МЕЛЬНИЦА
MILL

Изобретение относится к мельницам, которые используются для измельчения кофейных зерен.
Такая мельница обычно предусматривается в сочетании с автоматической кофеваркой, но также может использоваться отдельно.
Мельница в соответствии с известным уровнем техники, как правило, содержит:
- измельчающий механизм, который используется для измельчения кофейных зерен и содержит, для этой цели, первый измельчающий элемент и второй измельчающий элемент, при этом первый измельчающий элемент может вращаться вокруг оси вращения относительно второго измельчающего элемента таким образом, что кофейные зерна подаются между двумя измельчающими элементами и перемалываются в кофейный порошок;
- свободно вращающееся захватывающее колесо, которое установлено с возможностью вращения ниже измельчающего механизма и используется для дальнейшей транспортировки кофейного порошка, перемолотого измельчающим механизмом;
- выходной канал, через который порошок молотого кофе может покидать мельницу, при этом порошок перемещается к выходному каналу посредством захватывающего колеса.
Существуют различные типы измельчающих механизмов, которые отличаются в отношении формы и расположения измельчающих элементов, например конические мельницы, дисковые мельницы и т.п.
Известны различные формы захватывающих колес. Захватывающее колесо может содержать, на верхней стороне, область, продолжающуюся вокруг оси вращения захватывающего колеса (в дальнейшем «область транспортировки»), на которую порошок молотого кофе может попадать при помощи измельчающего механизма. Для того чтобы порошок молотого кофе при помощи измельчающего механизма мог попасть в область транспортировки захватывающего колеса, захватывающее колесо должно быть соответствующим образом расположено относительно измельчающего механизма.
Например, известны мельницы с захватывающим колесом, которые образованы конусообразно (см. ЕР-А-1964498, фиг. 1). В DE-A-4 418139 представлено захватывающее колесо (также называемое «дисковым питателем»), которое имеет на своем внешнем крае так называемые направленные вверх воздушные лопатки (см. фиг. 3 и 4). Область транспортировки этого захватывающего колеса выполнена слегка конической, т.е. плоско понижающейся радиально наружу линейным образом. Посредством вращения захватывающего колеса кофейный порошок, расположенный в области транспортировки, с одной стороны, переносится вдоль, вокруг оси вращения захватывающего колеса, а с другой стороны, движется в радиальном направлении наружу под действием центробежной силы.
Поскольку область транспортировки слегка понижается линейным образом, это дополнительно содействует движению, направленному радиально наружу.
Известные захватывающие колеса могут содержать множество захватывающих лопаток, которые расположены на верхней стороне захватывающего колеса в области транспортировки и продолжаются в радиальном направлении относительно оси вращения. Когда захватывающее колесо вращается, эти захватывающие лопатки переносят порошок молотого кофе впереди себя в направлении вращения, т.е. по пути вокруг оси вращения.
Известны из DE-A-441813 захватывающие лопатки ("захватывающие лопатки 21" в соответствии с фиг. 3), которые расположены по внешнему краю захватывающего колеса (9) и продолжаются на относительно небольшое расстояние (по сравнению с шириной области транспортировки) захватывающего колеса. Недостатком является то, что кофейный порошок не очень эффективно перемещается вокруг оси вращения посредством этих захватывающих лопаток, а скорее завихряется вверх. Порошок, падающий на захватывающее колесо, остается в области транспортировки в течение ряда оборотов захватывающего колеса, прежде чем он достигает выходного канала, так что получается маленькая пропускная способность.
В ЕР-А-1964498 захватывающие лопатки ("ребра 261" в соответствии с фиг. 1 и абзацем [0013] описания) проходят в радиальном направлении в отношении оси вращения захватывающего колеса, и их высота уменьшается до нуля в направлении оси вращения. Таким образом, возникает недостаток, заключающийся в том, что перемолотый порошок может скользить по верхней стороне захватывающей лопатки, что приводит к забиванию вверх, так что вращение захватывающего колеса затрудняется или захватывающее колесо блокируется. Слежавшийся кофейный порошок может накапливаться на захватывающих лопатках и смешиваться со свежемолотым порошком, что негативно сказывается на вкусе заваренного кофе.
Задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является устранение вышеупомянутых недостатков и создание мельницы, от которой порошок молотого кофе перемещается быстро и полностью в выходной канал.
Эта задача решается мельницей с признаками по пункту 1 формулы изобретения.
Мельница в соответствии с изобретением, которая используется для измельчения кофейных зерен, снабжена первым измельчающим элементом и вторым измельчающим элементом, где два измельчающих элемента выполнены с возможностью вращения относительно друг друга таким образом, что кофейные зерна перемалываются измельчающими элементами в кофейный порошок. Кроме того, предусмотрено захватывающее колесо, вращающееся с первым измельчающим элементом, упомянутое захватывающее колесо используется для перемещения на его краевую область порошка молотого кофе из мельницы через выходной канал. Краевая область захватывающего колеса образована конусообразно по направлению к измельчающим элементам с вогнутым профилем, таким образом, что образует внутренний высокий край и внешний низкий край, а захватывающее колесо содержит множество захватывающих лопаток, распределенных на краевой области по периферии.
Мельница в соответствии с изобретением имеет большое преимущество в том, что она очень компактна и имеет улучшенную пропускную способность по сравнению с обычными мельницами. Эффект от специального варианта осуществления захватывающего колеса с захватывающими лопатками состоит в том, что порошок молотого кофе перемещается очень быстро наружу из измельчающего устройства в выходной канал. Кроме того, остаточное количество кофейного порошка - т.е. порошка молотого кофе, остающегося на захватывающем колесе и в выходном канале после завершения процесса измельчения - значительно меньше.
Дополнительные преимущества выявляются из следующего описания и зависимых пунктов формулы изобретения.
Дополнительные детали изобретения и, в частности, иллюстративные варианты осуществления устройства согласно изобретению описаны ниже с помощью прилагаемых чертежей. На чертежах:
На фиг. 1 представлено покомпонентное изображение мельницы с измельчающим механизмом и захватывающим колесом;
На фиг. 2 представлена мельница по фиг. 1 в сечении плоскостью E1 по фиг. 1;
На фиг. 3 представлен вид в перспективе захватывающего колеса по фиг. 1;
На фиг. 4 представлено захватывающее колесо по фиг. 3 в сечении плоскостью Е2 по фиг. 3;
На фиг. 5А представлена мельница по фиг. 2 в сечении вдоль разреза V-V в пустом состоянии (без порошка молотого кофе);
На фиг. 5В представлена мельница по фиг. 2 в сечении вдоль разреза V-V в заполненном состоянии (с порошком молотого кофе), и
На фиг. 6 представлена увеличенная детализация мельницы, соответствующая прямоугольнику А по фиг. 2.
Одинаковые ссылочные позиции используются в каждом случае для одних и тех же элементов на фигурах, если не указано иное.
На фиг. 1 представлена (в перспективе и в покомпонентном изображении) мельница 1 для измельчения кофейных зерен, которая содержит измельчающее устройство 5 с зубчатой передачей 70 и приводным двигателем 80. Измельчающее устройство 5 разделяется на измельчающий механизм 10, фрикционную муфту 40 и захватывающее колесо 25, причем эти части заключены в корпус 6. В настоящем примере, мельница 1 образована как "коническая мельница". Соответственно, измельчающий механизм 10 содержит первый измельчающий элемент 11 (измельчающий конус с винтовыми лезвиями в данном примере) и второй измельчающий элемент 15 (измельчающее кольцо в данном примере). Первый измельчающий элемент 11 расположен с возможностью вращения относительно второго измельчающего элемента 15. Вращающийся подающий элемент 12 (образован как червяк в данном примере), крепежный винт 13, уплотнительное кольцо 21, крепежное кольцо 17 для второго измельчающего элемента 15, опора 16, регулировочное кольцо 22 и соединительный элемент 18 предусмотрены в порядке от измельчающего элемента 11 вверх. Установленная ниже первого измельчающего элемента 11 находится фрикционная муфта 40, которая содержит три шарика 40-1, три пружины сжатия 40-2 и три втулки 40-3. В случае заклинивания первого измельчающего элемента 11 и захватывающего колеса 25, фрикционная муфта обеспечивает известным способом вращение захватывающего колеса 25 относительно первого измельчающего элемента 11 посредством приводного двигателя 80 так, что измельчающий механизм 10 не заедает и приводной двигатель 80, следовательно, не перегревается.
На фиг. 2 представлено сечение по плоскости II-II по фиг. 1. Предусмотренный в корпусе 6 находится первый верхний отсек 7, который вмещает действующий измельчающий механизм 10, и второй нижний отсек 8, который вмещает захватывающее колесо 25 и используется для перемещения порошка молотого кофе далее. Корпус 6 содержит первую внешнюю стенку 6-1, которая ограничивает первый отсек 7, вторую стенку 6-2, которая ограничивает второй отсек 8, выходной канал 6-3 и выходное отверстие 6-4, из которого порошок молотого кофе доставляется из мельницы 1. Вращающийся подающий элемент (шнек) 12 используется для перемещения измельчаемого продукта или кофейных зерен вдоль оси вращения R внутрь входного промежутка 20 между первым измельчающим элементом 11 и вторым измельчающим элементом 15. Первый измельчающий элемент 11, подающий элемент 12 и захватывающее колесо 25 прикреплены к приводному элементу 72 зубчатой передачи 70 посредством винта 13. Опора 16 содержит защелкивающие элементы 16-1 для удержания второго измельчающего элемента 15.
Крепежное кольцо 17 закреплено на опоре 16 для того, чтобы зафиксировать на месте защелкивающие элементы 16-1 так, чтобы второй измельчающий элемент 15 удерживался неподвижно на опоре 16. Кольцевой соединительный элемент 18 выполнен из эластичного материала (например, пластика) и установлен на опору 16, чтобы связать контейнер для хранения измельчаемого продукта (не показан) с мельницей 1, упомянутый контейнер для хранения должен быть в состоянии разместиться сверху. Уплотнительное кольцо 21 образовано в виде плоского кольца, изготовленного из пластика и зажатого между вторым измельчающим элементом 15 и корпусом 6 для того, чтобы предотвратить утечку порошка молотого кофе вверх. Регулировочное кольцо 22 установлено с возможностью вращения вокруг оси вращения R на корпусе 6, т.е. соединено механически с опорой 16, так что регулировочное кольцо 22 перемещает опору 16 со вторым измельчающим элементом 15 вверх или вниз в направлении оси вращения R, в результате чего регулируется степень измельчения кофе. Захватывающее колесо 25 используется для транспортировки порошка молотого кофе и установлено с возможностью вращения вокруг оси вращения R, и связано муфтой 40 с первым измельчающим элементом 11. Плоское седло 35 (как правило, сделано из войлока) герметизирует нижнюю сторону захватывающего колеса 25 от корпуса 6 и таким образом предотвращает утечку порошка молотого кофе вниз. Зубчатая передача 70 содержит корпус 71 передачи, приводной элемент 72, который используется для привода первого измельчающего элемента 11 и захватывающих лопаток 26, и роликовый подшипник 73 с шариками 73', который направляет приводной элемент 72 в корпусе 71 передачи. Корпус 81 двигателя и приводной вал 82 двигателя от приводного двигателя 80 могут быть видны частично.
На фиг. 3 и 4 представлено захватывающее колесо 25 с девятью, по существу, кубообразными захватывающими лопатками 26, распределенными равномерно по периферии. На фиг. 4 представлено сечение вдоль плоскости Е2 в направлении стрелок IV. Захватывающие лопатки 26 используются для перемещения порошка молотого кофе, когда захватывающее колесо 25 вращается вокруг оси вращения R. Каждая захватывающая лопатка 26 захватывает определенное количество кофейного порошка с вращением захватывающего колеса 25 и толкает упомянутое количество впереди себя в направлении вращения. Втулка 27 с центральным отверстием 27' предусмотрена на захватывающем колесе 25 для того, чтобы поместить захватывающее колесо 25 в секцию приводного элемента 72, упомянутая секция образована дополняющей втулку 27. Втулка  27 также используется для прохода крепежного винта 13, чтобы прикрепить захватывающее колесо 25 к приводному элементу 72. Расположенные вокруг втулки 27 находятся три круговых цилиндра 28, каждый с отверстием 28', которое служит для приема компонентов фрикционной муфты 40.
Захватывающее колесо 25 содержит область Т транспортировки, которая образована конусообразной по направлению к измельчающим элементам 11 и 15 с вогнутым профилем, так что образует внутренний высокий край Ri и внешний низкий край Ra. Внутренний край Ri имеет меньший радиус ri относительно оси вращения R, а внешний край Ra имеет больший радиус ra. Вогнутый профиль захватывающего колеса 25 описывается кривой с уравнением h(r), которое описывает высоту области Т транспортировки (относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения R) в зависимости от расстояния r от оси вращения R в области между внутренним краем Ri и внешним краем Ra. Предусмотренный между внутренним краем Ri и захватывающей лопаткой 26 находится промежуток 30 в захватывающем колесе 25, упомянутый промежуток выровнен с выходным промежутком 20' для кофейного порошка, образованным в измельчающем механизме 10 (см. фиг. 6). Этот промежуток 30 предотвращает кофейный порошок, перемолотый измельчающим механизмом 10 (который проходит через выходной промежуток 20' на область Т транспортировки захватывающего колеса 25), от падения на верхнюю сторону захватывающей лопатки 26, так что засорение второй камеры 8 кофейным порошком предотвращается.
На фиг. 5А и 5В представлено сечение по линии V-V в направлении стрелки V по фиг. 2. Фиг. 5А представляет захватывающее колесо 25 без порошка кофе, фиг. 5В с порошком кофе Р. Стрелка 25' показывает направление вращения захватывающего колеса 25. Стрелка ti на фиг. 5В схематично изображает транспортный путь для порошка кофе во втором отсеке 8 области Т транспортировки захватывающего колеса 25 после выхода порошка кофе из измельчающего механизма 10 (наружу от выхода промежутка 20' по фиг. 6), начиная приблизительно от внутреннего края Ri.
Как схематично изображает стрелка ti на фиг. 5В, смещение порошка кофе между двумя захватывающими лопатками 26 происходит наружу, вызванное вогнутой формой профиля h(r) и центробежной силой, которая возникает из-за вращения захватывающего колеса 25. Это, таким образом, гарантирует, что порошок молотого кофе перемещается в выходной канал 6-3 к выходному отверстию 6-4 после единственного оборота захватывающего колеса 25. Сечение выходного канала 6-3 приблизительно соответствует расстоянию между двумя захватывающими лопатками.
На фиг. 6 представлен увеличенный участок А, показанный пунктирной линией на фиг. 2. Направление свеже-молотого порошка кофе во входном промежутке 20 между первым и вторым измельчающим элементом 11 и 15 изображено стрелкой to. Направление движения порошка молотого кофе, выходящего из выходного промежутка 20' от высокого внутреннего края Ri к низкому внешнему краю Ra показано стрелкой tr. Две стрелки to и tr относятся только к радиальным компонентам движения. Как можно видеть, стрелка tr изогнута, соответственно вогнутой форме профиля h(r). Радиальная протяженность (или ширина) Δr вогнутого профиля h(r) определяется разницей между радиусом ra внешнего края Ra и радиусом ri внутреннего края Ri. Ti обозначает касательную к кривой h(r) на внутреннем крае Ri в радиальном направлении. Она образует угол β1 с вертикалью (параллельной оси вращения R). Та обозначает касательную к кривой h(r) на внешнем крае Ra в радиальном направлении, которая образует угол β2 с горизонталью (нормалью к оси вращения R). Угол падения α порошка молотого кофе из выходного промежутка 20' определяется углом конуса первого измельчающего элемента 11 и лежит между 0 и 45°, предпочтительно 5°. Угол β1 лежит между 0 и α. С учетом вогнутой формы кривой h(r), β1≤arctan (Δr/Δh) относится к углу β1. Угол β2 лежит между 0 и arctan (Δh/Δr).
В противном случае, угол β2 может быть адаптирован к направлению выходного канала 6-3, т.е. касательная Та, например, может быть ориентирована параллельно продольной оси выходного канала 6-3. В настоящем примере, выходной канал 6-3 ориентирован горизонтально. Последнее имеет то преимущество, что может быть достигнута особенно малая габаритная высота мельницы 1, но это имеет недостаток, что порошок кофе остается в выходном канале 6-3 после измельчения.
Вогнутый профиль h(r) как вогнуто изогнутая кривая имеет следующие важные последствия:
а) Область Т транспортировки имеет, на внутреннем крае Ri области транспортировки, больший уклон, сопоставимый с линейной высотой профиля с идентичными расширениями Δh и Δr. Больший уклон приводит к эффективной транспортировке кофейного порошка в радиальном направлении наружу, при условии, что кофейный порошок падает на область Т транспортировки в непосредственной близости от внутреннего края Ri. Таким образом, достигается повышение пропускной способности.
б) во втором отсеке 8, в котором расположено захватывающее колесо 25, по причине образования высоты профиля h(r) в виде вогнуто изогнутой кривой, существует больший объем для размещения порошка по сравнению с линейной высотой профиля с идентичными расширениями Δh и Δr. Область Т транспортировки поэтому может вместить большее количество порошка, что приводит к увеличению пропускной способности.
Параметры Δh и Δr и кривизна кривой h(r) используются для оптимизации:
- а) и b) создают улучшение пропускной способности (то есть количество порошка кофе, который оставляет выходной канал за оборот захватывающего колеса),
- Δh, Δr и изгиб кривой h(r) определяют объем остающегося количества, который должен быть как можно меньшим,
- Δh, Δr и кривизна кривой h(r) выбираются так, чтобы, по большей части, порошок кофе, который производится за оборот первого измельчающего элемента 11 и падает на захватывающее колесо 25, достигал выходного канала 6-3 в основном не позднее 13,
чем за один оборот захватывающего колеса 25.
В данном случае, кривая h(r) является круговой с радиусом, который соответствует ширине Δr области Т транспортировки. Кривая h(r), однако, может также быть сформирована гиперболической или параболической или может быть вогнуто изогнута по-другому.
Что касается захватывающих лопаток 26, это важно, что каждая захватывающая лопатка 26 проходит в радиальном направлении таким образом, что щель или промежуток 30 образован между захватывающей лопаткой 26 и внутренним краем Ri области транспортировки. Промежуток 30 должен быть как можно меньше в радиальном направлении, но, по меньшей мере, настолько широким, чтобы кофейный порошок, поставляемый измельчающим механизмом, не мог попадать на верхнюю сторону захватывающих лопаток 26. Забивание кофейного порошка в отсеке 8 и в выходном канале 6-3, таким образом, предотвращается, а это гарантирует, что кофейный порошок, который является всегда свежемолотым, может быть транспортирован через область Т транспортировки к выходному каналу 6-3.
Из-за вогнутой формы кривой h(r) в области Т транспортировки, кофейный порошок скапливается на области Т транспортировки, сжимается и транспортируется в виде компактной линии непосредственно в выходной канал 6-3. В процессе эксплуатации мельницы 1, такая линия сжатого кофейного порошка непрерывно перемещается из выходного отверстия 6-4 и доступна для дальнейшего использования, например, в устройстве заваривания автоматической кофеварки (не представлена).
С мельницей 1, небольшое остаточное количество, приблизительно от 1 до 1,5 граммов, накапливается в отсеке 8 захватывающего колеса 25 (с подходящим выбором Δh, Δr и кривизны кривой h(r)), так что высокая доля свеже-молотого порошка кофе всегда присутствует, даже если кофейный порошок должен быть доступен из мельницы 1 для особенного кофе, которое заваривается из малого количества кофейного порошка, например, из приблизительно 10-12 грамм кофейного порошка, в случае кофе эспрессо.