CN105705069A - 咖啡研磨机和咖啡研磨方法 - Google Patents

Abstract

提出一种咖啡研磨机，其包括：研磨工具（20），其用于研磨咖啡豆；电机（30），其用于驱动研磨工具（20）；停转检测器（41），其用于检测研磨工具（20）和/或电机（30）的停转状况；以及反转单元（40），其配置成如果停转检测器（41）检测到停转状况则临时反转研磨工具（20）和/或电机（30）的旋转方向（28, 28ˊ）。此外，提出对应的咖啡研磨方法和包括咖啡研磨机的咖啡机。

Description

咖啡研磨机和咖啡研磨方法

技术领域

本发明涉及咖啡研磨机。本发明还涉及咖啡研磨方法和包括咖啡研磨机的咖啡机。

背景技术

咖啡研磨机是用于研磨咖啡豆（例如用于冲泡咖啡）的设备。咖啡研磨机包括用于研磨咖啡豆的研磨工具和用于驱动研磨工具的电机。咖啡研磨机可以是独立设备或例如集成在如申请人在市场上可获得的全自动咖啡机中。

US7984868公开了具有两个研磨磨盘（burr）的咖啡研磨机。研磨磨盘之一由电机驱动，而另一磨盘是静止的。两个研磨磨盘设置有磨蚀表面，咖啡豆抵靠磨蚀表面被研磨。磨蚀表面远离彼此间隔开期望尺寸以产生咖啡的期望研磨。磨蚀表面的较靠近间隔导致较细的咖啡，而较大的间隔导致较粗的咖啡磨制物。提供了用于自动调节磨盘相对于彼此的间隔的调节装置。

如果咖啡研磨机由堵塞的豆、豆颗粒或粗糙磨制物阻塞，则可能的故障状况出现。咖啡研磨机停转。可以如在EP2030539A1中描述的那样检测这样的停转状况，EP2030539A1公开了用于对咖啡磨的磨盘的转数进行计数的方法。EP2030539A1教导了在电机被损坏之前电机的作为结果的关闭但不提供克服停转状况的解决方案。

作为解决方案，EP0616502B1建议使用具有足够研磨功率的研磨机电机通过蛮力来克服这个问题。这种解决方案的缺点是，强大的电机是笨重、庞大和/或昂贵的。

作为替代的解决方案，WMF5咖啡研磨机的操作手册教导将研磨程度手动地调节到较粗的设置，即增加磨蚀表面的间隔。因此，堵塞的豆被释放。在增加间隔之后，用户必须清洁研磨机，手动地重新调节期望研磨程度并可接着恢复研磨操作。这种解决方案的缺点是，它需要手动调节磨盘的间隔并清洁咖啡研磨机，这是冗长乏味和耗费时间的过程。

GB488084A公开了驱动咖啡研磨机的电机具有自由地安装在其轴上的转子，它通过弹簧连接到该轴，弹簧倾向于相对于轴将转子移动到初始位置上，它被防止在该初始位置之外移动。在反向方向上转子相对于轴的运动也被限制，使得在开始时转子利用冲击力占用轴，而在停止时转子通过弹簧在轴上移动回并给予轴在反向方向上的冲击力。GB488084A教导在研磨过程之后清洁咖啡研磨机作为便于重新开始的预防措施。

EP1707089A1公开了用于通过评估由咖啡研磨机在操作期间引起的振动的水平和/或频谱来检测在咖啡研磨机中的咖啡豆的缺乏的方法。

FR1215254A公开了对家用电器例如咖啡研磨机的自动控制以提供自动关闭。

EP2153758A1公开了用于确定磨的负载的方法，其中从磨的旋转速度得到磨的状态。可例如使用霍尔传感器来测量旋转速度。如果磨被阻塞，驱动磨的电机可被停止，用户可被请求移除堵塞物。

GB2463900A公开了具有研磨机构的咖啡分配装置。在研磨机在研磨操作期间变得堵塞的情况下，研磨机的传动牙嵌将停止旋转。驱动研磨机的电机将通过离合器从研磨机去耦合。电机接着被停止，且警报可产生以告知用户研磨机变得堵塞。

发明内容

本发明的目的是提供克服停转的问题而同时是轻的、小的和/或较不昂贵的以及使用方便的咖啡研磨机。

在本发明的第一方面中，提出一种咖啡研磨机，其包括：

-研磨工具，其用于研磨咖啡豆，

-电机，其用于驱动研磨工具，

-停转检测器，其用于检测研磨工具和/或电机的停转状况，以及

-反转单元，其配置成如果停转检测器检测到停转状况则临时反转研磨工具和/或电机的旋转的方向。

在本发明的另一方面中，提出一种包括前面提到的咖啡研磨机的咖啡机。

在本发明的又一方面中，提出咖啡研磨方法，其包括下列步骤：

-检测用于研磨咖啡豆的研磨工具和/或用于驱动研磨工具的电机的停转状况，以及

-如果研磨工具和/或电机的停转状况被检测到，则临时反转研磨工具和/或电机的旋转方向。

在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应理解，所主张的咖啡机和咖啡研磨方法具有与所主张的咖啡研磨机相似的和/或相同的和如在从属权利要求中定义的优选实施例。

本发明基于临时反转研磨工具和/或电机的旋转方向可克服其中咖啡研磨机被堵塞的豆、豆颗粒或粗糙磨制物阻塞的停转状况的理念。在第一方面中，研磨工具的旋转方向的临时反转引起在咖啡研磨机中的咖啡豆的重新布置，这对驱动研磨工具所需的扭矩型式有积极影响。在反向旋转方向上驱动研磨工具所需的扭矩低于正向扭矩，因此低功率电机可执行这个任务。优选地通过反转用于驱动研磨工具的电机的旋转方向来实现研磨工具的旋转方向的临时反转。

在第二方面中，电机的旋转方向的临时反转（其中电机不刚性地耦合到研磨工具）使电机能够相对于研磨工具转回而不反转研磨工具的旋转方向。电机然后恢复它的以前的旋转方向并在再次驱动研磨工具之前得到动量。电机和可选地传动系的另外元件的动量提供额外的力来克服停转状况。这也可被描述为克服停转状况的锤击运动。可选地，这两个方面，即重新布置豆和锤击被组合来克服停转状况。

换句话说，研磨工具和/或电机配置成在研磨过程期间在第一旋转方向上旋转。如果停转检测器检测到停转状况，则反转单元配置成将研磨工具和/或电机的旋转方向从第一旋转方向改变到第二旋转方向，其中第二旋转方向具有与第一旋转方向相反的旋转指向。

本发明的优点是，研磨程度，即咖啡磨制物的精细度或粗糙度不必改变。因此，咖啡研磨机可在相同研磨程度的情况下在临时反转之后继续操作。

作为另一优点，可使用较轻、较小和可能更不昂贵的电机。本发明对于具有有限的电机功率并在研磨工具的高旋转速率下操作的新颖类型的咖啡研磨机是特别有利的。因为电机的功率由扭矩乘以旋转速率给出，与研磨工具的高旋转速率组合的功率的限制也意味着用于驱动研磨工具的扭矩是有限的。在常规咖啡研磨机中，常常使用具有在电机和研磨工具之间的1:40的传动比的传动装置。高传动比可在研磨工具处提供足够扭矩使得停转状况不出现。然而，传动装置是昂贵的、庞大的和在能量上低效的。因此根本不使用传动装置或使用例如具有低得多的传动比（例如1:7、1:5或甚至1:3）的轻的、紧凑的和较不昂贵的传动装置是有利的。

如在本文使用的，术语“研磨工具”或研磨磨指配置成优选地通过旋转运动来减小咖啡豆的尺寸的元件，例如配置成与第二研磨磨盘交互作用以减小咖啡豆的尺寸的可移动研磨磨盘。可选的第二研磨磨盘可以是静止的。此外，术语“研磨工具”指具有磨蚀表面的研磨工具，其中使咖啡豆和磨蚀表面彼此接触并相对于彼此执行相对运动，使得咖啡豆通过研磨或刮削运动一点一点地被磨掉。刀片研磨机是另一可选方案。

如在本文使用的，术语“停转状况”指其中咖啡研磨机被堵塞的豆、豆颗粒和/或粗糙磨制物阻塞时的状态，特别是其中研磨工具达到完全停止时的状态。此外，术语“停转状况”指操作咖啡研磨机的研磨工具所需的扭矩超过预定阈值但还没有达到完全停止时的状况。这可引起用于驱动研磨工具的电机的过热。在实施例中，该状况被评估并用于防止驱动研磨工具的电机的过热。

如在本文使用的，术语“咖啡研磨机”用作也包括用于研磨其它豆、谷粒或种子（例如大豆或罂粟种子）的研磨机的类术语。此外，研磨机可配置成接收并进一步减小粗糙磨制物的尺寸和因而中间产物的尺寸。这同样适用于措辞“用于研磨咖啡豆的研磨工具”。

根据优选实施例，反转单元包括用于控制电机的旋转方向的控制器。因此，电机可被反转单元主动转回。如果研磨工具和电机刚性地耦合，则这也反转研磨工具的旋转方向。因此，从电机到研磨工具的传动系配置成用于反转。这个实施例的优点是，它可被实施为全电子解决方案，而不需要额外的机械元件。

在实施例中，反转单元包括装有弹簧的离合器。装有弹簧的离合器布置在电机和研磨工具之间。可选地，研磨工具和电机的连接还包括传动装置。离合器可接着布置在电机和传动装置之间或在传动装置和研磨工具之间。装有弹簧的离合器是提供在电机和研磨工具之间的非静止连接的元件，该连接可选地包括传动装置，其中弹簧元件配置成存储用于临时反转电机的旋转方向的能量。例如，停转检测器检测研磨工具的停转状况并因此中断到用于驱动研磨工具的电机的功率供应。因此，电机不在研磨工具上施加驱动力和扭矩。电机在自由运行模式中，其中电机可容易由存储在离合器的装载弹簧中存储的能量转回。应注意，临时反转研磨工具的旋转方向不是强制的。临时反转电机的旋转方向可能就足够了。当重新启动电机时，离合器的弹簧卷起，且电机得到角动量。电机的这个角动量提供用于克服研磨工具的停转状况所需的额外的能量。

在实施例中，反转单元还配置成在旋转方向被反转之后恢复优选旋转方向。因此，咖啡研磨机可在反转旋转方向以克服停转状况之后恢复其常规操作。如本文使用的术语“优选旋转方向”描述用于研磨的旋转方向。换句话说，反转单元配置成将旋转方向从第一旋转方向临时改变到具有相反的旋转指向的第二旋转方向，且在那之后再次将旋转方向从第二旋转方向改变到第一旋转方向。

在实施例中，反转单元配置成控制下列序列：如果停转检测器检测到停转状况则暂停研磨工具和/或电机的旋转，反转研磨工具和/或电机的旋转方向，暂停研磨工具和/或电机的反向旋转，以及恢复研磨工具和/或电机的优选旋转方向。如果停转检测器检测到停转状况则暂停研磨工具的旋转具有电机被允许冷却的优点。停转状况引起电机的完全停止或明显减慢，这一般涉及增加的阻塞或停转电流。这可引起电机的温度增加。有利地，持续预定量的时间暂停研磨工具和电机的旋转。在反转了旋转方向之后，在研磨工具和/或电机恢复在优选旋转方向上的操作之前，旋转可以可选地再次暂停。

在实施例中，停转检测器配置成评估电机的电流以检测停转状况。这个实施例的优点是，它是用于检测停转状况的简单的和可能廉价的解决方案。可选地，停转检测器被实施为反转单元的控制器的一部分。

在另一实施例中，停转检测器配置成评估研磨工具和/或电机的旋转速率以检测停转状况。例如，研磨工具的旋转速率可由布置成接近研磨工具的霍尔传感器和布置在研磨工具中的磁体来检测。替代地或此外，可评估电机的电气供应的频谱，其中频谱指示电机的换向器触头的周期性切换。换句话说，可通过检测在与换向器触头的周期性切换有关的电机电流信号中的高频分量来测量电机旋转速度。替代地，如果电机特性是已知的，则可测量DC电机电流（DC电机）或RMS电流（AC电机）以推断旋转速度。可使用可替代的感测装置例如光学、电感或电容传感器。

在前面提到的实施例的另一细化中，用于检测停转状况的评估包括将检测到的值与阈值比较和/或将检测到的值随着时间的积分与阈值比较。例如，停转检测器配置成评估电机的电流作为检测到的值并将这个检测到的电流与阈值电流比较。如果检测到的电流超过可允许的阈值，则这被解释为停转状况。应注意，咖啡豆的研磨是相当无规律的过程，其中扭矩分布根据咖啡豆的即时负载和在研磨机中的咖啡豆的方位而严重波动。因此，替代评估检测到的值或除了评估检测到的值以外，还可评估在预定的一段时间上的平均或积分值以可靠地确定停转状况。

在实施例中，反转单元配置成在预定的角和/或时间内反转研磨工具和/或电机的旋转方向。这个实施例的优点是，限制研磨工具和/或电机的反向旋转可防止研磨工具在反向方向上达到第二停转状况。

在实施例中，反转单元配置成以预定旋转速度反转研磨工具和/或电机的旋转方向。反向的研磨工具和/或电机的旋转速度可以与在优选旋转方向上的旋转速度相同或不同。针对期望研磨性能优化在优选旋转方向上的旋转速度。然而在反向操作中，旋转速度可被设置到预定值，其被优化以引起在研磨机中的咖啡豆的重新定向以克服停转状况。第一选项是缓慢地增加在反向方向上的旋转以避免旋转速度的突然改变。这可减小应力。替代地，在反转期间使用高旋转速度，以便快速重新布置咖啡豆。

在实施例中，反转单元配置成通过重复地改变旋转方向来控制研磨工具和/或电机的摇摆运动。这个实施例的优点是，摇摆运动对咖啡豆的重新布置有积极影响以克服停转状况。与简单地改变旋转方向仅仅一次相反，咖啡豆被重新布置多次。替代地，来回多次引起放松停转状况的一种重复的锤击运动。每当研磨工具对着堵塞的区锤击时，锤击使用所提供的额外的动量克服停转状况。

在实施例中，反转单元配置成评估在其中停转检测器检测到停转状况的两个事件之间的时间间隔，并根据所述评估适配反转单元。对于不严重的停转状况，执行短相反旋转可能就足够了。然而，如果在其中停转检测器检测到停转状况的两个事件之间的时间间隔短，则这可指示研磨机的更严重的阻塞，使得反转单元必须相应地做出反应。

在另一细化中，反转单元还配置成如果时间间隔低于阈值则控制研磨工具和/或电机的摇摆运动。这个实施例的优点是，反转单元可根据停转状况的严重性来自适应地执行研磨工具和电机的旋转方向的适当反转。例如，反转单元配置成当停转检测器检测到第一个停转状况时执行研磨工具和/或电机的旋转方向的单次反转。然而，如果第二个停转状况在短时间间隔内被检测到，则反转单元配置成执行研磨工具和/或电机的摇摆运动。

在实施例中，研磨工具具有磨蚀表面，且咖啡研磨机还包括用于使咖啡豆和研磨工具处于一位置中以接触彼此的豆定界工具，豆定界工具具有用于将咖啡豆保持在这样的位置上的表面，以及其中用于驱动研磨工具的电机配置成实现咖啡豆和磨蚀表面的相对运动。这个实施例的优点是，可能只使用具有磨蚀表面的一个研磨工具，以及这样的研磨工具可在相对高的速度和相对低的扭矩下被驱动，使得相对小的驱动电机可被应用，且可能使用用于实现低传动比（例如1:5或1:7）的小变速箱或甚至避免在电机和研磨工具之间的变速箱的应用。

在另一细化中，研磨工具（20）可旋转地布置在咖啡研磨机中，以及其中用于实现咖啡豆和磨蚀表面的相对运动的电机适于以每分钟至少500转数、优选地每分钟至少100转数的速度旋转研磨工具。在那种情况下，可在研磨机中使用相对轻的和小的电机，且研磨工具可以可选地直接由电机驱动而不应用变速箱，同时仍然可能具有有效的研磨过程。

在实施例中，咖啡研磨机还包括布置在电机和研磨工具之间的离合器，离合器包括第一离合器元件和第二离合器元件，其中第一离合器元件配置成当被电机旋转有限旋转角时相对于第二离合器元件旋转运动，直到当达到限位器时，第一离合器元件和第二离合器元件一起旋转。换句话说，用于驱动研磨工具的电机和研磨工具不相对于彼此刚性地耦合。它们可相对于彼此旋转有限的角度。相对于彼此的自由旋转运动的这个限制至少在优选旋转方向上适用。有利地，第一离合器元件包括第一接触表面，而第二离合器元件包括当达到自由旋转运动的限制时接触彼此的第二接触表面。因此，接触表面充当限位器。限位器可以是机械限位器、终点限位器、下限位器（bedstop）或障碍物。可选地，离合器是如上所述的装有弹簧的离合器。

在细化中，离合器还包括用于引起第一离合器元件相对于第二离合器元件的旋转运动的弹簧元件。因此，可相对于第二离合器元件机械地旋转第一离合器元件。这个实施例的优点是，可使用更简单的控制电子设备，因为电机只必须在一个旋转方向、即用于研磨的优选旋转方向上被电气地驱动。

在细化中，反转单元配置成执行以下步骤：临时反转电机的旋转方向，其中第一离合器元件执行相对于第二离合器元件的自由旋转运动；恢复电机的优选旋转方向，其中第一离合器元件在相反的旋转方向上执行相对于第二离合器元件的自由旋转运动；以及在达到自由旋转运动的限制时对着第二离合器元件锤击第一离合器元件。在必须驱动研磨工具之前电机的自由旋转使电机能够得到角动量。因此，电机在启动期间需要更少的扭矩。此外，电机的这个角动量提供用于启动研磨工具的旋转、特别是用于克服研磨工具的停转状况所需的额外能量。

附图说明

本发明的这些和其它方面将根据在下文中所述的实施例而变得明显并参考在下文中所述的实施例得以阐明。在下面的附图中：

图1示出根据本发明的一方面的咖啡研磨机的示例性实施例；

图2示出如沿着图1中的线A-A截取的截面；

图3示出驱动研磨工具的扭矩相比时间的曲线；

图4A到4C示出包括装有弹簧的离合器的反转单元的实施例；以及

图5A到5C示出离合器的替代实施例。

具体实施方式

图1示出咖啡研磨机1的示例性实施例。咖啡研磨机1包括下列部件作为基本部件：用于研磨咖啡豆的研磨工具20、用于驱动研磨工具20的电机30、用于检测研磨工具20和/或电机30的停转状况的停转检测器41以及配置成如果停转检测器41检测到停转状况则临时反转研磨工具20和/或电机30的旋转方向的反转单元40。

咖啡研磨机1是用于研磨咖啡豆5的设备，咖啡豆5在图1中被概略地示为椭圆。通过研磨咖啡豆5，形成咖啡粉末或咖啡磨制物，其适合于通过允许一定量的水与咖啡磨制物交互作用来在制造咖啡的过程中使用，使得咖啡磨制物的可溶解部分被提取。咖啡研磨机1也可以被馈送有粗咖啡磨制物。咖啡研磨机1可以是咖啡壶的集成部分或替代地是独立设备。

再次参考图1，研磨机1包括用于包含多个咖啡豆5的储器10。为了对咖啡豆5执行研磨行动的目的，提供具有磨蚀表面21的研磨工具20。在所示例子中，研磨工具20包括具有圆形圆周的圆柱形部分26，其可绕着纵轴27旋转，该轴27在所示例子中具有实质上垂直的定向。借助于图2中的箭头28来指示由研磨工具20在研磨过程期间执行的研磨工具20绕着圆柱形部分26的纵轴27的旋转运动的方向。箭头28表示用于研磨咖啡豆的优选旋转方向。箭头28’表示相对或相反的旋转方向。磨蚀表面21存在于圆柱形部分26的弯曲圆柱壁处。在这里所示的非限制性例子中在圆柱形部分26的一端处，研磨工具20直接连接到电机30的驱动轴31。

除了研磨工具20以外，研磨机1还包括用于包围研磨工具20的圆柱形部分26的壳体50。壳体50具有用于允许研磨工具20在壳体50内部延伸的研磨室51。在所示例子中，壳体50正好布置在储器10之下，使得咖啡豆5可直接从储器10被运输到研磨室51。

研磨室51像非对称漏斗一样成形，其中具有最大尺寸的开口存在于顶部处，以及其中具有最小尺寸的开口存在于底部处。如在垂直方向上截取的截面视图中看到的，给研磨室50定界的壳体50的表面53的一个区域52——该表面53将在下文中被称为定界表面53——在实质上垂直的方向、即在所示例子中平行于研磨工具20的圆柱形部分26的纵轴27的方向上延伸，且定界表面53的另一区域54相对于纵轴27倾斜，从而如所提到的不平行于纵轴27，如图1所示。例如，在倾斜区域54和纵轴27之间的角α可以是大约15°。研磨工具20的圆柱形部分26布置成例如在垂直区域52附近延伸，使得小间隙55存在于磨蚀表面21和区域52之间，以及在向下方向上逐渐变小的较大间隙56存在于研磨工具20的圆柱形部分26的大部分周围。与研磨工具20的表面21不同，定界表面53不需要具有磨蚀属性，使得它可相反具有平滑的外观。

图2图示下面的事实：用于放掉作为研磨过程的结果得到的咖啡磨制物或豆颗粒的出口57优选地具有相对于研磨工具20的圆柱形部分26的圆周的相切定向。有利地，出口57的高度（其为平行于纵轴27的尺寸）或多或少地与研磨工具20的圆柱形部分26的高度相同，使得豆颗粒可在任何水平处从研磨室51移除，其中在研磨室51的底部分中的咖啡磨制物的积累被防止。为了防止咖啡豆5到达出口57而不连同研磨工具20（当它旋转时）一起被带走并且根本没有被研磨，定界表面53包括用于面向在近距离处的磨蚀表面21的另一垂直区域58。

在替代的实施例中，咖啡研磨机1包括磨盘研磨机，其中研磨磨盘充当用于研磨咖啡豆的研磨工具20。磨盘研磨机一般包括第二静止磨盘而不是定界表面53。因此，咖啡豆5在两个研磨磨盘之间被压碎或破裂。应注意，咖啡豆也可在图1所示的实施例中例如在研磨工具20和研磨室51的壁之间得以破裂。

在磨盘研磨机和图1所示的研磨机之间的本质差异是，在磨盘研磨机中，咖啡豆5被供应到存在于两个研磨磨盘之间的间隙，而在图1所示的咖啡研磨机1中，通过让咖啡豆5在研磨工具20被布置于的漏斗形研磨室51中向下移动来使咖啡豆5与研磨机20的磨蚀表面21接触。在某个点处，咖啡豆5被挤进磨蚀表面21和定界表面53之间，其中咖啡豆5的少量由于磨蚀表面21相对于咖啡豆5移动的事实而被研磨。随着每一少量以这种方式被移除，咖啡豆5向下进一步移动。如果磨蚀表面21具有如图1所示的螺旋形纹理29是有利的，因为纹理29可具有抓取豆5和便于豆5的期望向下运动的功能。最终，作为研磨过程的结果，豆5分成很多碎片6，其在图1和2中概略地被示为小三角形。咖啡豆5的尺寸也可一点一点地减小，因而产生作为中间产物的粗磨制物和然后具有期望颗粒尺寸的最终磨制物。当碎片6小到足以在磨蚀表面21和定界表面53的垂直区域52之间通过时，碎片6离开研磨室51并进入出口57。为了清楚起见，借助于在图2中的箭头59来指示碎片6随后穿过出口57移动的方向。

在下文中，进一步解释研磨机1的运行。在研磨过程开始时，电机30被激活，使得研磨工具20执行绕着圆柱形部分26的纵轴27的旋转运动。旋转速度优选地在每分钟500到5000转数的范围内，其中如果旋转速度在每分钟1000到2500转数的范围内是甚至更优选的，而扭矩优选地至多为2Nm，其中有1Nm的扭矩更优选，且有至多0.2Nm的扭矩甚至更优选。从储器10供应到研磨室51的咖啡豆5被接纳在磨蚀表面21和定界表面53之间。作为在咖啡豆5和移动的磨蚀表面21之间接触的结果，咖啡豆被研磨。当咖啡豆变得更小时，它在向下方向上逐渐移动，同时越来越多的咖啡豆5被移除，且过程继续，直到咖啡豆5的最后剩余部分小到使得它可在定界表面53和磨蚀表面21之间逃离。因此，类似于在磨盘研磨机中的磨盘的间隔，在磨蚀表面21和定界表面53的垂直区域52之间的小间隙55的尺寸是关于在作为研磨过程的结果得到的咖啡磨制物中的最大颗粒的尺寸的确定因素。因此，可通过小间隙55的尺寸的调节来实现研磨尺寸的调节。

基本上，借助于研磨机1执行的研磨过程涉及研磨工具20的旋转运动和咖啡豆5从漏斗形研磨室51的最宽部分到最窄部分的逐渐运动，其中小到足以在出口57的位置处离开研磨室51的豆碎片6被得到。

为了完整起见，注意，研磨机1可具有不同于图1所示的定向的另一定向，其中研磨工具20布置在垂直方向中。例如，研磨工具20可在水平方向上布置在豆储器10之下，使得咖啡豆5从研磨工具20的侧面进入研磨室51。水平定向的优点是，咖啡豆5的供应可发生在径向方向上，且研磨机的构建高度可减小。

如在图1和2中示例性示出的咖啡研磨机1的优点是，咖啡豆的研磨可在高速下以低扭矩发生，以便可能应用相对廉价的电机30并选择针对这样的电机的最佳设置，其中只存在对小传动装置或齿轮箱的需要或甚至根本不需要齿轮箱，使得空间被节省，成本减小且（能量）效率增加。

通常，研磨机应是尽可能轻、小和低成本的。当使用轻、小的电机30来驱动研磨工具20时涉及的问题是，由电机输送的功率和扭矩是有限的。因为功率是扭矩乘以旋转速率，研磨工具20的功率和高旋转速率的限制也意味着可用来驱动研磨工具20的扭矩是有限的。因此，被粘在磨蚀表面21和定界表面53之间的咖啡豆5可堵塞咖啡研磨机1并导致停转状况。

应注意，在常规磨盘研磨机中很少遇到停转的问题，因为常规磨盘研磨机一般具有在电机和研磨工具之间的例如1:40的高齿轮比。高齿轮比将电机的有限扭矩转化成在研磨机工具处的高扭矩。在研磨工具处的高扭矩可足以防止停转状况。

不仅扭矩而且驱动用于研磨咖啡豆的研磨工具20所需的扭矩的概率分布明显取决于咖啡研磨机的尺寸。大咖啡研磨机例如常规磨盘研磨机以相当稳定的扭矩分布为特征，因为一大堆咖啡豆存在于研磨机中，其对操作研磨工具所需的扭矩有平均效应。然而，例如对于小高速研磨机，较少数量的咖啡豆存在于研磨机中，使得平均效应减小。因此，扭矩分布展示较大的可变性。这个效应类似于高斯分布的标准偏差，其中标准偏差不随着事件的数量而线性地增加，但随着事件的数量的平方根而按比例缩放。

发明人因此发现，在研磨过程期间的扭矩是高度可变的，取决于在设备中的咖啡磨制物的量、磨制物的分布和所需的研磨程度。峰值扭矩明显高于平均扭矩。实际值是1.2Nm峰值扭矩和0.4Nm平均扭矩。对于研磨工具的每分钟1500转数的示例性旋转速率和1:7的传动比，机械功率是大约80W。

实验表明，某些扭矩针对有限量的咖啡豆出现的概率分布指数地衰减，使得在更高0.3Nm的扭矩下停转的概率更低0.001。因此，假设这样的指数衰减，驱动研磨工具的扭矩必须将例如从1.2Nm到2.6Nm增加1.4Nm，以便将停转状况在设备寿命期间出现的概率减小到可接受的低值。然而，这将需要更大、更重和/或可能更昂贵的强电机或替代地具有足够高的齿轮比的传动装置。

作为解决方案，发明人发现，临时反转研磨工具和/或电机的旋转方向可克服其中咖啡研磨机由堵塞的豆阻塞的停转状况。研磨工具的临时反转引起设备中的研磨的咖啡的再分布，这足以克服导致停转的特定配置。应注意，不一定完全清空咖啡研磨机。咖啡研磨机可在临时反转之后恢复它的常规操作。

再次参考图1，咖啡研磨机1包括用于检测研磨工具20和/或电机30的停转状况的停转检测器41。在图1所示的实施例中，停转检测器41连接到配置成感测研磨工具20的旋转速率的传感器42。传感器42可以是用于检测研磨工具20的转数的霍尔传感器。为了这个目的，研磨工具20包括磁体43。用于检测研磨工具20和/或电机30的停转状况的替代传感器在本发明的范围内。替代地，可评估电机30的电流以检测电机30的停转状况。此外替代地，可评估电机30的供应的频率分量以确定电机30的旋转速率，例如通过换向器切换引起的电流尖峰。此外替代地，可采用扭矩计量设备。

在图1所示的实施例中，反转单元40被实施为包括用于控制电机30的旋转方向的控制器44的电子反转单元。可选地，停转检测器41与控制器44共同集成在一起。在替代的实施例中，停转检测器42被实施为单独的单元。如果停转检测器41检测到研磨工具20和/或电机30的停转状况，则反转单元40配置成临时反转研磨工具20和电机30的旋转方向。因此，由图2中的箭头28指示的优选旋转方向临时反转，如图2中的箭头28'所指示的那样。这也在图3中示出，其中在垂直轴上的正扭矩值指示在优选旋转方向上的旋转，而负扭矩值指示在反向旋转方向28'上的旋转。

图3示出驱动研磨工具20所需的扭矩的曲线。垂直轴表示扭矩，而水平轴表示时间。图3中的曲线示出针对在优选旋转方向上的研磨工具20的常规操作的四个间隔G1、G2、G3、G4、三个停转事件S1、S2、S3和由R1、R2、R3表示的反转研磨工具20的旋转方向的三个时间的所测量的扭矩。间隔G4示出完全恢复而没有停转。在这个实验中，电机配置成在预定量的时间期间在大约1Nm的扭矩下非常快地停转。因此，扭矩的临时尖峰被容许。有利地，将检测到的扭矩随着时间的积分与阈值比较，以检测停转状况。在这个实施例中，反转单元配置成在预定量的时间期间反转研磨工具20的旋转方向。

如可从图3中的实验数据看到的，在反转操作R1、R2、R3期间的扭矩（其中研磨工具20的旋转方向反转）明显低于在用于研磨的优选旋转方向上的研磨工具20的操作期间G1、G2、G3、G4的扭矩。因此，小的、紧凑的和廉价的电机30可通过临时反转旋转方向来克服停转状况。

在图3中，研磨过程在时间T0开始，其中控制器44控制电机30的旋转方向在优选旋转方向28上。当停转检测器41检测到停转状况S1时，第一研磨期G1从T0一直持续到T1。当检测到停转状况S1时，控制器44使电机30暂停。在检测到停转状况之后使电机暂停的优点是，这允许电机30冷却。在预定量的时间之后，控制器44配置成发起电机30和因而研磨工具20的反向旋转。反转由从T2一直持续到T3的时间间隔R1指示。如可在图3的曲线中看到的，在反转R1期间的所需扭矩比在研磨操作G1期间所需的扭矩低得多。电机30的反向旋转在T3停止并暂停，直到在时间T4恢复在优选旋转方向中的操作为止。

替代地，不是执行如图3所示的单次临时反转，反转单元40可配置成通过重复地改变旋转方向来控制研磨工具20和/或电机30的摇摆运动，因而在由图2中的箭头28指示的优选旋转方向和由图2中的28'指示的反向旋转方向之间切换。

作为对电气地反转研磨工具20和/或电机30的旋转方向的替代方案，反转单元可被实施为用于临时反转研磨工具20和/或电机30的旋转方向的机械解决方案。例如，反转单元可被实施为在电机30和研磨工具20之间的齿轮箱，该齿轮箱包括正向齿轮和反向齿轮。

作为复杂的齿轮箱的替代方案，可在离合器、特别是装有弹簧的离合器的形式中实施较不昂贵和更紧凑的机械解决方案。

在第一实施例中，在图1中的电机30和研磨工具20之间的驱动轴31由扭力弹簧45代替。控制器44在优选旋转方向上开始电机30的旋转。扭力弹簧45卷起并将电机30的旋转运动传输到研磨工具20。如果研磨工具20被阻塞，则这可由停转检测器41经由传感器42检测。控制器44然后切断电机30的电力。存储在扭力弹簧45中的能量然后通过引起电机30的旋转方向的临时反转来释放。此外，如果电机在反向旋转方向上得到足够的动量，则电机可在反向方向上将弹簧卷起到某个程度，这在研磨工具上引起在反向方向上的“拉力”。这出现的程度取决于弹簧常量、电机的惯性和摩擦。这可被描述为质量弹簧系统，其可以是欠阻尼的、临界阻尼的或过阻尼的。最后，这个效应可引起研磨工具的旋转方向的临时反转。这个“过冲”是否引起由于在反向旋转方向上的拉力所致的研磨工具的旋转方向的临时反转取决于在工具和豆之间的摩擦。然而，如图3所示，在反向方向上驱动研磨工具所需的扭矩低。

图4A到4C图示可在电机30和研磨工具20之间、在电机30和可选的齿轮箱之间或在可选的齿轮箱和研磨工具20之间实施的装有弹簧的离合器的替代实施例。

图4A示出装有弹簧的离合器60，其包括用于连接到电机30的驱动轴61、用于连接到研磨工具20的从动轴62和在驱动轴61和从动轴62之间的中心离合器区段63。中心离合器区段63包括用于引导驱动轴61的突出部65的沟槽，特别是螺旋形沟槽64。因此，当电机30旋转了有限的旋转角时，作为第一离合器元件的驱动轴61配置成相对于作为第二离合器元件的中心离合器区段63旋转运动。当到达螺旋形沟槽64的端部（作为限位器或障碍物）时，驱动轴61和中心离合器区段63和移动还有从动轴62一起旋转。中心离合器区段63还包括在从驱动轴61延伸到从动轴62的轴的纵向方向上延伸以用于容纳从动轴62的闩67并与从动轴62的闩67啮合的狭缝66。

图4A示出在松弛状态中的装有弹簧的离合器60。当驱动轴和从动轴都不旋转时或还在当没有负载被驱动时、即当没有咖啡豆存在于研磨机中时的自由转动期间，松弛状态出现。

图4B示出在研磨操作期间的装有弹簧的离合器60。驱动轴61以及从动轴62都在由箭头28指示的优选旋转方向上旋转。当存在最初将从动轴62保持在原位的作用于从动轴62上的阻力（即待研磨的咖啡豆）时，同时电机3开始在方向28上旋转驱动轴61，从在图4A中所示的松弛状态到在图4B中所示的加载状态的过渡出现。在启动时，突出部65沿着中心离合器区段63的螺旋形沟槽被引导，且中心离合器区段63如箭头67所指示的朝着驱动轴61移动。在中心离合器区段63内部是施加与运动67相反的力并因此试图将中心离合器区段63推离驱动轴61的可选的弹簧。换句话说，中心离合器区段63当有在驱动轴61和从动轴62的旋转速率中的差异时轴向地移动，并压缩弹簧，其中弹簧可施加轴向和/或切向力。当突出部65到达螺旋形沟槽64的端部时，驱动轴61开始在优选旋转方向28上旋转中心离合器区段63和因而旋转从动轴62。这个实施例的优点是，在这个启动阶段期间，在驱动轴在螺旋形沟槽64中被引导的同时，电机不必旋转连接到从动轴62的研磨工具20。因此，电机经历低阻力。该阻力由离合器60的弹簧设置。因此，驱动轴61和电机30可增加它们的旋转速度并得到动量。当到达螺旋形沟槽64的端部时，这个动量可转移到从动轴62并引起扭矩尖峰。这个扭矩尖峰可提供足够的扭矩以克服停转状况，以便释放研磨机。这个初始扭矩尖峰也可被称为锤击冲力。

图4C示出充当机械反转单元的装有弹簧的离合器60。当检测到研磨工具20和/或电机30的停转状况时，从动轴62的旋转停止，且电机30的电力被切断。存储在中心离合器区段63中的弹簧中的能量然后在由箭头68指示的方向上相对于从动轴62缩回中心离合器区段63。如果从动轴62例如通过研磨工具20的停转被保持在原位上，则在中心离合器区段63的方向68上的这个运动沿着中心离合器区段63的螺旋形沟槽64通过突出部65迫使驱动轴处于由箭头28'所指示的临时反向旋转中。在这个实施例中，中心离合器区段63不旋转，因为中心离合器区段63沿着狭缝66被引导，其中被阻挡的从动轴62的闩67防止旋转。

图5A到5C图示另一实施例，其中如图1所示的在电机30和研磨工具20之间的驱动轴31由离合器、特别是装有弹簧的离合器70代替。装有弹簧的离合器70包括离合器驱动器71和耦合到用于驱动研磨工具20的从动轴73的从动离合器72。

图5A示出在操作期间的装有弹簧的离合器70，其中离合器驱动器71和从动离合器72都在由箭头28指示的优选旋转方向上旋转。离合器驱动器71耦合到配置成相对于从动离合器72可旋转例如180°的角的电机30的驱动轴。

图5B示出离合器驱动器71的放大。离合器驱动器71在这个实施例中包括驱动销74，其在这个实施例中覆盖离合器驱动器71的管状结构的四分之一圆或90°。从动离合器72具有互补结构，使得离合器驱动器71的接触表面75可与从动离合器72的对应接触表面啮合。在操作中，如图5A所示，其中电机30驱动研磨工具20，离合器驱动器71的接触表面75与从动离合器72的接触表面接触，并从而将能量从电机30转移到研磨工具20。接触表面充当用于限制旋转角的限位器或障碍物元件。

图5C示出在研磨工具20的停转状况被检测到且电机被关闭之后的过程。如果研磨工具20被阻挡，则驱动轴73停下来并且因而从动离合器72停下来。一旦电机30被去供能且不再将力施加在离合器驱动器71上，存储在装有弹簧的离合器70中的弹性能量就将电机30的离合器驱动器71转回。因此，装有弹簧的离合器充当用于如由图5C中的箭头28'指示的临时反转电机30的旋转方向的反转单元。

在图5C的替代实施例中，离合器70不包括用于将电机机械地转回的弹簧。相反，反转单元包括用于控制电机30的旋转方向的控制器。因此，可电气地反转电机的旋转方向。

从图5C所示的离合器驱动器71和从动离合器72的位置开始，这使离合器驱动器71能够在与由箭头28'指示的反向旋转方向相反的优选旋转方向28上在从动离合器72上执行180°自由行程。因此，也在这个实施例中，电机可得到动量以经由离合器驱动器71在从动离合器72上执行锤击运动，从动离合器72可在研磨工具20上施加高扭矩冲力以便克服停转状况。

当电机30在停转之前和在（当它已被再上紧时）停转之后开始旋转时，它上紧，作为在装有弹簧的离合器70内部的弹簧。这样存储的弹性能量可用于将电机30转回。在使用齿轮箱的情况下，离合器在这个实施例中优选地在电机30和齿轮箱之间。这个实施例的优点是，弹簧不必克服齿轮箱的摩擦。

换句话说，如果研磨工具20在比电机30的驱动轴和离合器驱动器71慢的速度下旋转，则弹簧上紧并且电机得到角动量。锤击机构、即对着彼此猛击的两个弧口（四分之一套筒、离合器驱动器71的驱动销74及其对应的从动离合器72的配对物）允许机械地产生短高扭矩脉冲，因而锤穿停转配置。在这个实施例中，蛮力用于从停转恢复，而不通过临时反转电机3的旋转方向来将研磨工具20转回。

总之，本发明的方面涉及克服停转的问题而同时是轻的、小的和/或较不昂贵的以及使用方便的咖啡研磨机。咖啡研磨机包括：用于研磨咖啡豆的研磨工具、用于驱动研磨工具的电机、用于检测研磨工具和/或电机的停转状况的停转检测器以及配置成如果停转检测器检测到停转状况则临时反转研磨工具和/或电机的旋转方向的反转单元。

应注意，没有对具有这些特征的咖啡研磨机的特定类型的限制。概念不限于图1所示的咖啡研磨机的特定实施例，但也可与不同的咖啡研磨机例如磨盘研磨机一起使用。然而有利地，咖啡研磨机1是用于研磨咖啡豆5的设备，其包括具有磨蚀表面21的研磨工具20、用于使咖啡豆5和研磨工具20在位置上以彼此接触的豆定界工具50，豆定界工具50具有用于将咖啡豆5保持在这样的位置上的表面53，以及用于实现咖啡豆和磨蚀表面的相对运动的装置。有利地，电机30驱动研磨工具用于实现咖啡豆和磨蚀表面的相对运动。

进一步有利地，豆定界工具50的表面53是非磨蚀表面。

进一步有利地，研磨工具20直接连接到电机30的输出轴31。

进一步有利地，研磨工具20可旋转地布置在咖啡研磨机1中，以及其中用于实现咖啡豆5和磨蚀表面21的相对运动的装置适于在每分钟至少500转数的速度下旋转研磨工具20。

进一步有利地，用于实现咖啡豆5和磨蚀表面21的相对运动的装置适于在至多2Nm的一般扭矩下驱动研磨工具20。

进一步有利地，咖啡研磨机1包括限定用于容纳咖啡豆5的空间的豆定位单元，该空间对研磨工具20的磨蚀表面21的区域是敞开的，其中研磨工具21和豆定位单元的至少部分中的至少一个在第一方向上可移动地布置，用于改变在磨蚀表面21和豆定位单元的至少该部分之间的距离，以及其中研磨工具20和豆定位单元中的至少一个在不同于第一方向的第二方向上可移动地布置，用于改变磨蚀表面21的面向豆定位单元的敞开空间的区域。

在另一细化中，研磨工具20绕着中心轴27可旋转，以及其中豆定位单元的空间对研磨工具20的非中心区域是敞开的。

在咖啡研磨机1的另一实施例中，研磨工具20的至少一部分像具有圆形圆周的圆柱体一样成形，其中咖啡研磨机1还包括具有研磨室51的壳体50，其中研磨工具20被容纳在研磨室51内部，以及其中研磨室51像漏斗一样成形，漏斗相对于研磨工具20的圆柱形部分26的纵轴27是非对称的。

进一步有利地，在研磨工具20的磨蚀表面21最接近给研磨室51定界限的壳体50的表面53的位置处，在研磨工具20的磨蚀表面21和壳体50的表面53之间的间隙是至少0.05mm和至多1mm。

进一步有利地，咖啡研磨机1包括用于放掉咖啡磨制物的出口57，其具有相对于研磨工具20的圆柱形部分26的圆周的切向定向。

对应地，提出一种咖啡研磨方法，其包括下列步骤：检测用于研磨咖啡豆的研磨工具和/或用于驱动研磨工具的电机的停转状况，以及如果停转状况被检测到，则临时反转研磨工具和/或电机的旋转方向。

在这个咖啡研磨方法的有利细化中，通过应用包括两个工具20、50的咖啡研磨机1来一点一点地磨掉咖啡豆，其中工具之一是具有磨蚀表面21的研磨工具20，其中使咖啡豆5和磨蚀表面21彼此接触以执行相对于彼此的相对运动，以及其中工具中的另一个是具有表面53的豆定界工具50，咖啡豆5在当它们与磨蚀表面21接触时的时间期间保持靠着表面53。

在有利的细化中，研磨工具20在每分钟至少500转数的速度下旋转。

在有利的细化中，研磨工具20在至多2Nm的一般扭矩下被驱动。

在另一细化中，从其中研磨工具20和豆定界工具50在与研磨工具20相同的方向上移动的位置放出如通过研磨咖啡豆5得到的咖啡磨制物。

虽然在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，这样的图示和描述应被认为是例证性的或示例性的且不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。从附图、本公开和所附权利要求的研究中，对所公开的实施例的其它变化可由本领域中的技术人员在实践所主张的发明时理解和实施。

在权利要求中，词“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一种”并不排除多个。单个元件或其它单元可实现在权利要求中列举的几个项的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中被列举的起码事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

在权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种咖啡研磨机（1），包括：

-研磨工具（20），其用于研磨咖啡豆，

-电机（30），其用于驱动所述研磨工具（20），

-停转检测器（41），其用于检测所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的停转状况，以及

-反转单元（40），其配置成如果所述停转检测器（41）检测到停转状况则临时反转所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的旋转方向（28,28'）。

2.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述反转单元（40）包括用于控制所述电机（30）的旋转方向（28,28'）的控制器（44）。

3.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述反转单元（40）包括装有弹簧的离合器（45,60,70）。

4.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述反转单元（40）还配置成在所述旋转方向已被反转（28'）之后恢复优选旋转方向（28）。

5.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述反转单元（40）配置成控制下列序列：

-如果所述停转检测器（41）检测到所述停转状况则暂停所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的旋转（28），

-反转所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的旋转方向（28'），

-暂停所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的所述反向旋转（28'），以及

-恢复所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的优选旋转方向（28）。

6.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述停转检测器（41）配置成评估所述电机（30）的电流以检测所述停转状况。

7.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述停转检测器（41）配置成评估所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的旋转速率以检测所述停转状况。

8.如权利要求6或7所述的咖啡研磨机，其中所述评估包括将检测到的值与阈值比较和/或将检测到的值随着时间的积分与阈值比较。

9.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述反转单元（40）配置成通过重复地改变所述旋转方向（28,28'）来控制所述研磨工具（20）和/或所述电机（30）的摇摆运动。

10.如权利要求1所述的咖啡研磨机，其中所述研磨工具（20）具有磨蚀表面（21），所述咖啡研磨机（1）还包括用于使所述咖啡豆（5）和所述研磨工具（20）处于一位置中以相互接触的豆定界工具（50），所述豆定界工具（50）具有用于将所述咖啡豆（5）保持在这样的位置中的表面（53），以及其中用于驱动所述研磨工具（20）的所述电机（30）配置用于实现所述咖啡豆（5）和所述磨蚀表面（21）的相对运动。

11.如权利要求10所述的咖啡研磨机，其中所述研磨工具（20）可旋转地布置在所述咖啡研磨机（1）中，以及其中用于实现所述咖啡豆（5）和磨蚀表面（21）的相对运动的所述电机（30）适于以每分钟至少500转数的速度旋转所述研磨工具（20）。

12.如权利要求1所述的咖啡研磨机，还包括布置在所述电机（30）和所述研磨工具（20）之间的离合器（60,70），所述离合器（60,70）包括第一离合器元件（61,71）和第二离合器元件（63,72），其中所述第一离合器元件（61,71）配置成用于当由所述电机旋转有限旋转角时相对于所述第二离合器元件（63,72）相对运动，直到当达到限位器时，所述第一离合器元件（61,71）和所述第二离合器元件（63,72）一起旋转。

13.如权利要求12所述的咖啡研磨机，其中所述离合器（60,70）还包括用于引起所述第一离合器元件（61,71）相对于所述第二离合器元件（63,72）的旋转运动的弹簧元件。

14.一种包括如权利要求1所述的咖啡研磨机（1）的咖啡机。

15.一种咖啡研磨方法，包括下列步骤：

-检测用于研磨咖啡豆的研磨工具（20）和/或用于驱动所述研磨工具（20）的电机（30）的停转状况，以及

-如果所述停转状况被检测到，则临时反转所述研磨工具（20）和/或所述（30）电机的旋转方向（28,28'）。