DE3107549C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Vorrichtung reguliert automatisch den Abstand zwischen den Walzen der Mühle in Abhängigkeit von relativen Unterschied zwischen der effektiven Kaffeeabgabezeit und einer an der Vorrichtung vorbestimmten Schemazeit, so daß, wenn die effektive Abgabezeit geringer als die vorbestimmte Schemazeit ist, die Walzen einander angenähert werden, bzw. umgekehrt, wenn die effektive Abgabezeit größer als die Schemazeit ist, die Walzen voneinander entfernt werden, während, wenn die effektive Zeit gleich der Schemazeit ist, die Walzen in der erreichten Stellung bleiben. Die Änderung der Korngröße beeinflußt den Kaffee, der nach demjenigen hergestellt wird, bei dem sich eine Differenz zwischen der effektiven Abgabezeit und der Schemazeit ergibt.

Die Vorrichtung ist zur automatischen Regulierung der Korngröße von Kaffeepulver bestimmt, das in Mühlen er­ zeugt wird, die den Aufgußeinrichtungen von automatischen Maschinen zum Aufguß von Kaffee zugeordnet sind, die z. B. druck- oder münztastenbetätigt sind.

Es ist bekannt, daß zur Erzeugung eines zufriedenstellenden Kaffeeaufgus­ ses das Grundelement bei sonst gleichen übrigen Bedingun­ gen die Korngröße des Kaffeepulvers ist, das in die Maschine eingeführt wird, d. h. die mittlere Abmessung der Kaffeepulverkörner, die die Mühle verlassen.

Für einen Kaffeeaufguß müssen bestimmte Substanzen und Aromaträger durch Waschen mit einer bestimmten Menge Wasser unter Druck und bei einer bestimmten Temperatur aus einer bestimmten Menge Kaffeepulver extrahiert werden.

Das Ergebnis, das man erreicht, ist jedoch von ver­ schiedenen Faktoren beeinflußt, deren wichtigste die Art des Kaffees, der Feuchtigkeitsgrad, die Alterungs­ zeit des Kaffees, die Konservierungsart, der Prozentsatz verschiedener Kaffeesorten, die das Gemisch bilden, der Röstgrad, die Rösttemperatur und die Zeit zwischen der Röstung und dem tatsächlichen Verbrauch des Kaffees.

Es wurde festgestellt, daß die Wirkung aller vorgenannten Variablen auf ein Minimum gebracht oder sogar kompensiert wird, wenn die Berührung zwischen dem Wasser bestimmter Temperatur und bestimmten Druckes und dem Kaffeepulver für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten, die experimentell festgestellt wird, und die auf alle diese Variablen einwirkt.

Die Berührungszeit, d. h. die Abgabezeit, hängt bei gleichen übrigen Bedingungen von der Korngröße des gemahlenen Kaffeepulvers ab, weshalb, wenn die Abgabe zu schnell erfolgt, sie dadurch verringert werden kann, daß die Pulverkorngröße verringert wird, d. h. die mittleren Abmessungen der Körner des gemahlenen Kaffees, wohingegen die Abgabe, wenn sie zu langsam ist, beschleunigt wird, indem die Abmessungen der Körner des gemahlenen Kaffees erhöht werden. Die Begriffe "zu schnell" oder "zu lang­ sam" beziehen sich auf eine optimale Abgabezeit, die experimentell an verschiedenen Mischqualitäten und durch Änderungen der oben angegebenen Variablen einschließlich der Wassermenge ermittelt wurden. Bei automatischen oder handbetriebenen Kaffeemaschinen bekannter Art wird die Regulierung der Korngröße der Mühle von einer Bedienungs­ person oder von mit der Wartung beauftragtem Personal bei automatischen Maschinen durchgeführt (z. B. nach DE-OS 28 47 220).

Dennoch kann es sich im günstigsten und seltensten Fall ergeben, daß die Regulierung nach einer bestimmten, stets beträchtlichen Anzahl von Kaffeeabgaben durchgeführt wird, bei denen das Getränk weniger angenehm als das vorherige ist; in jedem Fall hängt die Regulierung von der Kapazität und von der Geschicklichkeit der Bedienungs­ person ab und erfolgt immer experimentell.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese erheblichen Nachteile zu beseitigen und die Regulierung der Korngröße des gemahlenen Pulvers bei der Herstellung des Getränks automatisch und sofort durchzuführen, und zwar auf der Grundlage einer optimalen Aufgußzeit, die zuvor in bekannter Weise stabilisiert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Vorrichtung ermöglicht es, den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Walzen der Kaffeemühle in Abhängig­ keit von der Getränkeabgabezeit zu ändern.

Die Vorrichtung hat einen unabhängigen Antrieb mit einem Untersetzungsgetriebe zur Steuerung einer Gruppe von Kurvenscheiben während einer bestimmten Zeitperiode, die als optimal festgelegt wurde und die eine Schemazeit für die Änderung der Korngröße bildet. Die Drehgeschwin­ digkeit des Untersetzungsgetriebes wird derart reguliert, daß eine Drehung der langsamen Welle des Untersetzungs­ getriebes in der vorbestimmten Zeit durchgeführt wird. Mit der langsamen Welle des Untersetzungsgetriebes sind wenigstens drei Kurvenscheiben verbunden, von denen eine einem elektrischen Unterbrecher zugeordnet ist und nach Inbetriebnahme des Untersetzungsgetriebes dieses am Ende einer Drehung stillsetzt, eine zweite eine Klinke für die Drehung in einer bestimmten Richtung und eine dritte eine Klinke für die Drehung in der entgegen­ gesetzten Richtung einer Schraube steuert, die mittels geeigneter Einrichtungen den Arbeitsabstand zwischen zwei Walzen der Mühle bestimmt.

Diese Mittel können aus einer Schraubenmutter oder dergl. bestehen, die axial verschiebbar ist, wenn die Schraube gedreht wird. Die Mutter ist mit einem Hebel verbunden, der am einen Ende angelenkt ist und an einem Lager anliegt, das die drehbare Walze trägt. Auf diese Weise entspricht eine bestimmte Winkeldrehung der Schraube einer axialen Bewegung des drehbaren Teils der Mühle. Die Reguliervorrichtung ist mit einem Teil des Spenders der Maschine verbunden, der in der effektiven Zeit eine bestimmte Bewegung durchführt, in der die Abgabe des Kaffeegetränks erfolgt.

Diese Verbindung kann auf beliebige Art, sei es mittels mechanischer Einrichtungen, einem Hebel oder dergl. oder mit elektrischen Sensoren oder einer anderen bekannten Einrichtung erreicht werden. Wenn die von der effektiven Dauer der Getränkeabgabe abhängige Einrichtung ihren Hub beendet, gibt sie einen Impuls an ein Hebelge­ stänge ab, das gleichzeitig die beiden Klinken betätigt, die den Kurvenscheiben des Untersetzungsgetriebes zuge­ ordnet sind. Wenn die effektive Zeit von der als Schema­ zeit voreingestellten abweicht, läßt eine der beiden Klinken ein Zahnrad in dem einen oder anderen Sinne drehen, so daß wiederum die Schraube gedreht und die beiden Walzen einander angenähert oder voneinander entfernt werden.

Eine der beiden Kurvenscheiben, die die Klinken steuern, ist so profiliert, daß der Hebel für eine gesamte von ihr gesteuerte Umdrehung mit dem Zahnrad in Eingriff bleibt, um eine Drehung durchzuführen, die die Walzen einander annähert, während die andere Kurvenscheibe so profiliert ist, daß während der gleichen Umdrehung die von ihr gesteuerte Klinke vom Zahnrad abgehoben bleibt und statt dessen mit diesem am Ende der Drehung in Eingriff kommt, so daß bei seiner Bewegung die Walzen voneinander entfernt werden. Es ergeben sich die folgenden drei Fälle:

• a) Wenn die effektive Abgabezeit geringer als die Schema­ zeit ist, die einer Drehung der Kurvenscheiben ent­ spricht, wird die Klinke, die die Walzen annähert, mit dem Zahnrad in Eingriff gebracht, so daß sie sich um einen Zahn bewegt, dem eine proportionale Annäherung der Walzen mit sich ergebender geringerer Korngröße des Kaffeepulvers entspricht;
• b) wenn die effektive Abgabezeit größer als die Schema­ zeit ist, kommt die Klinke, die sich auf das Entfernen der Walzen bezieht, mit dem Zahnrad in Eingriff, während die andere abgehoben wird, so daß die Walzen entfernt werden und sich die Korngröße des Kaffee­ pulvers erhöht;
• c) die effektive Abgabezeit ist etwa gleich der Schema­ zeit mit einer bestimmten Toleranzgrenze, so daß am Ende der Abgabe der Impuls, der abgeleitet wird, beide Klinken vom Zahnrad abgehoben findet (nur bei der Unterbrechung der Drehung der Kurvenscheiben am Ende der Schemazeit wird die Klinke, die die Walzen trennt, mit dem Zahnrad in Eingriff gebracht) und es wird keine Bewegung auf die Walzen übertragen, die in der vorherigen Stellung bleiben.

In den Fällen a) und b) erfolgt die Bewegung der Walzen bei jeder Wiederholung des Zyklus, bis schließlich Gleichheit zwischen der effektiven Abgabezeit und der Schemazeit erreicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 teilweise im Schnitt die Vorrichtung der Erfindung in Anwendung auf eine Maschine zur Erzeugung eines Kaffeeaufgusses,

Fig. 2 in einem Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 die Kurvenscheibe des Unterbrechers der Vorrichtung,

Fig. 3 in einem Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 die Kurvenscheibe, um die Walzen der Mühle vonein­ ander zu entfernen,

Fig. 4 in einem Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1 die Kurvenscheibe, um die Walzen der Mühle ein­ ander anzunähern, und

Fig. 5 in einem Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 1 das Steuerzahnrad mit den darüber angeordneten Kurvenscheiben der Fig. 3 und 4 in der Ruhe­ stellung für den Anfang eines Zyklus.

Fig. 1 zeigt eine bekannte automatische Kaffeemaschine zur Abgabe von Kaffee in eine Tasse. Die Maschine besteht im wesentlichen aus einem Spender 1 mit einem in einem Zylinder 2 befindlichen und mit einer Stange 3 verbundenen Kolben 2 a, der heißes Wasser, das sich im Zylinder 2 befindet, mit Druck beaufschlagt, um es in einer Abgabekammer 4 befindliches Kaffeepulver durchsetzen zu lassen und den gewünschten Aufguß zu erzeugen, der aus einem Auslaß 5 austritt.

Das Kaffeepulver gelangt in die Abgabekammer 4 mittels einer Rutsche 6 von einer Mühle 7, die im Bereich der Walzen teilweise geschnitten gezeigt ist. Der Mühle 7 ist eine Vorrichtung 8 zur automatischen Regulierung der Korngröße des gemahlenen Pulvers zugeordnet. Die bekannte Mühle hat eine vertikale Welle 9, die von einem Elektromotor 9 a (schematisch gezeigt) gedreht wird und an ihrem oberen Ende mit einer drehbaren Walze 10 verbunden ist, die gegenüber einer festen Walze 11 angeordnet ist; zwischen diese Walzen werden Kaffee­ bohnen 12 eingeführt und gelangen in eine Kammer 13, und zwar aufgrund der Zentrifugalkraft von Flügeln 14, die mit der drehbaren Walze 10 verbunden sind.

Die Welle 9 ist in einem Drucklager 15 axial verschieb­ bar gelagert und sein Außenring stützt sich bei 17 an zwei Hebeln 18 ab (von denen nur einer gezeigt ist; der andere verläuft jenseits der Schnittebene dazu parallel), die bei 19 schwenkbar gelagert und mit dem anderen Ende mit einer Schraubenmutter 20 verbunden sind, in die eine Schraube 21 greift, die durch den Halt zwischen zwei Scheiben 22 drehbar, aber nicht verschiebbar ist, die an gegenüberliegenden Seiten eines Ansatzes 23 angeordnet sind, der mit der Grund­ platte 16 verbunden ist. Beim Drehen der Schraube 21 hebt oder senkt sich die Mutter 20 und mit ihr die Hebel 18, die wiederum die drehbare Walze 10 bezüglich der festen Walze 11 nähern oder entfernen und dadurch die Korngröße bestimmen, die man im gemahlenen Kaffeepulver erhält.

Die in Fig. 1 mit 8 bezeichnete Vorrichtung hat einen Elektromotor 24 und ein Untersetzungs­ getriebe 25, dessen langsame Ausgangswelle 26 mit Kurvenscheiben 27, 28, 29 verbunden ist, die einzeln in axialer Richtung in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt sind. Koaxial zu diesen Kurvenscheiben ist ein Zahnrad 30 angeordnet, das mit einer Welle 30 a verbunden ist, die sich zusammen mit der Schraube 21 zur Steuerung der drehbaren Walze der Mühle dreht.

Mit den Zähnen 31 des Zahnrads 30 können zwei Klinken 32, 33 (Fig. 1 und 5) zusammenwirken, die plattenförmig ausgebildet und axial in einem Gehäuse 34 verschiebbar sind, das die gesamte Reguliervorrichtung trägt. Die Klinken haben beide einen Ansatz 32 a, 33 a, der an der Kurvenscheibe 28 und 29 (Fig. 3 bis 5) anliegt; die Klinken sind durch Federn 35, 36 gegen die Kurvenscheiben bzw. in Richtung der Pfeile A vorgespannt.

Die Klinken 32, 33 haben unten Ansätze 32 b, 33 b, die an einem Querzapfen 37 anliegen, der in einem Langloch 38 eines Balkens 39 verschiebbar ist, mit dem er durch eine Feder 40 federnd verbunden ist. Der Balken 39 ist zum Spender 1 verlängert und durch einen Stift 41 mit einem Hebel 42 verbunden, der in einem Stift 43 schwenkbar gelagert ist und einen Arm 42 a hat, der in der Laufbahn eines Ansatzes 3 a angeordnet ist, der mit der Stange 3 verbunden ist, die den inneren Kolben des Zylinders 2 für die Verdrängung des heißen Wassers steuert.

Die Arbeitsweise der Maschine ist folgende:

Nimmt man an, daß die Maschine am Beginn eines neuen Zyklus ist, befindet sich bereits gemahlenes Kaffeepulver in der Abgabekammer 4 und heißes Wasser im Zylinder 2, in dem der Druckkolben 2 a und die zugehörige Stange 3 in der höheren Hubanfangsstellung (durchgehende Linie in Fig. 1) sind. Am Anfang des Zyklus wird auch der Elektromotor 24 und damit das Untersetzungsgetriebe 25 in Betrieb genommen, dessen Ausgangswelle 26 und damit auch die mit ihr verbundene Kurvenscheibe 27 in Richtung des Pfeils B (Fig. 2) dreht. Diese Kurven­ scheibe steuert das Öffnen eines Unterbrechers 27 a mittels eines Hebels 27 b, so daß am Ende einer vollständi­ gen Drehung der Hebel 27 b an einem Absatz 27 c der Kurvenscheibe einrastet und den Speisekreis des Elektromotors 24 unterbricht, der und damit auch die Kurvenscheibe stillgesetzt wird.

Am Beginn der Drehung der Ausgangswelle 26 befinden sich die Kurvenscheiben 27 bis 29 in der in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Stellung, und es ist ersichtlich, daß die Kurven­ scheibe 28 mit ihrem Absatz 28 a gerade den Ansatz 32 a am Ende der Klinke 32 erreicht hat, so daß diese beaufschlagt durch die Feder 35 mit den Zähnen 31 des Zahnrades 30 in Eingriff steht. Die Kurvenscheibe 29 liegt mit ihrem Abschnitt 29 a mit größerem Radius am Ansatz 33 a am Ende der Klinke 33 an, so daß diese von den Zähnen 31 des Zahnrads 30 abgehoben ist. Im Laufe des Zyklus drehen die Ausgangswelle 26 und damit die Kurvenscheiben 28 und 29 sich in Richtung des Pfeils B, und damit hebt die Kurvenscheibe 28, nachdem sie den Abschnitt 28 b durchlaufen hat, die Klinke 32 von den Zähnen 31 ab. Entsprechend nähert die Kurvenscheibe 29 nach Durchlaufen des Abschnittes 29 a die Klinke 33 den Zähnen 31. Diese Stellung der Klinken, die in Fig. 5 in unterbrochenen Linien gezeigt ist, wird bis kurz vor Ende der Drehung der Ausgangswelle 26 und damit der Scheiben beibehalten, wohingegen wieder die in durch­ gehenden Linien gezeigte Stellung erreicht wird, wenn die Welle gerade angehalten ist. Während dieser Periode wird der Kolben 2 a abgesenkt und drückt das heiße Wasser durch das Kaffeepulver, um den Aufguß zu erhalten. Die Zeit für einen vollständigen Durchlauf hängt in bekannter Weise von der Korngröße des gemahlenen Kaffees ab, der sich in der Abgabekammer 4 befindet. Wenn daher die Körnung zu groß ist, läuft das Aufgußwasser schnell durch, so daß die Zeit für den gesamten Hub des Kolbens 2 a kleiner als die als optimal vorgesehen ist und die in einer Drehung der Ausgangswelle 26, die Kurvenscheiben 28, 29 trägt, abläuft. Der Ansatz 3 a der Stange 3 des Kolbens 2 a, die das Hubende erreicht hat, trifft auf den Arm 42 a und schwenkt ihn auf dem Stift 43, so daß der Träger in Richtung des Pfeils C und mit ihm über die Feder 40 auch der Querzapfen 37 verstellt wird, der an den Ansätzen 32 b, 33 b der zugehörigen Klinken anliegt (unterbrochene Linien in Fig. 1). Beide Klinken 32, 33 werden daher in Richtung des Pfeils C verstellt, jedoch nur die Klinke 33 greift an den Zähnen 31 des Zahnrads 30 an, so daß dieses in Richtung des Pfeils C gedreht wird, d. h. im Uhrzeiger­ sinn und um einen einem Zahn 31 entsprechenden Winkel. Diese Drehung bewirkt über die Welle 30 a auch die Drehung der Schraube 21, und die zugehörige Schraubenmutter 20 wird um eine der Drehung und der Schraubensteigung entsprechende Größe gehoben und wirkt proportional auf den Arm des Hebels 18 auf das Drucklager 15 und damit auf die drehbare Walze 10, die somit gehoben wird. Beim folgenden Zyklusbe­ ginn sind die Walzen daher einander angenähert, die Korn­ größe ist geringer und die Abgabezeit erhöht. Diese Bewegungen wiederholen sich, bis die Zeit zum Absenken des Kolbens, d. h. die Abgabezeit etwa gleich dem Schema bei der vollen Drehung der Ausgangswelle 26 ist. Wenn dieser Zu­ stand bei einem kleinen Winkel vor dem Anhalten der Ausgangs­ welle 26 erreicht ist, sind beide Klinken 32, 33 von den Zähnen 31 entfernt, da der Absatz 28 a der Kurven­ scheibe 28 den Ansatz 32 a noch nicht verlassen hat und der Beginn des Abschnittes 29 a mit größerem Radius der Kurven­ scheibe 29 die Klinke 33 gerade abgehoben hat. Bei einer Bewegung des Balkens 39 in Richtung des Pfeils C steht daher noch keine Klinke 32, 33 mit dem Zahnrad 30 in Eingriff, so daß sich der optimale Zustand ergibt. Wenn dagegen die Korngröße des Pulvers sehr gering ist, führt der Kolben den gesamten Hub durch, so daß sich eine Zeit ergibt, die größer als die des Schemas ist, für das der Ansatz 3 a den Balken 39 entsprechend dem Pfeil C bewegt, und die Stellung der Klinken ist die der Fig. 5 bei stillstehender Ausgangswelle 26, in der nur die Klinke 32 mit dem Zahnrad 30 in Eingriff steht. Die Verstellung entsprechend dem Pfeil C der Klinke 32 bewirkt eine Drehung des Zahnrads 30 und damit der Schraube 21 im Gegenuhrzeigersinn, so daß die Schrauben­ mutter 20 und die drehbare Walze 10 abgesenkt werden. Die Walzen entfernen sich daher voneinander, die Korngröße des Kaffeepulvers wird erhöht und die Abgabe­ zeit verringert. Auch in diesem Falle kann die Korrektur der Korngröße sich über mehrere Zyklen erstrecken, bis sich Gleichheit zwischen der effektiven Aufgußzeit und dem vorbestimmten Schema ergibt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur automatischen Regulierung der Korngröße des Kaffeepulvers in Kaffeemaschinenmühlen, gekennzeichnet durch ein Unter­ setzungsgetriebe (25) mit einer Ausgangswelle (26), die eine Drehung in einer Festzeit als Schemazeit durch­ führt und die mit wenigstens zwei Kurvenscheiben (27-29) verbunden ist, die mit einem Zahnrad (30) koaxial ange­ ordnet sind, das mit einer Schraube (21) zur Regulierung des Abstandes zwischen den Walzen (10, 11) der Mühle verbunden ist, und dadurch, daß die beiden Scheiben mit einer Klinke (32, 33) zusammenwirken, um sie von dem Zahnrad (30) zu heben oder mit diesem in Eingriff zu bringen, so daß, wenn von einer Einrichtung ein Impuls abgegeben wird, der zur effektiven Abgabezeit des Getränks in Beziehung steht, um beide Klinken zu betätigen, eine mit dem Zahnrad in Eingriff gebracht wird oder beide von diesem abgehoben werden, damit die effektive Getränkeabgabezeit verschieden bzw. etwas ge­ ringer als die Schemazeit ist, in der eine Drehung der beiden Kurvenscheiben erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Kurvenscheiben, die sich während der Schemazeit zusammen drehen, und zwar diejenige, die das Entfernen der Walzen (10, 11) voneinander steuert, einen Abschnitt (29 a) mit größerem Durchmesser aufweist, der auf die zugehörige Klinke (33) wirkt und diese während des größeren Teiles der Drehung vom Zahnrad (30) abhebt und nur am Ende der Drehung in Eingriff bringt, wenn die Scheibe stillsteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der Kurvenscheiben, die sich während der Schemazeit zusammen drehen, und zwar diejenige, die die Annäherung der Walzen (10, 11) steuert, einen Abschnitt (28 b) mit geringerem Radius aufweist, der auf die zugehörige Klinke (32) wirkt und sie vom Zahnrad (30) während eines kurzen Teils am Anfang des Drehzyklus entfernt und mit diesem während des restlichen Teils der Drehung in Eingriff bringt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mit den beiden Kurvenscheiben (28, 29) zur Steuerung des Abstandes der Walzen (10, 11) der Mühle verbundene Kurvenscheibe (27) zur Unterbrechung der Drehung der Kurvenscheiben am Ende der festen Schemazeit für die Getränkeabgabe, welches Ende mit der Stellung zum Anheben und in Eingriff bringen der jeweiligen Klinken zur Steuerung des Annäherns und Entfernens der Walzen untereinander übereinstimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Übertragung der effektiven Getränkeabgabezeit zur Vorrichtung zur Regulierung der Korngröße aus Hebeln und Balken bestehen, die vom Kolben (2 a) zur Abgabe des Aufgußwassers gesteuert werden, wenn dieser das Hubende erreicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Übertragung des Impulses am Ende der effektiven Abgabezeit aus einem elektrischen Sensor bestehen, um eine Einrichtung zur Betätigung der Klinken (32, 33) zu steuern.