DE102005056296B3

DE102005056296B3 - Maischgefäß für die Bierherstellung und Flügelrotor für ein Maischgefäß

Info

Publication number: DE102005056296B3
Application number: DE200510056296
Authority: DE
Inventors: Jörg Binkert; August Lenz
Original assignee: HUPPMANN AG
Current assignee: HUPPMANN AG
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Maischgefäß (01; 13) für die Bierherstellung mit zumindest einem Flügelrotor (06, 07; 14, 15), der rotatorisch antreibbar über dem Boden des Maischgefäßes (01, 13) angeordnet ist, wobei der Flügelrotor (06, 07; 14, 15) zumindest einen sich von der Mittelachse radial nach außen erstreckenden Mischflügel (18, 26) aufweist, und wobei der Mischflügel (18, 16) bei Antrieb des Flügelrotors (06, 07; 14, 15) durch die im Maischgefäß (01, 13) enthaltene Maische (02) bewegt werden kann. Der Mischflügel (18, 26) weist ein strömungsdynamisch geformtes Flügelprofil (19) auf, wobei die Maischeströmung, die bei Antrieb des Flügelrotors (06, 07; 14, 15) am Mischflügel (18, 26) erzeugt wird, aufgrund der strömungsdynamischen Gestalt des Flügelprofils (19) an der Oberseite des Mischflügels (18, 26) eine größere oder kleinere Strömungsgeschwindigkeit aufweist als an der Unterseite des Mischflügels (18, 26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Maischgefäß für die Bierherstellung mit zumindest einem Flügelrotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung einen Flügelrotor, der zur Herstellung erfindungsgemäßer Maischgefäße eingesetzt werden kann.
Bei den bekannten Maischverfahren werden beheizte Maischgefäße, etwa ein Maischbottich oder eine Maischbottichpfanne, zur Aufnahme, Temperierung und Durchmischung der Maische verwendet. Die bekannten Rührwerke mit einer im Bodenbereich der Maischgefäße angeordneten Rührflügelanordnung dienen insbesondere dazu, eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der über dem Boden des Maischgefäßes beheizten Maische zu erzielen. Darüber hinaus dient das Durchmischen der Maische dazu, eine möglichst große Homogenität der Maische zu erreichen.
Bei den bekannten Rührflügelanordnungen werden die Mischflügel rotatorisch durch die Maische bewegt und die Maische durch den Kontakt mit dem Mischflügel seitlich verdrängt. Durch diese Verdrängung wird die erwünschte Durchmischung der Maische erreicht.

Ein Maischge fäß mit einem derartigen Rührflügel ist beispielsweise in der DE 195 05 808 C1 beschrieben.

Nachteilig daran ist es jedoch, dass die Maische auf Grund der Gestaltung der Mischflügel einer sehr starken Scherbelastung ausgesetzt ist, so dass die Maischequalität durch diese Scherbelastung herabgesetzt wird.

Aus der EP 1 243 313 A2 ist eine Mischvorrichtung mit Mischflügeln bekannt. Die Mischflügel weisen dabei ein strömungsdynamisch geformtes Flügelprofil auf. Diese Mischvorrichtung ist insbeonder dazu geeignet zwei verschiedenen Flüssigkeiten oder eine Flüssigkeit mit einem Gas zu vermischen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein neues Maischgefäß für die Bierherstellung mit zumindest einem Flügelrotor vorzuschlagen, mit dem die Maischequalität verbessert werden kann. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung einen Flügelrotor zur Herstellung eines solchen Maischgefäßes vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch ein Maischgefäß bzw. einen Flügelrotor nach der Lehre der beiden unabhängigen Hauptansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die Mischflügel des Flügelrotors ein strömungsdynamisch geformtes Flügelprofil aufweisen. Dieses strömungsdynamische Flügelprofil sorgt dafür, dass bei Antrieb des Mischflügels durch die Maische eine Maischeströmung erzeugt wird, deren Strömungsgeschwindigkeiten auf der Oberseite und der Unterseite des Mischflügels unterschiedlich groß ist. Durch den Geschwindigkeitsunterschied der Strömungsgeschwindigkeiten auf der Oberseite und Unterseite des Mischflügels wird eine Druckdifferenz erzeugt, durch die die Maische quer zur Rotationsrichtung strömt. Diese Strömung quer zur Rotationsrichtung des Mischflügels sorgt im Ergebnis für eine Rollbewegung der Maische im Maischgefäß, bei der die Maische vertikal umgewälzt wird. Dieser vertikalen Rollbewegung der Maische kann dabei eine horizontale Rührbewegung überlagert sein. Da die erfindungsgemäße Maischeströmung durch strömungsdynamische Druckunterschiede am Flügelprofil erzeugt wird, sind die dabei auftretenden Scherbelastungen in der Maische minimal.

Eine weitere Verringerung der Scherbelastung in der Maische bei Antrieb des Mischflügels kann dadurch erreicht werden, dass die erzeugte Maischeströmung entlang der Strömungsoberflächen im Wesentlichen laminar ausgebildet ist und Strömungsturbulenzen vermieden werden. Eine derartige laminare Strömung kann durch entsprechend geeignete Gestaltung der Flügelprofile und geeignete Wahl der Antriebsgeschwindigkeit des Mischflügels erreicht werden.

Abhängig von der Gestaltung des Flügelprofils und von der Wahl des Drehsinns des Flügelrotors können an den Mischflügeln wahlweise nach unten oder nach oben gerichtete Maischeströmungen erzeugt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die am Mischflügel erzeugte Maischeströmung nach unten in Richtung des Bodens gerichtet ist. Denn dies führt im Ergebnis dazu, dass sich die Maische im Maischgefäß an den Mischflügeln, die sich vom Zentrum des Maischgefäßes radial nach außen erstrecken, nach unten strömt und dann ausgehend vom Boden des Maischgefäßes entlang der radial äußeren Begrenzungswand nach oben strömt. Im Ergebnis überlagert sich damit die durch die Mischflügel erzeugte Maischeströmung entlang der radial äußeren Wandung des Maischgefäßes mit der thermisch erzeugten Maischeströmung, die durch Beheizung der Maische an der radial äußeren Wandung des Maischegefäßes entsteht.

Die Gestaltung des Flügelprofils ist grundsätzlich beliebig, solange durch die Strömungsdynamik bei Bewegung des Flügelprofils durch die Maische eine durch Druckunterschiede erzeugte Maischeströmung entsteht, die bei Antrieb des Mischflügels in einer Horizontalebene vertikal nach unten oder vertikal nach oben gerichtet ist. Die Strömungsverhältnisse ähneln dabei der Luftströmung an einer Tragfläche eine Flugzeuges.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Mischflügel ein offenes Flügelprofil auf. Derartige offene Flügelprofile können besonders kostengünstig aus Plattenmaterial, beispielsweise als Blechbiegeteile, hergestellt werden.

Alternativ zum Einsatz eines offenen Flügelprofils kann der Mischflügel auch ein geschlossenes Flügelprofil aufweisen. Durch die Wahl eines geschlossenen Flügelprofils können insbesondere die Strömungsverhältnisse am Mischflügel auf die Erfordernisse des Maischvorgangs optimiert werden.

Die Leistungsfähigkeit der Flügelrotoren beim Durchmischen der Maische im Maischgefäß wird im Wesentlichen durch die Größe der Flügelrotoren begrenzt. Um die Mischleistung trotz dieser Begrenzung bei Bedarf erhöhen zu können, können im Maischgefäß mehrere Flügelrotoren, insbesondere zwei Flügelrotoren, vorgesehen sein.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn jeweils zwei Flügelrotoren einander paarweise zugeordnet sind, wobei diese paarweise zugeordneten Flügelrotoren gegenläufig angetrieben werden. Durch den gegenläufigen Antrieb der paarweise zugeordneten Flügelrotoren wird erreicht, dass die radial gerichtete Umlaufströmung der Maische, die durch die rotatorische Rührbewegung der Flügelrotoren verursacht wird, aufgrund des gegenläufigen Drehsinns der Flügelrotoren insgesamt minimiert bzw. gänzlich eliminiert wird. Im Ergebnis zirkuliert die Maische dann im Wesentlichen nur noch in einer vertikal gerichteten Rollströmung.

Besonders kostengünstig können die Flügelrotoren hergestellt werden, wenn jeweils baugleiche Mischflügel eingesetzt werden. Die Baugleichheit der Mischflügel sorgt zudem dafür, dass sich die an den Mischflügeln herrschenden Strömungsverhältnisse im Wesentlichen entsprechen, so dass die an sich unerwünschte Radialströmung der Maische im Wesentlich eliminiert wird.

Die Anordnung der baugleichen Mischflügel ist dabei so zu wählen, dass die vertikal gerichtete Rollströmung an den paarweise zugeordneten Flügelrotoren jeweils in die gleiche Richtung gerichtet ist und sich damit addiert. Bei gegenläufigem Antrieb der beiden Mischflügel kann dies dadurch erreicht werden, dass die Mischflügel der einander paarweise zugeordneten Flügelrotoren mit jeweils gleicher vertikaler Orientierung relativ zum Boden des Maischgefäßes an den Flügelrotoren befestigt sind. Zugleich sollten die Mischflügel mit jeweils gleicher horizontaler Orientierung relativ zu ihrer jeweils eigenen Drehrichtung an den Flügelrotoren befestigt sein.

Bei manchen Anwendungsformen ist es erwünscht, dass die Maische zusätzlich zu der strömungsdynamisch erzeugten Maischeströmung am Mischflügel zusätzlich nach oben bzw. nach unten verdrängt wird. Diese Verdrängung der Maische am Mischflügel kann dadurch erreicht werden, dass der strömungsdynamisch gestaltete Mischflügel mit einem Anstellwinkel α an der Antriebswelle des zugeordneten Flügelrotors befestigt ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Anstellwinkel α der Mischflügel einstellbar, insbesondere in Abhängigkeit einer bestimmten Regelgröße regelbar, ist.

In welcher Weise die Flügelrotoren angetrieben werden, ist grundsätzlich beliebig. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn jeder Flügelrotor mit einer zugeordneten Antriebswelle unabhängig von den anderen Flügelrotoren antreibbar ist. Im Ergebnis ist es dadurch möglich, dass die Flügelrotoren auch mit jeweils unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten angetrieben werden.

Wahlweise können die Antriebswellen dabei von oben oder von unten in das Maischgefäß ragen. Durch Einsatz von Hohlwellen als Antriebswellen ist es außerdem auch möglich, dass mehrere Antriebswellen von einer Seite des Maischgefäßes ins Innere ragen.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungen der Erfindung schematisch dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines Maischgefäßes mit zwei von unten angetriebenen Flügelrotoren in einem schematisierten Querschnitt;
2 das Maischgefäß gemäß 1 in schematisierter Ansicht von oben;
3 eine zweite Ausführungsform eines Maischgefäßes mit einem von oben und einem von unten angetriebenen Mischflügel im schematisierten Querschnitt;
4 einen Mischflügel mit strömungsdynamisch geformtem Flügelprofil im schematisierten Querschnitt;
5 den Mischflügel gemäß 4 nach Einstellung eines Anstellwinkels α.
1 zeigt ein schematisiertes Maischgefäß 01, in dem Maische 02 gemaischt werden kann. Um die Maische 02 im Maischgefäß 01 erhitzen zu können, ist an der radialen Außenwandung 03 des Maischgefäßes 01 schematisiert dargestellte Heizeinrichtung 04 vorgesehen, bei welcher es sich beispielsweise um dampfdurchströmte Rohre handeln kann. Auf Grund der thermischen Erwärmung der Maische 02 an der Außenwandung 03 strömt die Maische vertikal nach oben, was durch den Strömungspfeil 05 schematisiert angedeutet ist.
Um die so erwärmte Maische gleichmäßig im Maischegefäß 01 verteilen zu können, sind zwei rotatorisch antreibbare Flügelrotoren 06 und 07 vorgesehen, an denen jeweils zwei Mischflügel 26 befestigt sind. Der Flügelrotor 06 wird von einer Antriebswelle 08 und der Flügelrotor 07 von einer Hohlwelle 09 angetrieben. Die beiden Flügelrotoren 06 und 07 werden dabei mit gegenläufiger Drehrichtung angetrieben, so dass sich die durch die Rührbewegung der beiden Flügelrotoren 06 und 07 verursachten Radialströmungen aufgrund des gegenläufigen Drehsinns im Wesentlichen gegenseitig eliminieren.
Die Mischflügel 26 weisen ein strömungsdynamisch geformtes Flügelprofil auf, so dass beim rotatorischen Antrieb der Flügelrotoren 06 und 07 eine Maischeströmung an den Mischflügeln 26 entsteht, bei der die Strömungsgeschwindigkeit an der Ober- und Unterseite der Mischflügel 26 unterschiedlich groß ist. Diese Differenz in der Strömungsgeschwindigkeit führt dazu, dass die Maische 02 durch die rotatorische Bewegung der Flügelrotoren 06 und 07 vertikal nach unten strömt, was durch die Strömungspfeile 10 angedeutet wird. Im Ergebnis führt dies zu einer vertikalen Rollströmung, bei der die Maische im Zentrum des Maischgefäßes 01 nach unten strömt und am radialen Außenrand nach oben strömt. Im Bereich des Bodens 11 des Maischgefäßes 01 strömt die Maische 02 dann von innen radial nach außen, wohingegen die Maische im Bereich der Maischenoberfläche 12 von außen radial nach innen strömt. Die in 1 angebrachten Strömungspfeile 10 deuten dabei die vertikale Rollströmung lediglich schematisch an.
In 3 ist eine zweite Ausführungsform eines Maischgefäßes 13 schematisch dargestellt. Die Flügelrotoren 14 und 15 im Maischgefäß 13 werden wiederum mit gegenläufigem Drehsinn angetrieben, wozu eine Antriebswelle 16, die von oben ins Maischgefäß 13 ragt, und eine Antriebswelle 17, die von unten ins Maischgefäß 13 ragt, vorgesehen ist.
In 4 ist ein Mischflügel 18 in einem schematisierten Querschnitt dargestellt, um die strömungsdynamische Gestaltung des Flügelprofils 19 zu zeigen. Der Mischflügel 18 wird mit seiner Vorderkante 20 in Richtung des Bewegungspfeils 21 durch die schematisiert angedeutete Maische 22 bewegt, so dass die Maische 22 entlang der Oberseite 23 und der Unterseite 24 zur Hinterkante 25 des Mischflügels 18 strömt. Auf Grund des strömungsdynamischen Profils des Mischflügels 18 muss die Maische 22 ausgehend von der Vorderkante 20 zur Hinterkante 25 entlang der Oberseite 23 eine längere Strecke zurücklegen als entlang der Unterseite 24. Diese unterschiedlich lange Strömungsstrecke entlang der Oberseite 23 und der Unterseite 24 führt dazu, dass die Maische 22 auf der Oberseite 23 einen geringeren Druck aufweist, als auf der Unterseite 24. Diese Druckdifferenz führt wiederum dazu, dass die Maische 22 quer zum Bewegungspfeil 21 vertikal angetrieben wird.
Aus 5 sind die Strömungsverhältnisse bei Anstellung des Maischeflügels 18 mit einem Anstellwinkel α schematisch erkennbar. Bei der Anstellung des Maischeflügels 18 wird die Maische 22 zusätzlich zu der durch die Druckunterschiede verursachte Strömung an der Unterseite 24 nach unten verdrängt.

01: Maischgefäß
02: Maische
03: Außenwandung (Maischgefäß)
04: Heizeinrichtung
05: Strömungspfeil
06: Flügelrotor
07: Flügelrotor
08: Antriebswelle
09: Hohlwelle
10: Strömungspfeil
11: Boden (Maischgefäß)
12: Maischoberfläche
13: Maischgefäß
14: Flügelrotor
15: Flügelrotor
16: Antriebswelle
17: Antriebswelle
18: Mischflügel
19: Flügelprofil
20: Vorderkante (Mischflügel)
21: Bewegungspfeil (Mischflügel)
22: Maische
23: Oberseite (Mischflügel)
24: Unterseite (Mischflügel)
25: Hinterkante (Mischflügel)
26: Mischflügel

Claims

Maischgefäß (01; 13) für die Bierherstellung mit zumindest einem Flügelrotor (06, 07; 14, 15), der rotatorisch antreibbar über dem Boden des Maischgefäßes (01, 13) angeordnet ist, wobei der Flügelrotor (06, 07; 14, 15) zumindest einen sich von der Mittelachse radial nach außen erstreckenden Mischflügel (18, 26) aufweist, und wobei der Mischflügel (18, 16) bei Antrieb des Flügelrotors (06, 07; 14, 15) durch die im Maischgefäß (01, 13) enthaltene Maische (02) bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischflügel (18, 26) ein strömungsdynamisch geformtes Flügelprofil (19) aufweist, wobei die Maischeströmung, die bei Antrieb des Flügelrotors (06, 07; 14, 15) am Mischflügel (18, 26) erzeugt wird, aufgrund der strömungsdynamischen Gestalt des Flügelprofils (19) an der Oberseite des Mischflügels (18, 26) eine größere oder kleinere Strömungsgeschwindigkeit aufweist als an der Unterseite des Mischflügels (18, 26).
Maischgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maischeströmung entlang der Strömungsoberflächen des Mischflügels (18, 26) im Wesentlichen laminar ausgebildet ist.
Maischgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Mischflügel (18, 26) erzeugte Maischeströmung nach unten in Richtung des Bodens des Maischgefäßes (01, 13) gerichtet ist.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischflügel offenes Flügelprofil aufweist.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischflügel (18, 26) geschlossenes Flügelprofil (19) aufweist.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flügelrotoren (06, 07; 14, 15), insbesondere zwei Flügelrotoren (06, 07; 14, 15), im Maischgefäß (01, 13) vorgesehen sind.
Maischgefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Maischgefäß (01, 13) einander paarweise zugeordneten Flügelrotoren (06, 07; 14, 15) vorgesehen sind, die gegenläufig antreibbar sind.
Maischgefäß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einander paarweise zugeordneten Flügelrotoren (06, 07; 14, 15) mit im Wesentlichen jeweils baugleichen Mischflügeln (18, 28) ausgestattet sind.
Maischgefäß nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischflügel (18, 26) der einander paarweise zugeordneten Flügelrotoren (06, 07; 14, 15) mit jeweils gleicher vertikaler Orientierung relativ zum Boden des Maischgefäß (01, 13) an den Flügelrotoren (06, 07; 14, 15) befestigt sind.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischflügel (18, 26) der einander paarweise zugeordneten Flügelrotoren (06, 07; 14, 15) mit jeweils gleicher horizontaler Orientierung relativ zur jeweils eigenen Drehrichtung an den Flügelrotoren (06, 07; 14, 15) befestigt sind.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischflügel (18, 26) mit einem Anstellwinkel (α) an der zugeordneten Antriebswelle (08, 09; 16, 17) des zugeordneten Flügelrotors befestigt sind.
Maischgefäß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel (α) der Mischflügel (18, 26) einstellbar, insbesondere in Abhängigkeit von einer Regelgröße regelbar, ist.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügelrotor (06, 07; 14, 15) mit einer zugeordneten Antriebswelle (08, 09; 16, 17) unabhängig angetrieben werden kann.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Antriebswelle (16) von oben und zumindest eine Antriebswelle (17) von unten in das Maischgefäß (13) ragt.
Maischgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Antriebswellen (08, 09) gemeinsam von oben oder von unten in das Maischgefäß (01) ragen, wobei eine der beiden Antriebswellen als Hohlwelle (09) ausgebildet ist.
Verwendung eines Flügelrotors (06, 07; 14, 15) mit einem strömungsdynamisch geformten Flügelprofil (19) als Mischflügel (18, 26) in einem Maischgefäß.