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Die
Erfindung betrifft ein Einlaufelement gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
der Bierherstellung gibt es mehrere Bereiche, in denen Feststoffe
aus Flüssigkeiten abgetrennt werden müssen. Ein
Beispiel ist der Whirlpool, der im Sudhausprozess nach der Würzepfanne
zur Heißtrubabscheidung eingesetzt wird. Die Würze wird
dabei im Wesentlichen tangential in die Kammer des Whirlpools eingebracht.
Die Würze wird dabei in eine rotierende Bewegung übergeführt,
so dass in bekannter Weise der Heißtrub mittels Whirlpooleffekt abgeschieden
werden kann (siehe z. B. Ludwig Narziß "Abriss
der Bierbrauerei", 5. Auflage, Ferdinand Enkel Verlag,
Stuttgart, 1986, Seite 319). Auch zur Bierfiltration werden
diverse Einrichtungen zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten
eingesetzt, wie beispielsweise Hydrozyklone, bei denen ebenfalls
die im Wesentlichen tangential (d. h. z. B. bis zu einem Winkel
von etwa 23° zur Tangente) eingeleitete Flüssigkeit
in Rotation versetzt wird.
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Es
ist jedoch schwierig, ein Einlaufelement bereitzustellen, das die
zu klärende Flüssigkeit auf einfache und schonende
Art und Weise auffächert und in eine rotierende Bewegung
bringt und darüber hinaus einfach und kostengünstig
zu fertigen ist. Darüber hinaus weist ein herkömmlicher
Whirlpool bzw. Filter einen relativ großen Durchmesser
von 0,5 m bis 8 m auf, um mittels Whirlpooleffekt den Heißtrub zuverlässig
abzuscheiden und um eine ausreichende sehr feststoffarme Anstellwürze
zu erreichen.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Flüssigkeitszulauf bereitzustellen, der sehr einfach
und kostengünstig gefertigt werden kann und darüber
hinaus eine verbesserte Feststoffabscheidung aus der Flüssigkeit,
insbesondere eine verbesserte und schnellere Trubabscheidung mit
sich bringt.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch,
dass das Einlaufelement ein gebogenes Bauteil umfasst, das die Kammerwand
durchreicht, kann das Bauteil als Ganzes in eine Öffnung
in der Kammerwand eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine
besonders einfache und kostengünstige Fertigung. In geschickter
Weise weist das Bauteil einen Rohrabschnitt auf, der in eingebautem
Zustand zumindest teilweise außerhalb der Kammer liegt
und der in einen Wandabschnitt übergeht, der der Innenseite
der Kammerwand gegenüberliegt. Somit kann über
den Rohrabschnitt Flüssigkeit zugeführt werden,
wobei sich zwischen dem Wandabschnitt und der Innenseite der Kammerwand
ein Kanal ergibt, an dessen Ende eine spaltförmige Öffnung
vorgesehen ist, über die die Flüssigkeit in die
Kammer eintreten kann. Die Flüssigkeit aus dem Rohrabschnitt
wird somit zwischen Wandabschnitt und Innenseite der Kammerwand
umgeleitet, so dass die Innenwand der Kammer von der Flüssigkeit
angeströmt wird und der Inhalt in der Kammer in effizienter
Weise in eine rotierende Bewegung gebracht werden kann. Mit Hilfe
eines derartigen Einlaufelements kann der Whirlpooleffekt in der
Kammer verbessert werden, so dass es z. B. zu einer verbesserten
und schnelleren Trubabscheidung kommt und mit der Würzekühlung
früher begonnen werden kann. Somit kann insgesamt der Kammerdurchmesser,
d. h. z. B. der Whirlpooldurchmesser verkleinert werden.
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Vorteilhafterweise
kann das gebogene Bauteil ein Formteil, insbesondere ein einfach
gebogenes Blech sein, das besonders günstig durch Biegen hergestellt
und auf einfache Art und Weise in die Kammerwände eingeschweißt
werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Einlaufelement weist im eingebauten
Zustand einen im Wesentlichen trillerpfeifenförmigen Querschnitt
auf. Das heißt, dass das Mundstück der Trillerpfeife,
das durch den Wandabschnitt gebildet wird, innerhalb der Kammer liegt,
während der ”Bauch” der Trillerpfeife,
der dem Rohrabschnitt entspricht, zumindest teilweise außerhalb
der Kammer liegt. Eine solche Form des Einlaufelements kann besonders
einfach durch einfaches Biegen eines Werkstoffs hergestellt werden
und darüber hinaus auch besonders einfach auch nachträglich
in eine Öffnung in einer Kammerwand eingesetzt und eingeschweißt
werden.
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Vorteilhafterweise
weist das gebogene Bauteil an seiner Ober- und/oder Unterseite eine
Abdeckung auf, die den Rohrabschnitt und den Kanal zwischen Wandabschnitt
und Kammerwand abdeckt. Wenn die Abdeckung beispielsweise an der
Oberseite des Bauteils befestigt ist, kann der Flüssigkeitszulauf über
die Unterseite des Rohrabschnitts erfolgen. Durch die Abdeckung
ist dann sichergestellt, dass die Flüssigkeit nicht nach
oben abfließt, sondern in den Kanal zwischen Wandabschnitt
und Kammerwand gelenkt wird und den ebenfalls nach oben verschlossenen
Kanal über die spaltförmige Öffnung verlässt. Wird
die Flüssigkeit von oben zugeführt, befindet sich die
Abdeckung vorteilhafterweise am unteren Ende des Einlaufelements.
Es ist auch möglich, sowohl an der Ober- als auch an der
Unterseite des gebogenen Bauteils eine Abdeckung vorzusehen. Dann
kann die Flüssigkeit beispielsweise über eine
entsprechende seitliche Öffnung dem Rohrabschnitt zugeführt
werden.
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Vorteilhalfterweise
schließt sich an das Einlaufelement vorzugsweise an der
der Abdeckung gegenüberliegenden Seite bzw. an der Zulaufseite
ein weiterer Rohrabschnitt an, der einen im Vergleich zum Rohrabschnitt
reduzierten Durchmesser aufweist. Somit kann die Zulaufgeschwindigkeit
deutlich reduziert werden, was sich strömungstechnisch
als besonders vorteilhaft erwiesen hat, da die Flüssigkeit langsamer
in den Rohrabschnitt einströmt und zwischen Wandabschnitt
und Kammerwand, d. h. in den Kanal umgelenkt werden kann.
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Zwischen
dem Ende des Wandabschnitts und der Innenseite der Kammerwand ergibt
sich die spaltförmige Öffnung deren Breite a etwa
10 bis 30% des Durchmessers d des Rohrabschnitts beträgt.
Somit ergibt sich ein schmaler Kanal mit einer spaltförmigen
schmalen Öffnung, über die die Flüssigkeit austritt
und weiter entlang der Innenseite der Kammerwand strömt.
Sollte der Rohrabschnitt eine unregelmäßige Form
aufweisen, so wird als Durchmesser ein mittlerer Durchmesser betrachtet.
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Die
Höhe h des Einlaufelements bzw. des Wandabschnittes beträgt
weniger als 1/3 der Flüssigkeitshöhe in der Kammer,
wobei D:H =(3,5 – 1,5):1, (D entspricht dem Kammerdurchmesser,
H der Füllstandshöhe der Flüssigkeit
in der Kammer).
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Das
Verhältnis der Breite a der Öffnung zur Höhe
h des Wandabschnitts beträgt a/h = 1:5 – 10. Somit
lässt sich eine besonders gleichmäßige
Anströmung erzielen, wobei der Zulauf in Richtung der Höhe
aufgefächert wird und Geschwindigkeiten von beispielsweise
2 bis 5 m/s erzielt werden können.
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Vorteilhafterweise
sitzt der Wandabschnitt an seinem unteren Ende auf dem Boden der
Kammer auf. Somit wird der Kanal einerseits durch den Wandabschnitt
und die obere Abdeckung zur Kammerwand hin begrenzt und andererseits
durch den Boden der Kammer.
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Ist
der Übergang zwischen Rohrabschnitt und Wandabschnitt stetig,
so können Turbulenzen minimiert werden.
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Vorteilhafterweise
ist die zylindrische Kammer eine Whirlpoolkammer zum Abscheiden
von Heißtrub aus Würze. Die Kammer kann auch eine
zylindrische Kammer eines Filters sein, in dem beispielsweise Bier
gefiltert wird. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme folgender Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
einen Schnitt durch eine zylindrische Kammer zum Abtrennen von Feststoffen
aus Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
eine Vergrößerung des Ausschnitts B, des in 1 gezeigten
Einlaufelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
eine Ansicht aus der Richtung A-A des Einlaufelements gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines eingebauten Einlaufelements
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
schematisch den Einbau eines Einlaufelements in eine Kammer.
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6 zeigt
eine grobschematische Darstellung eines Whirlpools, der das erfindungsgemäße Einlaufelement
aufweist.
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7 zeigt
grobschematisch eine Aufsicht auf die wesentlichen Komponenten des
in 6 gezeigten Whirlpools.
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8 zeigt
ein Einlaufelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 bis 4 zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einlaufelements 1 für
Flüssigkeit, insbesondere für Würze oder
Bier. Das Einlaufelement 1 leitet die Flüssigkeit
in eine zylindrische Kammer 8, um Feststoffe aus der Flüssigkeit
abzutrennen. Die Kammer ist beispielsweise eine Whirlpoolkammer,
zum Abscheiden von Heißtrub aus Würze mittels
Whirlpooleffekt, wobei sich der Heißtrub durch die rotierende
Bewegung der Flüssigkeit in der zylindrischen Kammer 8 als
Trubkegel in der Mitte des Bodens 13 der Kammer 8 absetzen
kann. Die Kammer kann auch eine Filterkammer sein zum Abtrennen von
Feststoffen aus Flüssigkeiten, wie beispielsweise ein Hydrozyklon
oder aber ein Filter, der am Boden der Filterkammer ein Filterelement
zum Abtrennen von Feststoffen aufweist. Das Einlaufelement 1 ist derart
ausgebildet, dass die Flüssigkeit im Wesentlichen tangential
eingeleitet wird, d. h. dass die Flüssigkeit an die Innenseite
der Kammerwand 5 angeströmt wird und weiter entlang
der Kammerwand 5 strömt, so dass die Flüssigkeit
in der Kammer 8 in eine rotierende Bewegung gebracht wird.
Die Kammer 8 weist weiter einen nicht dargestellten Ablauf
für filtrierte Flüssigkeit auf.
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Das
Einlaufelement 1 umfasst ein als Ganzes einsetzbares gebogenes
Bauteil, das auf einfach Art und Weise als Ganzes in einen Ausschnitt
der Kammerwand 5 einsetzbar ist. Das gebogene Bauteil umfasst
einen Rohrabschnitt 2, der in einen Wandabschnitt 3 übergeht,
wie am Besten aus den 2, 3 und 4 hervorgeht.
Als Wandabschnitt 3 ist hier der Abschnitt definiert, der der
Kammerwand 5 gegenüberliegt.
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Das
gebogene Bauteil kann in einfacher und kostengünstiger
Art und Weise als gebogenes Blech oder Formteil ausgebildet sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Rohrabschnitt 2 im
Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und weist einen Durchmesser
d auf. Der Wandabschnitt 3 liegt hier der Innenseite der
Kammerwand 5 gegenüber, wie insbesondere aus den 2 und 4 hervorgeht. Zwischen
der Kammerwand 5 und dem Wandabschnitt 3 ergibt
sich somit der Kanal 9 mit der spaltförmigen Öffnung 4,
aus der die Flüssigkeit in die Kammer 8 geleitet
wird. Wie insbesondere auch aus 2 hervorgeht,
weist das Einlaufelement im eingebauten Zustand einen im Wesentlichen
trillerpfeifenförmigen Querschnitt auf, wobei das ”Mundstück” innerhalb
der Kammer liegt und der ”Bauch” der Trillerpfeife
zumindest teilweise außerhalb der Kammer zu liegen kommt.
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Zur
Verhinderung von Turbulenzen ist der Übergang der Wandung
zwischen Rohrabschnitt 2 und Wandabschnitt 3 vorzugsweise
stetig. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht,
ist der Rohrabschnitt 2 zu einer Seite hin geöffnet.
Die Öffnung 16 mündet dabei in den Kanal 9.
Der Rohrabschnitt 2 weist weiter einen nach außen
zur Kammerwand 5 hin geschwungenen Abschnitt 11 auf,
an dem der Rohrabschnitt 2 an die Kammerwand 5 geschweißt
werden kann. Der geschwungene Abschnitt 11 begünstigt
die Strömung der Flüssigkeit in den Kanal 9 und
vermindert dabei Turbulenzen.
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Wie
insbesondere aus der 5 hervorgeht, kann das gebogene
Bauteil auf einfache Art und Weise in einen Ausschnitt 10 in
der Kammerwand als Ganzes eingesetzt und eingeschweißt
werden. Dabei liegt der Rohrabschnitt 2 zumindest teilweise
außerhalb der Kammer 8 und der Wandabschnitt 3 liegt im
Inneren der Kammer.
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Der
Abstand a zwischen dem Ende des Wandabschnitts 3 und der
Innenseite der Kammerwand 5, d. h. die Breite der Öffnung 4 beträgt
etwa 10 bis 30% des Durchmessers d des Rohrabschnitts 2, wodurch
die Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Element
beschleunigt werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist
der Abstand zwischen Wandabschnitt 3 und Kammerwand 5 im
Wesentlichen konstant mit einer Abweichung aufgrund der Krümmung
der Kammerwand 4 oder einer Schrägstellung des
Wandabschnitts in horizontaler Richtung. Das heißt, dass
der Abstand zwischen Wandabschnitt 3 und Kammerwand 5 in
Flussrichtung leicht zu- oder abnehmen kann, jedoch nicht mehr als
10–30%.
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Das
gebogene Bauteil weist an der Ober- und/oder Unterseite eine Abdeckung 6 auf.
Wie aus 3 hervorgeht, weist in diesem
Ausführungsbeispiel das Einlaufelement 1 an der
Oberseite die Abdeckung 6, hier aus Blech auf, die eine
Form aufweist, um den Rohrabschnitt 2 sowie den Kanal 9 abzudecken.
Die Abdeckung wird auf das gebogene Bauteil geschweißt.
Der Zulauf der Flüssigkeit erfolgt dann über die,
der Abdeckung 6 gegenüberliegenden Seite des Einlaufelements 1.
Dazu schließt sich hier ein weiterer Rohrabschnitt 7 an,
der einen im Vergleich zum Rohrabschnitt 2 reduzierten
Querschnitt aufweist. Wie aus 3 hervorgeht,
verjüngt sich der Rohrabschnitt 7 konisch. Dadurch,
dass sich der Querschnitt von dem Rohrabschnitt 7 zu dem
Rohrabschnitt 2 hin erweitert, kann die Geschwindigkeit beispielsweise
von 3 bis 6 m/s auf 1 bis 4 m/s reduziert werden.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel sitzt der Wandabschnitt 3 an
seinem unteren Ende auf dem Boden 13 der Kammer 8 auf,
so dass der Kanal 9 nach unten von dem Kammerboden 13 begrenzt wird.
Wenn das Einlaufelement 1 höher sitzt, kann hier
ggf. eine extra Abdeckung vorgesehen werden, die den Kanal 9 nach
unten verschließt. Da, wie insbesondere aus 2 hervorgeht,
der Durchmesser des Rohrabschnittes 2 und der des Rohrabschnittes 7 so
groß ist, dass sich die Rohrabschnitte und der Boden 13 der
Kammer 8 überschneiden, kann zur Montage, wie
insbesondere aus 5 hervorgeht, eine Aussparung 14 in
den Boden 13 gefertigt werden, damit das Einlaufelement
in die Kammer 8 eingepasst werden kann und sich nach unten
z. B. zum Rohrabschnitt 7 erstrecken kann. Es ist auch
möglich keinen Ausschnitt vorzusehen und den Rohrabschnitt
auf den Boden 13 aufzuschweißen und die Reduzierung 7 oder
ein anderweitiges Anschlussrohr von unten an den Boden 13 zu
schweißen.
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Das
Verhältnis der Breite a der Öffnung zur Höhe
h des Wandabschnitts bzw. des Rohrabschnitts 2 beträgt
a/h = 1:5 – 10. Bei Durchmessern D der Kammer 8 zwischen
2 und 8 m sollte die Höhe h des Einlaufelements 1 mindestens
200 mm betragen. Die Höhe h des Einlaufelements bzw. des
Wandabschnittes 3 beträgt weniger als 1/3 der
Flüssigkeitshöhe in der Kammer, wobei D:H = (3,5 – 1,5):1,
(D entspricht dem Kammerdurchmesser, H der Füllstandshöhe
der Flüssigkeit in der Kammer).
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Sinnvolle
Nennweiten des Rohrabschnitts in diesem Größenbereich
liegen bei DN 25–DN 300.
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Wie
insbesondere durch 5 klar wird, wird das Einlaufelement
in eine Öffnung 10 der Kammerwand 5 eingeschoben
und so platziert, dass der Wandabschnitt 3 der Kammerwand 5 gegenüberliegt. Das
Einlaufelement 1 wird dann dicht in die Kammer an den Berührungskanten
eingeschweißt.
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Bei
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Kanal
durch den Wandabschnitt 3 und die Kammerwand 5 begrenzt.
Es ist jedoch auch möglich, dass das gebogene Bauteil einen
dem Wandabschnitt 3 gegenüberliegenden Wandabschnitt 15 aufweist,
wie in 8 gezeigt ist. Der Wandabschnitt 15 wird
dann an der Kammerwand 5 befestigt.
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Das
Einlaufelement, das in Zusammenhang mit den 1 bis 4 gezeigt
wurde, arbeitet wie folgt. Über eine nicht dargestellte
Zuleitung wird Flüssigkeit z. B. Würze, dem Einlaufelements 1 der
Kammer 8, beispielsweise einer Whirlpoolkammer, zugeleitet.
Die Fließgeschwindigkeit in der Zuleitung ist beispielsweise
4 bis 5 m/s. Durch den sich erweiternden Rohrabschnitt 7 kann
die Fließgeschwindigkeit auf etwa 1 bis 3 m/s im Rohrabschnitt 2 reduziert
werden. Die Flüssigkeit wird aus dem Rohrabschnitt 2 in den
Kanal 9 zwischen Wandabschnitt 3 und Kammerwand 5 umgelenkt.
Durch den stetigen Übergang zwischen Rohrabschnitt 2 und
Wandabschnitt 3 sowie den gebogenen Abschnitt 11,
können Turbulenzen minimiert werden. Die Flüssigkeit
strömt dann, wie insbesondere durch die Pfeile in 4 deutlich wird,
in Richtung der spaltförmigen Öffnung 4,
die sich in Richtung der Höhe der Kammer erstreckt. Der Kanal 9 ist
darüber hinaus nach oben durch die Abdeckung 6 und
nach unten, z. B. durch den Kammerboden 13 abgeschlossen.
Die Flüssigkeit tritt aus der Öffnung 4 des
Einlaufelements mit einer Geschwindigkeit von etwa 1–4
m/s aus und wird entlang der Wand 5 angeströmt,
so dass sich eine rotierende Bewegung der Flüssigkeit in
der Kammer 8 ergibt. Durch die spaltförmige Öffnung 4,
deren Höhe h größer ist als die Breite
a, kann der Zulauf auch in Richtung der Höhe aufgefächert
werden.
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Der
in 6 und 7 gezeigte Whirlpool 30 weist
eine innere Kammer 8 auf, die der zuvor beschriebenen Kammer 8 entspricht
und eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form aufweist, und die durch
die innere Wand 5 und den gemeinsamen Boden 13 begrenzt
ist. Die innere Kammer 8 weist das erfindungsgemäße
Einlaufelement 1 auf, über das Würze
durch eine Zuleitung 14 über eine nicht darstellte
Würzepumpe derart tangential eingeleitet wird, dass unter
Ausnutzung des Whirlpooleffekts der Inhalt der inneren Kammer 8 in
eine rotierende Bewegung gebracht wird. Das Einlaufelement ist so
ausgebildet, wie sie in 2 und 3 gezeigt
ist. Unter Ausnutzung des Whirlpooleffektes bildet sich in der Mitte
der inneren Kammer ein Trubkegel 22 aus. Die innere Kammer 8 umfasst
weiter einen Ablauf 18 im inneren Boden 13, über
den geklärte Würze abgezogen werden kann. Bei
diesem Beispiel weist der Whirlpool einen integrierten Stripper
auf, der eine äußere Kammer 31 umfasst,
die um die innere Kammer 8 herum angeordnet ist und zum
Ausdampfen von unerwünschten flüchtigen Substanzen
aus der von der inneren Kammer 8 überführten
Würze dient. Dabei ist im oberen Bereich der äußeren
Kammer 31 eine Verteilereinrichtung 70 vorgesehen,
die die Würze aus der Whirlpoolkammer 8 in die äußere
Kammer 31 einbringt. Die Würze kann über
den Ablauf 20 aus der äußeren Kammer 3 über
eine nicht dargestellte Pumpe abgezogen werden und beispielsweise
einem Würzekühler zugeführt werden.
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Bei
einer solchen Ausführungsform, die einen integrierten Stripper
aufweist, ist es vorteilhaft, wenn das Einlaufelement 1 im
unteren Bereich vorgesehen ist, wobei die Flüssigkeit,
d. h. die Würze des Einlaufelements 1 von unten zugeführt
wird. Dazu ist im Boden der Vorrichtung eine entsprechende Aussparung
gebildet.
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Bei
Whirlpools ohne Außenkammer 31 kann das Einlaufelement 1 auch
im unteren Bereich vorgesehen werden, wobei dann die Flüssigkeit
bzw. Würze auch von oben über eine entsprechende
Leitung in den Rohrabschnitt 2 des Einlaufelements 1 geleitet werden
kann. Das Einlaufelement weist dann am unteren Ende des Einlaufelements
eine entsprechende Abdeckung auf, so dass die dem Zulauf gegenüberliegende
Seite verschlossen ist. Der Rohrabschnitt 7 mit reduziertem
Querschnitt befindet sich dann an der Zulaufseite des Einlaufelements 1.
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Das
erfindungsgemäße Einlaufelement ermöglicht
eine kostengünstige und einfache Fertigung. Darüber
hinaus kann eine ideale rotierende Bewegung der Flüssigkeit
in der zylindrischen Kammer erzeugt werden, so dass es zu einer
verbesserten Trubabscheidung bei Whirlpools kommt. Somit kann der
Durchmesser der Whirlpoolkammer deutlich verkleinert werden. Die
strömungstechnischen und konstruktiven Vorteile eignen
sich auch besonders gut für andere zylindrische Kammer,
in denen Feststoffe aus Flüssigkeiten abgetrennt werden,
wie beispielsweise Filter, in die Flüssigkeit, z. B. Bier,
tangential eingeleitet wird oder Hydrozyklone.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Ludwig Narziß ”Abriss
der Bierbrauerei”, 5. Auflage, Ferdinand Enkel Verlag,
Stuttgart, 1986, Seite 319 [0002]