ТАМБОВОЧНЫЙ ШНЕК
MOTORISED AUTOMATIC COMPACTION AUGER DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к трамбовочным устройствам для приготовления кофе эспрессо и, в частности, к моторизованному трамбовочному шнеку.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Кофе эспрессо приготовляют путем пропускания горячей воды под давлением через спрессованный кофейный помол. Обычно кофейный помол переносят в фильтре с ручкой, именуемом портафильтр. Для улучшения вкусовых качеств кофе за счет задержки пропускания потока горячей воды через помол, помол спрессовывается и сжимается в портафильтре или съемной фильтрующей корзинке, помещаемой в портафильтр. Наиболее часто подобное спрессовывание молотого кофе осуществляется при помощи ручного трамбовочного устройства. Ручной трамбователь спрессовывает помол и создает ровную верхнюю поверхность. Спрессовывание основной массы или диска из молотого кофе в портафильтре имеет важное значение для предотвращения образования трещин или разломов в молотом кофе. Подобные трещины позволяют горячей воде проходить через портафильтр без достаточного соприкосновения с помолом.
Спрессовывание помола в портафильтре также можно осуществлять при помощи шнека. Один из шнеков подобного типа рассмотрен в патенте США №6095032. Настоящим изобретением предлагается иной прессовочный механизм, а также альтернативный механизм отключения.
Цель и сущность изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить моторизованный прессовочный шнек для молотого кофе, шнековый механизм с автоматическим отключением, реагирующий на сигналы синхронизации или на сопротивление крутящему моменту шнека, создаваемое спрессованным кофе.
Краткое описание чертежей
Далее рассмотрен предпочтительный вариант осуществления изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 показан вид в сечении моторизованного прессовочного шнека, на котором также показа канал для подачи кофе, идущий от устройства перемалывания кофе;
на фиг.2 показан вид сбоку, в вертикальной проекции моторизованного шнека по фиг.1;
на фиг.3 показан вид в сечении механизма отключения по фиг.2;
на фиг.4 показан вид в сечении сцепления, реагирующего на изменение крутящего момента, по фиг.1-3;
на фиг.5 схематически показан моторизованный шнек, который управляет перемалывающим устройством посредством микровыключателя и контроллера;
на фиг.6 схематически изображен шнек и узел перемалывающего устройства, для которого не требуется микровыключатель, реагирующий на вертикальное перемещение вала;
на фиг.7 показан вид в сечении нижнего торца вала и шнековой головки;
на фиг.7а показан вид в перспективе съемной, геликоидальной шнековой головки;
на фиг.8 показан вид в сечении второго варианта осуществления съемной, геликоидальной шнековой головки, а также нижнего торца вала и шнековой головки;
на фиг.9 показан третий вариант осуществления съемной, геликоидальной шнековой головки;
на фиг.10 показан вид в сечении четвертого варианта осуществления съемной, геликоидальной шнековой головки;
на фиг.11 показан вид в сечении пятого варианта осуществления съемной, геликоидальной шнековой головки;
на фиг.11а показан вид в сечении шестого варианта осуществления съемной, геликоидальной шнековой головки;
на фиг.12 показан вид сбоку, в вертикальной проекции соединительного узла и механизма линейного потенциометра для измерения крутящего момента на шнековой головке.
на фиг.13 показан вид сбоку, в вертикальной проекции соединителя и линейного потенциометра во время работы шнековой головки;
на фиг.14 показан вид в перспективе выключателя, приводимого в действие портафильтром, для включения шнека; и
на фиг.15 показан вид в перспективе устройства по фиг.14 с внешним кожухом.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1, моторизованный прессовочный шнек кофеварки 10 для приготовления кофе эспрессо содержит электродвигатель 11 и систему 12 зубчатых передач, предназначенных для вращения верхнего вала или вала-шестерни 13. Верхний вал 13 соединен с нижним валом 14 шнека пружинной муфтой 15. Верхний торец пружинной муфты 15 закреплен к верхнему валу или валу-шестерне 13, а нижний торец пружинной муфты 15 закреплен к валу 14 шнека. Пружинная муфта 15 позволяет валу-шестерне 13 и валу 14 шнека вращаться относительно друг друга после достижения заранее установленного предельного значения крутящего момента. В настоящем описании изобретения раскрываются различные механизмы использования углового смещения между верхним и нижним валами шнека для достижения полезного результата, указания степени спрессовывания, выполнения функций по переключению и т.п. Шнековое устройство необязательно может находиться в корпусе перемалывающего устройства или в установке для приготовления кофе, в которую тот встроен, что позволяет собирать в нем помол и упростить эксплуатацию для пользователя. Раскрываемое здесь устройство также позволяет добиться равномерных дозировок кофе и усилий по утрамбовыванию или спрессовыванию.
На нижнем конце вала шнека находится двойная геликоидальная шнековая головка 16, которая находится сверху и внутри держателя 17 портафильтра. Держатель портафильтра выполнен с возможностью удержания и расцепления узла 18 портафильтра, точно так же как портафильтр удерживается и расцепляется рабочей группой кофеварки эспрессо. Диаметр шнековой головки 16 примерно такой же, как и внутренний диаметр верхней оконечности внутренней части портафильтра или корзинки 19 фильтра, закрепленной в портафильтре.
По предпочтительным вариантам осуществления моторизованный шнек примыкает, расположен снизу или по меньшей мере взаимодействует с устройством 20 перемалывания кофе. В данном случае устройство 20 перемалывания кофе является конусным, жерновым перемалывающим устройством из нержавеющей стали. Перемалывающее устройство 20 подает молотый кофе напрямую или в подающий канал 21 с имеющимся в нем выпускным отверстием, расположенным над шнековой головкой 16.
Кофе, выходящий из перемалывающего устройства 20, проходит через геликоидальную конструкцию шнековой головки 16. Молотый кофе, таким образом, проходя через шнек, укладывается и заполняет портафильтр или корзинку фильтра снизу вверх. Никакого трения или сопротивления между молотым кофе и шнековой головкой не возникает до тех пор, пока уровень заполнения внутри корзинки фильтра не достигнет нижней, обычно плоской поверхности 22 шнековой головки. Как только уровень заполнения внутри корзинки фильтра достигает нижней стороны 22, дальнейшее добавление кофейного помола приводит к спрессовыванию кофе в корзинке фильтра или портафильтре, то есть ниже нижней поверхности 22. Вначале фрикционное сопротивление кофе о нижнюю сторону шнековой головки является малым. Однако по мере того, как кофе продолжает заполнять корзинку фильтра, сопротивление вращению увеличивается. В какой-то момент сопротивление кручению, создаваемое прижимной муфтой 15, преодолевается, и верхний вал, т.е. вал-шестерня 13, начинает отходить в сторону от вала шнека, т.е. нижнего вала 14. То есть за определенное количество оборотов электродвигателя вал-шестерня 13 будет осуществлять чуть большее количество оборотов, чем вал 14 шнека.
Подобное поворотное или угловое смещение между валом-шестерней 13 и валом 14 шнека заставляет кулачковое следящее устройство 23, следующее за круговым кулачком 24, подниматься или смещаться в сторону от кулачка, преодолевая возвратное усилие, создаваемое пружиной 25 кулачкового толкателя. По мере увеличения трения о нижнюю сторону шнека, кулачковое следящее устройство 23 поднимается до тех пор, пока его фланец или край не осуществит механический контакт с механизмом, переключателем или микровыключателем 26, либо иными средствами переключения. Как показано на фиг.5, переключатель или микровыключатель, либо иной механизм 26, в целом, посредством микропроцессора или иного контроллера 51 останавливает работу электродвигателя 11 перемалывающего устройства, и перемалывающее устройство 20 прекращает создавать помол. После остановки перемалывающего устройства на заранее заданный интервал, таймер устройства или микропроцессор заставляют шнек 16 останавливаться. Подобная задержка гарантирует, что подача кофе в портафильтр из канала будет прекращена, а верхняя поверхность помола в портафильтре будет ровной. В качестве альтернативного варианта, показанного на фиг.6, работой электроприводного перемалывающего устройства 20 можно управлять таким образом, чтобы оно останавливалось по истечении заданного пользователем промежутка времени после возникновения контакта с микровыключателем. Расположенный на внешней стороне перемалывающего устройства или кофеварки и приводимый в действие пользователем тумблер, циферблат или иной переключатель 53, таким образом, может использоваться (совместно с таймером, микропроцессором или т.п.) для изменения интервала задержки работы электродвигателя перемалывающего устройства. Это обеспечит подачу дополнительного помола, в еще большем количестве за время задержки. Это позволит пользователю варьировать дозировку, а, следовательно, крепость кофе, раздаваемого из портафильтра. По еще одному варианту осуществления (см. фиг.6), отключение электродвигателя перемалывающего устройства происходит только за счет предустановленного или заданного пользователем временного промежутка 52, поэтому никаких механизмов, реагирующих на изменение крутящего момента, шнеку не требуется.
Как показано на фиг.2, шнековая головка 16 содержит один, два или более геликоидальных уклонов или винтов с плоской нижней поверхностью 22 в области задней кромки или кромок.
Как показано на фиг.3, на валу 14 шнека может удерживаться круговой или иной кулачок 30. Кулачок представляет собой обращенную вверх кулачковую поверхность с постоянным радиусом или иную кулачковую поверхность 24, которая, по существу, спирально проходит вокруг центральной оси вращения вала 14 шнека. Кулачковый толкатель 23 и неразъемно соединенный с ним приводной фланец 31 установлены на соединительной втулке 32, которая закреплена к валу-шестерне 13. Пружина 25 сжатия в данном случае установлена вокруг соединительной втулки и находится между кулачковым толкателем и сквозным штифтом или иным крепежом 33, используемым для крепления соединительной втулки 32 к валу-шестерне 13.
Как показано на фиг.14, относительное угловое или крутильное смещение между валом-шестерней 13 и валом 14 шнека ограничено поворотом примерно на 90°. То есть независимо от степени спрессовывания кофейного помола, после смещения вала-шестерни 13 и вала 14 шнека примерно на 90° они продолжат совместное вращение. Это достигается за счет проделывания углубления в нижнем торце соединительной втулки 32, которое выполнено с возможностью помещения в него верхнего заплечика 36 кулачка 30, установленного на валу 14 шнека. На нижнем торце соединительной втулки 40 имеются внутренние упоры 41, ограничивающие вращение муфты 30 относительно соединительной втулки 32. Выступы 42 на кулачке зацепляются с упорами 41 после достижения заранее заданной величины углового смещения.
Как показано на фиг. 1-3, геликоидальная шнековая головка 16 разъемно закреплена к нижнему торцу поворотного вала 70. Шнековая головка 16 удерживается на валу, преодолевая действие силы тяжести, а также фиксирована в окружном направлении относительно вала 70. Как показано на фиг.7А, относительное вращение между вращателем 16 шнековой установки и валом 70 может предотвращаться за счет наличия в центральном отверстии 71 одной или нескольких плоских сторон 72, которые взаимодействуют с плоскими поверхностями на нижнем торце 73 вала 70. Как видно из фиг.7, шнековая головка 16 удерживается, преодолевая действие силы тяжести, при помощи магнита 74, постоянно закрепленного в нижней части 75 центрального отверстия 71. Таким образом, шнековая головка 16 легко может устанавливаться на валу 70 и сниматься для очистки или складского хранения. В качестве альтернативного варианта, как показано на фиг.8, магнит 74, в свою очередь, может крепиться к нижней торцевой поверхности вала 70. В этом случае шнековую головку необходимо изготавливать из стали. В примере по фиг.7 шнековая головка может быть изготовлена практически из любого подходящего полимерного материала или металла, при условии, что вал 70 изготовлен из стали.
Как показано на фиг.9, шнековая головка 16 может быть разъемно закреплена при помощи разъемного или пружинного кольца 76. Разъемное кольцо 76 находится в первой канавке и взаимодействует со второй канавкой. Первая канавка может находиться либо на внешней окружности вала 70, либо на внутренней поверхности отверстия 71. Кольцо 76 входит в соответствующую вторую канавку. В подобной компоновке предпочтительно, чтобы кончик 77 вала, снизу кольца 76, был конусным и входил в соответствующий конус отверстия 71. По отдельным вариантам осуществления верхняя поверхность 78 втулки 79 шнека 16 направляется для выравнивания кончика 77 при вхождении в отверстие 71.
Как показано на фиг.10, шнековая головка 16 может удерживаться на валу 70 за счет левой резьбы. В этом случае трение между шнеком и кофе будет приводить к затягиванию, а не к ослаблению шнековой головки 16.
По другому варианту осуществления, показанному на фиг.11, шнековая головка 16 удерживается на валу 70 при помощи шарика фиксатора, который взаимодействует с сопрягаемым фиксатором 81. Шарик 80 прижимается пружиной 82 в направлении фиксатора 81. Следует отметить, что шарик может находиться внутри радиально расположенного углубления 83, а также что углубление может быть образовано либо на валу 70, либо во шнековой головке 16. Фиксатор 81 в виде кармана или окружной канавки находится в другом компоненте. На фиг.11а видно, что по всем вариантам осуществления, относящимся к креплению шнековой головки 202 на валу 203, охватываемый компонент 200 может находиться на шнеке, а отверстие или охватывающий соединяемый компонент 201 может находиться на валу.
Как показано на фиг. 12 и 13, соединительный узел 90 между двумя смежными частями 91, 92 вращающегося вала шнека может использоваться для измерения мгновенного крутящего момента или сопротивления вращению, создаваемого молотым кофе применительно к шнековой головке и ее валу 92. Соединительный узел 90 состоит из нижней втулки или кулачка 93 и верхней втулки или кулачкового следящего устройства 94. На периферийной части нижней втулки 93 имеется один или несколько аналогичных уклонов 95. Когда молотый кофе, находящийся снизу шнековой головки, создает сопротивление вращению нижней втулки 93, верхняя втулка начинает смещаться вертикально вверх 96, удаляясь от кулачка или нижней втулки (как показано на фиг.13). Это вызвано тем, что у верхней втулки 94 имеется один или несколько вертикальных пальцев 97. У пальцев 97 необязательно могут быть нижние наклонные поверхности 98, взаимодействующие с уклонами 95. Поскольку нижняя втулка 93 не может перемещаться вертикально, верхняя втулка поднимается или перемещается 96, преодолевая усилие пружины 99 сжатия. Поэтому степень вертикального (или иного) перемещения 96 пропорциональна или отражает вышеупомянутое сопротивление или крутящий момент, воздействующий на шнековую головку и ее нижний вал 92. Величина вертикального перемещения 96 измеряется измерительным механизмом, инструментом или потенциометром, таким как линейный потенциометр 100. Вертикальное перемещение 96 верхней втулки 94 передается вертикальному ползуну 101 датчика или потенциометра 100 при помощи рычага 102. У рычага имеется первый торец 103 с износостойким оконечным участком 104. У рычага 102 имеется промежуточный шарнир 105. Поэтому вертикальное перемещение 96 верхней втулки 94 преобразуется рычагом 102 в прямолинейное перемещение ползуна 101 потенциометра. На другом торце 110 рычага 102 имеется удлиненный паз 103а, обеспечивающий передачу на ползун 101 лишь вертикального перемещения торца 110. Перемещение рычага может измеряться или регистрироваться иным образом, а перемещение может использоваться для включения переключателя, датчика или механизма для достижения полезной цели при использовании шнека или перемалывающего устройства.
Как показано на фиг.14, переключатель или микровыключатель 140 могут использоваться для приведения в действие моторизованного шнека. В данном случае у портафильтра имеется верхний ободок, на котором образованы один или несколько выступающих наружу язычков 142. Подобные язычки входят в сопрягаемые пазы на охватывающем байонетном зажиме механизма, удерживающего портафильтр во время экстракции кофе. В данном случае на промежуточном кольце 143 имеются один или несколько неразъемных отбойников 144. После первоначального помещения портафильтра в охватывающий байонетный зажим, поворот ручки, в целом, против часовой стрелки (при виде сверху) приводит к соприкосновению передней кромки 145 язычка 142 с задней кромкой отбойника 144. Дальнейший поворот ручки 146 портафильтра приводит к повороту кольца 143. На кольце имеется пусковой язычок 147, при повороте кольца передняя кромка пускового язычка 147 нажимает на механический контакт 148 микровыключателя 140. Последующий или электрический контакт внутри микровыключателя 140 используется процессором устройства для приведения в действие шнека.
Как показано на фиг.15, у промежуточного кольца 143 имеются крепежные штыри, в данном случае один или несколько вертикальных крепежных штырей 150. Сопрягаемый крепежный штырь 151 находится в корпусе 152 или иным образом примыкает, но не соединен с кольцом 143. Между двумя штырями 150, 151 находится пружина 153 растяжения. Соответственно, при повороте ручки портафильтра назад, в ее исходное положение, в результате ослабления пружины 153 поворотное кольцо 143 возвращается в свое исходное положение. Промежуточное кольцо 143 позволяет механически изолировать микровыключатель 140 от молотого кофе, транспортируемого при помощи портафильтра. Следует понимать, что для крепления концов упругой пружины или иного отклоняющего элемента, обеспечивающего возврат промежуточного кольца, могут использоваться разные компоновки пружинного узла между промежуточным кольцом и любой смежной конструкцией. По другим вариантам осуществления язычки 142 портафильтра могут соприкасаться с переключателем или микровыключателем 140 иным образом, включая непосредственное соприкосновение или соприкосновение через гибкую мембрану (не показана).
Хотя описание настоящего изобретения было дано со ссылкой на конкретные детали конструкции, следует понимать, что они были использованы в качестве примера, а не в качестве ограничения объема изобретения.