Почему еще никто не сделал небольшую доступную по цене вальцовую мельницу? Как трудно это может быть?

Промышленные кофемолки, используемые для производства капсул эспрессо или пакетов молотого кофе в супермаркетах, более или менее исключительно валковые мельницы. Самые сложные из этих кофемолок могут измельчать кофе без значительного нагрева молотого кофе и в процессе этого производить очень узкий гранулометрический состав с минимальными затратами. мелочь. Это делает валковые мельницы идеально подходят для помола кофе, за исключением того неудобства, что они очень дорогие, а также слишком большие и сложные, чтобы их можно было использовать в кафе или маленьких жаровнях.

Что Роликовые кофемолки?

Вальцовая мельница измельчает кофе, пропуская его между парой стальных цилиндров с канавками, которые вращаются друг относительно друга, продавливая кофе через промежуток между ними. Они могут перемалывать огромные объемы кофе, обычно измеряемые в кг / час, что делает их незаменимыми для промышленного применения.

Валковые мельницы могут также производить относительно сферические частицы кофе с очень определенным и узким гранулометрическим составом, что является одной из причин того, что капсулы эспрессо могут производить такие высокие экстракты за короткое время (Дж. Хоффманн, 2015). Многоступенчатый валковые мельницы также может быть сконфигурирован для получения определенных многомодальных распределений частиц по размерам, например, если для эспрессо предпочтительно бимодальное распределение.

Валковые мельницы Используемые в кофе всегда есть как минимум 2 пары валков: первая пара - это предварительные дробилки, которые грубо измельчают зерна на более мелкие кусочки размером около 1 мм. Затем применяется вторая пара срезать стресс, чтобы «разрезать» эти части до желаемого размера (М. Петракко, 2005 г.). Наиболее однородный размер измельчения достигается за счет использования нескольких стадий измельчения, которые постепенно уменьшают размер частиц (Р. Дж. Кларк, 1987).

На поверхности шлифовальных валков есть канавки, называемые гофрами, предназначенные для удержания и разрезания зерен определенным образом. Валки необходимо отливать и резать с большой точностью, а это значит, что изготовление самих валков стоит дорого.

«Необходимо использовать особую технику, называемую центробежным литьем под давлением», - объясняет доктор Стефан Шенкер, глава подразделения кофе в компании. Бюлер: расплавленный металл заливается в форму, которая затем вращается с высокой скоростью, чтобы вдавить металл в края формы и устранить любые микроскопические пузырьки или зазоры.

После того, как валок отлит, гофры в валках необходимо разрезать, обычно под небольшим углом к оси, чтобы они скручивались вокруг валка, чтобы избежать одновременного зацепления всей длины гофра. По словам Шенкера, из-за сложных производственных процессов стоимость сменных валков исчисляется тысячами долларов, если не десятками тысяч.

Дробление и резка

Достижение узкого гранулометрического состава и более сферических частиц требует усилий резания (срезать) вместо того, чтобы раздавить боб (сжатие). Если валки движутся с одинаковой скоростью, частицы дробятся по мере того, как они втягиваются в сужающийся зазор между валками, создавая широкий диапазон размеров частиц по мере дробления зерен.

Для создания режущего движения, которое дает более определенный размер частиц, валки должны двигаться друг относительно друга с разной скоростью. Когда это происходит, поверхности валков перемещаются относительно друг друга, что создает срезать воздействует на частицы кофе. Валковые мельницы используемые для кофе, как правило, имеют наклонные U-образные гофры с очень острыми краями, поэтому этот тип срезать создаваемые силы обычно описываются как «режущие» и действуют аналогично режущему движению ножниц, в отличие от «чистого».срезатьсилы, создаваемые тупым или гладким валком.

Дробление и врезка валковые мельницы. Когда валки движутся с одинаковой скоростью (а), бобы измельчаются сжатие силы (показаны красными стрелками), поскольку они проталкиваются через зазор между валками. Когда валки движутся с разной скоростью (b), частицы «режутся» на срезать силы в противоположных направлениях (показаны красными стрелками). Хотя оба валка поворачиваются к центру, разница в скорости между ними означает, что силы на частицы действуют в противоположных направлениях, создавая срезать сила, необходимая для создания режущего действия роликов.

Контроль относительной скорости каждого из валков по отдельности технически сложен и является основным фактором сложности и размера валковые мельницы. «Современные трехступенчатые кофемолки стоят дорого, потому что мир эспрессо-капсул потребовал технологического скачка», - объясняет техник-измельчитель крупной обжарочной компании. «Качество помола зависит от регулирования скорости валков, что требует новых технологий, таких как инверторы и новые двигатели, а валки требуют новых материалов и высокоточной конструкции».

Регулировка размера помола

Потому что валковые мельницы шлифование в несколько этапов, правильная регулировка размера помола означает не только регулировку зазора между последней парой валков, но и регулировку зазора между каждой парой. Регулировка размера зазора намного сложнее, чем регулировка зазора между концентрическими кофемолки, и требует сложных и дорогостоящих механизмов для управления им (М. Петракко, 2005 г.).

Особая проблема - поддержание выравнивания. В шлифовальных станках, где кофемолки малы и имеют только две оси выравнивания, выравнивание относительно простое и не зависит от изменения размера помола. В паре роликов оба конца должны быть перемещены на одинаковую величину для сохранения выравнивания. Расстояние между точками совмещения и тот факт, что каждый конец должен быть идеально выровнен в трех измерениях, делает выравнивание в валковые мельницы намного сложнее, чем в шлифовальных станках, а инструменты для выравнивания валков сами по себе представляют собой целую отрасль.

Чтобы сохранить узкий гранулометрический состав, необходимо также отрегулировать множество других факторов, включая скорости валков, разницу скоростей между ними, скорость подачи кофейных зерен из бункера, количество используемых стадий измельчения и даже тип валков. использовал. Лучшая конфигурация для данного размера помола должна быть найдена методом проб и ошибок (М. фон Блиттерсдорф и К. Клатт, 2017 г.). Таким образом, регулировка помола часто представляет собой не простой вопрос регулировки зазора между валками, а трудоемкий процесс, требующий квалифицированного оператора, который может включать отключение валков, а также регулировку многих других настроек.

Размер рулона

Первым шагом в производстве компактной вальцовой мельницы было бы уменьшение размеров валков. Однако есть два основных ограничения на размер рулона:

Во-первых, диаметр ограничен из-за того, как кофейные зерна попадают в рулон. «Вам нужен определенный угол [между роликами], называемый углом подачи, который ограничивает размер ролика», - говорит Шенкер. По его словам, это означает, что самые маленькие эффективные рулоны для кофе имеют диаметр 200 мм, что накладывает жесткие ограничения на то, насколько хорошо эти кофемолки могут масштабироваться.

Угол подачи, также называемый углом зажима, представляет собой угол между роликами в точке их контакта с зерном (показано красным). Ролики меньшего размера (b) имеют больший угол подачи, что влияет на их способность втягивать кофе в зазор между роликами.

Второе ограничение связано с системами охлаждения. Поскольку диаметр валков должен быть намного больше, чем толщина кофемолки, при нагревании они расширяются намного больше, чем кофемолки делать. Шенкер объясняет, что при измельчении эспрессо зазор между валками составляет всего несколько микрон, поэтому даже небольшое расширение стали может вызвать проблемы.

Валковые мельницы обычно охлаждаются водой, протекающей через сердцевину валка. По его словам, этот тип механизма охлаждения возможен только при определенной длине рулона, что ограничивает их размер. «Если вы действительно хотите получить стабильный результат, вам потребуется охлаждение».

Насколько маленький может Роликовые кофемолки Быть?

Размер механизмов, необходимых для установки и регулировки зазора и скорости шлифования, а также сложность получения правильных настроек означает, что даже самые маленькие валковые мельницы непрактичны в условиях кафе.

Однако есть несколько примеров меньшего валковые мельницы там. Валковые мельницы обычно используются, например, для измельчения зерна для пивоварения, и для этого можно даже купить небольшие ручные мельницы. Однако особые требования к помолу кофе означают, что этот тип мельницы не подходит для кофе. «Кофе - один из самых сложных процессов измельчения, которые можно встретить в пищевой промышленности», - говорит Шенкер. «Гранулометрический состав очень важен, а кофе обладает непростыми свойствами: он повсюду прилипает из-за масел и статического электричества».

Поскольку при пивоварении распределение частиц по размеру не так важно, эти мельницы могут быть изготовлены с использованием гораздо более простых механизмов, которые просто измельчают зерна, однако это делает их бесполезными для использования в кофе, где эквивалентная мельница с жерновами может производить намного лучший качество помола.

«Bühler прямо сейчас работает над валковой мельницей меньшего размера под названием Grindprecise, разработанной для обеспечения высокой точности, но с меньшей производительностью, например, для наполнения капсульных систем», - говорит Шенкер. Однако даже этот небольшой завод будет рассчитан на производительность около 50-200 кг в час. В самая маленькая коммерческая вальцовая мельница Доступный для кофе имеет две пары роликов, а не три обычных, и использует необычно маленькие 140-миллиметровые ролики, но его основная часть все еще превышает метр в высоту и полметра в ширину, даже без подставки и бункера.

Это также валковые мельницы, предназначенные для лабораторного использования, которые имеют те же механизмы, что и их полноразмерные собратья, и используют рулоны того же диаметра, но гораздо меньшей длины. Их можно использовать для тестирования различных конфигураций для достижения идеального гранулометрического состава. Однако из-за того, что требуются сложные механизмы, это все еще очень большие единицы оборудования по сравнению с дисковыми шлифовальными машинами.

«Валковые мельницы нужны три пары валков для мелкого помола, несколько мощных двигателей, скребки, чтобы валки оставались чистыми, и механизм подачи, чтобы зерна равномерно подавались на валки », - поясняет Шенкер. «В дисковой шлифовальной машине вся эта работа выполняется за один этап».

Будущее

Учитывая не только ограничения по размеру и стоимости, но и сложные настройки, необходимые для установки размера помола, валковые мельницы остаются непрактичными для использования в малых масштабах. Однако это не означает, что в будущем будет невозможно построить валковую мельницу меньшего размера, - говорит Шенкер. «Если бы вы спросили меня, возможно ли это, я бы сказал теоретически, что да. Это все равно будет громоздко и дорого, но в то же время вам придется пойти на компромисс в отношении вещей ".

Точность производства постоянно повышается, а новые покрытия и материалы, такие как керамика, обладают повышенной твердостью и жесткостью. Валковый зазор и центровка в современных валковые мельницы может управляться компьютером, что позволяет вносить незначительные изменения в размер помола во время работы, а не при выключенной кофемолке (Д Ефрем, 2006), что является важным шагом на пути к упрощению их использования.

Стоит отметить, что внимание к качеству помола появилось относительно недавно, отмечает Шенкер. «Все больше и больше производителей осознают, что гранулометрический состав действительно имеет значение - с появлением капсульных систем это резко изменилось», - говорит он. «За последние 5-7 лет это стало более важным, но на самом деле это зависит от области применения - для розничных упаковок фильтрованного кофе никого не волнует [гранулометрический состав]». Даже некоторые крупные производители не спешили переходить на валковые мельницы, он говорит. «Я даже видел большие фабрики, использующие около 30 дисковых шлифовальных машин вместо вальцовых мельниц».

Возможно, это означает, что как валковые мельницы получить более широкое распространение, стоимость может несколько снизиться, даже если есть ограничения по размеру. Однако качество помола, доступное на шлифовальных станках, также улучшается, например, с помощью новые материалы и конструкции заусенцев, или лучший контроль над скорость шлифования и температура, что может уменьшить зазор, существующий в настоящее время между шлифовальными станками и валковые мельницы.