设置成提供一定剂量的分层研磨咖啡的咖啡研磨机以及相关方法与流程

1.本发明涉及一种用于研磨咖啡豆的机器。用于研磨咖啡豆的机器可以是单独的机器，或者可以包含在用于生产基于咖啡的饮料的机器中。这种机器也简称为“咖啡研磨机”、“咖啡研磨器”或“碾磨机”。更特别是，本发明涉及一种设置成提供一定剂量的合适分层研磨咖啡的咖啡研磨机。


背景技术：

2.如已知，为了制备浓缩咖啡，使用一定量(通常称为“剂量”)的研磨咖啡。一定剂量可以是单剂量、双剂量或多剂量。该剂量的研磨咖啡装入过滤器篮中，过滤器篮通常成杯的形状，该杯在顶部处开口，且它的底部有微孔。通常，一定剂量的咖啡在过滤器篮内按压，以便形成咖啡粉圆盘。过滤器又由活动过滤器(portafilter)支承，该活动过滤器设置成可移除地接合在浓缩咖啡机的分配单元内部。浓缩咖啡通过使热水在压力下通过咖啡粉圆盘而获得。
3.咖啡粉利用咖啡研磨机来获得。在已知咖啡研磨机中，通过使咖啡豆通过研磨部件来研磨咖啡豆。扁平、圆锥形或圆柱形类型的研磨部件为已知。通常，咖啡研磨机的研磨部件包括静止部件和相对于该静止部件旋转的部件。例如，在有圆锥形研磨器的咖啡研磨机中，一个研磨器固定不动，而另一研磨器通过马达来旋转。一些咖啡研磨机能够改变在研磨器之间的距离，以便改变咖啡粉的颗粒尺寸。
4.us2016/220067a1公开了一种可变速度的咖啡研磨机。
5.ep2810592a1公开了一种特别用于自动咖啡机的咖啡碾磨机。
6.wo2017/055433a1公开了一种具有可变速度的咖啡研磨机。
7.de3503011a1公开了一种用于设置颗粒碾磨机的研磨体间距的装置。
8.cn107692874a公开了一种研磨装置的旋转速度调节速度。


技术实现要素：

9.申请人进行了与研磨咖啡粉相关的实验。为了本发明的目的，研磨咖啡粉认为是基本由具有理论特征尺寸的颗粒或细粒来形成。该理论特征尺寸在本说明书的下文中也将称为术语“等效直径”。而且，缩写术语“研磨产品”可以用作更完整术语“研磨咖啡粉”或其它类似表达的替代。
10.申请人认识到，所有已知的咖啡研磨机，不管制造商是谁，或者无论使用何种类型的研磨部件或特殊机构，都生产出包含彼此尺寸变化较大的颗粒的研磨产品。等效直径的范围覆盖三个数量级，从几微米到超过一毫米。
11.相对大量的颗粒可以表示成称为“颗粒尺寸分布”或“颗粒尺寸曲线”的特殊分布，它具有类似于图1中所示的发展曲线(与使用的咖啡研磨机无关)。
12.表示颗粒尺寸分布的曲线称为双峰分布。(右侧的)高峰值称为“第一模态”，而(左
侧的)低峰值称为“第二模态”。
13.如上所述，研磨咖啡的目的是在浓缩咖啡机中用于分配咖啡饮料。
14.显然，有更大量细颗粒的颗粒尺寸导致更小的水流，因此在相同分配时间中咖啡“更短”(与有更大量大颗粒的颗粒尺寸相比)。
15.通常，各调酒师合适地调节他/她的咖啡研磨机，以便获得在他/她看来生产最佳饮料的颗粒尺寸。
16.无论机器有平面研磨器、圆锥形研磨器还是圆柱形研磨器，在研磨部件之间的距离越小，细颗粒的数量越多，且大颗粒的数量越少。在研磨部件之间的距离越大，情况将相反(即细颗粒的数量越少，大颗粒的数量越多)。
17.通常，只要当在研磨前装入料斗内的咖啡豆改变时，调酒师就调节研磨设置。咖啡的变化可能是由于使用了不同的品牌或同一品牌的不同包装。
18.申请人确定的目的是降低咖啡研磨机对于要研磨的咖啡的变化的敏感性。
19.申请人确定的另一目的是提供一种咖啡研磨机，它能够合适地改变通过研磨产品而获得的浓缩咖啡的感官特性。
20.根据申请人，上述目的通过一种咖啡研磨机来实现，该咖啡研磨机能够在研磨一定剂量的咖啡时改变颗粒尺寸曲线。
21.us2016/220067a1在[0019]处谈到，具有可变速度马达的咖啡研磨器能够在比传统高速研磨器更低的速度下更精确和一致地研磨精细研磨咖啡。不同的冲泡咖啡方法(例如浓缩咖啡)需要将咖啡豆切成均匀分布的一致颗粒。高速旋转的现有咖啡研磨器倾向于压碎咖啡豆，而不是切割它们，特别是在马达启动时，从而导致不一致的颗粒尺寸。
[0022]
us2016/220067a1公开了一种使用可变速度马达的咖啡研磨机，该可变速度马达的速度和启动扭矩特性能够通过可编程控制器来调节，以便适应各种咖啡制备方法或咖啡豆类型，同时当不需要精度时保持高速研磨的能力。
[0023]
与所述教导相反，本发明的目的是直接在过滤器篮中提供具有不同层的一定剂量研磨咖啡，该不同层有不同的平均尺寸。
[0024]
根据第一方面，提供了一种用于研磨咖啡豆和在过滤器篮中形成一定剂量研磨咖啡的咖啡研磨机，其中，该研磨咖啡有底层研磨咖啡和相邻层研磨咖啡，该底层研磨咖啡有第一平均颗粒尺寸，该相邻层研磨咖啡有第二平均颗粒尺寸，该咖啡研磨机包括：
[0025]
‑
研磨部件，用于研磨咖啡豆；
[0026]
‑
电马达，用于使至少一个研磨部件相对于另一研磨部件旋转；以及
[0027]
‑
设置成在研磨咖啡豆用于形成剂量的过程中使得所述电马达的旋转速度在第一速度和第二速度之间变化的装置，
[0028]
其中，
[0029]
所述第二平均颗粒尺寸小于所述第一平均颗粒尺寸，且所述第一速度大于所述第二速度，或者
[0030]
所述第二平均颗粒尺寸大于所述第一平均颗粒尺寸，且所述第一速度低于所述第二速度。
[0031]
相邻层是与第一层相邻且在第一层顶部的层。第一层首先产生(因此研磨咖啡基本位于过滤器篮的底部)，相邻层直接在第一层之后产生，以使得相应的研磨咖啡搁置在第
一层上。一层或多层能够提供在相邻层上，其中，所述一层或多层有研磨咖啡颗粒，该研磨咖啡颗粒具有与所述相邻层中的研磨咖啡的平均尺寸不同的平均尺寸。
[0032]
根据实施例，咖啡研磨机还包括旋转计数器，用于计数研磨部件相对于另一研磨部件的旋转数量，其中，所述速度变化装置设置成根据所述研磨部件和所述另一研磨部件的相对旋转的设定数量而使得速度从第一速度变化至第二速度。
[0033]
相对旋转的设定数量能够是任意数量(整数或小数)。优选是，相对旋转的设定数量计算为研磨一定剂量的总设定时间的函数或用于研磨一定剂量的总旋转数量的函数。另外优选是，相对旋转的设定数量计算为剂量中的总层数的函数。
[0034]
应当注意，第一速度是马达在阈值旋转数量之后达到的速度，该阈值旋转数量从马达启动开始计算。该旋转数量可以设置为在大约0.5和大约3.0之间的任何数量(例如大约0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0)。
[0035]
例如，当阈值旋转数量设置为1.0，总旋转数量设置为5，且总层数为2时，相对旋转的设定数量可以是2。换句话说，在第一旋转中达到第一速度，该第一速度保持两圈，然后保持第二速度，用于剩余的两圈。不过，研磨也能够设置为使得用于第一层的旋转数量不同于第一层的旋转数量。能够提供超过两层。
[0036]
根据实施例，咖啡研磨机还包括定时器，其中，所述速度变化装置设置成根据从电马达启动开始计算的设定时间段而使得速度从第一速度变化至第二速度。
[0037]
设定时间段能够计算为用于研磨一定剂量的总设定时间的函数。另外优选是，设定时间段能够计算为在剂量中的总层数的函数。
[0038]
优选是考虑阈值时间。该阈值时间是从马达启动至达到第一速度的时间。该阈值时间能够是研磨一定剂量的总时间的一部分。根据实施例，阈值时间能够在研磨一定剂量的总时间的大约1/7和大约1/4之间。例如，阈值时间能够在研磨一定剂量的总时间的大约1/6和大约1/5之间。当总时间是大约6秒时，阈值时间能够在约1秒和大约1.2秒之间。
[0039]
例如，当总时间为6秒时，阈值时间为1秒，且总层数为2，从第一速度至第二速度的变化能够在从马达启动3.5秒之后进行。
[0040]
根据实施例，咖啡研磨机还包括用于计算该剂量研磨咖啡的质量的称重部件，其中，所述速度变化装置设置成根据在所述第一速度下研磨的咖啡剂量的第一部分的质量而使得速度从第一速度变化至第二速度。
[0041]
同样在该示例中，优选是考虑阈值，并在阈值时间或阈值旋转数量之后计算咖啡剂量的质量。阈值时间能够是用于研磨一定剂量的总时间的一部分，如上所述。阈值旋转数量能够是用于研磨一定剂量的总旋转数量的一部分，如上所述。
[0042]
变速装置能够设置成逐步或连续地改变电马达的速度。
[0043]
根据实施例，咖啡研磨机还包括界面，用于选择研磨一定剂量咖啡的速度分布。
[0044]
根据实施例，咖啡研磨机还包括编码器，用于检测电马达的旋转速度。
[0045]
根据第二方面，本发明提供了一种研磨咖啡豆以便在过滤器篮中获得一定剂量研磨咖啡的方法，该研磨咖啡有底层研磨咖啡和相邻层研磨咖啡，该底层研磨咖啡有第一平均颗粒尺寸，该相邻层研磨咖啡有第二平均颗粒尺寸，该方法包括：
[0046]
(a)提供用于研磨咖啡豆的研磨部件；
[0047]
(b)提供用于使得一个研磨部件相对于另一研磨部件旋转的电马达；以及
[0048]
(c)在研磨过程中，使得所述至少一个研磨部件相对于另一研磨部件在第一速度下旋转，然后在第二速度下旋转，
[0049]
其中
[0050]
所述第二平均颗粒尺寸小于所述第一平均颗粒尺寸，且所述第一速度大于所述第二速度；或者
[0051]
所述第二平均颗粒尺寸大于所述第一平均颗粒尺寸，且所述第一速度低于所述第二速度。
[0052]
根据实施例，本发明还包括：计数研磨部件相对于另一研磨部件的旋转数量；以及根据所述研磨部件和所述另一研磨部件的相对旋转的设定数量而使得速度从第一速度变化至第二速度。
[0053]
根据实施例，本发明还包括根据从电马达启动开始计算的设定时间段而使得速度从第一速度变化至第二速度。
[0054]
根据实施例，本发明还包括根据在所述第一速度下研磨的咖啡剂量的第一部分的质量而使得速度从第一速度变化至第二速度。
[0055]
从第一启动速度至第二速度的所述速度变化能够连续或逐步地进行。
[0056]
根据实施例，代替设置成在研磨咖啡豆以便形成剂量的过程中使得所述电马达的旋转速度在第一速度和第二速度之间变化的装置，可以提供设置成在研磨咖啡豆以便获得该剂量研磨咖啡的过程中使得在一个研磨部件和另一研磨部件之间的距离变化的促动器。
[0057]
促动器可以设置成在研磨咖啡豆以便获得该剂量研磨咖啡的过程中连续或逐步地变化在研磨器之间的距离。
[0058]
在研磨器之间的距离能够在研磨一定剂量的过程中从第一距离至少变化至第二距离，其中，所述第一距离小于所述第二距离，以便至少获得具有第一颗粒尺寸的一定剂量研磨咖啡的第一部分以及具有第二颗粒尺寸的一定剂量研磨咖啡的第二部分。
[0059]
优选是，咖啡研磨机还可以包括界面，用于选择研磨一定剂量咖啡的速度分布或距离分布。
[0060]
优选是，咖啡研磨机还可以包括编码器，用于检测电马达的旋转速度。
[0061]
根据另一方面，代替在研磨咖啡豆以便获得该剂量研磨咖啡的过程中改变电马达的旋转速度，在研磨咖啡豆以便获得该剂量研磨咖啡的过程中改变在研磨部件之间的距离。
[0062]
在研磨咖啡豆以获得该剂量研磨咖啡的过程中，在研磨器之间的距离可以连续或逐步地变化。
[0063]
在研磨器之间的距离可以在研磨一定剂量的过程中从第一距离至少变化至第二距离，其中，所述第一距离小于所述第二距离，以便至少获得具有第一颗粒尺寸的一定剂量研磨咖啡的第一部分以及具有第二颗粒尺寸的一定剂量研磨咖啡的第二部分。
附图说明
[0064]
下面有本发明的详细说明，该详细说明通过非限制示例来提供，并参考附图来阅读，附图中：
[0065]
‑
图1是表示在对数刻度上来表示的颗粒尺寸分布的示例的曲线图；
[0066]
‑
图2a表示了在插入活动过滤器内部的过滤器篮中获得的、具有标准颗粒尺寸分布的一定剂量研磨咖啡的示意图；
[0067]
‑
图2b表示了在插入活动过滤器内部的过滤器篮中获得的、具有根据本发明变化的颗粒尺寸分布的一定剂量研磨咖啡的示意图；
[0068]
‑
图3表示了在两种不同研磨速度下获得的两种颗粒尺寸分布在线性刻度上的曲线图；
[0069]
‑
图4是两种颗粒尺寸分布在线性刻度上的曲线图，第一颗粒尺寸分布是在恒定速度下获得，第二颗粒尺寸分布是通过将由两种不同速度产生的研磨产品组合而获得；
[0070]
‑
图5是根据本发明实施例的咖啡研磨机的示意图；以及
[0071]
‑
图6是根据图5的机器的一些部件的视图。
具体实施方式
[0072]
上面已经简要说明的图1是表示一定剂量咖啡粉的颗粒尺寸分布的示例的曲线图。表示颗粒尺寸分布的曲线称为双峰分布。高峰(在右侧，与更大尺寸颗粒相关)称为“第一模态”，而低峰(在左侧，与更小尺寸颗粒相关)称为“第二模态”。
[0073]
申请人进行了研究，并惊奇地发现，能够改变颗粒尺寸曲线以便增加与第一模态(在图1右侧的更高峰值)相对应的钟形幅值的咖啡研磨机降低了咖啡研磨机的敏感性。换句话说，增加第一模态的幅值减少了当料斗内的咖啡变化时必须调节颗粒尺寸的需求。
[0074]
申请人进行了进一步的研究，并惊奇地发现，将研磨产品以合适方式布置在过滤器篮内部可以进一步降低这种敏感性。特别是，已经表明，通过将更大颗粒布置在底部和将更细颗粒布置在顶部而获得更好的性能。
[0075]
申请人已经认识到，能够在研磨一定剂量的过程中改变颗粒尺寸曲线的咖啡研磨机能够降低咖啡研磨器的敏感性，并实现两个目的。
[0076]
根据本发明的第一实施例，咖啡研磨机包括研磨部件，该研磨部件的距离可调节，并在研磨一定剂量的过程中变化。优选是，在研磨部件之间的距离能够通过促动器(例如电马达或线性促动器，例如活塞8)和合适的控制电路来电调节。
[0077]
通过根据第一实施例的咖啡研磨机，能够通过(在研磨一定剂量的过程中)改变在研磨部件之间的距离(逐步或连续地)来执行剂量d的研磨，以便获得具有第一更宽模态的研磨产品。实际上发现，当在研磨器之间的距离减小时，第一模态朝向更细颗粒运动，而当距离增加时，第一模态朝向更大颗粒运动。
[0078]
因此，例如，咖啡研磨机(该咖啡研磨机利用在研磨器之间的更大距离来产生粉末剂量的第一部分，并利用在研磨器之间的更小距离来产生剩余部分)总体将产生具有更宽钟形的第一模态的研磨产品。因此，总的来说，开始于在研磨器之间的特定距离，并在研磨一定剂量的过程中减小该距离，将获得具有更宽钟形的第一模态的研磨产品。
[0079]
在研磨一定剂量f的过程中在研磨器之间的距离的变化能够是连续的或逐步的。通过根据第一实施例的咖啡研磨机，还能够提供例如使用更大距离的第一层研磨产品(以便获得更大颗粒)和使用更小距离的第二层(以便获得更细颗粒)。显然，能够获得超过两层，或者如上所述，通过在研磨一定剂量d的过程中连续改变在研磨器之间的距离而获得连续的变化(单次、双次或多次)。
[0080]
图中所示的剂量d通过不改变在研磨器之间的距离的情况下研磨咖啡豆而获得。在图2a中，过滤器内部研磨产品的分布是随机，并不进行控制。
[0081]
在图2b中，在过滤器内部的分布使用根据本发明的咖啡机来合适控制。特别是，底层的特征在于平均更大的颗粒，而顶层的特征在于平均更小的颗粒。通过将研磨器保持在更大距离处(与在剂量研磨操作的第二部分中研磨器所处的距离相比)而获得底层，在剂量研磨操作的第二部分中获得具有平均更细颗粒的顶层。
[0082]
根据本发明的另一实施例，咖啡研磨机设置成在研磨一定剂量的过程中通过研磨部件的相对旋转速度的变化来改变颗粒尺寸。表述“相对旋转”理解为意思是一个部件相对于另一部件的旋转。通常，一个研磨部件保持静止，而另一研磨部件旋转。
[0083]
图3表示了研磨器的旋转速度对颗粒尺寸的影响。特别是，图3表示了通过保持在研磨器之间的恒定距离和通过改变旋转速度而获得的两个颗粒尺寸曲线。与图1不同，图3中的曲线是线性刻度，以便突出第一模态的差异。
[0084]
能够看见，在更低速度下，第一模态向左移动，它的相对量减小(相对于第二模态的优势)。
[0085]
在更高速度下，第一模态向右移动，并增加它的相对量。
[0086]
速度的变化优选是通过用于电马达的合适电子速度调节器来获得。很多这种类型的装置(该装置根据使用的马达类型而变化)能够在市场上获得。根据本发明实施例，咖啡研磨机包括三相异步电马达和用于速度控制的逆变器或任何已知的调频器。
[0087]
根据本发明实施例，咖啡研磨机在可变速度(逐步和/或连续)下执行剂量的研磨，以便获得具有比正常情况更宽的第一模态的一定剂量研磨产品。
[0088]
实际上，根据上面所述，当旋转速度降低时，第一模态向左移动，而当旋转速度增加时，第一模态向右移动。因此，例如，根据本发明的咖啡研磨机可以设置成在较高速度下提供一部分粉末剂量和在较低速度下提供另一部分粉末剂量。总体这样获得的剂量将包括第一模态的钟形更宽的研磨产品。
[0089]
图4是表示两个颗粒尺寸曲线的比较的曲线图。特别是，该曲线图表示了在单个速度下获得的第一颗粒尺寸曲线(虚线)和在两个速度下获得的第二颗粒尺寸曲线。与通过在恒定速度下获得的曲线(该曲线产生相同总压头损失)相比，通过组合由在不同速度下执行两个研磨操作来获得的粉末而获得的颗粒尺寸曲线表示了更大的分散(更大的标准偏差)。
[0090]
根据本发明，优选是，例如能够在更高速度下产生第一层(底层)研磨产品，以便获得更大颗粒，并在更低速度下产生第二层(顶层)，以便获得更细颗粒。属于图3中所示的实线曲线的颗粒将沉积在第一层中，而属于虚线曲线的颗粒将沉积在第二层中。显然，能够获得多于两层，或者也能够通过连续改变速度而获得连续变化。
[0091]
根据申请人，与第一模态相对应的钟形的幅值增加改变了饮料的感官方面。如已知，实际上，对于相同的分配时间和流速，颗粒尺寸分布决定分配的饮料量。实际上，咖啡粉导致“压头损失”或“压力降”，这决定了饮料的流速。
[0092]
根据本发明，能够超过已知咖啡研磨机的限制和在相同压头损失下产生更多的颗粒尺寸曲线。例如，图4中所示的两个曲线的特征在于第一模态的钟形的两个不同幅值。
[0093]
这意味着，尽管图4中所示的两个曲线导致相同的浸泡时间，但是颗粒的不同尺寸导致在水和咖啡粉之间的不同接触面积，因此溶解度不同。
[0094]
颗粒分层的选择改变了总负载损失。以相反顺序布置图3中所示的两个曲线将导致两种不同的压头损失，从而导致两种不同的饮料。在过滤器内部的咖啡粉润湿模态也导致在提取循环中的不同排水。
[0095]
图5以非常示意的形式表示了根据本发明实施例的咖啡研磨机1的主要部件：2表示电马达，用于研磨器3的相对旋转或用于移动研磨器3；4表示逆变器，用于控制马达的速度；5表示控制单元；以及6表示编码器(可选)，用于检测速度。
[0096]
图5还以示意形式表示了要研磨的咖啡遵循的通路，直至容纳在活动过滤器pf内的过滤器篮ft。
[0097]
根据实施例，研磨机的速度/距离的变化可以由调酒师通过合适的界面7(图6)来执行。界面7能够包括例如按钮(或多个按钮)，用于选择预定旋转速度、在研磨器之间的预定距离、旋转速度分布以及在研磨器之间的距离分布。界面可以替代地包括用于选择(连续或逐步)多个旋转速度(或在研磨器之间的距离)的可旋转旋钮，或者用于从可用的多个选项/速度中进行选择的触摸屏。界面7与逆变器4连接(直接或通过其它装置，例如cpu 5)，该逆变器4用于改变马达的电源频率，并因此改变马达的速度。优选是，能够提供从由制造商提供的旋转速度中选择旋转速度或者用户选定速度的选项。优选是，能够提供用于存储旋转速度值和/或速度分布的存储器，用于并不在恒定速度下、而是在两个(或更多)不同速度下或在连续变化的速度下研磨一定剂量(单次、双次或多次)。
[0098]
因此，控制单元5将用于马达2的旋转速度传递给逆变器4。系统能够在开环中操作，即并不测量马达的实际旋转速度，或者在闭环中操作，即通过使用专用装置(例如编码器6)来检测马达的速度。