МАШИНА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОФЕ, ВЫПОЛНЕННАЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗНЫХ ПРОФИЛЕЙ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ И СООТВЕТСТВУЮЩЕГО СПОСОБА
COFFEE GRINDING MACHINE CONFIGURED TO PROVIDE DIFFERENT PARTICLE SIZE PROFILES AND A CORRESPONDING METHOD

Предпосылки к созданию изобретения
Настоящее изобретение относится к машине для измельчения кофейных зерен. Машина для измельчения кофейных зерен может быть отдельной машиной или может быть встроена в машину для приготовления напитков на основе кофе. Такая машина для измельчения кофейных зерен также известна просто как «машина для измельчения кофе», «кофемолка» или «мельница». Настоящее изобретение также относится к кофемашине эспрессо, взаимодействующей с указанной машиной для измельчения кофе, и к способу измельчения кофе в форме зерен.
Уровень техники
Как известно, для приготовления кофе эспрессо используется конкретное количество молотого кофе, обычно называемое «дозой». Дозу молотого кофе загружают в фильтр, обычно в виде чашки, которая открыта сверху и имеет дно с микроперфорациями. Обычно доза кофе вдавливается внутрь фильтра для образования шайбы из кофейного порошка. Фильтр, в свою очередь, поддерживается портафильтром, выполненным с возможностью зацепления с возможностью удаления с дозирующим узлом кофемашины эспрессо. Кофе эспрессо получается посредством прохождения горячей воды под давлением через шайбу кофейного порошка.
Кофейный порошок получают с помощью машины для измельчения кофе. В известной машине для измельчения кофе кофейные зерна измельчаются посредством прохождения их через измельчающие элементы. Известны измельчающие элементы плоского, конического или цилиндрического типа. Как правило, измельчающие элементы машины для измельчения кофе содержат неподвижный элемент и элемент, вращающийся относительно неподвижного элемента. Например, в кофемолке с коническими измельчителями один измельчитель является неподвижным и стационарным, в то время как другой измельчитель вращается электродвигателем. Некоторые машины для измельчения кофе способны изменять расстояние между измельчителями для изменения размера частиц кофейного порошка.
WO 2013/112732 A1 описана система автоматической регулировки кофемолки.
WO 2009/010190 A1 описан способ управления кофемолкой.
WO 2013/121438 A1 описан способ и машину для получения кофе.
EP 3 042 591 A1 описан способ регулировки степени измельчения кофемолки.
WO 2014/207281 A1 описан устройство управления кофемолкой.
Раскрытие изобретения
Заявитель провел эксперименты с молотым кофейным порошком. Для целей настоящего изобретения считают, что молотый кофейный порошок образован по существу частицами или гранулами, которые имеют теоретический характерный размер. Этот теоретический характеристический размер также будет также называться ниже в настоящем описании термином "эквивалентный диаметр". Кроме того, выражение «молотый кофе» может использоваться в качестве альтернативы для более полного выражения «молотый кофейный порошок» или «кофейный порошок».
Заявитель установил, что все известные машины для измельчения кофе, независимо от производителя или типа измельчающих элементов или используемого конкретного механизма, производят молотый кофе, содержащий гранулы, которые сильно отличаются друг от друга по размеру. Диапазон эквивалентных диаметров включает три порядка величины, от нескольких микрон до более чем одного миллиметра.
Относительное множество гранул может быть выражено в виде конкретного профиля, называемого «профилем размера частиц», который имеет прогрессию (независимо от используемой машины для измельчения кофе), подобную прогрессии, показанной на фиг.1.
Кривая, которая показывает профиль размера частиц, называется бимодальным профилем. Большой пик (справа) называется «первой формой», в то время как малый пик (слева) называется «второй формой».
Как кратко упоминалось выше, назначение молотого кофе состоит в том, чтобы использоваться в кофемашине эспрессо для дозирования кофейных напитков.
Как очевидно, размеры частиц, когда имеется большое количество мелких частиц, приводят к меньшему потоку воды и, следовательно, к кофе, который является «более крепким» в течение того же времени дозирования по сравнению с размерами частиц, когда имеется большее количество крупных частиц.
Как правило, каждый бариста соответствующим образом регулирует свою машину для измельчения кофе для получения размера частиц, который, по его мнению, обеспечивает оптимальный напиток.
Независимо от того, имеет ли машина плоские измельчители, конические измельчители или цилиндрические измельчители, чем меньше расстояние между измельчающими элементами, тем больше будет количество мелких частиц и тем меньше количество крупных частиц. При увеличении расстояния между измельчающими элементами получается противоположный результат.
Как правило, многие производители известных машин для измельчения кофе использовали одну и ту же систему для изменения размера частиц, т.е., изменения расстояния между измельчающими элементами.
Заявитель установил, что изменение расстояния между измельчающими элементами не только приводит к изменению относительного количества более крупных и более мелких частей молотого кофе, но также смещает по горизонтали пик первой формы, когда расстояние между измельчителями увеличено, пик перемещается вправо (к большим размерам частиц), тогда как при уменьшении расстояния между измельчителями пик перемещается влево (к мелким размерам частиц).
В коммерчески доступных системах изменение расстояния между измельчителями может осуществляться вручную или электрически с помощью электропривода (обычно электродвигателя).
Заявитель определил цель создания машины для измельчения кофе, выполненной с возможностью обеспечения дозы молотого кофе, имеющего заданный профиль размера частиц, для получения заданного расхода (с точки зрения объемного расхода или массового расхода), когда доза используется для приготовления кофе эспрессо в кофемашине эспрессо. В свою очередь, отношение между расходом и дозой влияет на отношение при варке.
Для целей настоящего описания и формулы изобретения выражение «отношение при варке» (степень концентрации или степень концентрации напитка) или «отношение при заваривании» понимают как означающее отношение между массой используемого молотого кофе и массой дозированного конечного напитка.
Заявитель установил, что различные скорости вращения измельчителей создают различные профили размера частиц. В частности
при снижении скорости в среднем получают более мелкие порошки, и
при увеличении скорости в среднем получают более крупные порошки.
В соответствии с настоящим изобретением описана машина для измельчения кофе, в которой различные профили размера частиц получают путем соответствующего изменения скорости вращения измельчителей в зависимости от внешней информации, например информации, относящейся к расходу (объемный расход или массовый расход).
В соответствии с первым аспектом, описаны машина для измельчения кофе и кофемашина эспрессо,
причем машина для измельчения кофе содержит первый измельчитель и второй измельчитель, причем по меньшей мере один из первого и второго измельчителей выполнен с возможностью вращения, причем упомянутые измельчители взаимодействуют друг с другом для измельчения кофейных зерен, получая первую дозу молотого кофе во время первого цикла измельчения, причем указанная машина для измельчения кофе содержит электродвигатель, который вращает один из измельчителей относительно другого измельчителя со скоростью вращения, причем машина для измельчения кофе выполнена с возможностью изменения параметра измельчения для осуществления второго цикла измельчения, в котором получают вторую дозу молотого кофе,
причем упомянутый параметр измельчения изменяется в зависимости от количественной информации, получаемой с упомянутой кофемашины эспрессо и основан на цикле приготовления кофе, осуществляемого с упомянутой первой дозой молотого кофе,
причем упомянутый параметр измельчения содержит скорость вращения,
причем упомянутая количественная информация содержит по меньшей мере одно из следующего: значение расхода, измеренное расходомером упомянутой кофемашины эспрессо, и значение отношения при варке.
Кофемашина эспрессо соединена или связана с машиной для измельчения кофе и образует узел или комплекс.
Для целей настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения выражение «отношение при варке» (степень концентрации или степень концентрации напитка) или «отношение при заваривании» понимают как означающее отношение между массой используемого молотого кофе и массой дозированного конечного напитка.
Для целей настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения два напитка имеют одинаковое отношение при варке, когда вышеупомянутое отношение является идентичным или отличается на определенный процент (в абсолютном выражении) менее чем на 10%, предпочтительно менее чем на 5% и даже более предпочтительно менее чем на 2-3%.
В соответствии с вариантами осуществления, первая доза измельчается во время цикла измельчения непосредственно перед измельчением второй дозы.
В соответствии с вариантами осуществления также описан соединительный модуль для совместного соединения кофемашины эспрессо и машины для измельчения кофе.
Соединительный модуль может быть выполнен с возможностью соединения беспроводным способом машины для измельчения кофе с кофемашиной эспрессо.
Предпочтительно, может быть установлен компаратор для сравнения значения расхода с опорным значением расхода, и установлен вариатор скорости для (i) уменьшения скорости вращения электродвигателя, если значение расхода больше опорного значения расхода, (ii) увеличения скорости вращения электродвигателя, если значение расхода меньше опорного значения расхода, и (iii) поддержания скорости вращения электродвигателя, если значение расхода по существу такое же, что и опорное значение расхода.
В соответствии с вариантами осуществления описаны первое устройство для измерения массы упомянутой первой дозы молотого кофе, второе устройство для измерения массы приготовленного кофе эспрессо и процессор для расчета отношения при варке, соответствующего отношению между упомянутой массой первой дозы и упомянутой массой кофе эспрессо, приготовленного с упомянутой первой дозой.
В соответствии с вариантами осуществления также описаны компаратор для сравнения значения отношения при варке с опорным значением отношения при варке и вариатор скорости, причем упомянутый вариатор скорости выполнен с возможностью (i) уменьшения скорости вращения электродвигателя, если значение отношения при варке больше опорного значения отношения при варке, (ii) увеличения скорости вращения электродвигателя, если значение отношения при варке меньше опорного значения расхода, и (iii) поддержания скорости вращения электродвигателя, если значение отношения при варке по существу является таким же, что и опорное значение отношения при варке.
В соответствии с другим аспектом описан способ измельчения кофейных зерен, включающий в себя
обеспечение первого и второго измельчителей, взаимодействующих друг с другом, причем по меньшей мере один из первого и второго измельчителей выполнен с возможностью вращения, причем упомянутые измельчители взаимодействуют друг с другом для измельчения кофейных зерен, получая первую дозу молотого кофе во время первого цикла измельчения,
обеспечение электродвигателя для вращения одного из измельчителей относительно другого со скоростью вращения,
изменение параметр измельчения для осуществления второго цикла измельчения, в котором получают вторую дозу молотого кофе, причем упомянутый параметр измельчения изменяется в зависимости от количественной информации, полученной с кофемашины, и на основании цикла приготовления кофе с упомянутой первой дозой молотого кофе,
причем упомянутый параметр измельчения содержит скорость вращения,
причем упомянутая количественная информация содержит по меньшей мере одно из следующего: значение расхода и значение отношения при варке.
Первую дозу предпочтительно измельчают во время цикла измельчения непосредственно перед измельчением второй дозы.
Способ может также включать в себя этап сравнения значения расхода с опорным значением расхода и
(i) уменьшение скорости вращения электродвигателя, если величина расхода больше опорного значения расхода,
(ii) увеличение скорости вращения электродвигателя, если величина расхода меньше опорного значения расхода, и
(iii) поддержание скорости вращения электродвигателя, если величина расхода по существу является такой же, что и опорное значение расхода.
Способ может также включать в себя этап измерения массы упомянутой первой дозы молотого кофе, этап измерения массы приготовленного кофе эспрессо и расчета отношения при варке, соответствующего отношению между упомянутой массой первой дозы и упомянутой массой кофе эспрессо, приготовленного с упомянутой первой дозой.
Также может быть предусмотрен этап для сравнения значения отношения при варке с опорным значением отношения при варке и
(i) уменьшения скорости вращения электродвигателя, если значение отношения при варке больше опорного значения отношения при варке,
(ii) увеличения скорости вращения электродвигателя, если значение отношения при варке меньше опорного значения отношения при варке, и
(iii) поддержания скорости вращения электродвигателя, если значение отношения при варке по существу является таким же, что и опорное значение отношения при варке.
Краткое описание чертежей
Теперь следует подробное описание изобретения, представленное в качестве неограничивающего примера, которое следует читать со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
- фиг.1 - график, показывающий пример профиля размера частиц, изображенного по логарифмической шкале;
- фиг.2 - график, показывающий профили размеров частиц, изображенные по логарифмической шкале;
- фиг.3 - график, показывающий три профиля размера частиц, изображенные по линейном шкале;
- фиг.4 - схематичный вид машины для измельчения кофе в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
- фиг.5 - другой схематичный вид машины для измельчения кофе в соответствии с настоящим изобретением, взаимодействующей с кофемашиной эспрессо;
- фиг.6 - схема последовательности операций рабочего режима; и
- фиг.7 - вид в качестве примера кофемашины эспрессо с устройствами для взвешивания и обработки для расчета значения отношения при варке.
Подробное описание изобретения
Фиг.1, на который уже вкратце была сделана ссылка выше, представляет собой график, показывающий пример гранулометрического профиля дозы кофейного порошка. Кривая, которая показывает профиль размера частиц, называется бимодальным профилем. Высокий пик (справа, относящийся к частицам большего размера) называется «первой формой», в то время как низкий пик (слева, относящийся к частицам меньшего размера) называется «второй формой».
На фиг.2 и 3 показано влияние скорости вращения измельчителей относительно размера частиц. В частности, на фиг.2 и 3 показаны три кривые размера частиц, полученные посредством поддержания постоянного расстояния между измельчителями и посредством изменения скорости вращения. На двух чертежах показаны одни и те же профили, построенные по логарифмической шкале, чтобы подчеркнуть различия по второй форме, и по линейной шкале, чтобы подчеркнуть различия по первой форме.
Как можно видеть, при более низкой скорости (150 об/мин) первая форма смещается влево, и ее относительная величина уменьшается в пользу второй формы.
При более высокой скорости (300 об/мин) первая форма перемещается вправо и увеличивает свою относительную величину.
В случае на фиг.2 (на котором показан только пример) первая форма кривой при 150 об/мин расположена примерно на 425 мкм, в то время как первая форма кривой при 300 об/мин расположена примерно на 475 мкм.
Изменение скорости достигается с помощью подходящего электронного регулятора скорости для электродвигателей. Многие устройства этого типа, которые различаются в зависимости от типа используемого электродвигателя, имеются в продаже. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения машина для измельчения кофе содержит трехфазный асинхронный электродвигатель и, для регулировки скорости, инвертор или любой известный вариатор частоты.
На фиг.4 в схематичном виде показаны основные элементы машины 10 для измельчения кофе в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Машина 10 содержит камеру 12 измельчения с верхним впускным отверстием для кофе, подлежащего измельчению, первый измельчитель 14A и второй измельчитель 14B, взаимодействующий с первым измельчителем 14A, и отводящий конвейер 16, который получает молотый кофе с измельчителей 14A и 14B и перемещает его для сбора и использования. Например, как показано на фиг.4, молотый кофе может перемещаться в фильтр 21, поддерживаемый портафильтром 20 любого известного типа.
В соответствии с вариантом осуществления на фиг.4, первый измельчитель 14A является неподвижным измельчителем, в то время как второй измельчитель 14B является подвижным, например, вращающимся.
Машина для измельчения кофе содержит электродвигатель 30 для вращения второго измельчителя 14B с конкретной скоростью вращения. В соответствии с вариантами осуществления, электродвигатель является однофазным электродвигателем. Например, электродвигатель является электродвигателем, содержащим один из следующих типов: универсальный, постоянного тока, однофазный или трехфазный переменного тока, бесщеточный, бесщеточный постоянного тока, шаговый или другой тип электродвигателя.
Предпочтительно, машина для измельчения кофе дополнительно содержит вариатор 40 частоты для регулирования скорости вращения. Например, этот вариатор частоты содержит инвертор. Этот вариатор 40 частоты обеспечивает изменение скорости измельчения для обеспечения постоянное измельчения на первой скорости или на второй скорости.
В соответствии с вариантами осуществления машина для измельчения кофе дополнительно содержит датчик углового положения, например датчик 50 угла поворота, соединенный с электродвигателем, для точного измерения скорости вращения электродвигателя 30.
В соответствии с вариантами осуществления изменение скорости может осуществляться бариста через подходящий интерфейс 70 (фиг.5). Интерфейс 70 может, например, содержать кнопку (или множество кнопок) для выбора заданной скорости вращения, поворотную ручку для выбора (непрерывно или прерывисто) множества скоростей вращения или сенсорный экран для выбора из различных доступных опций/скоростей. Интерфейс 70 соединен с инвертором 40 (напрямую или через другие устройства, такие как процессор 60, схематически показанный на фиг.5) для изменения частоты питания электродвигателя 30 и, следовательно, скорости последнего. Предпочтительно, можно обеспечить возможность выбора скорости вращения из числа скоростей вращения, предлагаемых производителем или скорости, выбранной пользователем. Предпочтительно, может быть установлена память для хранения значений скоростей вращения.
В соответствии с другими вариантами осуществления установлен блок управления (процессор 60), выполненный с возможностью установки скорости вращения электродвигателя 30 в зависимости от внешних сигналов, например, подаваемых кофемашиной 90, соединенной/связанной с упомянутой машиной 10 для измельчения кофе. В соответствии с вариантами осуществления внешние сигналы, которые влияют на скорость вращения электродвигателя 30, не являются сигналами окружающей среды (давление, влажность или температура), а относятся к работе кофемашины эспрессо.
Соединение между кофемашиной 90 и машиной 10 для измельчения кофе может осуществляться по кабелю (например, стандартному кабелю для передачи данных или оптоволоконному кабелю) или может осуществляться по беспроводному соединению, например, на основании промышленного технического стандарта передачи данных для беспроводных персональных сетей. Например, соединение может осуществляться через стандарт Bluetooth или тому подобное. Соединение также может быть оптическим и основываться на беспроводной сети. На фиг.5 схематично показано беспроводное соединение между кофемашиной 90 и машиной 10 для измельчения кофе через модуль связи (например, приемник или приемопередатчик).
В соответствии с вариантами осуществления скорость электродвигателя 30 изменяется в зависимости от информации, относящейся к величине расхода, измеренной в кофемашине 90 эспрессо. Информация о расходе предпочтительно представляет собой информацию о расходе, полученную во время цикла приготовления кофе эспрессо с использованием машины 90, использующей дозу кофейного порошка, измельченного во время этапа измельчения до выполнения процесса измельчения. Предпочтительно, предшествующий этап измельчения является этапом измельчения, непосредственно предшествующим выполнению этапа измельчения. Расход может быть предпочтительно измерен с помощью расходомера 91 кофемашины 90 эспрессо. Расходомер 91 может находиться в любом положении в гидравлическом контуре машины 90, например, вблизи дозирующего узла машины 90.
На фиг.6 в схематичном виде показан возможный способ выполнения этапов, посредством которых скорость вращения электродвигателя 30 изменяется в зависимости от информации о расходе, полученной от соответствующей кофемашины.
После получения информации о расходе с кофемашины эспрессо (этап 100) выполняется оценка для проверки того, что выходит ли измеренное значение расхода за пределы заданного диапазона допусков (этап 101), то есть, отличается ли от (требуемого) опорного значения плюс или минус порогового значения.
Если измеренное значение расхода относительно стандартной дозы находится в пределах диапазона допусков, изменение скорости вращения электродвигателя (этап 102) не выполняется, и, следовательно, измельчение дозы выполняется так же, как для измельчения стандартной дозы, т.е., как правило, измельчения предыдущей дозы.
Если измеренное значение расхода относительно стандартной дозы больше требуемого значение (с учетом также диапазона допусков), скорость вращения электродвигателя увеличивается (этапы 103 и 105).
Если измеренное значение расхода относительно стандартной дозе меньше требуемого значения (с учетом также диапазона допусков), скорость вращения электродвигателя уменьшается (этапы 103 и 104).
В соответствии с другими вариантами осуществления скорость V электродвигателя 30 изменяется в зависимости от информации, относящейся к значению отношения при варке, измеренного в кофемашине 90 эспрессо. Информация об отношении при варке является предпочтительно информацией об отношении при варке, полученном во время цикла приготовления кофе эспрессо с помощью машины 90, использующей дозу кофейного порошка, измельченного во время этапа измельчения до выполнения процесса измельчения. Предпочтительно, предшествующий этап измельчения является этапом измельчения, непосредственно предшествующим этапу измельчения в ходе выполнения.
В соответствии с вариантами осуществления машина 90, как показано на фиг.7, содержит средство для расчета отношения при варке между массой (или весом) количества молотого кофе, используемого для приготовления кофе эспрессо, и массой (или весом) фактически приготовленного кофе эспрессо. Как известно, потребителям требуется кофе эспрессо в дозировках и/или разбавленный в разных степенях в зависимости от их конкретных привычек и вкусов и/или в зависимости от обычной практики того места, где они находятся. Таким образом, потребителю может потребоваться крепкий кофе, обычный кофе, менее насыщенный кофе и т.д. Потребитель также может заказать одинарный, двойной, тройной и т.д., кофе эспрессо.
Упомянутое средство для расчета соотношения при варке может содержать первое весовое устройство 95 для измерения массы молотого кофе (например, непосредственно в фильтре, поддерживаемом портафильтром 20), второе весовое устройство 96 для измерения (непосредственно в чашке) массы приготовленного кофе эспрессо и устройство обработки (процессор), выполненное с возможностью по меньшей мере получения измерения массы молотого кофе и измерения массы приготовленного кофе эспрессо и получения упомянутого соотношения при варке от двух измерений массы. На фиг.7 также показан схематичный вид двух дозирующих узлов 99, выполненных с возможностью зацепления с портафильтром 20.
Следовательно, скорость электродвигателя выбирают в зависимости от количественной информации, полученной с кофемашины, для которой предназначен молотый кофе. Предпочтительно значение, полученное на основании дозы, используется для выбора того, что поддержать или изменить параметры измельчения (например, скорости измельчения) следующей дозы.
Система может выполнять функцию как в разомкнутом контуре, т.е., без измерения фактической скорости V вращения электродвигателя, так и в замкнутом контуре, т.е., определения скорости электродвигателя с использованием специального устройства, например, датчика 50 скорости (датчика угла поворота).
Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, можно решить проблему определения баланса в размере частиц при измельчении между одинарным кофе и двойным кофе. Например, можно обеспечить две кнопки, одну для измельчения одинарной дозы и одну для измельчения двойной дозы. В соответствии с настоящим изобретением для измельчения одинарной дозы можно запрограммировать машину для измельчения кофе таким образом, чтобы конкретная скорость V1 (для получения конкретного размера частиц) и первое количество W1 были связаны с соответствующей кнопкой. Подобным образом, в соответствии с настоящим изобретением для измельчения двойной дозы можно запрограммировать машину для измельчения кофе таким образом, чтобы конкретная скорость V2 (для получения конкретного размера частиц) и второе количество W2 были связаны с соответствующей кнопкой.
Даже если возникнет потребность в чередовании одинарного кофе со скоростью V1 и двойного кофе со скоростью V2, система в результате не пострадает.
Такая гибкость является очень предпочтительной. Фактически, в настоящее время размер частиц, выбранный бариста, обязательно является компромиссом между одинарной дозой и двойной дозой. С помощью настоящего изобретения это ограничение устранено.