PT2074916E - Máquina de café expresso proporcionada com um melhor comando da bomba e processo de comando - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO Máquina de café expresso proporcionada com um melhor comando da bomba e processo de comando 0 presente invento refere-se a uma máquina de café expresso do tipo proporcionada com uma bomba dispensadora que leva água quente sob pressão a um suporte de filtro contendo pó de café. 0 invento refere-se igualmente a um processo para comandar a bomba de uma tal máquina.

Nestas máquinas, a quantidade e / ou qualidade da bebida dispensada é variável, por vezes, de uma forma aleatoriamente visível, devido às variações de pressão não controladas da água alimentada pela bomba ao café em pó no grupo de infusão. A patente US - A - 2006/0096465 proporciona um processo e aparelho no qual as flutuações da tensão de alimentação eléctrica da máquina são medidas e, com base nesta medição, a alimentação à bomba é comandada, para ajustar o fluxo e temperatura da água.

Um objectivo geral do presente invento consiste em ultrapassar as desvantagens acima mencionadas proporcionando uma máquina de café expresso que - devido ao um melhor controlo da bomba - permite tornar a qualidade / quantidade da bebida dispensada pela máquina mais uniforme e repetivel.

No que diz respeito a este objectivo, de acordo com o invento, é concebida uma máquina para preparar uma bebida de café de acordo com a reivindicação 1.

Ainda de acordo com os princípios do invento, foi concebido um processo para a alimentação eléctrica da bomba de uma máquina para preparar uma bebida de café expresso de acordo com a reivindicação 17. Para explicar os princípios inovativos 1 e as vantagens do presente invento em relação à técnica anterior, são descritas seguidamente - com o auxilio dos desenhos anexos - possíveis formas de realização aplicando estes princípios. Nos desenhos: A figura 1 é uma vista esquemática de uma máquina de café expresso feita de acordo com o invento; A figura 2 é uma forma de realização diferente da máquina da figura 1; A figura 3 é uma vista esquemática de outra máquina de café expresso feita de acordo com o invento.

Com referência às figuras, a figura 1 ilustra um diagrama de blocos de uma máquina para preparar uma bebida de café expresso, identificada na generalidade por 10, feita de acordo com o invento. A máquina 10 compreende uma fonte conhecida de água quente 11 (por exemplo um recipiente com uma caldeira eléctrica) de onde uma bomba eléctrica 12, com vantagem do tipo volumétrico, arrasta a água quente e a transporta sob pressão para um grupo de infusão conhecido 13 contendo o café em pó. O grupo de infusão pode ser, por exemplo, um suporte de filtro no qual o café em pó ou a cápsula são colocados. A bebida de café produzida é dispensada do grupo de infusão para fora. A máquina compreende um circuito 14 para medir uma quantidade eléctrica dependendo da tensão de alimentação eléctrica 15 da máquina. Esta quantidade pode ser directamente a tensão de alimentação da máquina ou a sua fracção, ou, por exemplo, uma corrente eléctrica produzida por esta tensão numa resistência adequada, etc., facilmente imaginável por quem tem experiência na técnica. Na forma de realização típica, o 2 circuito 14 será feito com um microcontrolador conhecido, programado adequadamente, e compreenderá uma entrada de conversor analógico / digital 16 na qual a quantidade a ser medida é aplicada. 0 circuito 14 destina-se aos meios de comando 17 para seleccionar uma quebra de tensão em série em relação à bomba, dependendo da quantidade medida para colocar a tensão de alimentação da bomba dentro de um intervalo pré-definido. Em particular, os meios de selecção compreendem resistências de quebra de corrente 18 que podem ser introduzidas em série em relação à alimentação eléctrica da bomba através de comutadores associados 19 comandados pelo circuito 14.

Os comutadores controlados podem ser, com vantagem, SCRs, cuja porta de comando é controlada por pinos de saída adequados do microcontrolador 14.

Um controlo de dispensador 23 conhecido, por exemplo um comutador temporizado, comanda a actuação da bomba para dispensar a bebida durante um período de tempo pré-definido (ou ajustável de uma forma conhecida).

Na forma de realização da figura 1, as resistência eléctricas 18 estão todas em série, umas em relação às outras, e os comutadores comandados associados estão ligados para selectivamente curto-circuitar uma ou mais resistências da série. Também presente em série, em relação à bomba, está um díodo rectificador de meia-onda 20. Também pode ser proporcionado um filtro "amortecedor" adequado 21, por exemplo do tipo RC, para eliminar os transístores eléctricos. O circuito 14 comanda os comutadores 19 para introduzir um valor de resistência pré-determinado na bomba em série de acordo com a tensão de alimentação da máquina, de forma a manter a tensão de alimentação da bomba num valor pré- 3 determinado (equivalente ou inferior ao da tensão de alimentação minima da máquina que é proporcionada). Verificou-se que, desta forma, a repetibilidade e estabilidade da qualidade e quantidade da bebida dispensada são mais do que satisfatórias em qualquer condição. De facto, verificou-se -nas máquinas da técnica anterior - que a deterioração súbita e aleatória da qualidade e quantidade da bebida devem-se às flutuações inesperada das tensões de alimentação, que deqradam temporariamente o desempenho das bombas e evitam a intervenção da válvula de restrição de saída à pressão adequada.

Para restringir o número de comutadores e resistências de quebra, o circuito de medição e de comando tem, com vantagem, um determinado número de intervalos pré-definidos do valor limite da tensão de alimentação da máquina. Verificou-se ser vantajoso que, em particular, estes intervalos pré-determinados da tensão de alimentação da máquina estejam entre três e dez, de preferência quatro. Associado a cada intervalo, em série em relação à bomba, existe um valor diferente de resistência de quebra. Na forma de realização da figura 1, considerando a actuação dos comutadores 19, um de cada vez (o comutador mais elevado actua no intervalo de tensão minima, enquanto o comutador mais baixo actua no intervalo de tensão máxima), as resistências em série são três. Verificou-se, com vantagem, que associado ao intervalo de nivel mínimo da alimentação eléctrica da máquina devia haver um valor de resistência substancialmente equivalente a zero. Isto implica que o comutador mais elevado 19 curto-circuita todas as resistências. 0 circuito de medição e de comando controlo 14 é feito para determinar, com inicio na quantidade medida, o intervalo dentro do qual a tensão de alimentação eléctrica da máquina está, e para comandar a ligação do valor de resistência de 4 quebra associado para colocar a tensão de alimentação da bomba de volta no intervalo pré-definido.

Entre as distribuições possíveis dos valores limite do intervalo verificou-se ser particularmente vantajoso que os intervalos pré-determinados da tensão de alimentação eléctrica da máquina estejam distribuídos por igual entre um valor máximo pré-determinado e um valor mínimo pré-determinado da tensão de alimentação eléctrica da máquina.

Verificou-se ser vantajoso que, para uma variabilidade pré-determinada da tensão de alimentação eléctrica da máquina de mais ou menos 10%, o intervalo de variação desejado da alimentação eléctrica da bomba seja de pelo menos cerca de 3%, mais ou menos.

Com vantagem, entre uma bomba e o grupo de infusão pode estar também presente um dispositivo adequado limitador de pressão 22, conhecido per se, calibrado para um valor adequado, considerado ideal para a qualidade da bebida (por exemplo, com vantagem, 18 bar). Assim, define-se que a bomba deve ter uma pressão de saída pelo menos equivalente a este valor na sua tensão de alimentação mínima. A pressão de saída da bomba aumenta à medida que a tensão de alimentação eléctrica aumenta. Assim, a pressão de saída é estabilizada no grupo de infusão, mesmo no intervalo de variabilidade único da tensão de alimentação eléctrica da bomba, obtendo-se uma constância de pressão óptima no pó de café, independentemente da tensão de alimentação da máquina no seu intervalo de variabilidade máximo pré-determinado.

Também se verificou vantajoso que seja proporcionado um controlo ou sensor 24 que detecta ou define o tipo de filtro usado de tempos a tempos na máquina, de forma que a alimentação eléctrica da bomba e, assim, a sua capacidade, sejam pré- 5 determinadas para cada tipo de filtro que a máquina pode usar. Pode haver, no microprocessador, uma tabela memorizada ou calendário de cálculo que associe, ao tipo de filtro e à tensão de alimentação medida, uma tensão correspondente ou intervalo de tensão de alimentação eléctrica actual da bomba. A tabela seguinte indica intervalos de intervenção do sistema de alimentação eléctrica da máquina que se consideram particularmente úteis para uma rede eléctrica (nominal) de 230 V. Para esta rede foi considerado um valor mínimo pré-definido de cerca de 198 v e um valor máximo pré-definido de cerca de 254 V. Com valores dentro deste intervalo verificou-se ser vantajoso manter a tensão de alimentação eléctrica da bomba dentro de um intervalo de cerca de 198 - 212 V (isto é, equivalente ao intervalo mais baixo da tensão de alimentação eléctrica da máquina, para a qual a bomba é então ligada directamente à rede).

Intervalo de tensão de alimentação eléctrica 1 De 198 a 212 (198+14) 2 De 213 a 226 (198+28) 3 De 227 a 240 (198+42) 4 De 241 a 254 (198+56) A figura 2 ilustra uma máquina de café, identificada na generalidade por 110, que tem uma variante do circuito da figura 1, operando de uma forma substancialmente análoga. Elementos substancialmente idênticos aos da figura 1 são identificados com o mesmo número, acrescentado de 100.

Assim, a máquina 110 compreende uma fonte conhecida de água quente 111, uma bomba eléctrica 112, um grupo de infusão 6 113 e um dispositivo limitador de pressão 122, possivelmente conhecido, calibrado como está descrito acima. A máquina compreende um circuito de medição e de comando 114 que pode ser ainda proporcionado com um microcontrolador conhecido, programado de forma adequada, e que compreenderá uma entrada de conversor analógico / digital 116 ao qual será aplicada a quantidade a ser medida. A máquina é alimentada por uma fonte de energia eléctrica 115. Um dispositivo de comando 123 actua a operação de distribuição. 0 circuito 114 comanda meios 117 para seleccionar a quebra de tensão em série em relação à bomba, dependendo da quantidade medida, para colocar a tensão de alimentação eléctrica da bomba num intervalo pré-determinado.

Contrariamente ao circuito da figura 1, os meios de selecção 117 compreendem resistências de quebra de corrente 11B que estão ligadas, quer de forma singular ou em paralelo umas às outras, e não em série, tal como na figura 1. Pode ser ainda proporcionado um díodo 120 para ser ligado em série em relação à bomba e também pode ser proporcionado um circuito de filtro RC 121.

Pode ainda ser proporcionado, com vantagem, um comando ou sensor 124 que detecta ou define o tipo de filtro usado de tempos a tempos pela máquina, de forma semelhante e para o objectivo acima mencionado, com referência à forma de realização da figura 1. Assim, o microprocessador 14 terá uma tabela memorizada ou calendário de cálculo associando, ao filtro e à tensão de alimentação eléctrica medida, uma tensão correspondente ou intervalo actual de tensão da alimentação eléctrica da bomba.

Quem tem experiência na técnica entenderá como o circuito da figura 2 irá operar com os mesmos intervalos já descritos na 7 figura 1. A resistência em paralelo de uma pluralidade de resistências pode também permitir obter-se intervalos intermédios para um ajuste mais preciso. A figura 3 ilustrado outra forma de realização da máquina de acordo com o invento. Os números utilizados nesta figura são semelhantes aos da figura 1, mas acrescentados de 200. A máquina 210 compreende uma fonte conhecida de água quente 211 (por exemplo um recipiente com uma caldeira eléctrica) de onde uma bomba eléctrica 212, com vantagem do tipo eléctrico, arrasta a água quente e a leva sob pressão para um grupo de infusão conhecido 213, contendo o pó de café, com vantagem através de um dispositivo limitador de pressão 222 calibrado à pressão considerada ideal. O grupo de infusão pode ser, por exemplo, um suporte de filtro no qual o pó de café ou cápsula são colocados. A bebida de café produzida é dispensada do grupo de infusão para fora. A máquina compreende um circuito 214 para medir uma quantidade eléctrica dependendo da tensão de alimentação eléctrica da máquina 215. Tal como nas formas de realização anteriores, a quantidade pode ser directamente a tensão de alimentação eléctrica da máquina ou a sua fracção, ou também uma corrente eléctrica produzida por essa tensão numa resistência adequada, etc. Na forma de realização típica, o circuito 214 será feito com um microcontrolador programado adequadamente, e compreenderá uma entrada 216 de conversor analógico / digital ao qual será aplicada a quantidade a ser medida. O circuito 214 serve para os meios de comando 217 seleccionarem uma alimentação eléctrica da bomba em função da quantidade medida, para colocar a tensão de alimentação eléctrica da bomba dentro de um intervalo pré-determinado. Em particular, na forma de realização da figura 3, os meios de 8 selecção compreendem um elemento comutador por semi-condutor 17 (IGBT, TRIAC, power MOSFET, etc.) que proporciona, através de um controlo adequado do microcontrolador, um regulador com um dispositivo de corte de fase, conhecido per se por quem tem experiência na técnica. Tal como é conhecido, num comando de corte de fase, o ajuste da tensão na carga obtém-se atrasando o contacto ou antecipando a interrupção da passagem de corrente na única meia-onda. 0 valor da antecipação ou atraso será calculado pelo microcontrolador 214, de acordo com a tensão de rede medida e, possivelmente, de acordo com o tipo de filtro usado, detectado ou definido através de um sensor ou comando 224. Por exemplo, o microcontrolador recolhe a tensão de rede e determina o momento quando esta cruza o nivel nulo-positivo (ponto de cruzamento de nulo-positivo) e o valor quadrático médio.

De acordo com o valor quadrático médio assim medido e com o filtro presente (café ou moka), o microcontrolador calcula o atraso com o qual o elemento comutador 217 actua em relação ao instante de cruzamento de nulo-positivo. A autorização do output digital do microcontrolador pára antes do ponto de cruzamento de nulo-negativo, de tal forma que o elemento de comutação é desarmado automaticamente logo que a corrente que o cruza é anulada (isto ocorre com um determinado atraso em relação ao cruzamento de nulo-positivo, devido à indutância da bomba). 0 atraso da autorização, calculado com vantagem pelo microcontrolador através de tabelas especiais, garante que, para cada um dos tipos de filtro proporcionados, a capacidade da bomba seja pré-determinada e quase constante, mesmo que o valor quadrático médio da tensão de rede varie num intervalo pré-definido. 0 comando de distribuição 223 conhecido comanda a máquina para dispensar a bebida. Também pode ser proporcionado 9 um filtro "amortecedor" adequado 221, por exemplo do tipo RC, para eliminar transístores eléctricos. Entre os parâmetros que podem intervir no cálculo, podem também ser considerados o número de operações de distribuição, guardado com vantagem numa memória interna não volátil do semicondutor. 0 número de operações de distribuição pode ser contado simultaneamente, quer a partir da primeira operação, quer desde a última vez que a máquina foi ligada. Dependendo das operações de distribuição executadas, o microcontrolador varia o atraso de comutação, também para compensar as variações de capacidade da bomba, quer a curto quer a longo prazo, principalmente devido ao aquecimento da bomba durante as operações de distribuição subsequentes, e ao envelhecimento da bomba.

Neste ponto, é claro como os objectos pré-definidos são atingidos, proporcionando um processo para controlar a bomba de uma máquina para preparar uma bebida de café expresso, que proporciona o posicionamento automático em série - em relação à bomba - de uma resistência de quebra de corrente pré-definida para compensar uma variação da tensão de alimentação eléctrica da máquina e, assim, colocar a tensão de alimentação eléctrica da bomba num intervalo de variação pré-determinado. Os circuitos descritos são fáceis de fabricar e baratos, mas permitem obter-se uma grande melhoria na operação da máquina.

Obviamente que a descrição definida acima no que diz respeito à forma de realização que aplica os princípios inovativos do presente invento é proporcionada para exemplificar estes princípios inovativos, e não deverá ser considerada, assim, como restringindo o âmbito da patente aqui descrita. Por exemplo, a máquina pode compreender todos os outros elementos e acessórios típicos da máquina de café expresso, como pode ser facilmente imaginável por quem tem 10 experiência na técnica. 0 valor exacto das resistências dependerá das caracteristicas eléctricas da bomba, como será facilmente imaginável e calculável por quem tem experiência na técnica. As variações de alimentação eléctrica, também dependentes do número de actuações da máquina, podem também ser proporcionadas nas formas de realização das figuras 1 e 2, como é facilmente imaginável por quem tem experiência na técnica.

Lisboa, 26 de Janeiro de 2011. 11

Claims (23)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Máquina para a preparação de uma bebida de café compreendendo uma fonte (11, 111, 211) de água quente, uma bomba eléctrica (12, 112, 212) para levar esta água a um grupo de infusão (13, 113, 213) contendo o pó de café e um circuito (14, 114, 214) para medir uma quantidade eléctrica dependendo da tensão de alimentação eléctrica da máquina e para comandar os meios de selecção (17, 117, 217) para seleccionar uma alimentação eléctrica da bomba em função da quantidade medida para colocar a tensão de alimentação eléctrica da bomba num intervalo pré-determinado, caracterizada por um dispositivo limitador de pressão (22, 122, 222), ajustado para um valor pré-determinado, estar disposto em série com a saída da bomba e a bomba (12, 112, 212), na sua tensão de alimentação mínima, ter uma saída com uma pressão pelo menos equivalente ao dito valor pré-determinado do dispositivo limitador de pressão (22, 122, 222) .
2. 2. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os meios de selecção (17, 117) compreenderem resistências de quebra de corrente (18, 118) podendo ser introduzidas em série com a alimentação eléctrica da bomba através de comutadores associados (19, 119) comandados pelo circuito de medição e de comando (14, 114).
3. 3. Máquina de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por as resistências de corrente (18) estarem em série umas em relação às outras, e os comutadores comandados associados 1 (19) estarem ligados para curto-circuitar selectivamente uma ou mais resistências da série.
4. 4. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um diodo rectificador de meia-onda (20, 120) estar presente em série com a bomba.
5. 5. Máquina de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por os ditos comutadores comandados (19, 119) serem comutadores SCR.
6. 6. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o circuito de medição e de comando (14, 114) ser um circuito de microcontrolador proporcionado com um dispositivo analógico / digital para converter a quantidade eléctrica a ser medida.
7. 7. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os intervalos pré-determinados limite de tensão de alimentação eléctrica da máquina serem programados no circuito de medição e de comando (14, 114, 214), a cada intervalo estando associada uma alimentação eléctrica de bomba diferente, o circuito de medição e de comando (14, 114, 214) estando proporcionado para determinar, a partir da quantidade medida, o intervalo no qual cai a tensão actual de alimentação eléctrica da máquina e comandar os meios de alimentação eléctrica para controlar a alimentação eléctrica associada para colocar de volta a tensão de alimentação da bomba num intervalo pré-determinado. 2
8. 8. Máquina de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por os intervalos pré-determinados da tensão de alimentação eléctrica da máquina serem entre dois e dez, de preferência quatro.
9. 9. Máquina de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por os intervalos pré-determinados da tensão de alimentação eléctrica da máquina serem distribuídos uniformemente entre um valor máximo pré-determinado e um valor mínimo pré-determinado da tensão de alimentação eléctrica da máquina.
10. 10. Máquina de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por os intervalos para um rede eléctrica de 230 V (nominal), considerando um valor mínimo pré-determinado de cerca de 198 V e um valor máximo pré-determinado de cerca de 254 V serem: Intervalo de tensão de alimentação eléctrica 1 De 198 a 212 (198+14) 2 De 213 a 226 (198+28) 3 De 227 a 240 (198+42) 4 De 241 a 254 (198+56)
11. 11. Máquina de acordo com as reivindicações 2 a 7, caracterizada por, no intervalo de nível mínimo de alimentação eléctrica da máquina, um valor de resistência de quebra de tensão substancialmente equivalente a zero estar associado em série em relação à bomba (12, 112).
12. 12. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a variabilidade pré-determinada da tensão de alimentação 3 eléctrica da máquina ser de cerca de 10% mais ou menos, enquanto que o intervalo de variação desejado de alimentação eléctrica da bomba é de cerca de 3% mais ou menos .
13. 13. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo limitador de pressão (22, 122, 222) estar calibrado para um valor pré-determinado de cerca de 18 bar.
14. 14. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os meios de selecção (217) compreenderem um regulador de corrente com um dispositivo de corte de fase.
15. 15. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um dispositivo para contar as operações da máquina e por os meios de selecção de alimentação eléctrica (17, 117, 217) serem igualmente comandadas em função do valor no contador.
16. 16. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender meios (24, 124, 224) para detectar ou definir o tipo de filtro no grupo de infusão e por os meios de selecção de alimentação eléctrica (17, 117, 217) serem igualmente comandados em função do tipo de filtro detectado ou definido.
17. 17. Processo para fornecimento de energia eléctrica à bomba (12, 112, 212) de uma máquina (10, 110, 210) para preparar uma bebida de café expresso, que proporciona a detecção da tensão de alimentação eléctrica da máquina e uma regulação automática da tensão eléctrica da bomba para compensar uma 4 variação da tensão de alimentação eléctrica da máquina e colocar assim a tensão de alimentação eléctrica da bomba num intervalo de variação pré-determinado, caracterizado por um dispositivo limitador de pressão (22, 122, 222) calibrado para um valor de pressão pré-determinado desejado e disposto ao nivel da saida da bomba e a bomba (12, 112, 202) ser seleccionada para ter, na sua tensão de alimentação eléctrica minima, uma pressão de saida pelo menos equivalente a este valor pré-determinado do dispositivo limitador de pressão (22, 122, 222).
18. 18. processo de acordo com a reivindicação 17, que proporciona a colocação automática, em série em relação à bomba (12, 1129 de um valor pré-determinado de resistência de quebra de corrente para compensar a variação da tensão de alimentação eléctrica da máquina e colocar assim a tensão de alimentação eléctrica de bomba no dito intervalo de variação pré-determinado.
19. 19. Processo de acordo com a reivindicação 17, segundo o qual um circuito electrónico (14, 114) da máquina mede uma quantidade eléctrica dependente da alimentação eléctrica da máquina e, em função do resultado de medição, insere um valor pré-determinado de resistência de quebra de corrente para colocar a tensão de alimentação eléctrica da bomba no intervalo de variação pré-determinado.
20. 20. Processo de acordo com a reivindicação 17, segundo o qual o dispositivo limitador de pressão (22, 122, 222) está calibrado para cerca de 18 bar. 5
21. 21. Processo de acordo com a reivindicação 17, segundo o qual a regulação de tensão na bomba (212) é efectuada por corte de fase na meia-onda de alimentação eléctrica segundo o qual igualmente em 110, 210). segundo o qual igualmente em de infusão.
22. 22. Processo de acordo com a reivindicação 17, a alimentação eléctrica da bomba é regulada função do número de operações da máquina (10,
23. 23. Processo de acordo com a reivindicação 17, a alimentação eléctrica da bomba é regulada função do tipo de filtro introduzido no grupo Lisboa, 26 de Janeiro de 2011. 6