PL245022B1

PL245022B1 - Coffee grinder

Info

Publication number: PL245022B1
Application number: PL439122A
Authority: PL
Inventors: Jakub Soboń
Original assignee: Sobon Jakub
Priority date: 2021-10-04
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2024-04-22
Also published as: PL439122A1

Abstract

Młynek do kawy, zawierający żarna płaskie, silnik elektryczny i mechanizm regulacji grubości mielenia, charakteryzuje się tym, że ruchome (obrotowe), dolne żarno (2) jest mocowane do zespołu (3, 4), zwanego dalej rotorem, dwóch lub więcej ułożyskowanych części doprowadzających ziarna kawy do komory mielenia przez otwór wykonany w osi obrotu umożliwiający grawitacyjny spadek ziaren na wysokość obszaru mielenia oraz otwory (lub otwór) wykonane bezpośrednio na tej wysokości między żarnami i którymi ziarna wpadają do tego obszaru za pomocą siły odśrodkowej oraz siły ciążenia i zostają tam zmielone, przy czym górne żarno jest nieruchome w trakcie mielenia.A coffee grinder containing flat burrs, an electric motor and a grinding thickness adjustment mechanism is characterized by the fact that the movable (rotating) lower burr (2) is attached to the assembly (3, 4), hereinafter referred to as the rotor, of two or more parts with bearings. supplying coffee beans to the grinding chamber through a hole made in the axis of rotation allowing the grains to fall by gravity to the height of the grinding area, and holes (or holes) made directly at this height between the burrs, through which the beans fall into this area using centrifugal force and gravity and stay there ground, with the upper burr remaining stationary during grinding.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest młynek do kawy, w którym elementami mielącymi są żarna płaskie a napędem silnik elektryczny. Parametry młynka umożliwiają użycie go w kawiarniach, sklepach z kawą oraz innych profesjonalnych zastosowaniach wymagających wysokiej jakości mielenia kawy.The subject of the invention is a coffee grinder in which the grinding elements are flat burrs and the drive is an electric motor. The grinder's parameters allow it to be used in cafes, coffee shops and other professional applications requiring high-quality coffee grinding.

Opis stanu technikiDescription of the state of the art

Mielenie kawy jest jednym z najważniejszych części procesu przygotowania naparu z kawy i wymagania do jego jakości są obecnie bardzo wygórowane przez baristów i pasjonatów kawy. Bez względu na metodę parzenia kawy, na smak końcowego naparu w dużej mierze wpływa równomierność mielenia. Jeżeli drobinki kawy w jednej porcji mają różne rozmiary, to w zależności od metody parzenia, cząstki za małe na daną metodę powodują ostre, gorzkie i cierpkie nuty smakowe, natomiast cząstki za duże na daną metodę skutkują naparem zbyt lekkim i wodnistym. Z tego powodu niskiej jakości mielenie może zepsuć napar nawet z najlepszej jakości ziaren.Grinding coffee is one of the most important parts of the process of preparing coffee infusion and the requirements for its quality are currently very high among baristas and coffee enthusiasts. Regardless of the method of brewing coffee, the taste of the final brew is largely influenced by the uniformity of the grinding. If coffee particles in one portion have different sizes, depending on the brewing method, particles that are too small for a given method result in sharp, bitter and astringent flavor notes, while particles that are too large for a given method result in a brew that is too light and watery. For this reason, poor-quality grinding can spoil the infusion of even the best quality beans.

Od młynków do kawy oczekuje się więc przede wszystkim równomierności mielenia, natomiast istotne są także takie czynniki jak szybkość mielenia, poziom nagrzewania się kawy oraz niski poziom retencji. W większości zastosowań szybkość mielenia nie może być znacząco podwyższana kosztem jego jakości, jednak zbyt długi czas mielenia jest zwykle również niepożądany. Nagrzewanie się ziaren kawy w trakcie mielenia powoduje, że finalny napar staje się bardziej gorzki. Retencja natomiast jest to różnica masy między wrzuconymi do młynka ziarnami a wyjściowymi drobinkami kawy otrzymanymi w procesie mielenia. Ma ona pośredni ale znaczący wpływ na jakość mielenia, ponieważ gromadzące się, nieświeże drobinki kawy po pewnym czasie przedostają się do kolejnych porcji mieszając się z kawą o innym gatunku i grubości mielenia.Therefore, what is expected from coffee grinders is, above all, uniformity of grinding, but factors such as grinding speed, level of coffee heating and low retention level are also important. In most applications, grinding speed cannot be significantly increased at the expense of grinding quality, but too long grinding times are usually also undesirable. The heating of coffee beans during grinding causes the final brew to become more bitter. Retention is the difference in mass between the beans thrown into the grinder and the initial coffee particles obtained during the grinding process. It has an indirect but significant impact on the quality of grinding, because the accumulated, stale coffee particles after some time get into subsequent portions, mixing with coffee of a different type and grinding thickness.

Elektryczne młynki do kawy do użytku profesjonalnego dzielą się głównie na te z żarnami stożkowymi i płaskimi. W tych pierwszych jedno żarno w postaci stożka zewnętrznego znajduje się współosiowo wewnątrz drugiego żarna, które jest wykonane w postaci tulei ze stożkiem wewnętrznym. Na powierzchniach stożkowych obu żaren znajdują się ostrza tnące, a ułożenie żaren jest takie, że obszar mielenia zwęża się aż do szczeliny odpowiadającej finalnej grubości zmielonych cząstek kawy, więc ziarna wlatują z góry a miał wylatuje w kierunku równoległym do osi żaren w dół. W młynkach z żarnami płaskimi natomiast żarna wykonane są w postaci płaskich dysków, pomiędzy które wpadają ziarna kawy. Na wewnętrznej stronie żaren, wykonana jest powierzchnia stożkowa, na której znajdują się ostrza ułożone w taki sposób, że obszar mielenia zwęża się wraz z rosnącym promieniem żarna aż do szczeliny odpowiadającej grubości mielenia. Podczas ruchu obrotowego żaren względem siebie, siła odśrodkowa wypycha promieniowo ziarna, które są mielone, a miał rozrzucany jest również przez siłę odśrodkową w kierunku prostopadłym do osi żaren. Niniejszy patent dotyczy młynka z żarnami płaskimi i dalszy opis ogranicza się do nich.Electric coffee grinders for professional use are mainly divided into those with conical and flat burrs. In the former, one burr in the form of an external cone is located coaxially inside the second burr, which is made in the form of a sleeve with an internal cone. There are cutting blades on the conical surfaces of both burrs, and the arrangement of the burrs is such that the grinding area narrows to a gap corresponding to the final thickness of the ground coffee particles, so the beans enter from above and the fines fly out in a direction parallel to the axis of the burrs downwards. In grinders with flat burrs, the burrs are made in the form of flat discs with coffee beans falling between them. On the inside of the burr, there is a conical surface with blades arranged in such a way that the grinding area narrows with the increasing radius of the burr, up to a gap corresponding to the grinding thickness. During the rotation of the burrs relative to each other, the centrifugal force pushes out the grains radially, which are ground, and the fine dust is also scattered by the centrifugal force in a direction perpendicular to the axis of the burrs. This patent relates to a flat burr grinder and the further description is limited thereto.

Najważniejsze składowe młynków o takiej konstrukcji to układ napędowy, układ regulacji grubości mielenia, łożyskowanie ruchomego i mocowanie stałego żarna, układ dostarczania ziaren kawy do obszaru mielenia i układ wylotu zmielonej kawy. Układ napędowy odpowiada za zapewnienie dostatecznego momentu obrotowego oraz względnej prędkości obrotowej żaren. Układ regulacji grubości mielenia pozwala na kontrolowaną przez użytkownika regulację szerokości szczeliny między żarnami i zapewnia jej stałość podczas pracy. Łożyskowanie i mocowanie żaren zapewniają względny ruch obrotowy o możliwie małych błędach bicia żarna ruchomego, współosiowości i równoległości powierzchni tworzących szczelinę, zapewniając tym samym równomierność mielenia, która jest kluczowa w większości zastosowań młynka. Układ dostarczania ziaren kawy oraz układ wylotu kawy zmielonej muszą zapewniać niski poziom retencji. Dodatkowo młynek musi mieć możliwość łatwego czyszczenia części potencjalnie gromadzących kawę, oraz możliwość wymiany żaren na nowe.The most important components of grinders with this design are the drive system, the grinding thickness adjustment system, the movable and fixed burr mounting, the coffee bean supply system to the grinding area and the ground coffee outlet system. The drive system is responsible for providing sufficient torque and relative rotational speed of the burrs. The grinding thickness adjustment system allows for user-controlled adjustment of the width of the gap between the burrs and ensures its consistency during operation. The bearings and mounting of the burrs ensure relative rotational movement with the lowest possible run-out errors of the moving burr, coaxiality and parallelism of the surfaces creating the gap, thus ensuring uniformity of grinding, which is crucial in most grinder applications. The coffee bean supply system and the ground coffee outlet system must ensure a low level of retention. Additionally, the grinder must be able to easily clean parts that potentially accumulate coffee and be able to replace the burrs with new ones.

W konstrukcji młynka istotne jest także ułożenie osi żaren, które może być zarówno poziome, pionowe jak i pochylone pod dowolnym kątem do pionu. W rozwiązaniu całkowicie pionowym dostarczanie kolejnych ziaren do komory mielenia może odbywać się całkowicie pod wpływem siły ciążenia grawitacyjnego. W rozwiązaniu całkowicie poziomym, równoległa do osi żaren, składowa siły ciążenia jest równa zero i konieczne jest inne rozwiązanie doprowadzania ziaren, co często jest to wykonywane za pomocą ślimaka popychającego. W niniejszym patencie rozważane jest dostarczanie kawy dzięki sile ciążenia, a więc oś ułożona pionowo lub pochylona pod kątem nie większym niż 60 stopni od pionu. Do takich rozwiązań ogranicza się również poniższy przegląd.In the design of the grinder, the arrangement of the burr axis is also important, which can be either horizontal, vertical or inclined at any angle to the vertical. In a completely vertical solution, subsequent grains can be delivered to the grinding chamber entirely under the influence of gravity. In a completely horizontal solution, the component of gravity force parallel to the axis of the burrs is zero and a different solution for feeding the grains is necessary, which is often done using a pushing screw. This patent considers the delivery of coffee by gravity, i.e. the axis is vertical or inclined at an angle of no more than 60 degrees from the vertical. The following review is also limited to such solutions.

Dotychczasowe rozwiązaniaPrevious solutions

Powszechnie znane są młynki do kawy z płaskimi żarnami, w których ruchome żarno jest poniżej żarna nieruchomego (patent nr EP 1 466 547 A1), a napęd znajduje się pod żarnem ruchomym. Wymaga to obrotowego uszczelnienia napędu od komory, do której wpada zmielona kawa, co jest problematyczne od strony ograniczania retencji. W tego typu młynkach żarna znajdują się najczęściej w nieruchomej komorze, która ma w jednym miejscu otwór wylotowy, do którego łopatki ratujące wraz z żarnem ruchomym zagarniają zmieloną kawę. W takim rozwiązaniu jest dużo miejsc, w których może gromadzić się zmielona kawa, więc poziom retencji jest zazwyczaj wysoki.Coffee grinders with flat burrs are commonly known, in which the movable burr is below the stationary burr (patent no. EP 1 466 547 A1) and the drive is located below the movable burr. This requires a rotary seal of the drive from the chamber into which the ground coffee falls, which is problematic in terms of limiting retention. In this type of grinders, the burrs are usually located in a stationary chamber, which has an outlet in one place, into which the rescue blades together with the moving burr collect the ground coffee. In this arrangement, there are many places where ground coffee can accumulate, so the retention level is usually high.

Znane są także młynki z żarnami płaskimi, rozwiązujące opisany powyżej problem przez przeniesienie napędu ponad żarna, tak jak jest to często robione w młynkach z żarnami stożkowymi, i umożliwienie wylot miału bezpośrednio w dół, bez pośrednictwa komory, w której możliwe jest niekorzystne gromadzenie miału (patent KR101939690B1, CN110693352A, DE2436482A1, EP3808237A1,Flat burr grinders are also known, solving the problem described above by transferring the drive above the burrs, as is often done in grinders with conical burrs, and allowing the fines to discharge directly downwards, without using a chamber where the fines may accumulate unfavorably ( patent KR101939690B1, CN110693352A, DE2436482A1, EP3808237A1,

US5058814A, CN211722868U). W tych młynkach dolne żarno ruchome mocowane jest do ułożyskowanego nad żarnami wałka napędu przechodzącego w dół między żarnami. W takim rozwiązaniu ziarna kawy wprowadzane są od boku między żarna a wałek.US5058814A,CN211722868U). In these grinders, the lower movable burr is attached to the drive shaft mounted above the burrs and running down between the burrs. In this solution, coffee beans are introduced from the side between the burrs and the roller.

W podobny sposób jak opisano w poprzednim akapicie, znane jest rozwiązanie z bezpośrednim wylotem miału w dół w osi żaren, w którym to górne żarno jest napędzane a dolne jest nieruchome, tym samym umożliwiając wykonanie napędu z dużym otworem osiowym umożliwiającym współosiowe wprowadzanie ziaren kawy (patent CN210077441). W tym sposobie, nie występuje jednak wypychająca na zewnątrz siła odśrodkowa na dolnym żarnie, więc cząstki ziaren, które nie zostały całkowicie zmielone, mogą gromadzić się na nim.In a similar way as described in the previous paragraph, there is a known solution with a direct outlet of fines down in the axis of the burrs, in which the upper burr is driven and the lower one is stationary, thus enabling the creation of a drive with a large axial hole enabling coaxial introduction of coffee beans (patent CN210077441). In this method, however, there is no outward pushing centrifugal force on the lower burr, so grain particles that have not been completely ground may accumulate on it.

Znane jest również rozwiązanie polegające na zastosowaniu dwóch ruchomych żaren, z niezerową prędkością względną (IT201900010326A1). Taka konstrukcja zapewnia niską retencję i wysoką wydajność mielenia. Wadą rozwiązania jest bardzo skomplikowany układ, znacząco zwiększający koszty produkcji, gabaryty urządzenia, oraz liczbę elementów mechanicznych potencjalnie mogących ulec uszkodzeniu. Dodatkowo doprowadzenie ziaren kawy musi być wykonane od boku, ze względu na ułożyskowany w środku wał z pełnym rdzeniem.There is also a known solution involving the use of two movable burrs with non-zero relative speed (IT201900010326A1). This design ensures low retention and high grinding efficiency. The disadvantage of the solution is a very complicated system, significantly increasing production costs, dimensions of the device, and the number of mechanical elements that may potentially be damaged. Additionally, the coffee beans must be fed from the side due to the solid-core shaft with bearings inside.

Przedmiot wynalazkuSubject of the invention

Celem niniejszego wynalazku jest ograniczenie powyżej wymienionych wad dotychczasowych rozwiązań dostarczając młynek umożliwiający:The purpose of this invention is to reduce the above-mentioned disadvantages of existing solutions by providing a grinder that allows:

• zmniejszenie retencji, • zwiększenie równomierności mielenia (zmniejszenie rozrzutu wielkości cząstek miału), Niniejszy wynalazek umożliwia oddzielenie od kawy części mechanicznej, jak łożyskowanie, napęd i mechanizm regulacji przez wykonanie ich z dużymi otworami przelotowymi w osi żaren, w których mieści się cały ratujący zespół, również wydrążony w osi, umożliwiający doprowadzenie kawy jego wnętrzem, do obszaru mielenia, w którym znajdują się płaskie żarna mielące. Taki układ, przedstawiony na rysunku fig. 1, pozwala na ograniczenie miejsc gromadzenia się zmielonej kawy, a więc ograniczenie retencji młynka. Kawa doprowadzana z góry spada na sam dół otworu osiowego przez siłę grawitacji, co może być dodatkowo wspomagane składową siły odśrodkowej w przypadku wykonania specjalnego kształtu otworu np. rozszerzający się stożek wewnętrzny lub specjalne rowki nacięte na wewnętrzną powierzchnię rotora w taki sposób aby na zasadzie ślimaka wypychały kawę w dół podczas ruchu obrotowego. Następnie na samym dole siła odśrodkowa, która może być wspomagana składową siły grawitacji, rozrzuca ziarna przez otwór lub otwory prowadzące je między żarna mielące. Po zmieleniu miał rozrzucany jest w kierunku promieniowym do osi, po czym rozpędzony zjeżdża po odpowiednio ukształtowanej ściance w kierunku otworu wylotowego. Dzięki temu w całym procesie, kawa znajduje się albo na ratujących elementach, albo już rozpędzona jest prowadzona ku otworowi wylotowemu, ograniczając tym samym statyczne miejsca, w których może się gromadzić.• reducing retention, • increasing the uniformity of grinding (reducing the size distribution of fine particles), This invention makes it possible to separate the mechanical part from the coffee, such as the bearing, drive and adjustment mechanism, by making them with large through holes in the axis of the burrs, which house the entire saving unit , also hollow in the axis, allowing coffee to be fed inside to the grinding area where the flat grinding burrs are located. This arrangement, shown in Fig. 1, allows you to limit the places where ground coffee accumulates, and thus reduce the retention of the grinder. Coffee fed from above falls to the very bottom of the axial hole by the force of gravity, which can be additionally supported by the centrifugal force component if the hole is made in a special shape, e.g. an expanding internal cone or special grooves cut into the internal surface of the rotor in such a way that they push out the coffee downwards while rotating. Then, at the very bottom, centrifugal force, which may be assisted by gravity, disperses the grains through the hole or holes that guide them between the grinding burrs. After grinding, the fines are scattered radially to the axis, and then accelerated down the appropriately shaped wall towards the outlet. Thanks to this, throughout the entire process, the coffee is either on the saving elements or, already accelerated, is guided towards the outlet, thus limiting static places where it can accumulate.

Tak zaproponowany układ mechaniczny z dużą średnicą łożysk i elementów ratujących ułatwia także zminimalizowanie błędów bicia, współosiowości i równoległości powierzchni pracujących żaren. W standardowych rozwiązaniach żarno o dużej średnicy mocowane jest do wału o małej średnicy, przez talerz pośredni o większej średnicy, co powoduje powiększenie błędów bicia osiowego i równoległości powierzchni na żarnach, w stosunku do błędów na samym wałku obrotowym. W omawianej konstrukcji zaproponowano rotor z dużą średnicą proporcjonalnie do średnicy żaren i wzrost błędów na żarach jest mniejszy ponieważ różnica średnic jest mniejsza i błędy w wykonaniu części i ich montażu, a także luzy w połączeniach nie pogłębiają się w takim stopniu według proporcji od różnicy średnic. Ma to też znaczący wpływ na sztywność i ograniczenie drgań, ponieważ zmienne siły występujące na dużej średnicy żaren są przenoszone na sam rotor na mniejszym ramieniu, więc występuje mniejszy efekt dźwigni. Dodatkowo w konstrukcji korzystne jest kasowanie luzu w łożyskach oraz w mechanizmach regulacji, co poprawia także dokładność układu i redukuje drgania. Te czynniki wpływają na jakość mielenia i kulturę pracy całego urządzenia.The proposed mechanical system with a large diameter of bearings and rescue elements also helps to minimize run-out errors, coaxiality and parallelism of the surfaces of the working burrs. In standard solutions, a large-diameter burr is attached to a small-diameter shaft through a larger diameter intermediate plate, which increases the errors in axial runout and surface parallelism on the burr compared to the errors on the rotating shaft itself. In the discussed design, a rotor with a large diameter was proposed in proportion to the diameter of the burrs, and the increase in errors on the burrs is smaller because the difference in diameters is smaller and errors in the production of parts and their assembly, as well as clearances in connections, do not increase to the same extent in proportion to the difference in diameters. This also has a significant impact on stiffness and vibration reduction, as the variable forces occurring on the large burr diameter are transferred to the rotor itself on the smaller arm, so there is less leverage. Additionally, the design benefits from eliminating the play in the bearings and adjustment mechanisms, which also improves the accuracy of the system and reduces vibrations. These factors affect the quality of grinding and the smooth operation of the entire device.

Młynek zaprojektowany jest w konfiguracji z dolnym ruchomym (ratującym) żarnem 2 oraz górnym 1 stałym (nie obracającym się w trakcie pracy). Rotor 3, 4 może być napędzany silnikiem indukcyjnym prądu przemiennego lub silnikiem prądu stałego (fig. 2). Przełożenie napędu na ratujący zespół żarna ruchomego zapewnia przekładnia cięgnowa (cierna lub kształtowa), przekładnia zębata (walcowa, stożkowa lub ślimakowa) lub przekładnia cierna.The grinder is designed in a configuration with a lower movable (rescue) burr 2 and an upper one 1 that is fixed (not rotating during operation). Rotor 3, 4 can be driven by an AC induction motor or a DC motor (Fig. 2). The drive transmission to the rescue movable burr assembly is provided by a cable gear (friction or shaped gear), a toothed gear (helical, bevel or worm) or a friction gear.

W konstrukcji młynka uwzględniono także możliwość zastosowania silnika momentowego 10, (fig. 1). Stojan silnika jest wklejany w korpus 9, lub ściskany osiowo, natomiast pierścień z magnesami jest osadzony na powierzchni walcowej wirnika 4, pomiędzy łożyskami 7, lub powyżej łożysk. Takie rozwiązanie umożliwia stworzenie kompaktowego, wysokiej klasy młynka. Odpowiednio wysterowane silniki momentowe pozwalają również na uzyskanie bardzo cichej pracy, a ze względu na brak przekładni mechaniczny hałas jest jeszcze bardziej zredukowany i niezawodność urządzenia rośnie. Dzięki temu głównym dźwiękiem wydobywającym się z młynka jest dźwięk mielenia kawy, którego podkreślenie jest często pożądane przez użytkowników, a mechaniczny hałas układu napędowego, który jest niepożądany, zostaje znacząco zredukowany.The design of the grinder also takes into account the possibility of using a torque motor 10 (fig. 1). The motor stator is glued into the body 9 or compressed axially, while the ring with magnets is mounted on the cylindrical surface of the rotor 4, between the bearings 7 or above the bearings. This solution allows you to create a compact, high-class grinder. Properly controlled torque motors also allow for very quiet operation, and due to the lack of gears, mechanical noise is further reduced and the reliability of the device increases. Thanks to this, the main sound coming from the grinder is the sound of grinding coffee, the emphasis of which is often desired by users, and the mechanical noise of the drive system, which is undesirable, is significantly reduced.

Kluczowym elementem konstrukcji jest precyzyjnie wykonane łożyskowanie wirnika 3, 4. Może to być zrealizowane przez łożyska toczne takie jak łożyska kulkowe zwykłe, łożyska kulkowe skośne, łożyska do iskrowników, łożyska kulkowe czteropunktowe, łożyska stożkowe, łożyska igiełkowe, łożyska wałeczkowe, łożyska baryłkowe lub łożyska krzyżowe. Podstawowym rozwiązaniem są łożyska kulkowe zwykłe, ze względu na ich wysoką dostępność, kompaktową konstrukcję i cichą pracę, oraz zdolność do przenoszenia obciążeń promieniowych i osiowych znacznie większą od pochodzącej od procesu mielenia kawy. We wszystkich typach łożysk oprócz łożysk krzyżowych i czteropunktowych zalecane jest użycie dwóch łożysk, odpowiednio od siebie oddalonych. Istotne jest zapewnienie niskich błędów współosiowości gniazd i bicia wału. Konieczne jest całkowite zablokowanie ruchu osiowego zespołu łożyskowego i korzystne wykonanie naprężenia wstępnego w kierunku zgodnym z siłą pochodzącą od mielenia, która oddziałuje na żarno ruchome 1. Kasowanie luzu realizowane jest elementem dociskowym lub ich zespołem działającym na oprawę górnego łożyska w kierunku równoległym do osi żaren (F1).The key element of the design is the precisely made rotor bearings 3, 4. This can be implemented by rolling bearings such as deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, magneto bearings, four-point ball bearings, tapered roller bearings, needle bearings, roller bearings, spherical roller bearings or cross. The basic solution are deep groove ball bearings due to their high availability, compact design and quiet operation, as well as the ability to carry radial and axial loads much greater than those resulting from the coffee grinding process. In all types of bearings except cross and four-point bearings, it is recommended to use two bearings, suitably spaced from each other. It is important to ensure low seat concentricity and shaft runout errors. It is necessary to completely block the axial movement of the bearing unit and preferably apply pre-tension in the direction consistent with the force coming from the grinding, which acts on the movable burr 1. The clearance is removed by a pressing element or their assembly acting on the upper bearing housing in a direction parallel to the burr axis ( F1).

Przedmiot wynalazku został zaprezentowany na rysunku fig. 1 przedstawiającym przekrój najważniejszych części młynka i ideę działania. Oprócz przedstawionych tam detali młynek zawiera korpus 9, umożliwiający sztywne i precyzyjne umiejscowienie elementów mechanicznych. W konstrukcji uwzględniono ułożenie osi żaren w zakresie +/- 60° od pionu. Oznacza to, że cały moduł z korpusem, rotorem i żarnami wewnątrz może być ustawiany zarówno w pionie jak i w pozycjach odchylonych. W tym zakresie możliwe jest wciąż dostarczanie ziaren grawitacyjnie bez dodatkowych mechanizmów umożliwiających doprowadzenie ziaren do obszaru mielenia.The subject of the invention is presented in Figure 1, showing a cross-section of the most important parts of the grinder and the idea of operation. In addition to the details presented there, the grinder includes a body 9, enabling rigid and precise positioning of the mechanical elements. The design takes into account the arrangement of the burr axis within +/- 60° from the vertical. This means that the entire module with the body, rotor and burrs inside can be placed both vertically and in tilted positions. Within this range, it is still possible to deliver grains by gravity without additional mechanisms to bring the grains to the grinding area.

Na rysunku fig. 2 przedstawiona została konstrukcja młynka zmieniona zastąpieniem silnika momentowego 10 przekładnią 12, a napędzanie rotora umieszczonym na zewnątrz silnikiem indukcyjnym lub silnikiem prądu stałego 11. W korpusie zamiast miejsca na stojan uwzględniona jest przestrzeń na elementy przekładni oraz otwór lub rozdzielenie na dwie części umożliwiając dostęp do przeniesienia napędu do wirnika z silnika umiejscowionego na zewnątrz korpusu, przez cięgno, koła zębate lub inne elementy przekładni. Taka dowolność jest możliwa dzięki wydzieleniu części mechanicznej młynka na zewnątrz, a części bezpośredniego kontaktu z kawą do wewnątrz konstrukcji. Możliwe jest także przeniesienie napędu powyżej łożysk, wtedy nie ma konieczności robienia otworu na przekładnię w korpusie.Figure 2 shows the structure of the grinder changed by replacing the torque motor 10 with a gear 12, and the rotor is driven by an induction motor or a DC motor 11 placed outside. Instead of space for the stator, the body has a space for gear elements and a hole or division into two parts. allowing access to transmit power to the rotor from the engine located outside the housing, through a link, gears or other transmission elements. This freedom is possible by separating the mechanical part of the grinder outside, and the part of direct contact with coffee inside the structure. It is also possible to transfer the drive above the bearings, so there is no need to make a hole for the gear in the body.

Konstrukcja umożliwia regulację grubości mielenia kawy. Jest to realizowane za pomocą mechanizmu śrubowego ustawiającego w kierunku osiowym pozycję jednego z żaren 1, 2. Mechanizm śrubowy jest regulowany przez użytkownika ręcznie bądź za pomocą drugiego silnika elektrycznego. Regulowanie może być realizowane przez ustawianie pozycji osiowej żarna nieruchomego 1, przez przesuwanie siedziska żarna nieruchomego 6 (fig. 3), bądź ruchomego 2 przez przesuwanie siedziska dolnego łożyska 5 (fig. 4), a tym samym całego rotora 3, 4, przesuwając łożyska 7, 8 w swoich oprawach w korpusie 9. W pierwszym wymienionym rozwiązaniu obracając siedziskiem żarna nieruchomego 1, za pomocą gwintu na nim naciętego, siedzisko wraz z żarnem przemieszczają się w górę lub w dół. W rozwiązaniu tym konieczne jest uniemożliwienie ruchu obrotowego żarna nieruchomego 1 w trakcie pracy. W tym celu, należy zastosować przekładnię samohamowną (np. ślimakową) tym samym uzyskując regulację bezstopniową lub za pomocą specjalnych otworów lub rowków, synchronicznie poruszając kątowo, przekładać drążek połączony z mechanizmem śrubowym i wkładać go na daną pozycję, blokując tym samym obrót mechanizmu (regulacja stopniowa) na pozycji odpowiadającej różnej grubości mielenia. W drugim rozwiązaniu, przekładnia śrubowa pracuje między siedziskiem łożyska dolnego 5 a korpusem 9. Obrót siedziskiem doprowadza do przemieszczenia osiowego siedziska wraz z całym zespołem rotora 3, 4 a więc i z żarnem ruchomym 2. Tutaj zagrożeniem dla zmiany pozycji osiowej żarna w trakcie pracy jest siła tarcia łożysk tocznych, która może napędzić obrót mechanizmu śrubowego. Zapobiec można temu przez analogiczną blokadę jak w pierwszym rozwiązaniu lub przez stworzenie siły tarcia odpowiednio większej niż siła tarcia łożysk tocznych. Może to być realizowane przez osiowe naprężenie gwintu tym samym elementem co kasuje luz w przekładni lub przez dodatkowy element wprowadzający tarcie w mechanizmie. W obu z przedstawionych rozwiązań regulacji szczeliny przekładnia ślimakowa zapewnia precyzyjną regulację z jednoczesnym zabezpieczeniem odkręcenia podczas pracy dzięki jej samohamowności. Konieczne jest ułożyskowanie obrotowe ślimacznicy i ślimaka, oraz zapewnienie przekazania obrotu ze ślimacznicy na siedzisko żarna nieruchomego lub na siedzisko łożyska dolnego z jednoczesnym umożliwieniem ich względnego ruchu osiowego np. przez kołki ślizgowo pracujące w osi lub wypusty obracające ale ślizgające się w kierunku osiowym. W rozwiązaniu z przekładnią ślimakową możliwe jest wykorzystanie drugiego silnika elektrycznego sprzęgając wał silnika ze ślimakiem za pomocą sprzęgła bądź przekładni. Takie rozwiązanie umożliwia bardziej automatyczną pracę całego młynka w przypadku dodania bardziej zaawansowanego układu sterowania młynkiem.The design allows you to adjust the fineness of coffee grinding. This is accomplished by a screw mechanism that sets the position of one of the burrs 1, 2 in the axial direction. The screw mechanism is adjusted by the user manually or by means of a second electric motor. Regulation can be carried out by setting the axial position of the stationary burr 1, by moving the seat of the stationary burr 6 (fig. 3), or of the movable burr 2 by moving the seat of the lower bearing 5 (fig. 4), and thus the entire rotor 3, 4, by moving the bearings 7, 8 in their housings in the body 9. In the first mentioned solution, by turning the seat of the stationary burr 1, using the thread cut on it, the seat and the burr move up or down. In this solution, it is necessary to prevent the rotation of the stationary burr 1 during operation. For this purpose, use a self-locking gear (e.g. worm gear), thus obtaining stepless regulation, or by means of special holes or grooves, synchronously moving the rod at an angle, moving the rod connected to the screw mechanism and inserting it into a given position, thus blocking the rotation of the mechanism (regulation gradual) at a position corresponding to different grinding thicknesses. In the second solution, the screw gear operates between the seat of the lower bearing 5 and the body 9. Rotation of the seat leads to the axial displacement of the seat together with the entire rotor assembly 3, 4, and therefore with the movable burr 2. Here, the threat to changing the axial position of the burr during operation is the force friction of the rolling bearings, which can drive the rotation of the screw mechanism. This can be prevented by a similar lock as in the first solution or by creating a friction force greater than the friction force of the rolling bearings. This can be achieved by axial thread tension with the same element that removes the play in the gear or by an additional element that introduces friction in the mechanism. In both of the presented gap adjustment solutions, the worm gear ensures precise adjustment while securing unscrewing during operation thanks to its self-locking mechanism. It is necessary to provide rotary bearings for the worm wheel and the screw, and to ensure that the rotation from the worm wheel is transferred to the seat of the stationary burr or to the seat of the lower bearing, while enabling their relative axial movement, e.g. through pins that slide in the axis or splines that rotate but slide in the axial direction. In a solution with a worm gear, it is possible to use a second electric motor by coupling the motor shaft with the worm using a clutch or gear. This solution enables more automatic operation of the entire grinder when a more advanced grinder control system is added.

Korzystne dla dokładnej pracy młynka jest kasowanie luzu mechanizmu śrubowego oraz luzu łożysk. Może to być realizowane za pomocą elementu dociskowego, np. sprężyna falowa, sprężyna talerzowa, sprężyna śrubowa, sprężyna płytkowa, wkładka elastomerowa lub zespół wymienionych elementów. W przypadku konstrukcji z mechanizmem śrubowym regulującym żarno ruchome 2, możliwe jest kasowanie luzu łożysk 7, 8 i mechanizmu śrubowego tym samym elementem dociskowym (fig. 4). Działająca na bieżnię zewnętrzną łożyska górnego siła Fi kasuje luz w łożyskach i mechanizmie, w kierunku tym samym, w którym wystąpią siły w trakcie docelowej pracy żaren. W przypadku konstrukcji z mechanizmem śrubowym regulującym żarno nieruchome 1, aby uzyskać bezluzowy układ mechaniczny należy osobno skasować luz w łożyskach, i osobno w mechanizmie śrubowym dla najdokładniejszej pracy. W łożyskach może być to zrealizowane tak samo jak w opisanym pierwszym przypadku, natomiast do mechanizmu śrubowego należy dodać siłę F2 w sposób przedstawiony na fig. 3. Może to być zrealizowane przez umiejscowienie elementu dociskowego lub jego zespołu w nieruchomej części korpusu 9 i przez pośrednie elementy ślizgowe przekazywanie siły na siedzisko żarna nieruchomego 5 lub odwrotnie, przez umiejscowienie ich razem z siedziskiem 5 i ślizgowe opieranie o części nieruchome korpusu 9.Removing the play of the screw mechanism and bearings is beneficial for accurate operation of the grinder. This can be achieved by means of a pressure element, e.g. a wave spring, a disc spring, a helical spring, a leaf spring, an elastomer insert or a set of the above-mentioned elements. In the case of a structure with a screw mechanism regulating the movable burr 2, it is possible to remove the play in the bearings 7, 8 and the screw mechanism with the same pressure element (Fig. 4). The force Fi acting on the outer race of the upper bearing eliminates the play in the bearings and the mechanism, in the same direction in which the forces occur during the target operation of the burrs. In the case of a structure with a screw mechanism regulating the stationary burr 1, in order to obtain a backlash-free mechanical system, the clearance in the bearings must be removed separately and in the screw mechanism separately for the most accurate operation. In bearings this can be done in the same way as in the first case described, but the force F2 must be added to the screw mechanism as shown in Fig. 3. This can be done by locating the pressure element or its assembly in the stationary part of the body 9 and by intermediate elements sliding force transfer to the stationary burr seat 5 or vice versa, by locating them together with the seat 5 and sliding against the stationary parts of the body 9.

Zaletą wynalazku w porównaniu do podobnych rozwiązań z napędem ponad żarnami ale o rotorze nie drążonym, jest również łatwość dostarczenia ziaren kawy do obszaru mielenia. We wspomnianych rozwiązaniach konieczne jest boczne doprowadzenie kawy, co wprowadza komplikacje w konstrukcji. W przedstawionym wynalazku ziarna dostarcza się bezpośrednio w osi żaren (fig. 1), np. poprzez umiejscowienie tam zbiornika na ziarna.The advantage of the invention compared to similar solutions with a drive above the burrs but with a non-hollow rotor is also the ease of delivering coffee beans to the grinding area. In the above-mentioned solutions, it is necessary to supply coffee from the side, which introduces complications in the design. In the presented invention, grains are supplied directly in the axis of the burrs (fig. 1), e.g. by locating a grain tank there.

Przykładową realizację wynalazku przedstawiają rysunki fig. 5, fig. 6 i fig. 7. Na rysunku fig. 5 zauważyć można silnik momentowy sterowany falownikiem. W konstrukcji wymiary samego modułu młynka są bardzo kompaktowe, jednak rozbudowanie obudowy jest konieczne ze względu na gabaryty falownika. W tej konstrukcji luz łożyskowy jest kasowany sprężyną falową opierającą się o oprawę górnego łożyska, natomiast luz mechanizmu śrubowego kasowany jest za pomocą naciskowych sprężyn spiralnych, działających siłą naprężającą na płytkę, która może poruszać się swobodnie w osi żaren ale nie może się obracać. Płytka ta ślizga się po tulei połączonej z siedziskiem regulowanego żarna nieruchomego, zapewniając naprężenie w całym zakresie spiralnego ruchu ustawczego. Ruch ten odpowiadający za grubość mielenia, użytkownik wprawia przez obrót ślimakiem, przekładni ślimakowej, która to w ślimacznicy wykonane ma otwory przez które kołek ślizgający się w pionie względem wspomnianej tulei, przenosi siłę powodującą obrót i ustawienie żarna na danej wysokości.An exemplary implementation of the invention is shown in Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7. In Fig. 5, a torque motor controlled by an inverter can be seen. In terms of design, the dimensions of the grinder module itself are very compact, but expanding the housing is necessary due to the size of the inverter. In this design, the bearing play is removed by a wave spring resting on the upper bearing housing, while the screw mechanism's play is removed by means of spiral pressure springs exerting a tension force on the plate, which can move freely in the burr axis but cannot rotate. This plate slides on a sleeve connected to the seat of the adjustable fixed burr, providing tension throughout the entire range of the helical positioning movement. This movement, responsible for the grinding thickness, is caused by the user by turning the screw, a worm gear, which has holes in the screw wheel through which a pin sliding vertically in relation to the mentioned sleeve transmits the force causing the rotation and setting of the burr at a given height.

Innym przykładem wynalazku jest konstrukcja przedstawiona na fig. 7, w której tradycyjny silnik indukcyjny umieszczony jest w miejsce falownika młynka z fig. 5, natomiast napęd przenoszony jest na rotor przez przekładnię cięgnową z paskiem zębatym. Regulacja grubości mielenia realizowana jest przez ustawianie pozycji osiowej żarna ruchomego przez mechanizm śrubowy, który ustawia się przez przekładnię ślimakową wyniesioną na górę całego korpusu i przenoszącą moment na mechanizm tak jak poprzednio przez kołek ślizgowo pracujący w osi ale przenoszący siłę skręcającą. Kołek porusza się kątowo w wykonanej na promieniu fasoli współosiowo do osi żaren i ślizga się w siedzisku dolnego łożyska, tym samym ustawiając osiowo cały rotor łącznie z łożyskami, które suwliwie w oprawach przemieszczają się osiowo. Rotor jest stale dociskany do siedziska przez umieszczoną na górze sprężynę falową działającą ku żarnom na oprawę górnego łożyska, która w tej konstrukcji odpowiada jednocześnie za kasowanie luzu łożysk i mechanizmu śrubowego. W tej konstrukcji uwzględniono także wykonanie stożka rozszerzającego się ku żarnom, powodującego dodatkową składową siły odśrodkowej prowadzącą ziarna do obszaru mielenia.Another example of the invention is the structure shown in Fig. 7, in which a traditional induction motor is placed in place of the grinder inverter in Fig. 5, and the drive is transferred to the rotor by a pulley transmission with a toothed belt. The grinding thickness is adjusted by adjusting the axial position of the movable burr by a screw mechanism, which is set by a worm gear moved to the top of the entire body and transmitting torque to the mechanism as before through a sliding pin operating in the axis but transmitting the twisting force. The pin moves angularly in the bean made on the radius, coaxially to the burr axis and slides in the lower bearing seat, thus axially aligning the entire rotor, including the bearings, which slide axially in the housings. The rotor is constantly pressed against the seat by a wave spring located at the top, which acts towards the burrs on the upper bearing housing, which in this design is also responsible for eliminating the play of the bearings and the screw mechanism. This design also includes a cone that expands towards the grinders, causing an additional component of centrifugal force leading the grains to the grinding area.

Claims

1. A coffee grinder containing flat burrs, an electric motor and a grinding fineness adjustment mechanism, characterized in that the movable (rotary), engine-driven lower burr (2) is attached to the assembly (3, 4, hereinafter referred to as the rotor), two or more bearing parts, in which there is a blinded hole at the bottom in the axis of rotation and holes (or a hole) cutting through the rotor wall between the axial hole and the area between the burrs and which is located in the center (inside, in the axis of the hole) of the upper stationary burr (1) without touching it.

2. Coffee grinder according to claim 1, characterized in that the drive is provided by a torque motor (10) directly mounted in the burr axis, where the stator is mounted in the grinder body (9) and the ring with magnets on the rotor (4) between the upper and lower bearings or above the upper bearing.

3. Coffee grinder according to claim 1, characterized in that the drive is provided by an AC induction motor or a DC motor (11), and the drive is transmitted by a cable (friction or shaped), toothed (cylindrical, conical or worm) or friction gear (12).

4. Coffee grinder according to claim 1, characterized in that the grinding thickness adjustment mechanism includes a screw mechanism (Fig. 3), in which the threaded, stationary element is the body, and the movable element is the seat of the stationary burr (6) or an intermediate part connected to it.

5. Coffee grinder according to claim 4, characterized in that the grinding thickness adjustment mechanism includes a pressure element, which is a wave spring, a disc spring, a helical spring, a leaf spring, an elastomer insert or a set of the mentioned elements that are stationary in relation to the body and movable in relation to the seat (6) or vice versa.

6. Coffee grinder according to claim 1, characterized in that the grinding thickness adjustment mechanism includes a screw mechanism (Fig. 4), in which the threaded fixed element is the body (9), and the movable element is the lower bearing seat (5), and additionally contains a pressure element (the types of which are shown in claim . 5) or their assembly pressing on the upper bearing housing.

7. Coffee grinder according to claim 4 and 6, characterized in that the screw mechanism is driven by a worm gear.

8. Coffee grinder according to claim. 4 and 6, characterized in that the screw mechanism is connected to the retaining rod and the static part of the grinder includes a row of sockets locking the rod.

9. Coffee grinder according to claim 8, characterized in that the rod locking sockets are in the form of grooves or holes arranged in an array.

10. Coffee grinder according to claim. 1, characterized in that the axis of the burrs is oriented +/- 60° to the vertical.

11. Coffee grinder according to claim. 1, characterized in that the axial hole in the rotor (3, 4) widens towards the burrs.

12. Coffee grinder according to claim. 1, characterized in that the axial hole in the rotor (3, 4) has spiral grooves made on its surface.

13. Coffee grinder according to claim. 1, characterized in that in the grinding thickness adjustment system the screw mechanism is driven by a second electric motor.

14. Coffee grinder according to claim. The bearing arrangement according to claim 1 comprises rolling bearings such as deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, magneto bearings, four-point ball bearings, tapered roller bearings, needle bearings, roller bearings, spherical roller bearings or cross bearings.