DE19645306A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Röstvorganges zum Rösten von Kaffee - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Röst­ vorganges zum Rösten von Kaffee.

Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung des Röstvorganges zum Rösten von Kaffee, insbesondere zur Durch­ führung des vorgenannten Verfahrens.

Es ist grundsätzlich aus der DE-OS 35 40 751.4 bekannt, Farbwerte eines zu röstenden Röstgutes zu bestimmen, um auf den Röstgrad des Röstgutes rückzuschließen. Zu dem bekannten Ver­ fahren wird angeregt, die Farbwertbestimmung durchzuführen, ohne dazu unbedingt Proben von Röstgut aus der entsprechenden Röst­ vorrichtung zu entnehmen, um den Röstvorgang durch die Messung nicht unterbrechen zu müssen. Allerdings wird bei dem bekannten Verfahren nicht offenbart, wie dies in der Praxis durchführbar sein soll, so daß sich letztlich das bekannte Verfahren darauf beschränkt, anzugeben, wie entsprechende optische Farbwertmes­ sungen ohne Verfälschungen durch Streulichteinflüsse durchge­ führt werden könnten.

Die vorliegende Erfindung knüpft insoweit an das bekannte Verfahren an, als der Erfindung die Aufgabe zugrundeliegt, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die der im bekannten Verfahren angedeuteten Möglich­ keit, eine Farbwertmessung ohne Probenentnahme durchzuführen, Rechnung trägt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Röstfortschritt bzw. Röstgrad des Röstkaffees während des Röst­ vorganges anhand des Farbwertes des Röstkaffees (laufend) kon­ trolliert wird und der Röstvorgang bei Erreichen eines mit einem gewünschten Röstgrad korrelierenden Farbwertes des Röstkaffees beendet wird, indem der Farbwert des in der Röstvorrichtung be­ findlichen Röstkaffees ohne Entnahme des Röstkaffees oder Unter­ brechung des Röstvorganges durch ein Schauglas kontrolliert wird, wobei der Verschmutzungsgrad des Schauglases bei einem Röstvorgang dadurch mit erfaßt bzw. kompensiert wird, daß (vorher) der Farbwert des ungerösteten Rohkaffees durch das Schauglas bestimmt und bei der Farbwert-Röstgrad-Korrelation berücksichtigt wird.

Es war nämlich auf der Grundlage des bekannten Meßverfahrens nicht offenbart, eine Messung unmittelbar in eine Röstvorrich­ tung hinein durchzuführen, obwohl letztlich auch Röstvorrichtun­ gen mit einem Schauglas mittlerweile auf dem Markt sind, und dabei die durch die Röstvorgänge selbst verursachte, sich lang­ sam und langfristig aufbauende Verschmutzung des Schauglases zu berücksichtigen. Der Röstgrad des Kaffees wurde daher mit Hilfe des bekannten Verfahrens weiterhin mit Hilfe von Probenentnahmen kontrolliert, während das an sich bekannte Schauglas lediglich dazu diente, einer Bedienungsperson der Röstvorrichtung die Möglichkeit zu geben, den Röstvorgang durch Augenscheinnahme zu beobachten.

Erst durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich über­ raschend, daß in vorteilhafter Nutzung des Schauglases es mög­ lich ist, durch häufige Farbwert-Messungen vorrichtungstechnisch ohne Probenentnahme und ohne Unterbrechung des Röstvorganges Farbwerte zu erfassen und damit den Röstvorgang anhand der laufenden Messungen gezielt und sehr genau zu steuern und dabei die Verschmutzung des Schauglases zu berücksichtigen oder zu kompensieren, indem auch der Farbwert des Rohkaffees durch das Schauglas bestimmt und berücksichtigt wird.

Natürlich könnte der Röstvorgang bei Erreichen eines vorbe­ stimmten Röstgrades des Kaffees per Hand durch eine Bedienungs­ person gestoppt werden, wenn beispielsweise ein entsprechendes Signal gegeben oder ein entsprechender Wert angezeigt wird. Vorzugsweise wird aber die Steuerung vollkommen automatisch durchgeführt, so daß auch eine Beendigung des Röstvorganges automatisch erfolgt.

Zusätzlich zum Verschmutzungsgrad des Schauglases wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise auch die Röstzeit und/oder die Rösttemperatur als Parameter berücksichtigt. Dies ist insoweit sinnvoll, als unterschiedlicher Rohkaffee eine andere Steuerung des Röstvorganges erfordert, evtl. auch einen unterschiedlichen Röstgrad wünschenswert macht. In diesem Zu­ sammenhang ist interessant, daß unterschiedlicher Rohkaffee kaum unterschiedliche Farbwerte aufweist.

Auch gerade die Röstzeit kann von sehr großer Bedeutung sein, da bei der Kaffeeröstung vorrangig Kaffeebohnen geröstet werden, die zur Zubereitung von Kaffee später gemahlen werden. Bei der Farbwertmessung wird aber lediglich die Oberfläche der gerösteten Bohne erfaßt. Von dem Oberflächenfarbwert muß also zudem noch auf den Röstgrad bzw. Farbwert der jeweiligen Kaffeebohne in ihrem Inneren rückgeschlossen werden. Dieser Rückschluß ist unter Umständen stark abhängig von der Röstzeit. Ganz offensichtlich könnte es passieren, daß bei einer kurzen Röstzeit und einer hohen Rösttemperatur die Oberfläche der Bohne bereits verkohlt, während das Innere der Bohne noch praktisch ungeröstet bleibt. Entsprechende Zusammenhänge zwischen Röstzeit und Rösttemperatur lassen sich durch Versuche festlegen. Hinweise für derartige Zusammenhänge lassen sich beispielsweise auch aus der DE-OS 43 14 874.3 entnehmen.

Zur Kompensation des Verschmutzungsgrades des Schauglases wurden der Farbwert des Rohkaffees und der Farbwert des Röst­ kaffees zueinander ins Verhältnis gesetzt und zwar vorzugsweise durch die nachfolgende Formel für die Farbwert-Röstgrad-Korrela­ tion unter Berücksichtigung der Röstzeit:

Dabei kann unter "Röstgrad" der Farbwert der Bohne innen bzw. der Farbwert des Mahlkaffees als einheitenloser Wert ver­ standen werden. Kontrolliert wird erfindungsgemäß beim Rohkaffee und beim Röstkaffee der Farbwert der Außenseiten der Bohnen.

Eine Vorrichtung zur Steuerung des Röstvorganges zum Rösten von Kaffee, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, zeichnet sich aus durch eine Meßeinrichtung zur Messung des Farbwertes des in einer Röstvorrichtung befindlichen Kaffees, umfassend ein den optischen Zugang in die Röstvorrich­ tung ermöglichendes Fenster im weitesten Sinne (Schauglas), und eine Auswerteeinrichtung zur Kontrolle des Röstgrades des Kaffees anhand des gemessenen Farbwertes des Röstkaffees unter Berücksichtigung des durch das Fenster gemessenen Farbwertes des ungerösteten Rohkaffees, und zum Abbruch des Röstvorganges bei Erreichen eines vorgewählten Röstgrades des Kaffees. Auf diese Weise wird, wie beim erfindungsgemäßen Verfahren geschildert, die Verschmutzung des Schauglases berücksichtigt.

Als Fenster ist vorzugsweise ein Schauglas vorgesehen.

Die Meßeinrichtung umfaßt vorzugsweise einen Farbmeßkopf, der vor dem entsprechenden Schauglas, vorzugsweise in etwa 150 mm Abstand und mit einem Erfassungswinkel von 17° positioniert ist, um einen ausreichend großen Bereich des Röstkaffees, durch den der statistische Fehler minimiert wird, zu erfassen, wobei natürlich auch das Schauglas selbst durch seine flächenhafte Ausdehnung, den entsprechenden Einblick in diesem Abstand und diesem Winkel ermöglichen muß.

Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1-3 Diagramme zur Röstgrad-Bestimmung und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung.

In der beigefügten Zeichnung (Fig. 1 bis 3) sind Diagramme zu Proben 1 bis 3 dargestellt, mit denen bei unterschiedlichen Röstzeiten für die gleiche Rohkaffeemischung bei unterschiedlich vorgewähltem (dimensionslosem) Röstgrad der Röstkaffeebohnen und unter Berücksichtigung der jeweiligen, während des Röstvorganges einer Charge gleichbleibenden Verschmutzung des Schauglases mit Hilfe einer gestrichelten Linie der jeweils damit in Zusammen­ hang stehende, gewünschte Röstgrad des Mahlkaffees nach der zum erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt vorgeschlagenen Formel vorherbestimmbar bzw. als Konstante entnehmbar ist. In die ent­ sprechende Formel gehen die gemessenen Farbwerte (QB) der Roh­ kaffeebohnen und der Röstkaffeebohnen, sowie die Röstzeit und ein Anpassungs- bzw. Zusatzfaktor (100) ein, woraus ein von der Verschmutzung des Schauglases unabhängiger, diesbezüglich kon­ stanter Röstgrad resultiert.

Aufgrund entsprechender Probenuntersuchungen, wie sie nur beispielhaft in der Zeichnung dargestellt sind, kann also für unterschiedliche Röstgrade und unterschiedliche Röstzeiten, im Ergebnis letztlich unabhängig von der Verschmutzung des Schau­ glases, eine entsprechende Farbwerte-Röstgrad-Korrelation auf­ gestellt werden bzw. bestimmt werden, die es dann zukünftig er­ laubt, allein durch Messung des Farbwertes der Rohkaffeebohnen und der Röstkaffeebohnen auf den Röstgrad des später daraus her­ gestellten Mahlkaffees zu schließen und das Röstverfahren ent­ sprechend zu steuern.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Dargestellt ist in der Fig. 4 ein Bereich einer Röstvorrich­ tung mit einem in einer Wandung der Röstvorrichtung eingesetzten Schauglas 3 und mit im Innern der Vorrichtung befindlichem, zu röstenden Kaffee 4 in Bohnenform.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine Lichtquelle 1, mit der Licht durch eine Optik 2 und durch das (ggfls. verschmutzte) Schauglas 3 in das Innere der Röstvorrichtung auf den Kaffee 4 gestrahlt wird. Das Licht wird von den Kaffeebohnen 4 reflek­ tiert und durch das Schauglas 3 zurückgestrahlt, tritt durch eine Empfangsoptik 5 und trifft auf einen Strahlteiler 6. Ein Teilstrahl gelangt von dort über ein Grünfilter 7 in einen Fotosensor 8. Das von dem Fotosensor 8 empfangene Signal wird durch einen Verstärker 9 verstärkt, mit einem Analog-/Digital­ wandler 10 digitalisiert und mit Hilfe eines Speichers 11 als ursprünglicher Grünwert ggf. bis zum Ende des Röstvorganges gespeichert. Außerdem wird dieser aufbereitete Grünwert einem Dividierer 12 zugeführt.

Der andere Lichtanteil gelangt als Teilstrahl vom Strahlteiler 6 durch ein Rotfilter 13 auf einen zweiten Fotosensor 14. Der auf diese Weise empfangene Rotanteil wird mit ein Verstärker 15 verstärkt und mit einem Digital-/Analogwandler 16 digitali­ siert und ebenfalls dem Dividierer 12 zugeführt.

Der vom Dividierer 12 berechnete Quotient aus dem Grünwert und dem jeweiligen Rotwert ist als "Brennwert" ein Maß für den äußeren Bräunungsgrad des Röstgutes nach einer bestimmten Röst­ zeit.

Zur Ermittlung des Röstgrades, also letztendlich der Innen­ farbe des Röstgutes bzw. dem Farbwert des Mahlkaffees, gemäß der in Anspruch 5 angegebenen Formel wird der Braunwert einem Mul­ tiplizierer 17 zugeführt, in den auch der Röstzeitwert gelangt, der mit Hilfe eines Impulsgenerators 18 und einem Zähler 19 ge­ neriert wird. Der in den Multiplizierer 17 aus dem Dividierer 12 gelangende Braunwert ist letztlich im Sinne der in Anspruch 5 angebenen Formel der Quotient aus dem Farbwert des Rohkaffees aus dem Speicher 11 und dem Farbwert des Röstkaffees, der mit Hilfe des Fotosensors 14 empfangen wurde und der selbst von der Röstzeit abhängig ist. Der Endwert aus dem Multiplizierer 17 kann wiederum mit einem Digital-/Analogwandler 20 digitalisiert und einem Anzeigeinstrument 21 zugeführt werden. Gesteuert auf der Grundlage dieses Endwertes kann beispielsweise der Röstvor­ gang auch automatisch abgebrochen werden, wenn nämlich mit Hilfe eines Vergleichers festgestellt wird, daß der über die Anzeige 21 anzuzeigende Wert mit einem vorgegebenen Röstgradwert über­ einstimmt.

Der unter Umständen während eines Röstvorganges einer ein­ zelnen Charge, letztlich abhängig von der Röstzeit, auftretende oder sich verstärkende Verschmutzungsgrad des Schauglases 3 der allerdings in der Regel vernachlässigbar ist, könnte als sich gegebenenfalls steigender Anteil ebenfalls in dem Rotwert ent­ halten sein, der im Fotosensor 14 empfangen wird und würde dadurch ebenfalls automatisch empirisch berücksichtigt. Er kann aber bei Bedarf auch anhand einer Wertetabelle durch Probemes­ sungen erfaßt und berücksichtigt werden, beispielsweise durch einen entsprechenden Speicher und eine entsprechende Bearbei­ tungseinrichtung zwischen dem Analog-/Digitalwandler 16 und dem Dividierer 12, vielleicht sogar unter Nutzung der Kapazität des Speichers 11, er kann aber beispielsweise auch als Verfäl­ schungsfaktor bei der Generierung der Röstzeit im Zweig des Im­ pulsgenerators 18 bzw. des Zählers 19 oder im Multiplizierer 19 bzw. nach dem Multiplizierer 19 berücksichtigt werden. Sollte hierfür eine Mikroprozessortechnik erforderlich sein, stünden hierfür geeignete Bauelemente bekanntermaßen zur Verfügung, die in üblicher Weise eingesetzt werden könnten. Es wurde daher darauf verzichtet, in der Fig. 4 eine bestimmte Möglichkeit der Berücksichtigung der Verschmutzungsgradverstärkung im Block­ schaltbild darzustellen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung des Röstvorganges zum Rösten von Kaffee, dadurch gekennzeichnet, daß der Röstfortschritt bzw. Röstgrad des Röstkaffees während des Röstvorganges anhand des Farbwertes des Röstkaffees (lau­ fend) kontrolliert wird und der Röstvorgang bei Erreichen eines mit einem gewünschten Röstgrad korrelierenden Farbwertes des Röstkaffees beendet wird, indem der Farbwert des in der Röstvor­ richtung befindlichen Röstkaffees ohne Entnahme des Röstkaffees oder Unterbrechung des Röstvorganges durch ein Schauglas kon­ trolliert wird, wobei der Verschmutzungsgrad des Schauglases bei einem Röstvorgang dadurch mit erfaßt bzw. kompensiert wird, daß (vorher) der Farbwert des ungerösteten Rohkaffees durch das Schauglas bestimmt und bei der Farbwert-Röstgrad-Korrelation berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß automatisch bei Erreichen eines vorgewählten Röstgrades der Röstvorgang beendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röstzeit und/oder die Rösttemperatur als Parameter be­ rücksichtigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anfangsfarbwert des verwendeten Rohkaffees und der jeweilige Farbwert des Röstkaffees zueinander ins Ver­ hältnis gesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbwert-Röstgrad-Korrelation nach der Formel: festgelegt wird.

6. Vorrichtung zur Steuerung des Röstvorganges zum Rösten von Kaffee, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Farbmeßeinrichtung (5-8) zur Messung des Farbwertes des in einer Röstvorrichtung befindlichen Kaffees (4), dadurch ein den optischen Zugang in die Röstvorrichtung ermöglichendes Fenster (3) im weitesten Sinne (Schauglas), und eine Auswerteeinrichtung (12, 17) zur Kontrolle des Röstgrades des Kaffees (4) anhand des gemessenen Farbwertes des Röstkaffees, unter Berücksichtigung des durch das Fenster (3) gemessenen Farbwertes des ungerösteten Rohkaffees, und zum Abbruch des Röstvorganges bei Erreichen eines vorgewählten Röstgrades des Kaffees (4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (3) ein Schauglas ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Farbmeßkopf umfaßt, der vor dem Schau­ glas in etwa 150 mm Abstand und mit einem Erfassungswinkel von etwa 17° positioniert ist, wobei das Schauglas eine Fläche auf­ weist, die in diesem Abstand den gewünschten Erfassungswinkel in die Röstvorrichtung gewährleistet.