявке, описывает направление вращения, используемое для измельчения. Другими словами, реверсивный блок дополнительно выполнен с возможностью временного изменения на обратное направления вращения с первого направления вращения на второе направление вращения, осуществляемое в обратную сторону, и с возможностью последующего изменения на обратное направления вращения со второго направления вращения в первое направление вращения.
В одном из вариантов реализации реверсивный блок выполнен с возможностью управления последовательностью, состоящей из этапов, согласно которым: приостанавливают вращение измельчающего приспособления и/или двигателя, если датчик останова обнаруживает состояние останова, изменяют на обратное направление вращения измельчающего приспособления и/или двигателя, приостанавливают реверсивное вращение измельчающего приспособления и/или двигателя и возобновляют предпочтительное направление вращения измельчающего приспособления и/или двигателя. Приостановка вращения измельчающего приспособления, если датчик останова обнаруживает состояние останова, имеет преимущество, состоящее в том, что обеспечена возможность охлаждения двигателя. Состояние останова вызывает полную остановку или существенное замедление двигателя, которое обычно включает увеличение блокировки или тока останова. Это может вызвать увеличение температуры двигателя. Предпочтительно, вращение измельчающего приспособления и двигателя приостанавливают на заданный период времени. После изменения на обратное направления вращения, это вращение, при необходимости, может быть снова приостановлено до того, как измельчающее приспособление и/или двигатель снова возобновят работу в предпочтительном направлении вращения.
В одном из вариантов реализации датчик останова выполнен с возможностью оценки электрического тока двигателя для обнаружения состояния останова. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что он представляет собой простое и потенциально недорогое решение для обнаружения состояния останова. При необходимости, датчик останова реализован в виде части управляющего устройства реверсивного блока.
Еще в одном варианте реализации датчик останова выполнен с возможностью оценки скорости вращения измельчающего приспособления и/или двигателя для обнаружения состояния останова. Например, скорость вращения измельчающего приспособления может быть зарегистрирована датчиком Холла, расположенным рядом с измельчающим приспособлением, и магнитом, расположенным в измельчающем приспособлении. В альтернативном варианте или в дополнение к настоящему варианту может быть оценен спектр электрической энергии питания двигателя, причем этот спектр указывает на периодическое переключение контактов коммутатора двигателя. Другими словами, скорость вращения двигателя может быть измерена путем обнаружения высокочастотных компонентов в токовом сигнале двигателя, которые относятся к периодическому переключению контактов коммутатора. В альтернативном варианте постоянный ток (двигатель постоянного тока) или среднеквадратический ток (двигатель переменного тока) могут быть измерены для получения скорости вращения, если известны характеристики двигателя. Могут быть использованы и альтернативные измерительные средства, такие как, например, оптический датчик, индуктивный датчик или емкостной датчик.
Еще в одной модификации вышеописанных вариантов реализации, оценка для обнаружения состояния останова включает сравнение зарегистрированного значения с пороговым значением и/или сравнение интеграла от зарегистрированного значения по времени с пороговым значением. Например, датчик останова выполнен с возможностью оценки электрического тока двигателя в качестве зарегистрированного значения и с возможностью сравнения зарегистрированного тока с пороговым значением тока. Если зарегистрированный электрический ток превышает допустимое пороговое значение, то это интерпретируют как состояние останова. Следует отметить, что измельчение кофейных зерен представляет скорее беспорядочный процесс, при котором распределение крутящего момента сильно меняется в зависимости от мгновенной нагрузки кофейных зерен и ориентации кофейных зерен в измельчителе. Таким образом, вместо оценки зарегистрированного значения или в дополнение к ней, могут быть оценены среднее значение или интегральное значение за заданный период времени для достоверного определения состояния останова.
В одном из вариантов реализации реверсивный блок выполнен с возможностью изменения на обратное направления поворота измельчающего приспособления и/или двигателя на заданный угол и/или за заданное время. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что ограничение реверсивного вращения измельчающего приспособления и/или двигателя может предотвращать достижение измельчающим приспособлением второго состояния останова в обратном направлении.
В одном из вариантов реализации реверсивный блок выполнен с возможностью изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления и/или двигателя с заданной скоростью вращения. Скорость вращения измельчающего приспособления и/или двигателя при реверсировании может быть той же самой, что и скорость вращения в предпочтительном направлении вращения, или может отличаться от нее. Скорость вращения в предпочтительном направлении вращения оптимизируют для обеспечения необходимой характеристики измельчения. Однако при осуществлении операции реверсирования скорость вращения может быть задана как заданное значение, которое оптимизируют с тем, чтобы вызвать переориентацию кофейных зерен в измельчителе для преодоления состояния останова. Первая возможность состоит в медленном увеличении вращения в обратном направлении для предотвращения скачкообразного изменения скорости вращения. Это может уменьшить напряженность. В альтернативном варианте высокую скорость вращения используют при реверсировании для быстрого перераспределения кофейных зерен.
В одном из вариантов реализации реверсивный блок выполнен с возможностью управления качательным движением измельчающего приспособления и/или двигателя путем многократного изменения на обратное направления вращения. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что качательное движение имеет положительный эффект на перераспределение кофейных зерен для преодоления состояния останова. В отличие от обычного однократного изменения направления вращения, кофейные зерна перераспределяют множество раз. В альтернативном варианте перемещение вперед и назад множество раз вызывает тип многократного ударного движения, которое высвобождает из состояния останова. Ударное воздействие преодолевает состояние останова с использованием дополнительного момента, обеспечиваемого каждый раз, когда измельчающее приспособление ударяется об область застревания.
В одном из вариантов реализации реверсивный блок выполнен с возможностью оценки временного интервала между двумя событиями, когда датчик останова обнаруживает состояние останова, и с возможностью адаптирования реверсивного блока в соответствии с этой оценкой. Для нежесткого состояния останова может быть достаточным осуществить кратковременное обратное вращение. Однако, если интервал времени между двумя событиями, когда датчик останова обнаруживает состояние останова, является кратковременным, то это может указывать на более жесткую блокировку измельчителя, так что реверсивный блок должен отреагировать соответствующим образом.
Еще в одной модификации реверсивный блок дополнительно выполнен с возможностью управления качательным движением измельчающего приспособления и/или двигателя, если интервал времени меньше порогового значения. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что реверсивный блок может адаптивным образом осуществлять надлежащее изменение на обратное направления вращения измельчающего приспособления и двигателя в зависимости от степени критичности состояния останова. Например, реверсивный блок выполнен с возможностью осуществления одиночного изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления и/или двигателя, когда датчик останова обнаруживает первое состояние останова. Однако реверсивный блок выполнен с возможностью осуществления качательного движения измельчающего приспособления и/или двигателя, если второе состояние останова обнаружено в течение короткого интервала времени.
В одном из вариантов реализации измельчающее приспособление имеет абразивную поверхность, а кофемолка дополнительно содержит ограничительное приспособление для зерен, предназначенное для размещения кофейных зерен и измельчающего приспособления в положении контакта друг с другом, при этом ограничительное приспособление для зерен имеет поверхность для удержания кофейных зерен в таком положении, а двигатель для привода измельчающего приспособления выполнен с возможностью обеспечения относительного перемещения кофейных зерен и абразивной поверхности. Преимущество данного варианта реализации в том, что можно использовать только одно измельчающее приспособление, имеющее абразивную поверхность, так что измельчающее приспособление может быть приведено с относительно высокой скоростью и с относительно низким крутящим моментом, так что может быть использован относительно небольшой приводной двигатель, а также возможно использование небольшой передачи для получения низкого передаточного коэффициента, например 1:5 или 1:7, или даже для предотвращения использования редуктора между двигателем и измельчающим приспособлением.
Еще в одной модификации измельчающее приспособление (20) расположено с возможностью вращения в кофемолке, при этом двигатель, предназначенный для обеспечения относительного перемещения кофейных зерен и абразивной поверхности, выполнен с возможностью вращения измельчающего приспособления со скоростью по меньшей мере 500 оборотов в минуту, а предпочтительно по меньшей мере 1000 оборотов в минуту. В данном случае в измельчителе может быть использован относительно легкий и небольшой двигатель, а измельчающее приспособление, при необходимости, может быть приведено непосредственно двигателем без использования редуктора, при этом все еще возможно иметь эффективный процесс измельчения.
В одном из вариантов реализации кофемолка дополнительно содержит защелку, расположенную между двигателем и измельчающим приспособлением и содержащую первый элемент защелки и второй элемент защелки, причем первый элемент защелки выполнен с возможностью вращательного перемещения по отношению ко второму элементу защелки после поворота двигателем на ограниченный угол поворота до тех пор, пока после достижения стопора первый элемент защелки и второй элемент защелки не будут вращаться вместе. Другими словами, двигатель, предназначенный для привода измельчающего приспособления, и измельчающее приспособление не жестко соединены друг с другом. Они могут быть повернуты по отношению друг к другу на ограниченный угол. Это ограничение свободного вращательного перемещения по отношению друг к другу используют по меньшей мере в предпочтительном направлении вращения. Предпочтительно, если первый элемент защелки содержит первую поверхность контакта, а второй элемент защелки содержит вторую поверхность контакта, причем указанные первая и вторая поверхности контактируют друг с другом после достижения ограничения свободного вращательного перемещения. Таким образом, поверхности контакта служат в качестве ограничителя. Ограничитель может представлять собой механический ограничитель, концевой ограничитель, опорный ограничитель или блокирующий элемент. При необходимости, защелка представляет собой вышеописанную подпружиненную защелку.
В некоторой модификации защелка дополнительно содержит пружинный элемент для обеспечения вращательного перемещения первого элемента защелки по отношению ко второму элементу защелки. Таким образом, первый элемент защелки может быть механическим образом повернут по отношению ко второму элементу защелки. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, могут быть использованы более простые управляющие электронные устройства, поскольку двигатель должен быть приведен только электрическим образом в одном направлении вращения, то есть в предпочтительном направлении вращения, используемом для измельчения.
В некоторой модификации реверсивный блок выполнен с возможностью осуществления этапов временного изменения на обратное направления вращения двигателя, при этом первый элемент защелки осуществляет свободное вращательное перемещение по отношению ко второму элементу защелки, возобновление предпочтительного направления вращения двигателя, а первый элемент защелки осуществляет свободное вращательное перемещение по отношению ко второму элементу защелки в противоположном направлении вращения, ударение первого элемента защелки о второй элемент защелки после достижения ограничения свободного вращательного перемещения. Свободное вращение двигателя перед приводом измельчающего приспособления обеспечивает возможность развития двигателем углового момента. Таким образом, двигателю необходим меньший крутящий момент во время запуска. Кроме того, данный угловой момент двигателя обеспечивает дополнительную энергию питания, необходимую для начала вращения измельчающего приспособления, в частности для преодоления состояния останова измельчающего приспособления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут пояснены со ссылкой на описанные далее варианты реализации.
На фиг. 1 показан иллюстративный вариант реализации кофемолки согласно аспекту настоящего изобретения.
На фиг. 2 показана часть, взятая вдоль линии A-A на фиг. 1.
На фиг. 3 показан график зависимости крутящего момента для привода измельчающего приспособления от времени.
На фиг. 4A-4C показан вариант реализации реверсивного блока, содержащего подпружиненную защелку.
На фиг. 5A-5C показан альтернативный вариант реализации защелки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан иллюстративный вариант реализации кофемолки 1. Кофемолка 1 содержит такие основные компоненты как измельчающее приспособление 20 для измельчения кофейных зерен, двигатель 30 для привода измельчающего приспособления 20, датчик 41 останова для обнаружения состояния останова измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30, и реверсивный блок 40, выполненный с возможностью временного изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30, если датчик 41 останова обнаруживает состояние останова.
Кофемолка 1 представляет собой устройство для измельчения кофейных зерен 5, которые схематически показаны на фиг. 1 в виде эллипсов. Путем измельчения кофейных зерен 5 формируют кофейный порошок или кофейный помол, который подходит для использования в процессе приготовления кофе, осуществляемом путем обеспечения возможности взаимодействия некоторого количества воды с кофейным помолом, в результате чего растворимая часть кофейного помола оказывается экстрагированной. Кроме того, в кофемолку 1 может быть подан крупнозернистый кофейный помол. Кофемолка 1 может представлять собой составной элемент кофеварки или в альтернативном варианте может представлять собой отдельное устройство.
На фиг. 1 измельчитель 1 содержит резервуар 10, содержащий множество кофейных зерен 5. Для осуществления операции по измельчению кофейных зерен 5 обеспечено измельчающее приспособление 20, имеющее абразивную поверхность 21. В показанном примере измельчающее приспособление 20 содержит цилиндрическую часть 26, которая имеет кольцевую периферию и которая выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси 27, причем ось 27 в показанном примере имеет по существу вертикальную ориентацию. Направление вращательного перемещения измельчающего приспособления 20 вокруг продольной оси 27 цилиндрической части 26, которое выполняет измельчающее приспособление 20 во время процесса измельчения, показано стрелкой 28 на фиг. 2. Стрелка 28 обозначает предпочтительное направление вращения для измельчения кофейных зерен. Стрелка 28’ обозначает противоположное или обратное направление вращения. Абразивная поверхность 21 представлена на криволинейной цилиндрической стенке цилиндрической части 26. В неограничивающем примере, показанном в настоящей заявке, с одного конца цилиндрической части 26 измельчающее приспособление 20 соединено непосредственно с ведущим валом 31 двигателя 30.
Помимо измельчающего приспособления 20 измельчитель 1 содержит корпус 50, охватывающий цилиндрическую часть 26 измельчающего приспособления 20. Корпус 50 содержит измельчающую камеру 51 для обеспечения возможности измельчающему приспособлению 20 проходить внутри корпуса 50. В показанном примере корпус 50 расположен прямо под резервуаром 10, так что кофейные зерна 5 могут быть перемещены прямо из резервуара 10 в измельчающую камеру 51.
Измельчающая камера 51 имеет форму ассиметричной воронки, причем в верхней части выполнено отверстие с наибольшим размером, а в нижней части выполнено отверстие с наименьшим размером. Как показано на виде с разрезом в вертикальном направлении, одна область 52 поверхности 53 корпуса 50, ограничивающей измельчающую камеру 50 и называемой далее ограничивающей поверхностью 53, проходит по существу в вертикальном направлении, то есть в направлении, которое в показанном примере параллельно продольной оси 27 цилиндрической части 26 измельчающего приспособления 20, а другая область 54 ограничивающей поверхности 53 наклонена по отношению к продольной оси 27, то есть расположена непараллельно этой продольной оси 27, как показано на фиг. 1. Например, угол α между наклонной областью 54 и продольной осью 27 может составлять приблизительно 15°. Цилиндрическая часть 26 измельчающего приспособления 20 расположена таким образом, что она проходит рядом с вертикальной областью 52, так что между абразивной поверхностью 21 и областью 52 имеется небольшой промежуток 55, а вокруг основной части цилиндрической части 26 измельчающего приспособления 20 имеется больший промежуток 56, который постепенно уменьшается по направлению вниз. В отличие от поверхности 21 измельчающего приспособления 20, ограничивающая поверхность 53 не обязательно должна иметь абразивные свойства, вместо этого она может выглядеть гладкой.
На фиг. 2 показано, что выпускное отверстие 57, предназначенное для выпуска кофейного помола или частиц зерен, которые получают в результате осуществления процесса измельчения, предпочтительно имеет тангенциальную ориентацию по отношению к периферии цилиндрической части 26 измельчающего приспособления 20. Предпочтительно, если высота (которая представляет собой размерную составляющую, параллельную продольной оси 27) выпускного отверстия 57 приблизительно совпадает с высотой цилиндрической части 26 измельчающего приспособления 20, так что частицы зерна могут быть удалены из измельчающей камеры 51 на любом уровне, при этом предотвращено накопление кофейного помола в нижней части измельчающей камеры 51. Для предотвращения достижения кофейными зернами 5 выпускного отверстия 57 без их захвата измельчающим приспособлением 20 по мере его вращения и вообще без их измельчения, ограничивающая поверхность 53 имеет другую вертикальную область 58, обращенную к абразивной поверхности 21 и расположенную на небольшом расстоянии от неё.
В альтернативном варианте реализации кофемолка 1 содержит жерновой измельчитель, причем измельчающий жернов служит в качестве измельчающего приспособления 20 для измельчения кофейных зерен. Жерновой измельчитель обычно содержит второй неподвижный жернов вместо ограничивающей поверхности 53. Таким образом, кофейные зерна 5 раздробляют или раскалывают между двумя измельчающими жерновами. Следует отметить, что в варианте реализации, показанном на фиг. 1, кофейные зерна также могут быть расколоты, например, между измельчающим приспособлением 20 и стенкой измельчающей камеры 51.
Существенная разница между жерновыми измельчителями и измельчителем, показанным на фиг. 1, состоит в том, что в жерновых измельчителях кофейные зерна 5 подают в промежуток между двумя измельчающими жерновами, а в кофемолке 1, показанной на фиг. 1, кофейные зерна 5 приводят в контакт с абразивной поверхностью 21 измельчающего приспособления 20 путем обеспечения возможности перемещения эти кофейных зерен по направлению вниз в воронкообразной измельчающей камере 51, в которой расположено измельчающее приспособление 20. В определенном месте кофейное зерно 5 застревает между абразивной поверхностью 21 и ограничивающей поверхностью 53, причем часть кофейного зерна 5 оказывается измельченной вследствие того, что абразивная поверхность 21 совершает перемещение по отношению к кофейному зерну 5. При этом, с каждой удаленной таким образом частью кофейное зерно 5 все больше перемещается книзу. Предпочтительно, если абразивная поверхность 21 имеет спиральную текстуру 29, показанную на фиг. 1, при этом сама текстура 29 может быть предназначена для захвата зерен 5 и для облегчения необходимого перемещения зерен 5 вниз. В итоге, в результате измельчения зерно 5 оказывается разделено на множество фрагментов 6, которые схематически показаны на фиг. 1 и 2 в виде небольших треугольников. Размер кофейных зерен 5 может быть также постепенно уменьшен, что обеспечивает создание крупнозернистого помола в качестве промежуточного продукта и в дальнейшем окончательного помола с необходимым размером частиц. Когда фрагменты 6 имеют небольшой размер, достаточный для прохождения между абразивной поверхностью 21 и вертикальной областью 52 ограничивающей поверхности 53, фрагменты 6 выходят из измельчающей камеры 51 и попадают в выпускное отверстие 57. В целях ясности направление, в котором фрагменты 6 последовательно перемещаются через выпускное отверстие 57, обозначено на фиг. 2 стрелкой 59.
Далее более подробно объяснена работа измельчителя 1. В начале процесса измельчения, двигатель 30 приводят в действие таким образом, что измельчающее приспособление 20 осуществляет вращательное перемещение вокруг продольной оси 27 цилиндрической части 26. Скорость вращения предпочтительно находится в диапазоне от 500 до 5000 оборотов в минуту, причем предпочтительно, если скорость вращения находится в диапазоне от 1000 до 2500 оборотов в минуту, а крутящий момент предпочтительно составляет не менее 2 Нм, причем предпочтительно крутящий момент составляет 1 Нм, а более предпочтительно, если крутящий момент составляет не менее 0,2 Нм. Кофейное зерно 5, которое подают из резервуара 10 в измельчающую камеру 51, принимают между абразивной поверхностью 21 и ограничивающей поверхностью 53. В результате контакта между кофейным зерном 5 и подвижной абразивной поверхностью 21, это кофейное зерно оказывается измельченным. По мере того как кофейное зерно становится меньше, оно постепенно перемещается по направлению вниз, при этом удаляют все большее и большее количество кофейного зерна 5, а процесс продолжают до тех пор, пока остаток кофейного зерна 5 не будет настолько небольшим, что он сможет остаться незамеченным между ограничивающей поверхностью 53 и абразивной поверхностью 21. Следовательно, аналогично разделению жерновов в жерновом измельчителе, размер небольшого промежутка 55 между абразивной поверхностью 21 и вертикальной областью 52 ограничивающей поверхности 53 представляет собой определяющий фактор по отношению к размеру наибольших частиц в кофейном помоле, который получают в результате осуществления процесса измельчения. Следовательно, регулировка размера помола может быть достигнута путем регулировки размера небольшого промежутка 55.
В целом процесс измельчения, который должен быть выполнен измельчителем 1, включает вращательное перемещение измельчающего приспособления 20, а также постепенное перемещение кофейных зерен 5 от наиболее широкой части к наиболее узкой части воронкообразной измельчающей камеры 51, при этом получают фрагменты 6 зерен, имеющие небольшой размер, достаточный для выхода из измельчающей камеры 51 в выпускном отверстии 57.
Для полноты следует отметить, что измельчитель 1 может иметь ориентацию, отличную от ориентации, показанной на фиг. 1, при этом измельчающее приспособление 20 расположено в вертикальном направлении. Например, измельчающее приспособление 20 может быть расположено в горизонтальном направлении под резервуаром 10 для зерен таким образом, что кофейные зерна 5 попадают в измельчающую камеру 51 со стороны измельчающего приспособления 20. Преимущество горизонтальной ориентации состоит в том, что подача кофейных зерен 5 может происходить в радиальном направлении, при этом может быть уменьшена конструктивная высота измельчителя.
Преимущество кофемолки 1, показанной в качестве примера на фиг. 1 и 2, состоит в том, что измельчение кофейных зерен может происходить с высокой скоростью при низком крутящем моменте, так что обеспечена возможность использования относительно недорогого электродвигателя 30, а также возможность выбора оптимальных настроек для такого двигателя, при этом необходимы только небольшая передача или редуктор, или даже редуктор может и не быть необходим, в результате чего обеспечено сохранение пространства, уменьшение затрат и увеличение эффективности (энергоэффективности).
В целом измельчитель должен быть настолько легким, небольшим и дешевым, насколько это возможно. Проблема, возникающая при использовании легкого и небольшого двигателя 30 для привода измельчающего приспособления 20, состоит в том, что мощность двигателя и крутящий момент, обеспечиваемый этим двигателем, являются ограниченными. Поскольку мощность представляет собой произведение крутящего момента на скорость вращения, то ограничение мощности и высокая скорость вращения измельчающего приспособления 20 также означают, что крутящий момент, доступный приводу измельчающего приспособления 20, является ограниченным. Таким образом, кофейные зерна 5, которые застревают между абразивной поверхностью 21 и ограничивающей поверхностью 53, могут блокировать кофемолку 1, а также могут приводить к состоянию останова.
Следует отметить, что проблема останова редко встречается в обычных жерновых измельчителях, поскольку обычные жерновые измельчители часто имеют высокое передаточное число, составляющее, например, 1:40, между двигателем и измельчающим приспособлением. Высокое передаточное число преобразует ограниченный крутящий момент двигателя в высокий крутящий момент в измельчающем приспособлении. Высокое значение крутящего момента в измельчающем приспособлении может быть достаточным для предотвращения состояния останова.
Не только крутящий момент, но также и вероятное распределение крутящего момента, необходимое для привода измельчающего приспособления 20 для измельчения кофейных зерен, существенно зависит от размера кофемолки. Большая кофемолка, например обычный жерновой измельчитель, характеризуется скорее равномерным распределением крутящего момента, поскольку множество кофейных зерен имеется в измельчителе, который имеет усредняющее воздействие на крутящий момент, необходимый для приведения в действие измельчающего приспособления. Однако, например, для небольшого высокоскоростного измельчителя, в измельчителе имеется меньшее количество кофейных зерен, так что обеспечено уменьшение указанного усредняющего воздействия. Таким образом, распределение крутящего момента наглядно демонстрирует большую нестабильность. Данный эффект аналогичен стандартному отклонению гауссовского распределения, при котором стандартное отклонение не увеличивается по линейному закону с количеством событий, а повышается на квадратный корень от количества событий.
Таким образом, изобретатели обнаружили, что крутящий момент во время процесса измельчения является сильно непостоянным и зависит от количества кофейного помола в устройстве, распределения продуктов помола и от необходимой степени измельчения. Пиковые значения крутящих моментов существенно выше среднего значения крутящего момента. Фактическое пиковое значение крутящего момента составляет 1,2 Нм, а фактическое среднее значение крутящего момента составляет 0,4 Нм. Для иллюстративной скорости вращения в 1,500 оборотов в минуту измельчающего приспособления и для передаточного числа в 1:7 механическая мощность составляет порядка 80 Вт.
Эксперименты показали, что распределение изменений, которое возникает при конкретном значении крутящего момента для ограниченного количества кофейных зерен, уменьшается экспоненциально, так что изменение опрокидывания при крутящем моменте со значением, превышающим 0,3 Нм, составляет менее 0,001. Таким образом, с учетом такого экспоненциального затухания, крутящий момент для привода измельчающего приспособления было бы необходимо увеличить до приемлемого низкого значения, например на 1,4 Нм, то есть с 1,2 Нм до 2,6 Нм, для уменьшения вероятности того, что состояние останова возникнет во время срока службы устройства,. Однако это потребовало бы использования большего в размерах, более тяжелого и/или потенциально более дорогого мощного двигателя или в альтернативном варианте передачи с достаточно высоким передаточным числом.
В качестве решения изобретатели обнаружили, что временное изменение направления вращения измельчающего приспособления и/или двигателя может преодолевать состояние останова, в котором кофемолку блокируют застрявшие зерна. Временное реверсирование измельчающего приспособления вызывает перераспределение измельченного кофе в устройстве, чего достаточно для преодоления конкретной конфигурации, которая приводит к останову. Следует отметить, что нет необходимости в полном опустошении кофемолки. Кофемолка может возобновить свою обычную работу после временного реверсирования.
На фиг. 1 кофемолка 1 содержит датчик 41 останова для обнаружения состояния останова измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30. В варианте реализации, показанном на фиг. 1, датчик 41 останова соединен с датчиком 42, который выполнен с возможностью измерения скорости вращения измельчающего приспособления 20. Датчик 42 может представлять собой датчик Холла для определения числа оборотов измельчающего приспособления 20. Для этой цели измельчающее приспособление 20 содержит магнит 43. Альтернативные датчики для обнаружения состояния останова измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30 не выходят за пределы объема настоящего изобретения. В альтернативном варианте ток двигателя 30 может быть оценен для обнаружения состояния останова двигателя 30. Кроме того, в альтернативном варианте частотные компоненты сигнала питания двигателя 30 могут быть оценены для определения скорости вращения двигателя 30, например всплески тока, возбужденные переключением коммутатора. Кроме того, в альтернативном варианте может быть использовано устройство для измерения крутящего момента.
В варианте реализации, показанном на фиг. 1, реверсивный блок 40 реализован в виде электронного реверсивного блока, который содержит управляющее устройство 44 для управления направлением вращения двигателя 30. При необходимости, датчик 41 останова выполнен за одно целое с управляющим устройством 44. В альтернативном варианте реализации датчик 42 останова реализован в виде отдельного блока. Реверсивный блок 40 выполнен с возможностью временного изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления 20 и двигателя 30, когда датчик 41 останова обнаруживает состояние останова измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30. Таким образом, предпочтительное направление вращения, обозначенное стрелкой 28 на фиг. 2, временно реверсировано, как обозначено стрелкой 28' на фиг. 2. Это также показано на фиг. 3, на которой положительные значения крутящего момента на вертикальной оси обозначают вращение в предпочтительном направлении вращения, а отрицательные значения крутящего момента обозначают вращение в обратном направлении вращения 28'.
На фиг. 3 показан график крутящего момента, необходимого для привода измельчающего приспособления 20. Вертикальная ось обозначает крутящий момент, а горизонтальная ось обозначает время. На графике на фиг. 3 показан измеренный крутящий момент для четырех периодов G1, G2, G3 и G4 обычной работы измельчающего приспособления 20 в предпочтительном направлении вращения, три случая S1, S2, S3 останова и трехкратное изменение на обратное направления вращения измельчающего приспособления 20, обозначенные как R1, R2 и R3. Интервал G4 отображает полное восстановление без останова. В данном эксперименте двигатель выполнен с возможностью очень быстрой остановки при крутящем моменте в приблизительно 1 Нм на заданный период времени. Таким образом, допустимы временные всплески крутящего момента. Предпочтительно для обнаружения состояния останова интеграл от зарегистрированного крутящего момента по времени сравнивают с пороговым значением. В данном варианте реализации реверсивный блок выполнен с возможностью изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления 20 на заданный период времени.
Как можно видеть из экспериментальных данных на фиг. 3, крутящий момент во время операции R1, R2 и R3 по реверсированию, при которой изменяют на обратное направление вращения измельчающего приспособления 20, существенно меньше крутящего момента при работе измельчающего приспособления 20 в предпочтительном направлении вращения для периодов G1, G2, G3 и G4 измельчения. Таким образом, небольшой, компактный и недорогой двигатель 30 также может преодолевать состояние останова путем временного изменения на обратное направления вращения.
На фиг. 3 процесс измельчения начинается в момент времени T0, когда управляющее устройство 44 управляет направлением вращения двигателя 30 в предпочтительном направлении вращения 28. Первый период G1 измельчения продолжается от момента T0 времени до момента T1 времени, когда датчик 41 останова обнаруживает состояние S1 останова. После обнаружения состояния S1 останова, управляющее устройство 44 приостанавливает двигатель 30. Преимущество приостановки двигателя после обнаружения состояния останова состоит в том, что это обеспечивает возможность охлаждения этого двигателя 30. Управляющее устройство 44 выполнено с возможностью запуска реверсивного вращения двигателя 30 и, соответственно, измельчающего приспособления 20 по истечению заданного периода времени. Реверсирование обозначено интервалом R1, который проходит от момента T2 времени до момента T3 времени. Как можно видеть на графике на фиг. 3, необходимый крутящий момент во время реверсирования R1 намного меньше крутящего момента, необходимого в течение операции G1 по измельчению. Реверсивное вращение двигателя 30 останавливают в момент T3 времени и приостанавливают до возобновления работы в предпочтительном направлении вращения в момент T4 времени.
В альтернативном варианте вместо осуществления одиночного временного реверсирования, как показано на фиг. 3, реверсивный блок 40 может быть выполнен с возможностью управления качательным движением измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30 путем многократного изменения на обратное направления вращения, что обеспечивает переключение между предпочтительным направлением вращения, обозначенным стрелкой 28 на фиг. 2, и обратным направлением вращения, обозначенным ссылочным номером 28' на фиг. 2.
В качестве альтернативы для электрического изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30, реверсивный блок может быть реализован в виде механических средств для временного реверсирования измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30. Например, реверсивный блок может быть реализован в виде редуктора, расположенного между двигателем 30 и измельчающим приспособлением 20, причем этот редуктор содержит переднюю передачу и заднюю передачу.
В качестве альтернативы сложному редуктору, менее дорогие и более компактные механические средства могут быть реализованы в виде защелки, в частности в виде подпружиненной защелки.
В первом варианте реализации ведущий вал 31, расположенный между двигателем 30 и измельчающим приспособлением 20 на фиг. 1, заменен на торсионную пружину 45. Управляющее устройство 44 запускает вращение двигателя 30 в предпочтительном направлении вращения. Торсионная пружина 45 скручивается и передает вращательное перемещение двигателя 30 на измельчающее приспособление 20. Если измельчающее приспособление 20 блокировано, то это может быть обнаружено датчиком останова 41 посредством датчика 42. Управляющее устройство 44 затем прекращает подачу энергии питания на двигатель 30. Энергия, накопленная в торсионной пружине 45, затем высвобождается за счет временного реверсирования двигателя 30. Кроме того, если двигатель усиливает достаточный момент в обратном направлении вращения, то этот двигатель может закручивать пружину в обратном направлении до некоторой протяженности, что вызывает «тягу» в обратном направлении на измельчающем приспособлении. Протяженность, при которой это возникает, зависит от жесткости пружины, инерции двигателя и трения. Это может быть описано как система масс и пружин, которая может иметь недостаточное затухание, затухание на критическом уровне или чрезмерное затухание. Иногда этот эффект может вызывать временное изменение на обратное направления вращения измельчающего приспособления. Вызывает ли это «превышение» временное изменение на обратное направления вращения измельчающего приспособления вследствие тяги в обратном направлении вращения, зависит от трения между приспособлением и зернами. Однако, как показано на фиг. 3, крутящий момент, необходимый для привода измельчающего приспособления в обратном направлении, имеет небольшое значение.
На фиг. 4A-4C показан альтернативный вариант реализации подпружиненной защелки, которая может быть реализована между двигателем 30 и измельчающим приспособлением 20, между двигателем 30 и необязательным редуктором или между необязательным редуктором и измельчающим приспособлением 20.
На фиг. 4A показана подпружиненная защелка 60, содержащая ведущий вал 61 для соединения с двигателем 30, ведомый вал 62 для соединения с измельчающим приспособлением 20, и центральную часть 63 защелки, расположенную между ведущим валом 61 и ведомым валом 62. Центральная часть 63 защелки имеет канавку, в частности спиральную канавку 64, для направления выступа 65 ведущего вала 61. Таким образом, ведущий вал 61, как первый элемент защелки, выполнен с возможностью вращательного перемещения по отношению к центральной части 63 защелки, как второму элементу защелки, после поворота двигателя 30 на ограниченный угол поворота. После достижения конца спиральной канавки 64, как стопора или блокирующего элемента, ведущий вал 61 и центральная часть 63 защелки и, соответственно, также и ведомый вал 62 вращаются вместе. Центральная часть 63 защелки дополнительно содержит щелевое отверстие 66, проходящее в продольном направлении оси, проходящей от ведущего вала 61 к ведомому валу 62, для приема перекладины 67 ведомого вала 62 и для взаимодействия с ней.
На фиг. 4A показана подпружиненная защелка 60, находящаяся в расслабленном состоянии. Расслабленное состояние возникает, когда ни ведущий вал, ни ведомый вал не совершают вращение, или также во время свободного вращения, когда отсутствует нагрузка, которую следует приводить, то есть когда в измельчителе отсутствуют кофейные зерна.
На фиг. 4B показана подпружиненная защелка 60 во время операции по измельчению. Ведущий вал 61 и ведомый вал 62 вращают в предпочтительном направлении вращения, показанном стрелкой 28. Переход из расслабленного состояния, показанного на фиг. 4A, в нагруженное состояние, показанное на фиг. 4B, возникает при наличии сопротивления, то есть когда измельчаемые кофейные зерна воздействуют на ведомый вал 62, который первоначально удерживает ведомый вал 62 на месте, а двигатель 30 начинает вращать ведущий вал 61 в направлении 28. При включении выступы 65 проходят вдоль спиральной канавки центральной части 63 защелки, а центральная часть 63 защелки совершает перемещение по направлению к ведущему валу 61, как показано стрелкой 67. Внутри центральной части 63 защелки размещена дополнительная пружина, которая прикладывает усилие, противодействующее перемещению 67 и, таким образом, пытается толкать центральную часть 63 защелки по направлению от ведущего вала 61. Другими словами, центральная часть 63 защелки совершает перемещение в осевом направлении при наличии разницы в скорости вращения ведущего вала 61 и ведомого вала 62 и сжимает пружину, причем пружина может прикладывать осевое и/или тангенциальное усилие. После того как выступы 65 достигают конца спиральной канавки 64, ведущий вал 61 начинает вращать центральную часть 63 защелки и, соответственно, ведомый вал 62 в предпочтительном направлении вращения 28. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что во время этапа запуска, когда ведущий вал проходит в спиральной канавке 64, двигатель не обязательно должен вращать измельчающее приспособление 20, соединенное с ведомым валом 62. Таким образом, двигатель испытывает низкое сопротивление. Сопротивление задано пружиной защелки 60. Таким образом, ведущий вал 61 и двигатель 30 могут увеличить свою скорость вращения, а также могут усилить момент. После достижения конца спиральной канавки 64, данный момент может быть передан на ведомый вал 62 и может вызвать всплеск крутящего момента. Данный всплеск крутящего момента может обеспечить достаточный крутящий момент для преодоления состояния останова с обеспечением высвобождения измельчителя. Данный первоначальный всплеск крутящего момента может быть также назван как ударный импульс.
На фиг. 4C показана подпружиненная защелка 60, служащая в качестве механического реверсивного блока. После обнаружения состояния останова измельчающего приспособления 20 и/или двигателя 30 останавливается вращение ведомого вала 62, а также прекращается подача энергии питания на двигатель 30. Энергия, запасенная в пружине в центральной части 63 защелки, затем оттягивает центральную часть 63 защелки по отношению к ведомому валу 62 в направлении, указанном стрелкой 68. Если ведомый вал 62 удерживают на месте, например путем остановки измельчающего приспособления 20, данное перемещение в направлении 68 центральной части 63 защелки ускоряет ведущий вал при временном реверсивном вращении, указанном стрелкой 28', посредством выступов 65 вдоль спиральной канавки 64 центральной части 63 защелки. В данном варианте реализации центральная часть 63 защелки не вращается, поскольку она проходит вдоль щелевого отверстия 66, при этом перекладина 67 блокированного ведомого вала 62 предотвращает вращение.
На фиг. 5A-5C показан еще один вариант реализации, в котором ведущий вал 31, расположенный между двигателем 30 и измельчающим приспособлением 20, как показано на фиг. 1, заменен на защелку, в частности на подпружиненную защелку 70. Подпружиненная защелка 70 содержит ведущий элемент 71 защелки и ведомую защелку 72, которая соединена с ведомым валом 73 для привода измельчающего приспособления 20.
На фиг. 5A показана подпружиненная защелка 70 во время работы, причем ведущий элемент 71 защелки и ведомая защелка 72 вращаются в предпочтительном направлении вращения, указанном стрелкой 28. Ведущий элемент 71 защелки соединен с ведущим валом двигателя 30, который выполнен с возможностью поворота, например, на 180° по отношению к ведомой защелке 72.
На фиг. 5B показано усиление ведущего элемента 71 защелки. В данном варианте реализации ведущий элемент 71 защелки имеет ведущий штифт 74, который в данном варианте реализации охватывает четверть круга или 90° от трубчатой конструкции ведущего элемента 71 защелки. Ведомая защелка 72 имеет дополняющую конструкцию, так что поверхность 75 контакта ведущего элемента 71 защелки может взаимодействовать с соответствующей поверхностью контакта ведомой защелки 72. Во время работы, как показано на фиг. 5A, когда двигатель 30 приводит измельчающее приспособление 20, поверхность 75 контакта ведущего элемента 71 защелки находится в контакте с поверхностью контакта ведомой защелки 72 и, таким образом, передает энергию от двигателя 30 на измельчающее приспособление 20. Поверхности контакта служат в качестве стопора или блокирующего элемента для ограничения угла поворота.
На фиг. 5C показан процесс после того, как состояние останова измельчающего приспособления 20 было обнаружено, а двигатель был выключен. Если измельчающее приспособление 20 блокируют, то происходит остановка ведущего вала 73 и, таким образом, ведомой защелки 72. После прекращения подачи на двигатель 30 энергии питания, он более не прикладывает усилие к ведущему элементу 71 защелки, а упругая энергия, накопленная в подпружиненной защелке 70, может вращать ведущий элемент 71 защелки двигателя 30 в обратную сторону. Таким образом, подпружиненная защелка служит в качестве реверсивного блока для временного изменения на обратное направления вращения двигателя 30, указанного стрелкой 28' на фиг. 5C.
В альтернативном варианте реализации, показанном на фиг. 5C, защелка 70 не содержит пружину для механического вращения двигателя в обратную сторону. Вместо этого реверсивный блок содержит управляющее устройство для управления направлением вращения двигателя 30. Таким образом, направление вращения двигателя может быть изменено электрическим образом.
Исходя из расположения ведущего элемента 71 защелки и ведомой защелки 72, показанной на фиг. 5C, это обеспечивает ведущему элементу 71 защелки возможность осуществлять свободный удар на 180° о ведомую защелку 72 в предпочтительном направлении поворота 28, обратном противоположному направлению вращения, обозначенному стрелкой 28’. Таким образом, в данном варианте реализации двигатель также может усилить момент для осуществления ударного движения посредством ведущего элемента 71 защелки в отношении ведомой защелки 72, которая может прикладывать импульс высокого крутящего момента к измельчающему приспособлению 20 для преодоления состояния останова.
По мере того как двигатель 30 начинает вращаться – перед остановом и после останова, когда он был повторно намотан – он скручивается в виде пружины внутри подпружиненной защелки 70. Накопленная таким образом упругая энергия может быть использована для обеспечения вращения двигателя 30 в обратную сторону. В случае использования редуктора, защелка в данном варианте реализации предпочтительно расположена между двигателем 30 и редуктором. Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что пружина не обязательно должна преодолевать трение редуктора.
Другими словами, если измельчающее приспособление 20 поворачивают с меньшей скоростью, чем ведущий вал и ведущий элемент 71 защелки двигателя 30, то пружина накручивается, а двигатель усиливает угловой момент. Использование ударяющего механизма, то есть двух выемок (четверная втулка, ведущий штифт 74 ведущего элемента 71 защелки и соответствующая ему ответная часть ведомой защелки 72), ударяющихся друг о друга, обеспечивает возможность механического создания короткого импульса высокого крутящего момента, что обеспечивает ударное воздействие по остановочной конфигурации. В данном варианте реализации грубую силу используют для выхода из останова без вращения измельчающего приспособления 20 в обратную сторону путем временного изменения на обратное направления вращения двигателя 30.
В итоге, аспект настоящего изобретения относится к кофемолке, которая решает проблему останова и которая одновременно с этим является легкой, небольшой и/или менее дорогой, а также удобной в использовании. Кофемолка содержит  измельчающее приспособление для измельчения кофейных зерен, двигатель для привода измельчающего приспособления, датчик останова для обнаружения состояния останова измельчающего приспособления и/или двигателя, и реверсивный блок, выполненный с возможностью временного изменения на обратное направления вращения измельчающего приспособления и/или двигателя, если датчик останова обнаруживает состояние останова.
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено конкретным типом кофемолки, имеющей эти признаки. Данная идея не ограничена конкретным вариантом реализации кофемолки, показанной на фиг. 1, а также может быть использована с различными кофемолками, такими как, например, жерновые измельчители. Однако, предпочтительно, если кофемолка 1 представляет собой устройство для измельчения кофейных зерен 5, содержащее измельчающее приспособление 20, имеющее абразивную поверхность 21, ограничительное приспособление 50 для зерен, предназначенное для размещения кофейных зерен 5 и измельчающего приспособления 20 в положении контакта друг с другом, при этом ограничительное приспособление 50 для зерен имеет поверхность 53 для удержания кофейных зерен 5 в таком положении, и средства для осуществления относительного перемещения кофейных зерен и абразивной поверхности. Предпочтительно, если двигатель 30 приводит измельчающее приспособление для осуществления относительного перемещения кофейных зерен и абразивной поверхности.
Также предпочтительно, если поверхность 53 ограничительного приспособления 50 для зерен представляет собой неабразивную поверхность.
Также предпочтительно, если измельчающее приспособление 20 соединено непосредственно с выходным валом 31 двигателя 30.
Также предпочтительно, если измельчающее приспособление 20 расположено с возможностью поворота в кофемолке 1, причем средства для осуществления относительного перемещения кофейных зерен 5 и абразивной поверхности 21 выполнены с возможностью вращения измельчающего приспособления 20 со скоростью по меньшей мере 500 оборотов в минуту.
Также предпочтительно, если средства для осуществления перемещения кофейных зерен 5 относительно абразивной поверхности 21 выполнены с возможностью привода измельчающего приспособления 20 при обычном крутящем моменте, который составляет не менее 2 Нм.
Также предпочтительно, если кофемолка 1 содержит блок для размещения зерен, задающий пространство для размещения кофейного зерна 5, причем указанное пространство выполнено открытым по отношению к некоторой области абразивной поверхности 21 измельчающего приспособления 20, а измельчающее приспособление 20 и/или по меньшей мере компонент блока для размещения зерен расположены с возможностью перемещения в первом направлении для изменения расстояния между абразивной поверхностью 21 и по меньшей мере компонентом блока для размещения зерен, а измельчающее приспособление 20 и/или блок для размещения зерен расположены с возможностью перемещения во втором направлении, которое отлично от первого направления, для изменения областей абразивной поверхности 21, обращенной к открытому пространству блока для размещения зерен.
Еще в одной модификации измельчающее приспособление 20 выполнено с возможностью вращения вокруг центральной оси 27, а пространство блока для размещения зерен выполнено открытым по отношению к нецентральной области измельчающего приспособления 20.
Еще в одном варианте реализации кофемолки 1 по меньшей мере часть измельчающего приспособления 20 имеет форму цилиндра, имеющего кольцевую периферию, причем кофемолка 1 дополнительно содержит корпус 50, содержащей измельчающую камеру 51, причем измельчающее приспособление 20 размещено внутри измельчающей камеры 51, а измельчающая камера 51 имеет форму воронки, которая выполнена ассиметричной по отношению к продольной оси 27 цилиндрической части 26 измельчающего приспособления 20.
Также предпочтительно, если в положении, в котором абразивная поверхность 21 измельчающего приспособления 20 расположена наиболее близко к поверхности 53 корпуса 50, ограничивающей измельчающую камеру 51, промежуток между абразивной поверхностью 21 измельчающего приспособления 20 и поверхностью 53 корпуса 50 составляет по меньшей мере 0,05 мм и не менее 1 мм.
Также предпочтительно, если кофемолка 1 имеет выпускное отверстие 57 для выпуска кофейного помола, которое имеет тангенциальную ориентацию по отношению к периферии цилиндрической части 26 измельчающего приспособления 20.
Соответственно предложенный способ измельчения кофе включает этап, согласно которому обнаруживают состояние останова измельчающего приспособления для измельчения кофейных зерен и/или двигателя для привода измельчающего приспособления, и этап, согласно которому временно изменяют на обратное направление вращения измельчающего приспособления и/или двигателя после обнаружения состояния останова.
В предпочтительной модификации данного способа измельчения кофе кофейные зерна постепенно измельчают путем использования кофемолки 1, содержащей два приспособления 20, 50, причем одно из этих приспособлений представляет собой измельчающее приспособление 20, имеющее абразивную поверхность 21, кофейные зерна 5 и абразивная поверхность 21 расположены таким образом, что они контактируют друг с другом для осуществления относительного перемещения по отношению друг к другу, а другое из этих приспособлений представляет собой ограничительное приспособление 50 для зерен, имеющее поверхность 53, по отношению к которой кофейные зерна 5 удерживают в течение того времени, когда они находятся в контакте с абразивной поверхностью 21.
В предпочтительной модификации измельчающее приспособление 20 вращают со скоростью по меньшей мере 500 оборотов в минуту.
В предпочтительной модификации измельчающее приспособление 20 приводят при обычном крутящем моменте, который составляет не менее 2 Нм.
Еще в одной модификации кофейный помол, полученный путем измельчения кофейных зерен 5, выпускают из положения, в котором находятся измельчающее приспособление 20 и ограничительное приспособление 50 для зерен, путем перемещения в том же самом направлении, что и измельчающее приспособление 20.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно показано на чертежах и раскрыто в приведенном выше описании, такие изображение и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими, при этом настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами реализации. Другие модификации раскрытых вариантов реализации могут быть понятны и осуществлены специалистом в области техники при применении заявленного изобретения после изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенный артикль английского языка "a" или "an" не исключает множественного числа. Одиночный элемент или другой блок могут выполнять функции нескольких объектов, приведенных в пунктах формулы изобретения. Сам факт, что конкретные средства измерения приведены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на то, что сочетание этих средств измерения не может быть успешно использовано.
Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничение объема защиты.