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Die
Erfindung betrifft einen Rührflügel für Maischgefäße zum Maischen
von Wasser und Malzschrot und/oder anderen stärkehaltigen Rohstoffen für die Bierherstellung
und ein Verfahren zum Maischen eines solchen Gemisches.
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Solche
Verfahren zum Maischen sind im Stand der Technik bekannt. Dabei
wird in einem ersten Schritt das geschrotete Malz und das Brauwasser zu
einem Brei, der Maische, vermengt und daraufhin in einem zweiten
Schritt erhitzt. Beim Erhitzen kommt es zum Aufschluss der Stärkemoleküle, wobei
die in der Maische enthaltenen Enzyme die Stärke in Malzzucker aufspalten.
Ebenso wird das vorhandene Eiweiß zerlegt. Der Aufheizvorgang
sollte möglichst
homogen verlaufen, um eine Überhitzung
zu vermeiden. Die Maische wird danach geläutert, wobei sich die Feststoffe
im Läuterbottich
abscheiden und die Würze übrig bleibt.
Insgesamt sind diese Prozesse zeitaufwendig und tragen nicht unerheblich
zu den Herstellungskosten bei.
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Um
eine schnelle und gründliche
Durchmischung zu erzielen, werden üblicherweise Rührwerke
mit Rotoren benutzt. Zur weiteren Verbesserung der Durchmischung
wurde weiterhin vorgeschlagen die Rührwerke mit Vibrationselementen,
insbesondere mit Ultraschall quellen, zu unterstützen. Solche Rührwerke
sind beispielsweise aus der
DE 297 13 506 U1 und der
DE 100 26 723 A1 bekannt.
Jedoch hat sich ergeben, dass selbst mit einem solchen Maischgefäß der Maischeprozess
noch weiter optimiert werden kann.
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Davon
ausgehend ist es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Rührflügel für Maischgefäße und ein
Verfahren zum Maischen zur Verfügung
zu stellen, die ein verbessertes Maischen und somit verkürzte Prozesszeiten
erlauben.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Rührflügel für Maischgefäße mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 und dem Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 9 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Durch
die Bereitstellung eines Rührflügels mit
mindestens zwei übereinander
angeordneten Flügelflächen, der
gleichzeitig an mindestens einer Flügelfläche ein Vibrationsele ment aufweist,
wird erreicht, dass einerseits dank der mindestens doppelten Flügelflächen die
Maische schonend, jedoch effektvoll durchmischt wird, wobei zusätzlich durch
das ortsnahe Vorhandensein eines Vibrationselements, das mit dem
Rührflügel mitläuft, durch
die erzeugten zusätzlichen
Wellen in der Maische die Durchmischung weiter verbessert wird.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass der im Maischeprozess entstehende Extrakt
schneller zunimmt und ebenso schneller abgeläutert werden kann. Dabei muss
die Flügelfläche nicht über die
gesamte Rührflügellänge mit
mehreren Flügelflächen ausgebildet
sein. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Rührflügel der
als Rotor eines Rührwerks
ausgebildet ist, wobei üblicherweise
der Rotor zwei gegenüberliegende
Rührflügel aufweist.
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Vorzugsweise
wird das Vibrationselement im Wesentlichen in radialer Richtung
angeordnet. Insbesondere Vibrationsstäbe, wie beispielsweise Rüttelstäbe, haben
sich dann als besonders wirksam herausgestellt, wenn sie in einem
Rührwerk
in radialer Richtung, angeordnet sind. Unter radial versteht man hierbei
die Richtung entlang des Rührflügels zur Drehachse
hin.
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Bevorzugt
kann das Vibrationselement des Rührflügelrotors
von innen nach außen
ansteigend angeordnet sein. Für
Rührflügel, die
bezüglich
ihrer Drehachse einen Winkel kleiner 90° bilden, bedeutet dies, dass
das Vibrationselement vorteilhafterweise einen noch kleineren Winkel
mit dieser Drehachse bildet. Dank dieser Anordnung erfährt die
Maische am Rand des Maischgefäßes auch
Kräfte
in Richtung Mitte des Maischgefäßes, so
dass die Maische über das
gesamte Volumen durchmischt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann
das Vibrationselement an der obersten Flügelfläche angeordnet sein. Somit
liegt das Vibrationselement möglichst
weit vom Boden des Maischgefäßes innerhalb
des Maischevolumens. Somit kann die positive Auswirkung der Wellenausbildung
möglichst weit
in das Maischevolumen hineinreichen. Folglich wird die Durchmischung
verbessert und die Prozessdauer verringert sich weiter.
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Weiterhin
kann zumindest die oberste Flügelfläche in Rotationsrichtung
ein gewinkeltes Profil aufweisen, wobei das Vibrationselement am
in Rotationsrichtung gesehenen hinteren Teil der obersten Flügelfläche angeordnet
ist. Eine gewinkelte Geometrie in Rotati onsrichtung der Flügelfläche ermöglicht eine
weiter verbesserte Durchmischung, da die Maische schonend in den
Flügelbereich
aufgenommen wird, durch die Winkelung dann vermischt wird, ohne dass
negative Effekte wie Scherkräfte
auf die Maische einwirken.
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Vorteilhafterweise
kann die Vibrationsfrequenz des Vibrationselements in einem Bereich
von 90 bis 150 Hz, insbesondere in einem Bereich von 100 bis 120
Hz liegen. Gerade in diesem vom Ultraschallfrequenzbereich im Stand
der Technik so unterschiedliche Frequenzbereich hat sich überraschenderweise
eine weitere Verbesserung der Durchmischung und somit Verkürzung der
Prozessdauer ergeben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann das Vibrationselement vibrationsarm an der Flügelfläche befestigt
sein. Somit kann das Design des Rührflügels selbst einfach gehalten
werden, da zusätzliche
Belastungen durch die Vibrationen nicht berücksichtigt werden müssen.
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Vorzugsweise
kann ein Leerrohr zur Aufnahme der Stromversorgung des Vibrationselements
am oder in dem Rührflügel angeordnet
sein. Die elektrische Versorgung ist somit nicht in Kontakt mit
der Maische. Weiterhin kann durch das Vorhandensein des Leerrohrs
im Rührflügel dieser
weiterhin leicht gereinigt werden, da sich kein Material an der
Stromversorgung festsetzen kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden im Gemisch mit Wasser und Malzschrot und/oder anderen stärkehaltigen
Rohstoffen in einem Maischgefäß bei der
Bierherstellung, ausgehend von einem Vibrationselement, zumindest
teilweise im Gemisch Vibrationswellen erzeugt. Dabei befindet sich das
Vibrationselement an einem im Mischgefäß befindlichen Rührflügel mit
mindestens zwei übereinander
angeordneten Flügelflächen und
läuft mit
diesem mit.
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Somit
wird die durch den Doppelflügel
erzielte schonende und wirksame Durchmischung, weiter durch das
Einführen
von Vibrationswellen, wie beispielsweise Schock- oder Stoßwellen, weiter verbessert.
Dies führt
zu einer Verkürzung
der Prozessdauer des Maischens, da ein schnellerer Aufschluss des Malzschrots
bzw. der stärkehaltigen Rohstoffe
erzielt wird. Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass auch der Läuterprozess
beschleunigt wird.
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Bevorzugt
können
die Vibrationswellen im radial äußeren Bereich
des Maischgefäßes erzeugt werden.
In diesem Bereich sind die positiven Vermischungseffekte mit Hilfe
der Wellen am effektivsten, so dass nicht entlang dem gesamten Radius
des Rührflügels Vibrationselemente
vorhanden sein müssen.
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Vorzugsweise
können
die Vibrationswellen durch eine Vibrationsfrequenz im Bereich von
90 bis 150 Hz, insbesondere in einem Bereich von 100 bis 120 Hz
erzeugt werden. Für
diese Vibrationsfrequenzen konnte die Prozessdauer weiter verkürzt werden.
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Insbesondere
ergeben sich beim erfindungsgemäßen Verfahren,
das zu einer Verbesserung und Verkürzung des Maischens und/oder
Läuterns
führt, die
weiteren in der Beschreibung des Rührflügel erwähnten Vorteile.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren
erläutert,
wobei die
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1 eine
schematische Ansicht eines Maischgefäßes mit erfindungsgemäßem Rührflügel darstellt,
und
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2 detaillierter
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Rührflügels für Maischgefäße darstellt.
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1 stellt
schematisch einen Querschnitt eines Maischgefäßes 1, wie bei der
Bierherstellung benutzt, dar. Im Inneren des Maischgefäßes 1 ist über dem
Bodenbereich ein Rührwerk 3 angeordnet, das
in dieser Ausführungsform
zwei radial insbesondere gegenüberliegend
angeordnete Rührflügel 5a und 5b aufweist.
Das Rührwerk 3 wird
mit Hilfe eines Antriebssystems 7 um die Drehachse D angetrieben werden.
Sowohl die Form des Maischgefäßes 1 als auch
die exakte Anordnung des Rührwerks 3 bezüglich dem
Maischgefäß 1 können variiert
werden. Je nach Bodenform können
die Rührflügel 5a, 5b auch unter
anderen Winkeln α bezüglich der
Rotationsachse D angeordnet sein.
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Schematisch
dargestellt ist, sowohl am rechten als auch am linken Rührflügel 5a, 5b,
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Rührflügels, der zwei übereinander
angeordnete Flügelflächen 7a, 7b,
zumindest im achsfernen Bereich, aufweist. Die Länge der Flügelflächen 7a, 7b kann
dabei in der radialen Richtung R variieren und muss auch nicht für beide
Flügel
gleich sein. Weiterhin müssen
die Flügelflächen auch
nicht zwangsweise parallel zueinander angeordnet sein. Ebenso denkbar
sind Rührflügelanordnungen
mit mehr als zwei Flügelflächen.
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An
der obersten Flügelfläche 7b ist
weiterhin ein Vibrationselement 9, hier stabförmig, beispielsweise
in Form eine Rüttelstabs,
angeordnet. Das Vibrationselement 9 ist vibrationsarm,
beispielsweise über
verformbare, insbesondere elastomere Elemente (nicht dargestellt),
mit der obersten Flügelfläche 7b verbunden.
Diese verhindern, dass die Vibrationen des Vibrationselements 9 auf
die Flügelflächen 7a, 7b bzw.
den ganzen Rührflügel 5a, 5b übertragen werden.
In dieser Ausführungsform
des Rührflügels 5a, 5b verläuft der
Rüttelstab
im wesentlichen Parallel zur radialen Richtung. Zur weiteren Optimierung der
Vermischung und des Maischvorgangs kann das Vibrationselement 9 aber
auch unter einem Winkel kleiner als Winkel α angeordnet sein. Das Vibrationselement 9 kann
so ausgelegt sein, dass es Wellen durch elektromechanische Verformung
oder durch eine Hin- und Herbewegung in die Maische (nicht dargestellt)
einführt.
Dabei wurden für
den Frequenzbereich 90 bis 150 Hz, bzw. 100 bis 120 Hz die besten
Maische- und Läuterergebnisse
erzielt.
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Ferner
ist das Vibrationselement 9 über ein Leerrohr 11 mit
dem Rührflügel 5a verbunden.
In diesem Leerrohr 11 verläuft die Stromversorgung des Vibrationselements 9.
Vom Flügelbereich 7a, 7b an verläuft das
Leerrohr 11 im Wesentlichen innerhalb des Rührflügels 5a,
bzw. dient der Rührflügel selbst als
Aufnahmebereich für
die Stromversorgung.
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2 zeigt
eine detailliertere Darstellung des radialen Endbereichs eines erfindungsgemäßen Rührflügels 5a' bzw. 5b'. Hierbei hat
der in 2 dargestellte Rührflügel 5a', 5b' im Wesentlichen die gleichen Elemente
wie der schematisch dargestellte Flügel 5a, 5b der
ersten Figur. Im Zusammenhang mit dieser Figur beschriebene Eigenschaften
und Vorteile sind auch auf den Rührflügel der 2 anwendbar und
werden daher nicht mehr im Detail wiederholt.
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Der
Rührflügel 5a' bzw. 5b' umfasst insbesondere
einen Drehachsennahbereich 13, eine untere Flügelfläche 7a', eine obere
Flügelfläche 7b', das Vibrationselement 9,
das Leerrohr 11, elastische Elemente 15a und 15b,
die zur vibrationsarmen Befestigung des Vibrationselements 9 an
der oberen Flügelfläche 7b' dienen, sowie
eine vibrationsisolierende Befestigung 17 des Vibrationselements 9 an
der oberen Flügelfläche 7b'. Die vibrationsisolierende
Befestigung 17 ist hier nur auf einer Seite dargestellt.
Das Vibrationselement kann aber auch beidseitig eine solche isolierende
Befestigung aufweisen. Zur besseren Illustrierung der Flügelgeometrien
wurde in 2 am in radialer Richtung gesehenen äußeren Rand
der Flügelflächen 7a' bzw. 7b' deren Verbindungswand
weggelassen. Zur Stabilisierung der Flügelflächen wird eine solche jedoch,
wie auch in 1 angedeutet, benötigt. Das
Leerrohr 11 ist teilweise gestrichelt dargestellt, um anzudeuten,
dass es innerhalb des vibrationsisolierenden Elements 15a und innerhalb
des drehachsennahen Bereichs 13 verläuft.
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Das
verwendete Vibrationselement 9 ist stabförmig, beispielsweise
ein Innenvibrator oder Rüttelstab,
und ist so ausgebildet, dass durch mechanische Bewegung des Vibrationselements 9 im angrenzenden
Medium, der Maische, wenn diese in das Maischgefäß 1 eingefüllt ist,
Wellen erzeugt werden.
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Die
vibrationsisolierenden Elemente 15a, 15b sind
verformbare Körper,
bevorzugt Elastomere, die auch Teil des Vibrationselements 9 selbst
sein können.
Die vibrationsisolierende Befestigung 17 nutzt ebenso Elastomere,
um das Vibrationselement 9 am Rührflügel 5a', 5b' zu befestigen wobei gleichzeitig
eine Vibrationsisolierung ermöglicht
wird. Somit wirken die durch das Vibrationselement auftretenden Kräfte nicht
oder nur vermindert auf die Flügelflächen 7a', 7b' bzw. die Rührflügel 5a', 5b'.
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Der
erfindungsgemäße Rührflügel 5a', 5b' umfasst zumindest
zwei übereinander
angeordnete Flügelflächen 7a', 7b', die in dieser
bevorzugten Ausführungsform
eine in Drehrichtung R gewinkelte Form aufweisen. Dank dieser Doppelflügelausbildung
mit Winkeln wird die Maische schonend, jedoch wirksam durchrührt, ohne
dass es zu unerwünschten Effekten
wie Scherkräften
oder Viskositätserhöhungen kommt.
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Dank
der Kopplung des Vibrationselements 9 an die obere Flügelfläche 7b' kommt es weiterhin zu
synergistischen Effekten zwischen den durch das Vibrationselement
entstehenden Wellen in der Maische und der Durchmischung durch den
Doppelflügel.
Dadurch wird die Durchmischung weiter verbessern und der Maischeaufschluss
beschleunigt.
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In
der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das stabförmige Vibrationselement 9 in Drehrichtung
gesehen am hinteren oberen Teil der gewinkelten oberen Flügelfläche 7b' von innen nach außen ansteigend
angeordnet. Insbesondere steigt es stärker an als der Drehachsennahbereich 13.
Dabei verläuft
auch die obere Flügelfläche 7b' in seinem hinteren
Teil radial von innen nach außen
ansteigend. Hierzu ist die Fläche
der oberen Flügelfläche 7b' in Drehrichtung
zweimal gewinkelt und weist insgesamt eine trapezförmige Fläche auf.
Durch diese schräg nach
oben ansteigenden Verläufe
sowohl der oberen Flügelfläche 7b' als auch des
Vibrationselements 9 wird ermöglicht, dass die von den Flügelflächen 7a', 7b' durchmischte
Maische auch in Richtung der Drehachse bewegt wird, um somit nicht
nur eine Durchmischung in Drehrichtung sondern auch senkrecht dazu
zu erreichen.
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Die
dargestellte Flügelgeometrie
stellt nur eine Möglichkeit
dar und kann je nach Anforderung abgeändert werden. Insbesondere
können
die Flügelflächen 7a', 7b' in radialer
Richtung R länger
oder kürzer
ausgebildet sein und auch die untere Flügelfläche entsprechend der oberen
Flügelfläche 7b' mit einem dritten
abgewinkelten Bereich versehen sein. Weiterhin ist es möglich, dass
die beiden Flügelflächen parallel
ausgebildet sind und nicht wie in der 2 dargestellt
Winkelbereiche aufweisen, die zueinander schräg verlaufen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Maischen eines Gemischs mit Wasser und Malzschrot und/oder anderer
stärkehaltiger
Rohstoffe in einem Maischgefäß wird nun
im Folgenden erläutert.
Hierbei findet das Verfahren in einem wie in 1 gezeigten
Maischgefäß 1 unter
Nutzung eines Rührwerks 3 mit
einem Rührflügel 5a, 5b, 5a', 5b' gemäß 1 oder 2 statt.
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Hierzu
werden Wasser und Malzschrot bzw. andere stärkehaltige Rohstoffe in das
Innere des Maischgefäßes 1 eingelassen.
Danach werden die Bestandteile durch Rotation des Rührflügels 5a' und des gegenüberliegenden
Rührflügels 5b' des Rührwerks 3 um
die Achse D umgerührt
und miteinander vermischt. Zusätzlich
wird das dadurch entstehende Gemisch erhitzt. Durch die Erhitzung
kommt es durch die in dem Gemisch enthaltenen Enzyme zu einem Stärkeabbau
im Malz, wodurch Malzzucker entsteht. Ebenso wird das im Schrot
vorhandene Eiweiß zerlegt
bzw. abgebaut. Auch wird dadurch die Viskosität der Maische schneller erniedrigt,
was sich positiv im Hinblick auf eine Verkürzung des Läuterprozesses auswirkt.
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Erfindungsgemäß werden
während
des Maischvorgangs ausgehend von dem Vibrationselement 9,
das sich an der oberen Flügelfläche 7b' des Rührflügels 5a', 5b' befindet, und
somit mit diesem bei der Rotation mitläuft, zumindest teilweise im
Gemisch Vibrationswellen erzeugt. Diese Wellen überlagern sich mit der durch
den Doppelflügel
hervorgerufenen Durchmischung derart, dass der Maischprozess beschleunigt
wird. Insbesondere wurde festgestellt, dass der Extrakt schneller
zunimmt bzw. mehr Extrakt gewonnen wird. Insbesondere wird ein Zeitgewinn
von bis zu 20 % bei höherem
Extraktanteil erzielt. Dabei wurden bei einer Vibrationsfrequenzen von
90 bis 150 Hz, insbesondere von 100 bis 120 Hz die besten Ergebnisse
erzielt.
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Nach
Beendigung des Maischvorgangs wird die Maische in einen nicht dargestellten
Läuterbottich,
der als eine Art Filter wirkt, gepumpt.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass sich durch die Benutzung des Vibrationselements 9 am
Doppelflügel 7a, 7b auch
die Läuterzeit
verkürzen lässt. Im
Vergleich zu einem Läuterprozess
einer Maische, die nicht mit einem Vibrationselement 9 an einem
Doppelflügel 7a', 7b' hergestellt
wurde, wurden Läuterprozessdauerverkürzungen
von 15 bis 20 % erzielt. Dies lässt
sich vor allem darauf zurückführen, dass
bei gleicher Läutermenge
weniger Tiefschnitte in den Treber nötig sind. Da diese Tiefschnitte
zeitaufwendig sind, ohne dass weiter abgeläutert werden kann, kann dank
des erfinderischen Verfahrens somit sowohl der Maischprozess selber
als auch der Läuterprozess
verkürzt
werden, wodurch folglich insgesamt der Brauprozess beschleunigt
und die damit verbunden Kosten vermindert werden. Auch kann dadurch
ein im Stand der Technik eventuell zusätzlich erforderliches Maischgefäß in Folge
der verkürzten
Maischzeit eingespart werden.