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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Anteils an Käsebruch
in einem Bruch-Molke-Gemisch, wobei dieses Gemisch in einem Behältnis
aufgenommen ist. Als Behältnis im Sinne dieser Erfindung
gelten sowohl durchströmte Rohre oder durchströmte
Wannen als auch Behältnisse, in denen nicht strömende
Gemische aufgenommen sind. Weiterhin betrifft die Erfindung auch Vorrichtungen
zur Herstellung von Käse, in denen eine solche Messvorrichtung
eingesetzt wird.
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Während
der Käseherstellung fällt in einer Zwischenstufe
des Herstellungsprozesses das genannte Gemisch aus Käsebruch
und Molke an. Für die Steuerung der weiteren Herstellungsschritte
ist es wünschenswert, den Anteil von Käsebruch
in dem Gemisch bestimmen zu können. Insbesondere soll der
Anteil auch während eines Transports des Gemisches durch
Rohrleitungen fortlaufend bestimmt werden können.
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Da
die Bestimmung des Käsebruch-Anteils messtechnisch bisher
jedoch nicht befriedigend gelöst werden konnte, muss gemäß Stand
der Technik die Menge des Bruch-Molke-Gemisches, welche einem Tank
entnommen und einer Käseform zugeführt wird, während
des aufeinander folgenden Befüllens mehrerer Käseformen
verändert werden. Typischerweise ist nämlich beim
Entnehmen von Bruch-Molke-Gemisch aus einem Tank bei einem hohen Tank-Füllstand
ein größerer Käsebruch-Anteil vorhanden
als bei einem niedrigen Tank-Füllstand. Insofern wird mit
sich reduzierendem Tank-Füllstand den Käseformen
ein zunehmendes Volumen von Bruch-Molke-Gemisch zugeführt,
um so sicherzustellen, dass immer und insbesondere auch bei niedrigem
Tank-Füllstand ausreichend Käsebruch in eine Form
gelangt. Um einen korrekten Herstellungsprozess sicherzustellen,
ist es dementsprechend nötig, mit tankspezifischen, empirisch
ermittelten Kurven oder Tabellen zu arbeiten, welche festlegen,
welches Volumen dem Tank pro Käseform bei welchem Tank-Füllstand
zu entnehmen ist.
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Um
diese aufwendige Verfahren zu vereinfachen, ist in der Vergangenheit
bereits versucht worden, den Anteil von Käsebruch in einem
Bruch-Molke-Gemisch mit einer Dichtemessung nach dem Coriolis-Prinzip
oder mittels mechanischer Vorrichtungen, wie sie beispielsweise
in
DE 10 2007
031 874 A1 beschrieben sind, zu ermitteln. Diese Versuche lieferten
jedoch keine ausreichend zuverlässigen Ergebnisse.
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Dementsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Messvorrichtung
zu schaffen, mit der der Anteil von Käsebruch in einem
Bruch-Molke-Gemisch mit möglichst großer Genauigkeit
bestimmt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst,
dass innerhalb des vom Behältnis begrenzten Volumens und/oder
in der Wandung des Behältnisses zumindest eine Elektrode
eines Tomografiesensors angeordnet ist, welcher mit einer Auswerteeinheit
zur Bestimmung eines Leitfähigkeitswerts gekoppelt ist.
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Durch
den erfindungsgemäßen, für den Bereich
der Käseherstellung vollkommen untypischen Einsatz eines
Tomografiesensors wird es somit erstmals möglich, den Anteil
an Käsebruch in einem Bruch-Molke-Gemisch messtechnisch
so genau zu bestimmen, dass das Volumen eines in eine Käseform
eingefüllten Bruch-Molke-Gemisches so dosiert werden kann,
dass der Käseform immer die exakt benötigte Menge
an Käsebruch zugeführt wird. Die Verwendung der
vorstehend erwähnten tankspezifischen Kurven bzw. Tabellen
und der Einsatz der damit verbundenen aufwendigen Steuerprozesse
kann somit erfindungsgemäß ersatzlos eingespart
werden. Erfindungemäß kann die Steuerung der einer
Käseform zuzuführenden Menge an Käsebruch
durch die Steuerung der pro Zeiteinheit fließenden Bruch-Molke-Gemisch-Menge
(Durchfluss) und/oder durch Steuerung der Zeit, die für
einen Befüllvorgang zur Verfügung steht (Abfülltakt)
bewirkt werden. Alternativ ist es möglich, aus einem Tank
mit Bruch-Molke-Gemisch immer genau soviel Molke abzuziehen, dass
die Bruch-Konzentration im Tank konstant bleibt. In diesem Fall
ist es dann nicht unbedingt nötig, den Durchfluss und den
Abfülltakt, mit dem die Käseformen befüllt
werden, zu variieren, da die Menge von pro Zeiteinheit der Käseform
zugeführtem Bruch bei konstantem Durchfluss aufgrund der
konstanten Bruch-Konzentration im Tank ebenfalls immer konstant
ist.
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Der
erfindungsgemäß über einen Tomografiesensor
ermittelte Leitfähigkeitswert, bei dem es sich insbesondere
um einen mittleren Leitfähigkeitswert handelt, gibt somit
ausreichend genau Aufschluss darüber, wie hoch der Anteil
an Käsebruch in einem Bruch-Molke-Gemisch ist. Dies wird
grundsätzlich durch die Tatsache ermöglicht, dass
Käsebruch eine andere Leitfähigkeit besitzt als
Molke.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein gemäß Stand
der Technik oftmals eingesetzter Entmolkungstank, welcher zwischen
einen das Bruch-Molke-Gemisch bereitstellenden Puffertank und die
zu befüllenden Käseformen geschaltet ist, ebenfalls
vollständig eingespart werden kann. Ein derartiger Entmolkungstank
wurde gemäß Stand der Technik eingesetzt, um in
Abhängigkeit von einer puffertankspezifischen Kurve mit
Bruch-Molke-Gemisch derart befüllt zu werden, dass sich
im Entmolkungstank immer ein konstantes Volumen und ein konstanter
Käsebruch-Anteil befindet, so dass dem Entmolkungstank
pro Käseform immer das gleiche Volumen entnommen werden
konnte. Dies ist erfindungsgemäß nicht mehr nötig,
da dem Puffertank aufgrund des Einsatzes des Tomografiesensors immer
genau diejenige Menge an Bruch-Molke-Gemisch direkt entnommen werden
kann, die pro Käseform benötigt wird. Alternativ
betrifft die Erfindung jedoch auch solche Anordnungen, die weiterhin
mit einem Entmolkungstank ausgestattet sind. Eine solche Anordnung wird
im Rahmen der Figurenbeschreibung erläutert.
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Besonders
gute Messergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn als Tomografiesensor
ein ERT-Sensor eingesetzt wird (ERT = Electrical Resistance Tomography).
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Vorteilhaft
ist es, wenn der Tomografiesensor zusätzlich zur Temperatur-
und/oder zur Volumenstrommessung ausgebildet ist. Die auf diese
Weise ermittelten zusätzlichen Messwerte können
ebenfalls zu einer vorteilhaften Steuerung eines Käseherstellungsprozesses
eingesetzt werden. Da die erfindungsgemäßen Tomografiesensoren
insbesondere für bestimmte zulässige Temperaturbereiche
kalibriert werden können, ist es bei zusätzlicher
Ermittlung von Temperaturwerten durch den Tomografiesensor möglich,
ein Warnsignal abzugeben, wenn die Temperatur des Bruch-Molke-Gemisches
einen vorgegebenen, zulässigen Temperaturbereich verlässt.
Alternativ ist es möglich, für unterschiedliche
Temperaturbereiche unterschiedliche Kalibrierungsparameter des Tomografiesensors
zu hinterlegen und diese dann in Abhängigkeit von den vom
Tomografiesensor ermittelten Gemisch-Temperaturen zu aktivieren. Beispielsweise
ist es möglich, die vom Tomografiesensor ermittelten Leitfähigkeitswerte
um ungefähr 2% pro 1°C Temperaturänderung
zu korrigieren.
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So
kann eine automatische, temperaturabhängige Kompensation
von Messfehlern erfolgen, die sich durch Temperaturänderungen
im Bruch-Molke-Gemisch ergeben könnten.
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Besonders
vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung bei einem Käsefertiger einsetzen, bei dem das
mit dem Tomografiesensor gekoppelte Behältnis als durchströmtes
Rohr ausgebildet ist, in dessen Wandung mehrere Elektroden des Tomografiesensors
angeordnet sind. Ein solches Rohr hat z. B. einen Rohrdurchmesser
von 2,5 Inch und befindet sich bevorzugt in einem Bereich zwischen
einem das Bruch-Molke-Gemisch bereitstellenden Puffertank und demjenigen
Produktionsabschnitt, in dem die Käseformen mit Bruch-Molke-Gemisch
befüllt werden.
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Bevorzugt
ist es, wenn die Elektroden entlang einer Mantellinie des Rohres
insbesondere gleich verteilt angeordnet sind. Durch eine solche
Anordnung lassen sich besonders zuverlässige Messergebnisse
erzielen. Es ist bevorzugt, wenn die Elektroden bündig
mit der Innenwand des Rohres abschließen, da sie in diesem
Fall die Strömung des Bruch-Molke-Gemisches in keiner Weise
beeinflussen oder behindern. Ein bündiges Abschließen
der Elektroden mit der Innenwand des Rohres ist ferner unter hygienischen
Gesichtspunkten vorteilhaft, da eine Reinigung des Rohres in diesem
Fall problemlos möglich ist.
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Beim
Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
es zur Erzielung der erforderlichen Genauigkeit wünschenswert,
die Leitfähigkeitsmessungen mittels des Tomografiesensors
relativ häufig durchzuführen. Eine Messfrequenz
von zwanzig Messungen pro Sekunde kann dabei durchaus zum Einsatz
gelangen. Besonders sinnvoll ist es, wenn die Messungen in einem durchströmten
Rohr oder in einer durchströmten Wanne in Abhängigkeit
vom Volumenstrom ausgeführt werden. Hier ist beispielsweise
denkbar, eine Messung immer dann auszulösen, wenn in einem
durchströmten Rohr ein Volumen von 0,1 l seit der letzten
Messung am Sensor vorbeigeströmt ist. Bei einer solchen
Variante ist es besonders vorteilhaft, wenn der Tomografiesensor
selbst zusätzlich auch zur Volumenstrommessung ausgelegt ist,
da dann Leitfähigkeitsmessungen durch den Tomografiesensor
aufgrund von Volumenstrommesswerten ausgelöst werden können,
die vom Tomografiesensor selbst ermittelt wurden.
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Wie
bereits erwähnt, wird im Rahmen dieser Erfindung auch Schutz
beansprucht für eine komplette Vorrichtung zur Herstellung
von Käse. Eine solche Vorrichtung besitzt einen Tank für
Bruch-Molke-Gemisch bzw. einen Koagulator zur Bereitstellung von Bruch-Molke-Gemisch
und eine Abfülleinheit zur Einbringung eines Bruch-Molke-Gemisches
in Käseformen, wobei der Tank bzw. der Koagulator und die
Abfülleinheit über eine eine Pumpe aufweisende
Förderleitung verbunden sind. In dieser Förderleitung
ist dann eine erfindungsgemäße Messvorrichtung,
wie sie vorstehend erläutert wurde, angeordnet.
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In
wirtschaftlicher Hinsicht besonders vorteilhaft ist eine solche
Vorrichtung zur Herstellung von Käse dann, wenn der Bereich
zwischen Tank bzw. Koagulator und Abfülleinheit frei von
einem zusätzlichen Entmolkungstank ausgebildet ist, was – wie
bereits erläutert wurde – durch den Einsatz einer
erfindungsgemäßen Messvorrichtung möglich
wird. Ebenso umfasst die Erfindung aber auch Vorrichtungen mit Entmolkungstank.
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Schließlich
wird im Rahmen dieser Erfindung auch Schutz beansprucht für
eine komplette Vorrichtung zur Herstellung von Käse mit
einem Tank für Bruch-Molke-Gemisch mit einer Abfülleinheit
zur Einbringung eines Bruch-Molke-Gemisches in Käseformen,
bei der der Tank und die Abfülleinheit über eine eine
Pumpe aufweisende Förderleitung verbunden sind und bei
der nun im Tank eine Messvorrichtung der vorstehend erläuterten
Art angeordnet ist. Der die Messvorrichtung aufweisende Tank kann
dabei sowohl als Puffertank als auch als Entmolkungstank ausgebildet
sein. Bei einer solchen Vorrichtung zur Herstellung von Käse
wird also die erfindungsgemäße Messvorrichtung
nicht im Bereich der Förderleitung sondern in einem Tank
vorgesehen. Eine solche, im Tank vorgesehene Messvorrichtung kann
die Konzentration des Käsebruchs im im Tank befindlichen
Bruch-Molke-Gemisch bestimmen, so dass eine aus dem Tank erfolgende
Molkeabsaugung beispielsweise in Abhängigkeit von den ermittelten
Konzentrationswerten erfolgen kann. Die Molkeabsaugung kann dabei
so ausgeführt werden, dass die Konzentration von Käsebruch
im Bruch-Molke-Gemisch immer im Wesentlichen konstant ist.
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Zudem
oder alternativ kann mit einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung im Tank festgestellt werden, wenn das Bruch-Molke-Gemisch
im Tank keine ausreichende Homogenität mehr aufweist. In diesem
Fall kann dann automatisch ein Mischer oder Rührer aktiviert
werden, welcher die erforderliche Homogenität wieder herstellt.
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Bei
Anordnung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung
im Tank ist es vorteilhaft, wenn der Tomografiesensor zumindest
eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Stabelektrode aufweist,
welche sich zumindest über einen Großteil, bevorzugt über ungefähr
80% der Füllhöhe des Tanks erstreckt. Mittels
einer solchen Stabelektrode lässt sich das komplette Volumen
des Tanks weitgehend vollständig überwachen.
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Im
Rahmen einer Kalibrierung der erfindungsgemäßen
Messvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn vorab eine Messung mit
reiner Molke ohne Käsebruchanteil durchgeführt
wird, um auf diese Weise einen Nullpunkt zuverlässig bestimmen
zu können. Eine derartige Nullpunktbestimmung ist sinnvoll,
da sich die vom Tomografiesensor gelieferten Leitfähigkeitswerte
in Abhängigkeit von der Herkunft der Molke (z. B. Ziege,
Kuh, etc.), dem Laktationszeitpunkt, den zugegebenen Gewürzen,
oder dergleichen verändern. Insofern sollte für
jede neue Käsesorte vorab eine Nullpunktbestimmung der
genannten Art durchgeführt werden.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen erläutert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Herstellung von Käse
mit erfindungsgemäßen Messeinrichtungen in Förderleitungen,
und
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2 ein
Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Herstellung von Käse
mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung im
Entmolkungstank.
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1 zeigt
einen Käsefertiger 10 zur Herstellung eines Bruch-Molke-Gemischs.
Eine mit dem Käsefertiger 10 verbundene Pumpe 12 dient
dazu, überschüssige Molke aus dem Käsefertiger 10 abzuziehen. Über
eine Pumpe 14 ist der Käsefertiger 10 mit
einer Pufferanordnung verbunden, welche aus zwei Puffertanks 16 besteht.
Jedem Puffertank 16 ist hier wiederum eine Pumpe 18 zugeordnet,
die dazu dient, bei Bedarf überschüssige Molke
aus den Puffertanks 16 abzuziehen.
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Über
eine gemeinsame Leitung 20 und eine Pumpe 22 sind
die Puffertanks 16 mit einem Entmolkungstank 24 verbunden.
Auch dem Entmolkungstank 24 ist eine Pumpe 26 zugeordnet,
die wiederum dazu dient, überschüssige Molke aus
dem Entmolkungstank 24 abzuziehen.
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Die
Austragsleitung 28 des Entmolkungstanks 24 verzweigt
sich in zwei in 1 exemplarisch dargestellte
Stränge 30, wobei sich in jedem Strang 30 zumindest
eine Elektrode 32 eines Tomographiesensors befindet, mittels
derer der Leitfähigkeitswert des durch den jeweiligen Strang 30 fließenden Bruch-Molke-Gemisches
bestimmt werden kann. Wie bereits erläutert, ist es über
diesen Leitfähigkeitswert möglich, den Anteil
an Käsebruch in dem durch den jeweiligen Strang 30 strömenden Bruch-Molke-Gemisch
zu bestimmen.
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In
Förderrichtung hinter den Elektroden 32 ist in
jedem Strang 30 eine Pumpe 34 angeordnet, über welche
das durch den Strang 30 strömende Bruch-Molke-Gemisch
Käseformen 36 zugeführt werden kann.
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Beim
Betrieb einer Vorrichtung gemäß 1 soll
sichergestellt werden, dass jeder Käseform 36 immer
die gleiche Menge an Käsebruch zugeführt wird.
Zu diesem Zweck wird über die Elektroden 32 der
Anteil an Käsebruch im Bruch-Molke-Gemisch bestimmt und
in Abhängigkeit vom jeweils ermittelten Wert die dem Entmolkungstank 24 zugeordnete Pumpe 26 entsprechend
angesteuert. Wenn beispielsweise ein zu hoher Anteil an Käsebruch
festgestellt wird, muss die Leistung der Pumpe 26 verringert
werden, so dass dem Entmolkungstank 24 weniger Molke entzogen
und dadurch der Anteil an Käsebruch im Gemisch erniedrigt
wird. Auf der anderen Seite wird die Leistung der Pumpe 26 erhöht,
wenn über die Elektroden 32 ein zu geringer Anteil
an Käsebruch festgestellt wird. Letztlich soll die Pumpe 26
in
Abhängigkeit von über die Elektroden 32 ermittelten
Messdaten so angesteuert werden, dass der Anteil an Käsebruch
im Entmolkungstank 24 immer im Wesentlichen konstant ist.
In diesem Fall können dann die den Strängen 30 zugeordneten
Pumpen 34 immer mit konstantem Abfülltakt und
konstanter Leistung betrieben werden, da der Anteil an Käsebruch im
vom Entmolkungstank 24 bereitgestellten Bruch-Molke-Gemisch
ebenfalls immer konstant ist.
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Alternativ
zu der in 1 dargestellten Vorrichtung
ist es auch möglich, den Entmolkungstank 24 und
die Pumpe 26 einzusparen, so dass die den Puffertanks 16 nachgeordnete
Pumpe 22 direkt die Stränge 30 beaufschlagt.
In diesem Fall gelangt dann in die Stränge 30 ein
Bruch-Molke-Gemisch mit variierendem Anteil an Käsebruch,
da die diesbezüglich in den Puffertanks 16 auftretenden
Schwankungen vom nicht vorhandenen Entmolkungstank 24 nicht mehr
ausgeglichen werden können. Somit ist es in diesem Fall
nötig, in Abhängigkeit von den über die Elektroden 32 ermittelten
Messwerten die Leistung und/oder den Abfülltakt der Pumpen 22 und 34 jeweils
so anzusteuern, dass die Käseformen 36 jeweils
mit einer konstanten Menge an Käsebruch befüllt
werden. Letztgenannte Erfindungsvariante besitzt in wirtschaftlicher
Hinsicht einen Vorteil gegenüber der Variante gemäß 1,
da der Entmolkungstank 24 und die Pumpe 26 komplett
eingespart werden können.
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Weiterhin
bedingt das Weglassen des Entmolkungstanks 24 auf vorteilhafte
Weise, dass keine Zerstörung von Käsebruch infolge
eines im Entmolkungstank 24 stattfindenden Rührvorgangs
erfolgen kann.
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Der
Aufbau gemäß 2 entspricht
im Wesentlichen demjenigen Aufbau der 1 mit dem einzigen
Unterschied, dass in den Strängen 30 keine Elektroden 32 vorgesehen
sind. Stattdessen ist im Entmolkungstank 24 eine Stabelektrode 32' angeordnet, über
die der Anteil von Käsebruch in demjenigen Bruch-Molke-Gemisch
ermittelt werden kann, welches sich Entmolkungstank 24 befindet.
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Über
die Stabelektrode 32' kann – analog zu der Anordnung
gemäß 1 – die dem Entmolkungstank 24 zugeordnete
Pumpe 26 wiederum so betrieben werden, dass der Anteil
an Käsebruch im Entmolkungstank 24 immer konstant
ist. In der Folge ist es dann wiederum möglich, die den
Strängen 30 zugeordneten Pumpen 34 mit
konstanter Leistung und konstantem Abfülltakt zu betreiben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Käsefertiger
- 12
- Pumpe
- 14
- Pumpe
- 16
- Puffertank
- 18
- Pumpe
- 20
- Leitung
- 22
- Pumpe
- 24
- Entmolkungstank
- 26
- Pumpe
- 28
- Austragsleitung
- 30
- Leitungsstrang
- 32
- Elektrode
- 32'
- Elektrode
- 34
- Pumpe
- 36
- Käseform
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007031874
A1 [0004]
