-
Die Erfindung betrifft eine Mahlgradanpassungsanordnung mit einer Kaffeemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Kaffeemaschine, insbesondere einen Kaffeevollautomaten, mit einer solchen Anordnung, und ein Verfahren zum Mahlgradanpassen.
-
Aus dem Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei bewährte Bauarten von Kaffeemahlwerken bekannt, die in Kaffeemaschinen eingesetzt werden. Zum einen Scheibenmahlwerke und zum anderen Kegelmahlwerke. Beide Mahlwerksarten haben gemein, dass sie aus zwei Mahlwerkzeugen bestehen, wobei eines dieser Werkzeuge fixiert ist und das andere angetrieben wird. Durch die Rotationsbewegung des einen Mahlwerkzeuges werden die zu mahlenden Kaffeebohnen in einen Mahlspalt eingezogen und über die sich verjüngenden Mahlspaltweite immer feiner gemahlen. Der kleinste Abstand der beiden Werkzeuge ist maßgebend für den erzeugten Mahlgrad des Kaffeepulvers.
-
Zur Regulierung der Partikelfeinheit in solchen herkömmlichen Kaffeemahlwerken wird der Abstand zwischen den beiden Mahlwerkzeugen verändert. Das Mahlwerkzeug, welches drehfest gelagert ist, kann zu dem anderen, angetriebenen Mahlwerkzeug geometrisch verändert werden. Die Verstellung erfolgt manuell oder über eine elektrische Verstelleinheit. Die Veränderung des Mahlgrads verhält sich dabei geometrisch sehr sensibel. In einem nur kleinen Fenster von wenigen 1001stel Millimeter befindet sich die optimale Einstellung, die zusätzlich von der Kaffeesorte und der gewünschten Extraktionsstärke für das Produkt abhängig ist.
-
Eine noch nicht veröffentlichte Anmeldung der Anmelderin beschreibt ein alternatives kraftgesteuertes Verfahren, um die Feinheit des Kaffeepulvers einzustellen. Gezeigt wird dabei, dass die Partikelgröße des gemahlenen Kaffees in Zusammenhang mit der axialen Kraft steht, die beim Mahlvorgang zwischen den Mahlwerkzeugen wirkt. Je feiner das Pulver, desto größer ist auch die Kraft. Weiterhin wird beschrieben, dass eines der Mahlwerkzeuge verdrehgesichert gelagert ist und gleichzeitig einen axialen Freiheitsgrad hat. Auf die Mahlwerkzeuge wird von außen eine definierte Kraft beaufschlagt, um einen gewünschten Mahlgrad zu provozieren.
-
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Mahlgradanpassungsanordnung zu schaffen, welche eine Regulierung der Partikelfeinheit eines Mahlwerks einer Kaffeemaschine vorteilhaft verbessert, dessen Lebensdauer erhöht und somit Kostenvorteile bietet.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Mahlgradanpassungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Kaffeemaschine mit dem Merkmal des Anspruchs 9 und ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 10.
-
Eine erfindungsgemäße Mahlgradanpassungsanordnung, insbesondere telemetrische Mahlgradanpassungsanordnung, aufweisend mindestens eine Kaffeemaschine mit mindestens einem Mahlwerk zum Mahlen von Kaffeebohnen, wobei das mindestens eine Mahlwerk eine erste Mahlscheibe, eine zweite Mahlscheibe und eine Antriebseinheit, durch welche mindestens eine der beiden Mahlscheiben drehbar betrieben ist, sowie eine Steuereinheit aufweist. Die Mahlgradanpassungsanordnung umfasst weiterhin mindestens einen Server, und das mindestens eine Mahlwerk weist mindestens eine Sensoreinrichtung auf.
-
In einer Ausführung ist es vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung zumindest eine Anzeige einer Feinheitsverstellung und/oder einer Krafterzeugungseinrichtung des Mahlwerks der Kaffeemaschine bildet oder aufweist. Damit kann eine einfache und schnelle Anpassung des Mahlgrades des Mahlwerks vorgenommen werden.
-
Der mindestens eine Server kann in einer Ausführung ein Servicedienst, z.B. eine telefonische Hotline/Beratung sein. So kann ein Benutzer der Kaffeemaschine anhand des angezeigten Einstellwertes und Informationen des Servers eine schnelle und einfache Mahlgradanpasssung vornehmen.
-
In weiterer Ausbildung oder zusätzlich kann der mindestens eine Server eine übergeordnete Steuereinrichtung sein und mit der Kaffeemaschine, welche das mindestens eine Mahlwerk aufweist, über die Steuereinheit drahtgebunden oder/und drahtlos verbunden sein. Auf diese Weise kann eine Bequemlichkeit für den Benutzer vergrößert werden.
-
Eine erfindungsgemäße Kaffeemaschine, insbesondere Kaffeevollautomat, bildet einen Bestandteil der oben beschriebenen Mahlgradanpassungsanordnung.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Mahlgradanpassen einer oben genannten Mahlgradanpassungsanordnung mit einer Kaffeemaschine umfasst die Verfahrensschritte (VS1) Eingeben einer Führungsgröße (Sollwert) für einen Mahlgrad eines Mahlwerks vor dem Betrieb oder bei Betrieb des Mahlwerks in eine Feinheitsverstellung oder Krafterzeugungseinrichtung von Mahlwerkzeugen eines Mahlwerks der Kaffeemaschine; (VS2) Erfassen von Kräften oder/und Positionen des Mahlwerks mittels einer Sensoreinrichtung, Erzeugen eines entsprechenden Anzeigesignals der Feinheitsverstellung oder Krafterzeugungseinrichtung; und (VS3) Vergleichen des so erhaltenen Anzeigesignals mit der Führungsgröße (Sollwert) oder mit einer von einem Server erhaltenen Führungsgröße und Einstellen der Feinheitsverstellung oder Krafterzeugungseinrichtung des Mahlwerks der Kaffeemaschine zum Mahlgradanpassen der Mahlgradanpassungsanordnung.
-
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum telemetrischen Mahlgradregeln der oben beschriebenen Mahlgradanpassungsanordnung weist die Verfahrensschritte auf: (VS1) Eingeben einer Führungsgröße (Sollwert) für einen Mahlgrad eines Mahlwerks vor dem Betrieb oder bei Betrieb des Mahlwerks in eine Regeleinheit einer Steuereinheit oder eines Servers, der mit der Steuereinheit kommuniziert, wobei die Regeleinheit Mahlwerkzeuge des Mahlwerks über eine Feinheitsverstellung oder Krafterzeugungseinrichtung über ein Stellsignal einstellt; (VS2) Erfassen von Kräften oder/und Positionen des Mahlwerks mittels einer Sensoreinrichtung, Erzeugen eines entsprechenden Messsignals und Weiterleiten des Messsignals an die Regeleinheit; und (VS3) Vergleichen des so erhaltenen Messsignals mit der Führungsgröße (Sollwert) und Bilden eines dementsprechenden Stellsignals zum Regeln des Mahlgrades des Mahlwerks.
-
Ein besonderer Vorteil dabei ist, dass eine zentrale Einstellung einzelner oder mehrerer Mahlwerke auf gewünschte (z.B. identische) Feinheitsgrade und damit vergleichbarer Produkteinstellungen zur Erreichung definierter Qualitätsstandards mehrerer Kaffeemaschinen (Kettenkunden) durch Ansteuerung der Maschinen über einen telemetrischen Zugang ermöglicht werden kann, indem die Mahlwerke über ihre manuelle oder elektrische Feinheitsverstellung geometrisch oder kraftgesteuert über einen Server justiert werden können.
-
Dazu ist es in einer Ausführung vorgesehen, dass die Steuereinheit als eine Schnittstelle ausgebildet ist, welche Daten von der Sensoreinrichtung an den mindestens einen Server überträgt und von dem Server empfängt. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, dass die Steuereinheit z.B. über das Internet oder/und ein Intranet mit dem Server in Verbindung steht.
-
Ein Kraft-Mahlgrad-Zusammenhang lässt sich nutzen, um die Mahlwerke der Kaffeemaschine mittels Telemetrie ideal einzustellen, zu überwachen und gegenüber Einflussgrößen zu regeln. Einflussgrößen können dabei z.B. der Wechsel von Kaffeebohnen, Veränderung von Produkteinstellungen oder Temperaturschwankungen unmittelbar in der Kaffeemaschine sein.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Gegenstände der Unteransprüche angegeben.
-
In einer weiteren Ausführung weist die Steuereinheit eine Regeleinheit auf und bildet mit der Sensoreinrichtung und einer Feinheitsverstellung und/oder einer Krafterzeugungseinrichtung des Mahlwerks einen Regelkreis zur Regelung eines Mahlgrads des Mahlwerks. Dies ist vorteilhaft, da die Steuereinheit somit mehrere Funktionen aufweist.
-
In einer noch weiteren Ausführung ist die Steuereinheit mit dem mindestens einen Server über eine Telemetrieverbindung verbunden, wobei die Mahlgradanpassungsanordnung eine telemetrische Mahlgradanpassungsanordnung bildet. Damit werden auch vorteilhaft drahtlose Verbindungsmöglichkeiten benutzt.
-
Für eine vorteilhafte Verwendung des Servers, ist der mindestens eine Server so ausgebildet, dass der mindestens eine Server der Steuereinheit vorher festgelegte Daten für die Feinheitsverstellung und/oder die Krafterzeugungseinrichtung des Mahlwerks überträgt. So können die vorher festgelegten Daten einmalig nur in dem Speicher des Servers abgelegt werden und für viele andere damit verbundene Kaffeemaschinen verwendet werden.
-
In einer noch weiteren vorteilhaften Ausführung kann der mindestens eine Server mittels der von der Steuereinheit erhaltenen Daten eine Überwachung des Mahlwerks ausführen. Damit ist eine zentrale Mahlgradfeinheitsjustierung mit Hilfe sensorischer Hilfsgrößen, die eine Aussage über die absolute Lage (Kraft oder Geometrie) auf die Mahlwerkzeuge zulassen, möglich.
-
In weiterer Ausführung weist der mindestens eine Server eine Regeleinheit auf und bildet mit der Steuereinheit, der Sensoreinrichtung und der Feinheitsverstellung und/oder der Krafterzeugungseinrichtung des Mahlwerks einen Regelkreis zur Regelung eines Mahlgrads des Mahlwerks. Dies ist vorteilhaft, da die Steuereinheit einer jeden Kaffeemaschine somit keine Regeleinheit aufweisen muss.
-
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der mindestens eine Server mittels der Telemetrieverbindung mit mindestens zwei Kaffeemaschinen verbunden ist und deren jeweiliges Mahlwerk regelt und dessen Daten auswertet. Natürlich können auch wesentlich mehr Kaffeemaschinen auf diese Weise mit dem Server verbunden sein.
-
Es ist von Vorteil, wenn der mindestens eine Server in einer Cloud angeordnet ist.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des weiteren Verfahrens sieht vor, dass das Messsignal durch die Steuereinheit über eine Telemetrieverbindung an einen Server in einer Cloud übertragen wird, und dass der Server das Stellsignal über die Telemetrieverbindung an die Steuereinheit überträgt.
-
Außerdem kann die Steuereinheit zusätzlich erfasste Parameter, wie z.B. Temperatur, an den Server übertragen, wobei der Server aus den so erhaltenen Werten, erfassten Messsignalen und Stellsignalen unterschiedliche Auswertungen durchführt. Damit ergibt sich der Vorteil einer Aufnahme und Auswertung sensorischer Hilfsgrö-ßen, die eine Aussage über die aktuelle Axialkraft zwischen den Mahlwerkzeugen geben, um damit einen Verschleißgrad der Mahlwerkzeuge zu bestimmen.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Mit der Erfindung lassen sich folgende Vorteile erreichen:
- - Schnelle Erstjustierung eines Mahlwerks (insbesondere bei definierter Werkseinstellung, Mahlwerkzeugwechsel bzw. Entfernung von Fremdkörpern aus dem Mahlwerk)
- - Feinheitsanpassung bei Bohnenwechsel
- - Direkte Steuerung oder Regelung des Mahlwerks bzgl. der Partikelfeinheit (vgl. indirekte Regelung über Extraktionszeit des Kaffeekuchens)
- - Kompensation von Wärmeausdehnungseffekten
- - Ist-Positionsbestimmung des Mahlwerks durch Ferndiagnose möglich
- - Bestimmung/Einstellung eines absoluten Mahlgrads
- - Kontinuierliche Diagnose von Verschleißeffekten an den Mahlwerkzeugen für z.B. Wartungsplanung
- - Zentrale Einstellung einzelner oder mehrerer Mahlwerke auf gewünschte (z.B. identische) Feinheitsgrade und damit vergleichbarer Produkteinstellungen zur Erreichung definierter Qualitätsstandards mehrerer Kaffeemaschinen (Kettenkunden) durch Ansteuerung der Maschinen über eine jeweilige Telemetrieverbindung, indem die Mahlwerke über ihre manuelle oder elektrische Feinheitsverstellung geometrisch oder kraftgesteuert über die zentrale Cloud C justiert werden können.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Figuren dienen nur zur näheren Erläuterung der Erfindung und sind nicht beschränkend für die Erfindung. Einzelne beschriebene Merkmale können im Rahmen des allgemeinen Fachwissens auch für sich genommen in weitere Ausführungsvarianten übertragen werden. Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Mahlgradanpassungsanordnung mit einer Vorderansicht im Schnitt eines Prinzips eines Mahlwerks zum Mahlen von Kaffeebohnen;
- 2: eine schematische Ansicht einer Variante der erfindungsgemäßen Anordnung nach 1; und
- 3: ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
-
In 1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Mahlgradanpassungsanordnung 1 mit einer Vorderansicht im Schnitt eines Prinzips eines Mahlwerks 2 zum Mahlen von Kaffeebohnen 8 dargestellt.
-
Die Mahlgradanpassungsanordnung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Mahlwerk 2, eine Sensoreinrichtung 12 und einen Server 15.
-
Unter dem Begriff „Server“ 15 sollen hier folgende Begriffe verstanden werden.
-
In einer einfachen Ausführung kann der Server 15 ein Servicedienst, z.B. eine telefonische Hotline/Beratung etc., sein.
-
In weiterer Ausgestaltung kann der Server 15 als eine Art übergeordnete Steuereinrichtung, z.B. in der Umgebung einer Kaffeemaschine, welche das Mahlwerk 2 aufweist, angeordnet und mit der Kaffeemaschine drahtgebunden oder/und drahtlos verbunden sein. Dabei können dem Server 15 auch weitere Kaffeemaschinen mit Mahlwerken 2 zugeordnet sein.
-
Der Server 15 als übergeordnete Steuereinrichtung kann z.B. ein Computer sein, der mit einem lokalen Netzwerk verbunden ist und über dieses Informationen erhält und zur Verfügung stellt. Auch eine Software, die auf einem Netzwerkcomputer installiert ist und die obigen Aufgaben erfüllt, kann der Server 15 sein.
-
In der hier gezeigten beispielhaften Ausführung ist der Server 15 in einer so genannten Cloud C angeordnet oder mit dieser verbunden.
-
Es ist natürlich auch denkbar, dass der Server 15 zusätzlich als Servicedienst vorhanden ist.
-
Das Mahlwerk 2 weist eine Mahlwerksachse 2a, einen ersten Mahlscheibenträger M1 mit einem ersten Mahlscheibe 3, einen zweiten Mahlscheibenträger M2 mit einem zweiten Mahlscheibe 4 und eine Antriebseinheit 6 auf. Die Mahlscheibe 3, 4 werden auch als Mahlwerkzeuge bezeichnet. Die erste Mahlscheibe 3 ist in dem ersten Mahlscheibenträger M1 drehfest gelagert. Insofern steht die erste Mahlscheibe 3 während des Betriebs des Mahlwerks 2 still.
-
Die erste Mahlscheibe 3 kann auch anders, z.B. als Mahlkegel ausgeführt sein. Ein Einfülltrichter 9 erstreckt sich durch einen nicht bezeichneten Durchbruch der ersten Mahlscheibe 3. Durch den Einfülltrichter 9 und den Durchbruch werden dem Mahlwerk 2 zu mahlende Kaffeebohnen 8 zugeführt. Das Mahlwerk 2 kann auch zum Mahlen anderer Genuss- oder Lebensmittel vorgesehen sein, bevorzugt ist es jedoch zum Mahlen von Kaffeebohnen 8 vorgesehen.
-
Die Mahlscheiben 3, 4 sind mit ihren Mahlseiten zueinander gewandt angeordnet und bilden zwischen sich eine nicht bezeichnete Mahlkammer, die an ihrem Außenumfang in einem Mahlspalt MS ausmündet. An dem Mahlspalt MS ist ein nicht näher dargestellter Auswurfabschnitt 5 mit einer Auffangvorrichtung (hier nicht dargestellt) angebracht, die das aus dem Mahlspalt MS austretende Kaffeebohnen - vorzugsweise Kaffeepulver- auffängt und einem Extraktionsprozess zuführt.
-
Die zweite Mahlscheibe 4 kann auch anders, z.B. als Mahlkegel ausgeführt sein. Die zweite Mahlscheibe 4 ist relativ zu der ersten Mahlscheibe 3 um die Mahlwerksachse 2a drehbar. Hier ist die zweite Mahlscheibe 4 mit der Antriebseinheit 6 so gekoppelt, dass die zweite Mahlscheibe 4 im Betrieb des Mahlwerks 2 in eine Drehbewegung versetzt wird, während die erste Mahlscheibe 3 still steht.
-
Dies ist vorteilhaft, aber nicht zwingend. Alternativ kann auch die erste Mahlscheibe 3 drehbar sein, während die zweite Mahlscheibe 4 still steht. Es ist auch möglich, dass beide Mahlscheiben 3, 4 drehbar sind -z.B. in gegenläufiger Drehrichtung und /oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so dass stets eine Relativbewegung zwischen beiden Mahlscheiben 3, 4 stattfindet.
-
Das Mahlwerk 2 weist weiterhin wenigstens eine Feinheitsverstellung 7 auf. Die Feinheitsverstellung 7 wirkt hier auf die erste Mahlscheibe 3, welche hier verdrehgesichert ist und einen axialen Freiheitsgrad in Richtung der Mahlwerksachse 2a aufweist. Die Feinheitsverstellung 7 kann auch auf die zweite drehbare Mahlscheibe 4 oder auf beide Mahlscheiben 3, 4 wirken.
-
Die Feinheitsverstellung 7 ist in einer nicht gezeigten Ausführung für eine manuelle Verstellung ausgebildet.
-
Die Feinheitsverstellung 7 kann auch z.B. elektromotorisch angetrieben sein, z.B. durch einen Schrittmotor oder Stellmotor, der durch eine Steuereinheit 10 gesteuert wird. Die Steuereinheit 10 steuert auch die Antriebseinheit 6, welche einen elektrischen Antrieb aufweist.
-
Ferner kann das Mahlwerk 2 mittels der Feinheitsverstellung 7 abhängig von den zu mahlenden Kaffeebohnen 8 und dem jeweiligen gewünschten Mahlgrad vorteilhaft durch die Feinheitsverstellung 7 eingestellt werden.
-
Im Fall einer manuellen Feinheitsverstellung 7 ist beispielsweise eine Anzeige, z.B. mit einer Skala, mit der Feinheitsverstellung 7 gekoppelt. Auch die Sensoreinrichtung 12 kann die Anzeige der Feinheitsverstellung 7 bilden oder aufweisen. Damit kann mittels der Feinheitsverstellung 7 eine Anpassung eines Mahlgrades an die jeweiligen zu mahlenden Kaffeebohnen 8, z.B. anhand einer Tabelle, in welcher jeweiligen Kaffeebohnentypen ein Einstellwert zugeordnet ist, vorgenommen werden.
-
Wenn die Feinheitsverstellung 7 elektromotorisch angetrieben ist, sind hierfür vorzugsweise Datensätze hinsichtlich des jeweiligen Mahlgrades, des Bohnentyps und der einzustellende Werte der Feinheitsverstellung 7 in einem Datenspeicher der Steuereinheit 10 zur Steuerung einer Kaffeemaschine und insbesondere des Mahlwerks 2 hinterlegt. Die vorgenannte Steuereinheit 10 kann dem Mahlwerk 2 zugeordnet oder Teil einer Kaffeemaschine z.B. eines Kaffeevollautomaten sein.
-
In der oben angegebenen einfachsten Ausführung des Servers 15 als Servicedienst kann dieser von einem Benutzer der Kaffeemaschine, die das Mahlwerk 2 aufweist, in Anspruch genommen werden, um Informationen zu erhalten, wie der Mahlgrad des Mahlwerks 2 bei bestimmten Kaffeebohnentypen einzustellen ist. Auf diese Weise kann der Benutzer mittels des Servicedienstes eine Anpassung des Mahlgrades derart vornehmen, dass der Mahlgrad dem Kaffeebohnentyp und/oder der Geschmacksrichtung des Benutzers angepasst wird.
-
In weiterer Ausgestaltung weist das Mahlwerk 2 eine Sensoreinrichtung 12 auf, welche mit der Steuereinheit 10 kommuniziert. Die Steuereinheit 10 kann die von der Sensoreinrichtung 12 ermittelten Messwerte bezüglich des Mahlwerks 2 (z.B. aktuelle Daten über den Mahlvorgang, Temperaturen, Einstellung der Feinheitsverstellung 7), an den Server 15 (an den Servicedienst, an den Server 15 als übergeordnete Steuereinrichtung in der Umgebung der Kaffeemaschine, an den Server 15 in der Cloud C) übermitteln. Anhand dieser Daten kann der Server 15 eine Überwachung der Kaffeemaschine durchführen. Der Servicedienst kann diese Daten einerseits zur Unterstützung bei der Kommunikation mit einem Benutzer zur Verbesserung der Anpassung des Mahlgrads als auch für Änderungen und Anpassungen späterer Ausführungen der Kaffeemaschinen heranziehen.
-
In weiterer Ausgestaltung kann der Server 15 die Feinverstellung 7 mittels der Steuereinheit 10 zur Anpassung des Mahlgrades des Mahlwerks 2, z.B. bei Erstinbetriebnahme, betätigen. Das ist beispielsweise auch möglich, um bei einer Serie von Mahlwerken 2 bei einer Anzahl von Kaffeemaschinen, z.B. in einer Abteilung oder bei Erstinbetriebnahme, eine Mahlgradanpassung durchzuführen. Es ist auch denkbar, dass der Server 15 anhand der Daten der Sensoreinrichtung 12 generelle Anpassungen, z.B. Verbesserungen, Updates etc., ausführen kann.
-
Die gezeigte beispielhafte Ausführung weist ein Mahlwerk 2 mit der Sensoreinrichtung 12 auf, welche Bestandteil eines Regelkreises 16 ist. Der Regelkreis 16 ist gebildet aus der Steuereinheit 10, die hierzu mit einer Regeleinheit ausgebildet ist, der Sensoreinrichtung 12 und der Feinverstellung 7. Die Regeleinheit der Steuereinheit 10 weist eine Vergleichseinrichtung auf, welche eine Differenz zwischen einer Führungsgröße, die aus den in einem Speicher der Steuereinheit 10 abgelegten Datensätzen und einer durch die Sensoreinrichtung 12 erfassten Regelgröße bildet. Aus dieser Differenz erzeugt die Regeleinheit ein Stellsignal für die Feinheitsverstellung 7. Hinter einem der Mahlwerkzeuge, hier die erste Mahlscheibe 3, ist dann ein Aufnehmer der Sensoreinrichtung 12 angeordnet (z.B. Kraftmessdose, hydraulischer Drucksensor), welcher z.B. eine Kraft als Messgröße 12a des Mahlvorgangs ermittelt. Diese Messgröße 12a wird von der Sensoreinrichtung 12 als Messsignal 12b der Vergleichseinrichtung als erfasste Regelgröße zugeleitet.
-
Der Aufnehmer für eine sensorische Auswertung der Sensoreinrichtung 12 kann z.B. auf folgenden Messprinzipien beruhen:
- - Dehnungsmessstreifen auf dem Mahlwerkzeug 3, 4
- - Drucksensor an den Mahlwerkzeugen 3, 4 (Kraftmessdose, hydraulischer Drucksensor)
- - Messung der Auslenkung eines Rückstaublechs (Federblech) für das Kaffeemehl in dem Auswurfabschnitt 5
-
Die Steuereinheit 10 ist hier zudem als eine Schnittstelle ausgebildet, welche mit dem Server 15 in der Cloud C kommuniziert. Dazu ist die Steuereinheit 10 durch Übertragungsstrecken 13, 14 einer Telemetrieverbindung 18 mit dem Server 15 in der Cloud C verbunden.
-
Die Telemetrieverbindung 18 kann z.B. eine Internetverbindung sein bzw. eine solche aufweisen. Die Übertragungsstrecke 13 dient zur Übertragung von Daten, z.B. Messdaten der Sensoreinrichtung 12 (z.B. aktuelle Daten über den Mahlvorgang, Temperaturen usw.) und der Feinheitsverstellung 7, an den Server 15. Mittels der Übertragungsstrecke 14 werden Daten, z.B. Stellgrößen für die Feinheitsverstellung 7, von dem Server 15 zu der Steuereinheit 10 übertragen.
-
Der oben beschriebene Kraft-Mahlgrad-Zusammenhang lässt sich nutzen, um das Mahlwerk 2 bzw. die Mahlwerke 2 einer Kaffeemaschine mittels Telemetrie ideal einzustellen, zu überwachen und gegenüber Einflussgrößen zu regeln. Einflussgrößen können dabei z.B. der Wechsel von Kaffeebohnen 8, Veränderung von Produkteinstellungen oder Temperaturschwankungen unmittelbar in der Kaffeemaschine sein.
-
Mittels dieser Datenübertragung von der Steuereinheit 10 zu dem Server 15 ist es möglich, dass eine Mahlgradferndiagnostik und -justierung durch den Server 15 ausgeführt werden kann.
-
Hierbei ist es auch möglich, dass der Server 15 die Regeleinheit aufweist und somit ein Bestandteil eines Telemetrie-Regelkreises 17 ist, wobei die Steuereinheit 10 einerseits eine Schnittstelle zu dem Server 15 und andererseits die Steuerung für die Feinheitsverstellung 7 bildet.
-
Da der Axialkraft- Feinheitszusammenhang verschiedener Bohnen eines Mahlwerks 2 empirisch ermittelt werden kann, ist das Mahlwerk über die elektrische Feinheitsverstellung 7 in der Lage, gewünschte Mahlgrade einzustellen und diese gegenüber Störfaktoren zu regeln.
-
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Variante der erfindungsgemäßen Mahlgradanpassungsanordnung 1 nach 1.
-
In dieser Variante weist das Mahlwerk 2 weiterhin wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung 7a auf. Die Krafterzeugungseinrichtung 7a wirkt hier auf die erste Mahlscheibe 3. Dadurch wirkt eine jeweilige Kraft F stetig auf zwischen der ersten Mahlscheibe 3 und der zweiten Mahlscheibe 4 befindliche Kaffeebohnen 8. Dies ist vorteilhaft, jedoch nicht zwingend. Die Krafterzeugungseinrichtung 7a kann auch auf die zweite drehbare Mahlscheibe 4 oder auf beide Mahlscheibe 3, 4 wirken.
-
Die Krafterzeugungseinrichtung 7a umfasst hier zwei als Druckfedern ausgebildete Kraftspeicherelemente 7b, die durch eine entsprechende, hier nicht bezeichnete und nicht weiter behandelte Vorrichtung, beispielsweise durch einen Stellmotor, um einen veränderbaren Vorspannweg X vorgespannt werden können, so dass die jeweilige Kraft F, die auf die erste Mahlscheibe 3 und damit auf die Kaffeebohnen 8 wirkt, in ihrem Betrag veränderlich bzw. einstellbar ist. Die Kraftspeicherelemente 7b üben eine auf diese Weise einstellbare bzw. veränderbare Axialkraft in Richtung der Mahlwerksachse 2a senkrecht zu einer Ebene des Mahlspaltes MS auf die erste und/oder zweite Mahlscheibe 3, 4 aus.
-
Ferner kann die auf die Kaffeebohnen 8 durch das Mahlwerk 2 wirkende Kraft abhängig von den zu mahlenden Kaffeebohnen 8 und dem jeweiligen gewünschten Mahlgrad vorteilhaft durch die Krafterzeugungseinrichtung 7a eingestellt werden. Vorzugsweise sind hierfür Datensätze hinsichtlich des jeweiligen Mahlgrades, des Bohnentyps und der zu erzeugenden Kraft durch die Krafterzeugungseinrichtung 7a auf einem Datenspeicher einer Steuereinheit 10 zur Steuerung einer Kaffeemaschine und insbesondere des Mahlwerks 2 hinterlegt. Die vorgenannte Steuereinheit 10 kann dem Mahlwerk 2 zugeordnet oder Teil einer Kaffeemaschine z.B. eines Kaffeevollautomaten sein.
-
Die Regelkreise 16 und 17 sind aufgebaut wie oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben.
-
Die Einstellung des Mahlwerks 2 mittels Druckaufnehmern der Sensoreinrichtung 12 oder Krafterzeugung eines Federwegs der als Druckfedern ausgebildeten Kraftspeicherelemente 7b lässt sich im Vergleich zur rein geometrischen Verstellung der Mahlwerkzeuge 3, 4 sehr genau regulieren. Vor allem lässt sich unabhängig von den Bauteiltoleranzen der Mahlwerksbestandteile eine absolute Größe der Mahlfeinheit definieren. Somit können wertvolle Erkenntnisse aus dem sensorischen Druck-/Kraftsignal (Messsignal 12b) gewonnen werden und wiederum durch die Regeleinheit in ein gefordertes Stellsignal umgewandelt werden. Diese Informationen lassen sich natürlich auch in den übergeordneten Telemetrie-Regelkreis 17 wie oben schon beschrieben integrieren. Somit können sensorische Drucksignale beliebig vieler Kaffeemaschinen an den übergeordneten Server 15 übermittelt werden, sodass eine präzise Aussagekraft über den Mahlgrad jeder einzelnen Maschine bzw. jedes einzelnen Mahlwerks 2 getroffen werden kann. Außerdem können gezielte Anpassungen der Mahlgrade erfolgen, indem der geschlossene Regelkreis aus Sensorsignal (Messsignal 12b) und Stellsignal über Wirkverbindung 11 aufgebaut wird.
-
Auch bei dieser Variante kann der Aufnehmer für eine sensorische Auswertung der Sensoreinrichtung 12 z.B. auf folgenden Messprinzipien beruhen:
- - Dehnungsmessstreifen auf dem Mahlwerkzeug 3, 4
- - Drucksensor an den Mahlwerkzeugen 3, 4 (Kraftmessdose, hydraulischer Drucksensor)
- - Kraft-Weg-Zusammenhang eines Federpakets der Kraftspeicherelemente 7b an den Mahlwerkzeugen 3, 4 (z.B. sensorische Wegauswertung induktiv, kapazitiv etc.)
- - Messung der Auslenkung eines Rückstaublechs (Federblech) für das Kaffeemehl in dem Auswurfabschnitt 5
-
Es ergeben sich zudem folgende Vorteile:
- - Schnelle Erstjustierung eines Mahlwerks 2 (insbesondere bei definierter Werkseinstellung, Mahlwerkzeugwechsel bzw. Entfernung von Fremdkörpern aus dem Mahlwerk 2)
- - Feinheitsanpassung bei Bohnenwechsel
- - Direkte Steuerung oder Regelung des Mahlwerks 2 bzgl. der Partikelfeinheit (vgl. indirekte Regelung über Extraktionszeit des Kaffeekuchens)
- - Kompensation von Wärmeausdehnungseffekten
- - Ist-Positionsbestimmung des Mahlwerks 2 durch Ferndiagnose möglich
- - Bestimmung/Einstellung eines absoluten Mahlgrads
- - Kontinuierliche Diagnose von Verschleißeffekten an den Mahlwerkzeugen 3, 4 für z. B. Wartungsplanung
- - Zentrale Einstellung einzelner oder mehrerer Mahlwerke 2 auf gewünschte (z.B identische) Feinheitsgrade und damit vergleichbarer Produkteinstellungen zur Erreichung definierter Qualitätstandards mehrerer Kaffeemaschinen (Kettenkunden) durch Ansteuerung der Maschinen über eine jeweilige Telemetrieverbindung 18, indem die Mahlwerke 2 über ihre manuelle oder elektrische Feinheitsverstellung 7 geometrisch oder kraftgesteuert über die Cloud C justiert werden können.
-
In 3 ist ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum telemetrischen Mahlgradregeln gezeigt.
-
In einem ersten Verfahrensschritt VS1 wird vor dem Betrieb oder bei Betrieb des Mahlwerks 2 eine Führungsgröße (Sollwert) für einen Mahlgrad des Mahlwerks 2 der Regeleinheit eingegeben, welche die Mahlwerkzeuge, z.B. Mahlscheiben 3, 4 des Mahlwerks 2 dementsprechend über eine Feinheitsverstellung 7 oder Krafterzeugungseinrichtung 7a über ein Stellsignal einstellt.
-
Die Führungsgröße kann in einem Speicher der Regeleinheit vorher abgelegt sein. Außerdem kann die Führungsgröße manuell mittels entsprechender Eingabeeinrichtung eingebbar sein.
-
Die Regeleinheit ist Bestandteil der Steuereinheit 10 oder des Servers 15.
-
Daraufhin wird diese Einstellung in einem zweiten Verfahrensschritt VS2 bei Betrieb des Mahlwerks 2 mittels der Sensoreinrichtung 12 erfasst, und die Sensoreinrichtung 12 leitet ein daraus erzeugtes Messsignal 12b (Istwert) an die Regeleinheit der Steuereinheit 10 weiter.
-
Das Messsignal 12b wird durch die Steuereinheit 10 über eine Telemetrieverbindung 18 an einen Server 15 in einer Cloud C übertragen.
-
Die Regeleinheit bildet aus einem Vergleich der Führungsgröße (Sollwert) und dem so erhaltenen Messsignal (Istwert) ein Stellsignal zum Regeln des Mahlgrades des Mahlwerks 2 in einem dritten Verfahrensschritt VS3.
-
Das Stellsignal wird über die Telemetrieverbindung 18 an die Steuereinheit 10 übertragen, welche die Feinheitsverstellung 7 oder Krafterzeugungseinrichtung 7a des Mahlwerks 2 über die Wirkverbindung 11 einstellt.
-
Die Steuereinheit 10 kann auch zusätzlich erfasste Parameter, wie z.B. Temperatur, an die Regeleinheit übertragen.
-
Die Steuereinheit 10 oder/und der Server 15 sind dazu ausgebildet, aus den Sollwerten, erfassten Messsignalen und Stellsignalen unterschiedliche Auswertungen durchzuführen, wie z.B. Feinheitsanpasssung bei Bohnenwechsel, Extraktionszeit des Kaffeekuchens, Kompensation von Wärmeausdehnungseffekten, Ist-Positionsbestimmung des Mahlwerks 2, kontinuierliche Diagnose von Verschleißeffekten an den Mahlwerkzeugen 3, 4 für z.B. eine Wartungsplanung.
-
Die Erfindung ist durch das oben angegebene Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.
-
So kann das oben dargestellte Mahlverfahren kann auch analog einem herkömmlichen Mahlwerk aufgebaut sein. Hinter einem der Mahlwerkzeuge ist dann ein Sensor angeordnet (z.B. Kraftmessdose, hydraulischer Drucksensor), der die Kraft während des Mahlvorgangs ermittelt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Mahlgradanpassungsanordnung
- 2
- Mahlwerk
- 2a
- Mahlwerksachse
- 3, 4
- Mahlscheibe
- 5
- Auswurfabschnitt
- 6
- Antriebseinheit
- 7
- Feinheitsverstellung
- 7a
- Krafterzeugungseinrichtung
- 7b
- Kraftspeicherelement
- 8
- Kaffeebohne
- 9
- Einfülltrichter
- 10
- Steuereinheit
- 11
- Wirkverbindung
- 12
- Sensoreinrichtung
- 12a
- Messgröße
- 12b
- Messsignal
- 13, 14
- Übertragungsstrecke
- 15
- Server
- 16
- Regelkreis
- 17
- Telemetrie-Regelkreis
- 18
- Telemetrieverbindung
- C
- Cloud
- F
- Kraft
- MS
- Mahlspalt
- M1, M2
- Mahlscheibenträger
- VS1...3
- Verfahrensschritt
- X
- Vorspannweg
