DE102020104910A1

DE102020104910A1 - Method and device for quantifying the amount of shear force applied to a pumped test medium by a pump used in the brewing process

Info

Publication number: DE102020104910A1
Application number: DE102020104910.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Zeuschner; Roland Pahl; Michael Holewa; Jan Fischer
Original assignee: Versuchs und Lehranstalt Fuer Brauerei In Berlin Vlb E V; Versuchs- und Lehranstalt fur Brauerei In Berlin (vlb) Ev
Current assignee: Versuchs und Lehranstalt Fuer Brauerei In Berlin Vlb E V; Versuchs- und Lehranstalt fur Brauerei In Berlin (vlb) Ev
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Quantifizierung des Scherkrafteintrags, den eine im Brauprozess eingesetzte Pumpe (3) in ein gefördertes Testmedium (1) einträgt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines scherkraftempfindlichen Testmediums (1), das durch einen Scherkrafteintrag eine Gelbildung erfährt; Bereitstellen einer geschlossenen Teststrecke (2), in der das Testmedium (1) unter Verwendung einer zu testenden Pumpe (3) umgewälzt wird; und Bestimmen eines Quantifizierungsparameters (Φ), der den Scherkrafteintrag der zu testenden Pumpe (3) quantifiziert, aus der Anzahl an Umwälzungen (Ux), die die Pumpe (3) benötigt, bis ein von der Gelkonzentration des Testmediums (1) abhängiger Parameter des Testmediums (1) eine Änderung erfährt, die über einem definierten Schwellwert liegt. Dabei ist vorgesehen, dass als Testmedium (1) ein Medium mit thixotropen Fließeigenschaften im Gel-Zustand verwendet wird und als Parameter des Testmediums (1) der Volumenstrom des Testmediums (1) in der Teststrecke (2) erfasst wird.The invention relates to a method and a device for quantifying the shear force input which a pump (3) used in the brewing process introduces into a test medium (1) that is conveyed. The method comprises the steps of: providing a test medium (1) which is sensitive to shear forces and which undergoes gel formation as a result of the application of shear force; Providing a closed test section (2) in which the test medium (1) is circulated using a pump (3) to be tested; and determining a quantification parameter (Φ), which quantifies the shear force input of the pump (3) to be tested, from the number of revolutions (Ux) that the pump (3) requires until a parameter is dependent on the gel concentration of the test medium (1) Test medium (1) experiences a change that is above a defined threshold value. It is provided that a medium with thixotropic flow properties in the gel state is used as the test medium (1) and the volume flow of the test medium (1) in the test section (2) is recorded as the parameter of the test medium (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Quantifizierung des Scherkrafteintrags, den eine im Brauprozess eingesetzte Pumpe in ein gefördertes Testmedium einträgt.The invention relates to a method and a device for quantifying the shear force input, which a pump used in the brewing process introduces into a conveyed test medium.

Pumpen stellen einen elementaren Anlageteil in der Brau- und Getränkeindustrie dar. Sie dienen dem Transport von Flüssigkeiten, dem Überwinden von Höhenunterschieden, der Steigerung des Drucks im System und/oder der Dosierung von Flüssigkeiten. Beispielsweise werden beim Bierbrauen Pumpen im Sudhaus, im Gärkeller und bei der Filtration eingesetzt.Pumps represent an elementary part of the system in the brewing and beverage industry. They are used to transport liquids, overcome height differences, increase the pressure in the system and / or dose liquids. For example, when brewing beer, pumps are used in the brewhouse, in the fermentation cellar and for filtration.

Der notwendige Einsatz von Pumpen beim Bierbrauen bringt allerdings zwangsläufig den Eintrag von Scherkräften in das geförderte Medium mit sich. Dies ist insofern problematisch, als die im Brauprozess hinzugefügte Hefe schonend gefördert werden, d.h. in nur möglichst geringem Maße Scherkräften ausgesetzt sein sollte. Des Weiteren gilt allgemein, dass vom Einmaischen bis zum Ausschlagen der Eintrag von Scherkräften gering gehalten werden sollte, um eine Gelbildung von in der Maische enthaltenen Beta-Glukanen, die zu einer Verschlechterung der Filtrierbarkeit des Biers führt, zu vermeiden.The necessary use of pumps when brewing beer, however, inevitably entails the introduction of shear forces into the conveyed medium. This is problematic insofar as the yeast added in the brewing process should be gently promoted, i.e. should only be exposed to shear forces to the lowest possible extent. Furthermore, the general rule is that from mashing to knocking out, the input of shear forces should be kept low in order to avoid gel formation of the beta-glucans contained in the mash, which leads to a deterioration in the filterability of the beer.

Somit ist anzustreben, beim Bierbrauen Pumpen einzusetzen, die nicht oder in nur geringem Maße Scherkräfte in das zu fördernde Medium eintragen. Bei der großen Anzahl der zur Verfügung stehenden Pumpen ist es jedoch nicht ohne weiteres ersichtlich, in welchem Maße eine betrachtete Pumpe Scherkräfte in das zu fördernde Medium einträgt.It is therefore desirable to use pumps when brewing beer that do not or only slightly introduce shear forces into the medium to be conveyed. With the large number of pumps available, however, it is not immediately obvious to what extent a considered pump introduces shear forces into the medium to be conveyed.

Aus P. Zeuschner et al., „Quantification and evaluation of the impact of shear forces in brewery relevant media“, Brauerei Forum - VLB International November 2014, S. 10-11, ist es bekannt, als Parameter für die Quantifizierung der Scherkraft, die in ein Beta-Glukan enthaltendes Medium eingebracht wird, die Gelbildung des Beta-Glukans in Abhängigkeit von der Anzahl der Umwälzungen des Mediums in einer Pumpenteststrecke zu ermitteln. Dabei wird der Anteil von Beta-Glukan-Gel nach Probenentnahmen im Labor bestimmt.From P. Zeuschner et al., "Quantification and evaluation of the impact of shear forces in brewery relevant media", Brewery Forum - VLB International November 2014, pp. 10-11, it is known, as a parameter for the quantification of the shear force, which is introduced into a medium containing beta-glucan to determine the gel formation of the beta-glucan as a function of the number of circulations of the medium in a pump test section. The proportion of beta-glucan gel is determined after taking samples in the laboratory.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effektives Verfahren und eine effektive Vorrichtung zur Quantifizierung des Scherkrafteintrags von im Brauprozess eingesetzten Pumpen bereitzustellen, die es ermöglichen, unterschiedliche Pumpen im Hinblick auf ihre Eignung für eine Schonförderung im Brauprozess objektiv zu bewerten.The present invention is based on the object of providing an effective method and an effective device for quantifying the shear force input from pumps used in the brewing process, which make it possible to objectively evaluate different pumps with regard to their suitability for gentle delivery in the brewing process.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method with the features of claim 1 and a device with the features of claim 16. Refinements of the invention are given in the dependent claims.

Danach sieht ein erster Erfindungsaspekt ein Verfahren zur Quantifizierung des Scherkrafteintrags vor, den eine im Brauprozess eingesetzte Pumpe in das geförderte Medium einträgt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines scherkraftempfindlichen Testmediums, das durch einen Scherkrafteintrag eine Gelbildung erfährt, das Bereitstellen einer geschlossenen Teststrecke, in der das Testmedium unter Verwendung einer zu testenden Pumpe umgewälzt wird, und das Bestimmen eines Quantifizierungsparameters, der den Scherkrafteintrag der zu testenden Pumpe quantifiziert. Die Bestimmung des Quantifizierungsparameters erfolgt aus der Anzahl an Umwälzungen, die die Pumpe benötigt, bis ein von der Gelkonzentration des Testmediums abhängiger Parameter des Testmediums eine Änderung erfährt, die über einem definierten Schwellwert liegt.According to this, a first aspect of the invention provides a method for quantifying the shear force input, which a pump used in the brewing process inputs into the conveyed medium. The method comprises providing a test medium that is sensitive to shear forces and which undergoes gel formation through an input of shear force, providing a closed test section in which the test medium is circulated using a pump to be tested, and determining a quantification parameter that quantifies the input of shear force by the pump to be tested . The quantification parameter is determined from the number of circulations that the pump needs until a parameter of the test medium that is dependent on the gel concentration of the test medium undergoes a change that is above a defined threshold value.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dabei vorgesehen, dass als Testmedium ein Medium mit thixotropen Fließeigenschaften im Gel-Zustand verwendet wird und als Parameter des Testmediums der Volumenstrom des Testmediums in der Teststrecke erfasst wird.According to the present invention it is provided that a medium with thixotropic flow properties in the gel state is used as the test medium and the volume flow of the test medium in the test section is recorded as the parameter of the test medium.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei Testmedien mit thixotropen Fließeigenschaften die Fließeigenschaften des Testmediums im Sol-Zustand sich von den Fließeigenschaften des Testmediums im Gel-Zustand unterscheiden. Dabei setzt die Erfindung ein Testmedium ein, das im gelösten Zustand (Sol-Zustand) newtonsche Fließeigenschaften besitzt, während es im Gel-Zustand thixotrope Fließeigenschaften besitzt. Die thixotropen Fließeigenschaften des Gels führen dazu, dass die Viskosität des Gels mit zunehmendem Scherkrafteintrag abnimmt. Damit nimmt die Viskosität des Testmediums insgesamt in dem Maße ab, in dem die Gelkonzentration im Testmedium zunimmt.The invention is based on the knowledge that in the case of test media with thixotropic flow properties, the flow properties of the test medium in the sol state differ from the flow properties of the test medium in the gel state. The invention uses a test medium which has Newtonian flow properties in the dissolved state (sol state), while it has thixotropic flow properties in the gel state. The thixotropic flow properties of the gel mean that the viscosity of the gel decreases as the shear force increases. The viscosity of the test medium thus decreases overall to the extent that the gel concentration in the test medium increases.

Die Erfindung nutzt aus, dass die Gelkonzentration des Testmediums mit zunehmender Anzahl von Umwälzungen des Mediums in der Teststrecke (d. h. mit zunehmendem Scherkrafteintrag) zunimmt. Dies führt zu einer abnehmenden Viskosität des Testmediums. Steigt also die Gelkonzentration im Testmedium über ein bestimmtes Maß an, so nimmt dadurch die Viskosität im Testmedium ab, was bei gleicher Pumpenarbeit in einem Anstieg des Volumenstroms resultiert.The invention takes advantage of the fact that the gel concentration of the test medium increases with an increasing number of circulations of the medium in the test section (i.e. with increasing shear force input). This leads to a decreasing viscosity of the test medium. If the gel concentration in the test medium increases above a certain level, the viscosity in the test medium decreases, which results in an increase in the volume flow with the same pump work.

Die erfindungsgemäße Lösung bestimmt somit einen Quantifizierungsparameter aus der Anzahl an Umwälzungen, die die Pumpe benötigt, bis ein von der Gelkonzentration des Testmediums abhängiger Parameter, nämlich der Volumenstrom des Testmediums eine Änderung erfährt, die über einem definierten Schwellwert liegt. Der erhöhte Volumenstrom geht einher mit einer erhöhten Gelkonzentration im Testmedium, die wiederum vom Scherkrafteintrag abhängt. Der in die Pumpe eingebrachte Scherkrafteintrag wird indirekt über den Anstieg des Volumenstroms ermittelt und im Quantifizierungsparameter berücksichtigt.The solution according to the invention thus determines a quantification parameter from the number of circulations that the pump needs until a parameter that is dependent on the gel concentration of the test medium, namely the volume flow of the test medium, experiences a change that over a defined threshold. The increased volume flow is accompanied by an increased gel concentration in the test medium, which in turn depends on the application of shear force. The shear force input into the pump is determined indirectly via the increase in the volume flow and taken into account in the quantification parameter.

Die ordnungsgemäße Bestimmung eines Quantifizierungsparameters über den Volumenstrom bzw. die Fließgeschwindigkeit ist vorteilhaft, da sie eine Beprobung während eines Versuchslaufs und die Untersuchung dieser Proben im Hinblick auf die Gelkonzentration obsolet macht, was eine erhebliche Ressourcen- und Zeitersparnis darstellt. Zudem ist sie aussagekräftiger als die Auswertung der Gelkonzentration in Proben, da eine lückenlose Überwachung des Volumenstroms gewährleistet ist.The correct determination of a quantification parameter via the volume flow or the flow rate is advantageous because it makes sampling during a test run and the examination of these samples with regard to the gel concentration obsolete, which represents a considerable saving in resources and time. In addition, it is more meaningful than the evaluation of the gel concentration in samples, since seamless monitoring of the volume flow is guaranteed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können unterschiedliche Pumpen hinsichtlich ihrer brauereirelevanten produktschonenden Eigenschaften miteinander verglichen werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Pumpen für die Messung auf den gleichen Betriebspunkt ausgelegt werden.With the method according to the invention, different pumps can be compared with one another with regard to their brewery-relevant product-friendly properties. It can be provided that the pumps for the measurement are designed for the same operating point.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Quantifizierungsparameter bestimmt wird, wenn der Volumenstrom des Testmediums als Schwellwert einen definierten prozentualen Anstieg erfahren hat. Dieser prozentuale Anstieg liegt beispielsweise bei 100,4 % des initialen Volumenstroms, wobei der initiale Volumenstrom der Volumenstrom in der Teststrecke bei Beginn der Umwälzung des Testmediums in der Teststrecke ist. Jedoch kann auch ein anderer prozentualer Anstieg als Schwellwert herangezogen werden. Das Erreichen des definierten prozentualen Anstiegs beschreibt den Punkt, an dem ausreichend Testmedium in den Gelzustand überführt ist, um zu der gemessenen Erhöhung des Volumenstroms zu führen. Es liegt eine definierte makroskopische physikalische Veränderung des Testmediums vor, die gemessen wird.One embodiment of the invention provides that the quantification parameter is determined when the volume flow of the test medium has experienced a defined percentage increase as a threshold value. This percentage increase is, for example, 100.4% of the initial volume flow, the initial volume flow being the volume flow in the test section at the start of the circulation of the test medium in the test section. However, a different percentage increase can also be used as the threshold value. The achievement of the defined percentage increase describes the point at which sufficient test medium has been converted into the gel state to lead to the measured increase in the volume flow. There is a defined macroscopic physical change in the test medium, which is measured.

Es wird darauf hingewiesen, dass bei unterschiedlichen zu untersuchenden Pumpen stets der gleiche Schwellwert, d. h. der gleiche prozentuale Anstieg betrachtet wird, um eine Vergleichbarkeit bei der Quantifizierung des Scherkrafteintrags bereitzustellen.It should be noted that with different pumps to be examined, the same threshold value, i.e. H. the same percentage increase is considered in order to provide comparability in the quantification of the shear force input.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Volumenstrom des Testmediums mit einer definierten Zeitauflösung zeitdiskret erfasst wird und aus den ermittelten Daten Mittelwerte des Volumenstroms gebildet werden, die der Auswertung zu Grunde gelegt werden.A further embodiment of the invention provides that the volume flow of the test medium is recorded in a time-discrete manner with a defined time resolution and mean values of the volume flow are formed from the determined data, which are used as the basis for the evaluation.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zeitpunkt X erfasst wird, zu dem der Volumenstrom des Testmediums den definierten prozentualen Anstieg erfahren hat und aus diesem Zeitpunkt X die Anzahl der Umwälzungen Ux des Testmediums in der Teststrecke bis zu diesem Zeitpunkt X berechnet wird. Dies ermöglicht eine einfache Auswertung über lediglich einen Parameter, nämlich den Zeitpunkt X.A further embodiment of the invention provides that the point in time X is recorded at which the volume flow of the test medium has experienced the defined percentage increase and from this point in time X the number of circulations Ux of the test medium in the test section up to this point in time X is calculated. This enables a simple evaluation using just one parameter, namely time X.

Hierzu sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Berechnung erfolgt, indem ein Umrechnungsfaktor fx zwischen der bis zum Zeitpunkt X verstrichenen Versuchszeit tx und der Anzahl der in der Versuchszeit tx erfolgten geförderten Umwälzungen Ux des Testmediums wie folgt gebildet wird: $U_{X} = \frac{t_{X}}{f_{X}}$

For this purpose, one embodiment provides that the calculation is carried out by forming a conversion factor fx between the test time tx that has elapsed up to the point in time X and the number of circulations Ux of the test medium promoted in the test time tx as follows:

U_{X} = \frac{t_{X}}{f_{X}}

Dabei ist:
U_X = Anzahl der Umwälzungen zum Zeitpunkt X
t_X = Versuchszeit bzw. -dauer bis zum Zeitpunkt X [h]
f_X = Umrechnungsfaktor [h]Where:
U _X = number of revolutions at time X
t _X = test time or duration up to time X [h]
f _X = conversion factor [h]

Der Umrechnungsfaktor fx wird also benötigt, um von der Versuchszeit auf die Anzahl der zu diesem Zeitpunkt geförderten Umwälzungen zukommen, wobei eine Umwälzung eine Zirkulation des Volumens des Testmediums in der Teststrecke ist.The conversion factor fx is therefore required in order to move from the test time to the number of circulations promoted at this point in time, a circulation being a circulation of the volume of the test medium in the test section.

Der Volumenstrom ist typischerweise nicht exakt konstant. Es ist daher sinnvoll, einen Mittelwert der Messpunkte zu bilden, bis der Zeitpunkt X eintritt, an dem der Schwellwert (z.B. 100,4 %) des Volumenstroms erreicht wird. Hierdurch kann die Genauigkeit bei der Bestimmung des Umrechnungsfaktors erhöht werden. Der Umrechnungsfaktor fx wird dabei durch folgende Formel gebildet: $f_{X} = \frac{\sum_{i = 1}^{n X} \frac{V}{Q_{i}}}{n_{X}}$

wobei gilt:
f_X = gemittelter Umrechnungsfaktor bis zum Zeitpunkt X [h]

V = Volumen in der Teststrecke [m³]
Q_i = Volumenstrom zum Zeitpunkt i [m³/h]
n_X = Anzahl Messpunkte bis zum Zeitpunkt X, wobei die Messpunkte automatisch aufgezeichnete Messwerte des Volumenstroms sind.The volume flow is typically not exactly constant. It is therefore sensible to form an average value of the measuring points until the point in time X occurs at which the threshold value (eg 100.4%) of the volume flow is reached. In this way, the accuracy in determining the conversion factor can be increased. The conversion factor fx is formed using the following formula:

f_{X} = \frac{\sum_{i = 1}^{n X} \frac{V}{Q_{i}}}{n_{X}}

where:
f _X = averaged conversion factor up to time X [h]

V = volume in the test section [m ³ ]
Q _i = volume flow at time i [m ³ / h]
n _X = number of measuring points up to time X, whereby the measuring points are automatically recorded measured values of the volume flow.

Somit wird der Umrechnungsfaktor fx über den Mittelwert von Zwischen-Umrechnungsfaktoren f_i zum Zeitpunkt i gebildet, wobei $f_{i} = {V/Q}_{i}$

The conversion factor fx is thus formed from the mean value of intermediate conversion factors f _i at time i, where

f_{i} = {V / Q}_{i}

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Bestimmung des Quantifizierungsparameters die ermittelte Anzahl der Umwälzungen Ux des Testmediums, bei der bei der zu testenden Pumpe der Volumenstrom des Testmediums den definierten prozentualen Anstieg erfahren hat, mit einem Referenzwert U_X,Ref einer Referenzpumpe verglichen wird, wobei der Referenzwert U_X,Ref die Anzahl von Umwälzungen des Testmediums bei der Referenzpumpe angibt, bei der der Volumenstrom des Testmediums den definierten prozentualen Anstieg erfahren hat.Another embodiment of the invention provides that the determined number of revolutions is used to determine the quantification parameter Ux of the test medium, in which the volume flow of the test medium has experienced the defined percentage increase in the pump to be tested, is compared with a reference value U _{X, Ref of} a reference pump, the reference value U _{X, Ref being} the number of circulations of the test medium in the reference pump indicates at which the volume flow of the test medium has experienced the defined percentage increase.

Dies erfolgt beispielsweise in der Weise, dass als Quantifizierungsparameter eine Schonförderkennzahl der zu testenden Pumpe ermittelt wird, wobei zur Bestimmung der Schonförderkennzahl die ermittelte Anzahl der Umwälzungen Ux des Testmediums bei der zu testenden Pumpe mit dem Referenzwert U_X,Ref der Referenzpumpe wie folgt ins Verhältnis gesetzt wird: $ϕ_{a} = U_{X,a} / U_{X,Ref}$

wobei gilt:
Φ_a = Schonförderkennzahl der Pumpe a
U_X,a= Anzahl der Umwälzungen bis zum Zeitpunkt X mit Pumpe a
U_X,Ref = Anzahl Umwälzungen bis zum Zeitpunkt X mit der ReferenzpumpeThis is done, for example, in such a way that as a quantification parameter a gentle delivery number of the pump to be tested is determined, the determined number of circulations Ux of the test medium in the pump to be tested with the reference value U _{X, Ref of} the reference pump in relation to the determination of the gentle delivery number as follows is set:

ϕ_{a} = U_{X, a} / U_{X, Ref}

where:
Φ _a = low flow rate of the pump a
U _{X, a} = number of circulations up to time X with pump a
U _{X, Ref} = number of circulations up to time X with the reference pump

Solange keine Pumpe getestet wird, die schonender mit dem zu fördernden Testmedium umgeht als die Referenzpumpe, ergeben sich als Schonförderkennzahl immer Werte zwischen null und eins. Wenn eine Pumpe getestet wird, die schonender mit dem zu fördernden Testmedium umgeht als Referenzpumpe, ergeben sich als Schonförderkennzahl Werte größer als eins. Je höher dabei der Wert der Schonförderkennzahl, desto produktschonender arbeitet die Pumpe.As long as no pump is tested that handles the test medium to be pumped more gently than the reference pump, values between zero and one always result as a gentle pump number. If a pump is tested that handles the test medium to be pumped more gently as a reference pump, values greater than one result as a gentle pump number. The higher the value of the gentle delivery index, the more gentle the pump is on the product.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zu testende Pumpe am Auslegungsbetriebspunkt der Pumpe betrieben wird. Unterschiedliche Pumpen können dabei abhängig von der Pumpenkennlinie unterschiedliche Auslegungspunkte im Hinblick auf den Volumenstrom haben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insofern transparent, als die Anzahl der Umwälzungen betrachtet wird, nicht dagegen die Zeit, in der eine Umwälzung erfolgt.One embodiment of the invention provides that the pump to be tested is operated at the design operating point of the pump. Different pumps can have different design points with regard to the volume flow, depending on the pump characteristic. The method according to the invention is transparent insofar as the number of circulations is considered, but not the time in which a circulation takes place.

Weiter wird darauf hingewiesen, dass alternativ das Messen einer zu testenden Pumpe auch außerhalb des Auslegungsbetriebspunkts der Pumpe erfolgen kann. Beispielsweise kann auf diese Weise ermittelt werden, ob die Pumpe bei bestimmten Betriebspunkten, die vom Auslegungsbetriebspunkt abweichen, möglicherweise bessere Schonfördereigenschaften aufweist.It is also pointed out that, as an alternative, a pump to be tested can also be measured outside the design operating point of the pump. For example, it can be determined in this way whether the pump may have better gentle pumping properties at certain operating points that deviate from the design operating point.

Als Testmedium wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Beta-Glukan enthaltendes Testfluid eingesetzt. Grundsätzlich kann jedoch jedes Testfluid eingesetzt werden, das durch einen Scherkrafteintrag eine Gelbildung erfährt und das thixotrope Fließeigenschaften im Gel-Zustand aufweist.According to one embodiment of the invention, a test fluid containing beta-glucan is used as the test medium. In principle, however, any test fluid can be used which undergoes gel formation as a result of the application of shear force and which has thixotropic flow properties in the gel state.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Testmedium Wasser, Beta-Glukan und Ethanol umfasst, wobei der Anteil des Beta-Glukans bei mindestens 0,3 Gewichtsprozent liegt. Insbesondere kann der Anteil des Beta-Glukans beispielsweise im Bereich zwischen 0,4 bis 0,5 Gewichtsprozent liegen.One embodiment provides that the test medium comprises water, beta-glucan and ethanol, the proportion of beta-glucan being at least 0.3 percent by weight. In particular, the proportion of beta-glucan can be, for example, in the range between 0.4 to 0.5 percent by weight.

Der Volumenstrom des Testmediums in der Teststrecke wird beispielsweise über eine in die Teststrecke integrierte Durchflussmessung erfasst.The volume flow of the test medium in the test section is recorded, for example, via a flow measurement integrated into the test section.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Quantifizierungsparameter für eine Mehrzahl von Pumpen bestimmt wird, wobei für die Bestimmung des Quantifizierungsparameters jeweils das gleiche Testmedium und der gleiche definierte Schwellwert verwendet werden, ab dem der von der Gelkonzentration des Testmediums abhängige Parameter des Testmediums eine Änderung erfährt. Hierdurch wird eine Vergleichbarkeit der Messungen bereitgestellt.An embodiment of the method according to the invention provides that the quantification parameter is determined for a plurality of pumps, the same test medium and the same defined threshold value being used for determining the quantification parameter, from which the test medium parameter dependent on the gel concentration of the test medium becomes a Changes. This enables the measurements to be compared.

Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Quantifizierung des Scherkrafteintrags, den eine im Brauprozess eingesetzte Pumpe in das geförderte Medium einträgt. Die Vorrichtung umfasst eine geschlossene Teststrecke, in der ein scherkraftempfindliches Testmedium, das durch einen Scherkrafteintrag eine Gelbildung erfährt, unter Verwendung einer zu testenden Pumpe umgewälzt wird. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren Mittel zum Bestimmen eines Quantifizierungsparameters, der den Scherkrafteintrag der zu testenden Pumpe quantifiziert, aus der Anzahl an Umwälzungen Ux, die die Pumpe benötigt, bis ein von der Gelkonzentration des Testmediums abhängiger Parameter des Testmediums eine Änderung erfährt, die über einem definierten Schwellwert liegt. Dabei ist das Testmedium ein Medium mit thixotropen Fließeigenschaften im Gel-Zustand und sind die Mittel zum Bestimmen des Quantifizierungsparameters dazu ausgebildet, als Parameter des Testmediums den Volumenstrom des Testmediums in der Teststrecke zu erfassen.According to a further aspect of the invention, the invention relates to a device for quantifying the shear force input which a pump used in the brewing process introduces into the conveyed medium. The device comprises a closed test section in which a shear force-sensitive test medium, which undergoes gel formation as a result of the application of shear force, is circulated using a pump to be tested. The device further comprises means for determining a quantification parameter, which quantifies the shear force input of the pump to be tested, from the number of circulations Ux that the pump needs until a parameter of the test medium that is dependent on the gel concentration of the test medium experiences a change that exceeds a defined threshold. The test medium is a medium with thixotropic flow properties in the gel state and the means for determining the quantification parameter are designed to detect the volume flow of the test medium in the test section as a parameter of the test medium.

Die genannten Mittel werden beispielsweise durch eine Messeinrichtung, die an der Teststrecke eine Durchflussmessung vornimmt, eine Zeitmesseinrichtung und eine mit den Messeinrichtungen verbundene Steuer- und Auswerteinrichtung bereitgestellt, wobei die Steuer- und Auswerteinrichtung einen Computer umfassen kann, der in an sich bekannter Weise einen oder mehrere Prozessoren, Speicher und Anwendungsprogramme aufweist.Said means are provided, for example, by a measuring device that measures the flow rate on the test section, a time measuring device and a control and evaluation device connected to the measuring devices, the control and evaluation device being able to include a computer which in itself known manner has one or more processors, memories and application programs.

Als Pumpen können beispielsweise Scherpumpen, Kreiselpumpen (normal- und selbstsaugend), Drehkolbenpumpen und Exzenterschneckenpumpen eingesetzt werden. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Pumpen beschränkt.Shear pumps, centrifugal pumps (normal and self-priming), rotary lobe pumps and eccentric screw pumps, for example, can be used as pumps. In principle, the present invention is not restricted to specific types of pumps.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Pumpenteststrecke zur Quantifizierung des Scherkrafteintrags in ein Testmedium;
2 ein Diagramm, das für eine erste Pumpe in einer Pumpenteststrecke gemäß 1 in Abhängigkeit von der Zeit die Änderung der Gelkonzentration und die Änderung des Volumenstroms des Testmediums zeigt;
3 ein Diagramm, das für eine zweite Pumpe in einer Pumpenteststrecke gemäß 1 in Abhängigkeit von der Zeit die Änderung des Volumenstroms des Testmediums zeigt; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Scherkrafteintrags in ein Testmedium.

The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing on the basis of several exemplary embodiments. Show it:

1 an embodiment of a pump test section for quantifying the shear force input into a test medium;
2 a diagram for a first pump in a pump test section according to 1 shows the change in gel concentration and the change in volume flow of the test medium as a function of time;
3 a diagram for a second pump in a pump test section according to 1 shows the change in the volume flow of the test medium as a function of time; and
4th a flow chart of a method for determining the shear force input into a test medium.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer geschlossenen Pumpenteststrecke 2, nachfolgend als Teststrecke bezeichnet. Die Teststrecke 2 dient der Bestimmung eines Quantifizierungsparameters, der die Schonfördereigenschaften einer in der Teststrecke 2 angeordneten Pumpe 3 quantifiziert. Die Pumpe 3 ist dafür vorgesehen und eingerichtet, im Brauprozess eingesetzt zu werden. Über den Quantifizierungsparameter kann der Scherkrafteintrag der Pumpe 3 in die Brauflüssigkeit quantifiziert und dadurch die Eignung der Pumpe 3 für den Einsatz im Bauprozess objektiv bewertet werden.the 1 shows an embodiment of a closed pump test section 2 , hereinafter referred to as the test track. The test track 2 is used to determine a quantification parameter, which the protective conveying properties of a in the test track 2 arranged pump 3 quantified. The pump 3 is intended and set up to be used in the brewing process. The shear force input of the pump can be determined via the quantification parameter 3 quantified in the brewing liquid and thereby the suitability of the pump 3 be objectively assessed for use in the construction process.

In der Teststrecke 2 wird durch die Pumpe 3 ein Testmedium 1 umgewälzt. Wenn das Gesamtvolumen des Testmediums 1 in der Teststrecke 1 einmal umgewälzt, also transportiert worden ist, liegt eine Umwälzung des Testmediums vor. Bei dem Testmedium 1 handelt es sich im betrachteten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht notwendigerweise um ein Testfluid, das Beta-Glukan enthält. Insbesondere wird ein Testmedium verwendet, dass die Komponenten Wasser, Beta-Glukan und Ethanol umfasst, wobei der Anteil des Beta-Glukans bei mindestens 0,3 Gewichtsprozent, beispielsweise im Bereich zwischen 0,4 und 0,5 Gewichtsprozent liegt. Die Gelbildung bei Beta-Glukanen ist darauf zurückzuführen, dass sich Beta-Glukane durch Einwirkung von Scherkräfte gradlinig ausrichten, wodurch sie sich mit anderen Beta-Glukan-Molekülen zusammenlagern und ein Gel bilden können.In the test track 2 is made by the pump 3 a test medium 1 circulated. When the total volume of the test medium 1 in the test track 1 Once it has been circulated, i.e. transported, the test medium has circulated. With the test medium 1 In the exemplary embodiment under consideration, however, it is not necessarily a test fluid that contains beta-glucan. In particular, a test medium is used that comprises the components water, beta-glucan and ethanol, the proportion of beta-glucan being at least 0.3 percent by weight, for example in the range between 0.4 and 0.5 percent by weight. Gel formation in beta-glucans is due to the fact that beta-glucans align themselves in a straight line due to the action of shear forces, which allows them to combine with other beta-glucan molecules and form a gel.

Die Teststrecke 2 umfasst einen Tank 21, die eine definierte Menge an Testmedium 1 enthält. Optional kann eine Heizung 210 vorgesehen sein, um das Testmedium 1 auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen. Das Testmedium 1 wird über Leitungsabschnitte 22, die beispielsweise durch Rohre gebildet sind, in einem geschlossenen Kreislauf über die Pumpe 3 zurück zum Tank 21 geführt. Dabei werden die folgenden Stationen passiert.The test track 2 includes a tank 21 that a defined amount of test medium 1 contains. Optionally, a heater 210 be provided to the test medium 1 to heat up to a certain temperature. The test medium 1 is via line sections 22nd , which are formed, for example, by pipes, in a closed circuit via the pump 3 back to the tank 21 guided. The following stations will be passed.

Das Testmedium 1 fließt vom Tank 21 über einen Leitungsabschnitt 22 zu einer Entnahmestelle 23, an der dem Testmedium 1 optional eine Probe entnommen werden kann. Von der Entnahmestelle 23 fließt das Testmedium 1 über einen weiteren Leitungsabschnitt 22 zu einem Schlauchanschluss 291, von diesem weiter über einen Schlauch 24 zu der Pumpe 3, die durch einen Motor 30 angetrieben wird, und über den Schlauch 4, einen weiteren Schlauchanschluss 292 und eine weitere Entnahmestelle 25 zu einem Kühler 26. Der Kühler 26 dient dazu, die Temperatur des Testmediums konstant zu halten. Ohne den Kühler 26 könnte es aufgrund der Pumpleistung der Pumpe 3 zu einer Temperaturerhöhung des Testmediums 1 kommen.The test medium 1 flows from the tank 21 over a line section 22nd to an extraction point 23 on which the test medium 1 optionally a sample can be taken. From the extraction point 23 the test medium flows 1 via another line section 22nd to a hose connection 291 , continue from this via a hose 24 to the pump 3 driven by an engine 30th is driven, and via the hose 4th , another hose connection 292 and another extraction point 25th to a cooler 26th . The cooler 26th serves to keep the temperature of the test medium constant. Without the cooler 26th it could be due to the pumping capacity of the pump 3 to an increase in temperature of the test medium 1 come.

Vom Kühler wird das Testmedium 1 über eine weiteren Leitungsabschnitt 22 und einen optionalen Abzweig 27 einer Drossel 28 und von dieser dem Tank 21 zugeführt, so dass die Teststrecke 2 geschlossen ist. Der optionale Abzweig 27 kann dazu dienen, eine gesonderte Reinigungslösung, die nach dem eigentlichen Versuch in die Teststrecke eingefüllt wird, über eine Sprühkugel 271 zu zirkulieren. Über die Drossel 28 kann der Volumenstrom in der Teststrecke 2 eingestellt werden, wobei allgemein gilt, dass der Volumenstrom gleich dem Produkt der mittleren Strömungsgeschwindigkeit und der Querschnittsfläche der Drossel 28 ist.The test medium is taken from the cooler 1 via another line section 22nd and an optional branch 27 a throttle 28 and from this the tank 21 fed so that the test track 2 closed is. The optional branch 27 can be used to spray a separate cleaning solution, which is poured into the test track after the actual experiment, via a spray ball 271 to circulate. About the throttle 28 can be the volume flow in the test track 2 can be set, whereby it generally applies that the volume flow is equal to the product of the mean flow velocity and the cross-sectional area of the throttle 28 is.

Es wird darauf hingewiesen, dass in die Teststrecke weitere Drosseln integriert sein können, beispielsweise zwischen dem Tank 21 und der Entnahmestelle 23 und/oder zwischen der Entnahmestelle 23 und dem Schlauchanschluss 291 und/oder zwischen dem Schlauchanschluss 292 und dem Kühler 26.It should be noted that further chokes can be integrated into the test section, for example between the tank 21 and the extraction point 23 and / or between the extraction point 23 and the hose connection 291 and / or between the hose connection 292 and the cooler 26th .

Die Teststrecke 2 weist des Weiteren eine Mehrzahl von Sensoren auf, die physikalische Parameter des Testmediums 1 erfassen und aufzeichnen. So ist zwischen der Entnahmestelle 23 und der Pumpe 3 ein erster Temperatursensor 41 vorgesehen, der die Temperatur des Testmediums in diesem Leitungsabschnitt erfasst und aufzeichnet. Zwischen der Pumpe 3 und den Kühler 26 sind drei Sensoren angeordnet, nämlich ein Durchflusssensor 42, der den Volumenstrom durch den Leitungsabschnitt 22 misst und aufzeichnet, ein Drucksensor 43, der den Druck des Testmediums 1 im Leitungsabschnitt 22 erfasst und aufzeichnet, und ein weiterer Temperatursensor 44, der die Temperatur des Testmediums in diesem Leitungsabschnitt erfasst und aufzeichnet. Die Sensoren können eine integrierte Zeitmessung aufweisen.The test track 2 furthermore has a plurality of sensors, the physical parameters of the test medium 1 capture and record. So is between the extraction point 23 and the pump 3 a first temperature sensor 41 provided, which detects and records the temperature of the test medium in this line section. Between the pump 3 and the cooler 26th three sensors are arranged, namely a flow sensor 42 who the Volume flow through the line section 22nd measures and records, a pressure sensor 43 showing the pressure of the test medium 1 in the line section 22nd detects and records, and another temperature sensor 44 which detects and records the temperature of the test medium in this line section. The sensors can have an integrated time measurement.

Dabei ist vorgesehen, dass die Sensoren 41, 42, 43, 44, wie schematisch dargestellt, mit einer Steuer- und Auswerteinrichtung 4 verbunden sind, die die Sensordaten erhält und diese entweder selber auswertet oder an eine weitere Auswerteinheit weiterleitet. Die Steuer- und Auswerteinrichtung 4 kann einen Computer umfassen, der in an sich bekannter Weise einen oder mehrere Prozessoren, Speicher und Anwendungsprogramme aufweist.It is provided that the sensors 41 , 42 , 43 , 44 , as shown schematically, with a control and evaluation device 4th are connected, which receives the sensor data and either evaluates it itself or forwards it to another evaluation unit. The control and evaluation device 4th can comprise a computer which, in a manner known per se, has one or more processors, memories and application programs.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht das Testmedium aus folgenden Komponenten:

- 1,000 kg Gersten-Beta-Glukan-Konzentrat (Konzentration 72% nach AOAC995.16),
- 5,00 I Ethanol (reinst, 99,8%, vergällt),
- 50 ml Ortho-Phosphorsäure (technisch, Konzentration 8,5%),
- Ad 240 I entionisiertes Wasser (LF < 5 µS/cm)

According to one embodiment, the test medium consists of the following components:

- 1,000 kg barley beta-glucan concentrate (concentration 72% according to AOAC995.16),
- 5.00 l ethanol (pure, 99.8%, denatured),
- 50 ml orthophosphoric acid (technical, concentration 8.5%),
- Ad 240 I deionized water (LF <5 µS / cm)

Das resultierende Testmedium weist bei diesem Ausführungsbeispiel demzufolge (rechnerisch) eine Beta-Glukan-Konzentration von 4,2 g/l und einer Ethanol-Konzentration von 2,1%-vol. auf. Je nach verwendeter Analysenmethode kann die gemessene Beta-Glukan-Konzentration von der rechnerischen Konzentration abweichen. Bei der Herstellung des Mediums verdampft ein nicht bestimmbarer Anteil des verwendeten Ethanols. Die reale Ethanol-Konzentration im Fluid liegt zwischen 0,4%-vol. und 2,1%-vol., der pH-Wert zwischen 4,5 und 5,5.In this exemplary embodiment, the resulting test medium accordingly has (arithmetically) a beta-glucan concentration of 4.2 g / l and an ethanol concentration of 2.1% -vol. on. Depending on the analytical method used, the measured beta-glucan concentration can deviate from the calculated concentration. During the production of the medium, a non-determinable proportion of the ethanol used evaporates. The real ethanol concentration in the fluid is between 0.4% -vol. and 2.1% -vol., the pH value between 4.5 and 5.5.

Das über die Teststrecke 2 und das Testmedium 1 realisierte Messverfahren dient zunächst der Bestimmung der Anzahl an Umwälzungen Ux, die die zu testende Pumpe 3 benötigt, um so viele Scherkräfte in das Testmedium 1 zu übertragen, dass ein betrachteter Parameter des Testmediums eine Änderung erfährt, die über einem definierten Schwellwert liegt. Je höher die Anzahl an Umwälzungen Ux, bis der Schwellwert erreicht wird, desto produktschonender arbeitet die Pumpe. Über einen Vergleich der bis zum Erreichen des Schwellwerts erfolgten Umwälzungen Ux des Testmediums mit einem Referenzwert kann dann als Quantifizierungsparameter eine Schonförderkennzahl bestimmt werden.That about the test track 2 and the test medium 1 The measurement method implemented is initially used to determine the number of revolutions Ux that the pump to be tested is subjected to 3 needed to put as many shear forces into the test medium 1 to transmit that a considered parameter of the test medium undergoes a change that is above a defined threshold value. The higher the number of circulations Ux until the threshold value is reached, the more gentle the pump is on the product. By comparing the revolutions Ux of the test medium that took place until the threshold value was reached with a reference value, a protective delivery index can then be determined as a quantification parameter.

Als Parameter wird dabei ein Parameter gewählt, der abhängig von der Gelkonzentration im Testmedium ist. Denn das Testmedium ist derart gewählt, dass es durch einen Scherkrafteintrag eine Gelbildung erfährt. Eine solche Gelbildung erfolgt bei dem im betrachteten Ausführungsbeispiel im Testmedium enthaltenen Beta-Glukan. Eine Erhöhung der Gelkonzentration wird somit durch einen Scherkrafteintrag in das Testmedium bewirkt.A parameter is selected as the parameter that is dependent on the gel concentration in the test medium. This is because the test medium is selected in such a way that it undergoes gel formation as a result of the application of shear force. Such a gel formation takes place in the case of the beta-glucan contained in the test medium in the exemplary embodiment under consideration. An increase in the gel concentration is thus brought about by an introduction of shear force into the test medium.

Die Erfindung betrachtet dabei als relevanten Parameter den Volumenstrom des Testmediums in der Teststrecke. Im Vergleich zu einer alternativ möglichen direkten Bestimmung der Gelkonzentration kann dabei eine lückenlose Untersuchung während des Versuchsverlaufs erfolgen, ohne die Notwendigkeit einer Probenentnahme. Dies führt zu einer Ressourcen- und Zeitersparnis.The invention considers the volume flow of the test medium in the test section as a relevant parameter. In comparison to an alternative possible direct determination of the gel concentration, a complete examination can be carried out during the course of the experiment without the need to take a sample. This leads to a saving of resources and time.

Das Verfahren nutzt dabei folgende rheologische Stoffeigenschaften des Testmediums, die bei einem Testmedium mit Beta-Glukanen und deren Gelen vorhanden sind: gelöstes Beta-Glukan (Beta-Glukan im Sol-Zustand) besitzt newtonsche Fließeigenschaften. Dagegen besitzt Beta-Glukan-Gel thixotrope Fließeigenschaften. Das bedeutet, dass, obwohl das Gel für sich genommen eine höhere Viskosität als das Sol aufweist, es im Gegensatz zum Sol scherverdünnende Eigenschaften hat. Mit zunehmendem Scherkrafteintrag und eine dadurch verursachte zunehmende Gelbildung nimmt aufgrund der thixotropen Fließeigenschaften des Gels die Viskosität im Testmedium ab. Dies führt bei gleicher Pumpenarbeit zu einem Anstieg des Volumenstroms.The method uses the following rheological material properties of the test medium, which are present in a test medium with beta-glucans and their gels: dissolved beta-glucan (beta-glucan in the sol state) has Newtonian flow properties. In contrast, beta-glucan gel has thixotropic flow properties. This means that although the gel itself has a higher viscosity than the sol, it has shear-thinning properties in contrast to the sol. As the shear force increases and the resulting gel formation increases, the viscosity in the test medium decreases due to the thixotropic flow properties of the gel. With the same pump work, this leads to an increase in the volume flow.

Damit ist es möglich, einen Schwellwert zu definieren, wenn der Volumenstrom des Testmediums einen definierten prozentualen Anstieg erfahren hat. Dieser Schwellwert wird im betrachteten Ausführungsbeispiel als 100,4% des initialen Volumenstroms definiert. Dabei wird die Anzahl an Umwälzungen Ux bestimmt, die die Pumpe 3 benötigt, bis der genannte Schwellwert erreicht wird.This makes it possible to define a threshold value when the volume flow of the test medium has experienced a defined percentage increase. In the exemplary embodiment under consideration, this threshold value is defined as 100.4% of the initial volume flow. The number of circulations Ux is determined by the pump 3 required until the mentioned threshold value is reached.

Der Volumenstrom wird durch den Sensor 42 der 1 mit einer Auflösung von beispielsweise 13 Sekunden in der Teststrecke 2 aufgezeichnet. Zusätzlich werden Druck und Temperatur durch die Sensoren 41, 43, 44 aufgezeichnet. Um die Vielzahl an Daten auswerten zu können, werden daraus beispielsweise stündliche Mittelwerte gebildet. Ein Anstieg des Volumenstroms außerhalb von Messschwankungen wird bei 100,4% des initialen Volumenstroms festgestellt. Dieses Ereignis beschreibt den Punkt, an dem genügend Beta-Glukan-Gel im Medium vorhanden ist, um deutlich eine makroskopische physikalische Veränderung in ihm hervorzurufen. Er wird zur Beurteilung der Schonförderung final herangezogen und wird im Folgenden mit dem Index ,X' bezeichnet, der den Zeitpunkt angibt, zu dem der Schwellwert von 100,4 % erreicht wird. Der Zeitpunkt ,X' ist in etwa mit einem Gelanteil von 20 Volumenprozent im Medium erreicht. Schwankungen ergeben sich naturgemäß bei unterschiedlichen Chargen des Beta-Glucan - Konzentrats.The volume flow is through the sensor 42 the 1 with a resolution of, for example, 13 seconds in the test track 2 recorded. In addition, the pressure and temperature are measured by the sensors 41 , 43 , 44 recorded. In order to be able to evaluate the multitude of data, hourly averages are formed from it, for example. An increase in the volume flow outside of measurement fluctuations is determined at 100.4% of the initial volume flow. This event describes the point at which there is enough beta-glucan gel in the medium to clearly produce a macroscopic physical change in it. It is finally used to assess the grace period and is referred to below with the index 'X', which indicates the point in time at which the threshold value of 100.4% is reached. The point in time 'X' is reached approximately with a gel content of 20 percent by volume in the medium. Fluctuations naturally result from different batches of beta-glucan concentrate.

Der Zeitpunkt ,X' an dem die beschriebenen 100,4% Volumenstrom erreicht sind, wird auf die Umwälzungen des Mediums in der Teststrecke umgerechnet, um verschiedene Volumenströme, bzw. verschiedene Betriebspunkte miteinander vergleichbar zu machen. Hierfür wird ein Faktor fx zwischen der Versuchszeit und dem zu diesem Zeitpunkt geförderten Volumen gebildet.The point in time 'X' at which the described 100.4% volume flow is reached is converted to the circulations of the medium in the test section in order to make different volume flows or different operating points comparable with one another. For this purpose, a factor fx is formed between the test time and the volume conveyed at this point in time.

Hierbei werden, da der Volumenstrom nicht exakt konstant ist, zunächst Mittelwerte f_i dieses Faktors fx gebildet und dann aufsummiert und gemittelt. Dabei gilt: $f_{i} = \frac{V}{Q_{i}}$

Since the volume flow is not exactly constant, mean values f _{i of} this factor fx are first formed and then added up and averaged. The following applies:

f_{i} = \frac{V}{Q_{i}}

Dabei ist:
f_i = Umrechnungsfaktor zum Zeitpunkt i [h]
V = Volumen in der Teststrecke [m³]
Q_i = Volumenstrom zum Zeitpunkt i [m³/h]Where:
f _i = conversion factor at time i [h]
V = volume in the test section [m ³ ]
Q _i = volume flow at time i [m ³ / h]

Für den Faktor fxgilt dann: $f_{X} = \frac{\sum_{i = 1}^{n X} \frac{v}{Q_{i}}}{n_{X}}$

Dabei ist:
f_X = gemittelter Umrechnungsfaktor bis zum Zeitpunkt X [h]
V = Volumen in der Teststrecke [m³]
Q_i = Volumenstrom zum Zeitpunkt i [m³/h]
n_X = Anzahl Messpunkte bis zum Zeitpunkt XThe following then applies to the factor fx:

f_{X} = \frac{\sum_{i = 1}^{n X} \frac{v}{Q_{i}}}{n_{X}}

Where:
f _X = averaged conversion factor up to time X [h]
V = volume in the test section [m ³ ]
Q _i = volume flow at time i [m ³ / h]
n _X = number of measuring points up to time X

Die Messpunkte bezeichnen dabei die automatisch aufgezeichneten Messwerte.The measuring points designate the automatically recorded measured values.

Damit lässt sich aus dem Umrechnungsfaktor fx und der bis zum Zeitpunkt X verstrichenen Versuchszeit tx die Anzahl der in der Versuchszeit erfolgten Umwälzungen Ux des Testmediums wie folgt berechnen: $U_{X} = \frac{t_{X}}{f_{X}}$

The number of circulations Ux of the test medium that took place during the test time can thus be calculated as follows from the conversion factor fx and the test time tx that has elapsed up to the point in time X:

U_{X} = \frac{t_{X}}{f_{X}}

Die Anzahl der in der Versuchszeit tx erfolgten Umwälzungen U_X wird sinnvollerweise zunächst für eine Referenzpumpe ermittelt, wodurch ein Referenzwert U_X,Ref bereitgestellt wird, welcher folgend als Vergleichswert für die Beurteilung von anderen Pumpen mit gleichem oder ähnlichem Auslegungsbetriebspunkt herangezogen wird. _{The number of circulations U X} that took place in the test time tx is sensibly first determined for a reference _{pump, whereby a reference value U X, Ref is} provided, which is then used as a comparison value for assessing other pumps with the same or a similar design operating point.

Anschließend wird die Anzahl der in der Versuchszeit t_X erfolgten Umwälzungen Ux für eine aktuell zu messende Pumpe ermittelt. Der zu untersuchende Betriebspunkt ist dabei nicht notwendigerweise auf den auf den Auslegungsbetriebspunkt limitiert. Es kann jeglicher Betriebspunkt beispielsweise über die in der Teststrecke 2 eingebaute Drossel 28 eingestellt werden.The number of circulations Ux that took place in the test time t _X is then determined for a pump currently to be measured. The operating point to be examined is not necessarily limited to that of the design operating point. It can be any operating point, for example above the one in the test track 2 built-in throttle 28 can be set.

Um eindeutige vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, werden die ermittelten Werte Ux einer beliebigen Pumpe mit dem Wert U_X,Ref ins Verhältnis gesetzt. Daraus ergibt sich folgender mathematischer Zusammenhang: $ϕ_{a} = U_{X, a} / U_{X, Ref}$

wobei gilt:
Φ_a = Schonförderkennzahl der Pumpe a
U_X,_a = Anzahl der Umwälzungen bis zum Zeitpunkt X mit Pumpe a
U_X,Ref = Anzahl Umwälzungen bis zum Zeitpunkt X mit der ReferenzpumpeIn order to achieve unambiguously comparable results, the determined values Ux of any pump are set in relation to _{the value U X, Ref.} This results in the following mathematical relationship:

ϕ_{a} = U_{X, a} / U_{X, Ref}

where:
Φ _a = low flow rate of the pump a
U _X , _a = number of circulations up to time X with pump a
U _{X, Ref} = number of circulations up to time X with the reference pump

Solange keine Pumpe getestet wird, die schonender mit dem zu förderndem Medium umgeht als die Referenzpumpe, ergeben sich hier immer Werte zwischen null und eins. Je höher der Wert, desto produktschonender arbeitet die Pumpe. Die Referenzpumpe besitzt demnach eine Schonförderkennzahl von,1'.As long as no pump is tested that handles the medium to be pumped more gently than the reference pump, values between zero and one always result here. The higher the value, the gentler the pump is on the product. The reference pump accordingly has a gentle delivery number of '1'.

Das beschriebene Verfahren wird nachfolgend anhand von zwei Beispielen erläutert.The method described is explained below using two examples.

Beispiel 1example 1

Die 2 zeigt als Kurve 10 eine Messung des Volumenstroms Q in Abhängigkeit von der Zeit für eine erste Pumpe, bei der es sich beispielsweise um eine Referenzpumpe handelt, so dass U_X,Ref zu bestimmen ist. Zusätzlich ist in der 2 die zeitliche Entwicklung der Gelkonzentration im Testmedium anhand von Messpunkten und einer berechneten Kurve 11 eingezeichnet.the 2 shows as a curve 10 a measurement of the volume flow Q as a function of time for a first pump, which is, for example, a reference pump, so that U _{X, Ref is} to be determined. In addition, the 2 the development of the gel concentration in the test medium over time based on measuring points and a calculated curve 11 drawn.

Der anfängliche Volumenstrom beträgt im Mittel 9,149 m³/h und erreicht nach einer Versuchszeit tx von 39 Stunden mit 9,186 m³/h den Schwellwert von 100,4%. Der errechnete Gelanteil liegt zu diesem Zeitpunkt bei 19%.The initial volume flow averages 9.149 m ³ / h and, after a test time tx of 39 hours, reaches the threshold value of 100.4% ^{at 9.186 m 3 / h.} The calculated proportion of gel at this point in time is 19%.

Aus den bei den geförderten Volumina und der dazugehörigen Versuchsdauer ergibt sich nach Gleichung 2 ein Faktor fx = 0,0260 h. Der Wert U_X,Ref beträgt dann gemäß Gleichung 3 U_X,Ref = 39 h / 0,0260 h = 1500. Dies entspricht laut Gleichung 4 einer Schonförderkennzahl von Φ_Ref = 1.A factor of fx = 0.0260 h results from equation 2 for the volumes conveyed and the associated test duration. According to equation 3, the value U _{X, Ref} _{is then U X, Ref} = 39 h / 0.0260 h = 1500. According to equation 4, this corresponds to a gentle delivery index of Φ _Ref = 1.

Die 3 zeigt als Kurve 10 eine Messung des Volumenstroms Q in Abhängigkeit von der Zeit für eine zweite Pumpe A, deren Schonfördereigenschaften im Vergleich zur Referenzpunkte bestimmt werden sollen. Der anfängliche Volumenstrom beträgt hier im Mittel 9,060 m³/h und erreicht nach 33 Stunden mit 9,096 m³/h den Schwellwert von 100,4%. Es ist ersichtlich, dass der anfängliche Durchfluss bei dieser Pumpe leicht geringer ist als bei der Referenzpumpe. Dies verdeutlicht die Wichtigkeit des Umrechnungsfaktors f, da nach gleicher Versuchsdauer das Medium bei der zweiten Pumpe weniger häufig die Pumpe passiert hat als bei der Referenzpumpe. Je größer der Unterschied im initialen Volumenstrom ist (z.B. bei der Untersuchung abweichender Betriebspunkte), desto stärker weicht auch der Umrechnungsfaktor ab.the 3 shows as a curve 10 a measurement of the volume flow Q as a function of time for a second pump A, whose gentle delivery properties are to be determined in comparison to the reference points. The initial volume flow here is an average of 9.060 m ³ / h and reaches the threshold value of 100.4% after 33 hours at 9.096 m ^{3 / h.} It can be seen that the initial flow rate for this pump is slightly less than for the reference pump. This illustrates the importance of the conversion factor f, since after the same test duration the medium passed the pump less frequently with the second pump than with the reference pump. The greater the difference in the initial volume flow (e.g. when examining different operating points), the more the conversion factor also deviates.

Der Umrechnungsfaktor beträgt für die zweite Pumpe fx = 0,0262. Laut Gleichung 3 ergibt sich U_X,_A = 33 h / 0,0262 h = 1260. Dies entspricht laut Gleichung 4 einer Schonförderkennzahl von Φ_A, = 0,84. Die zweite Pumpe A zeigt demnach eine um den Faktor 1,2 schlechtere Schonfördereigenschaften als die Referenzpumpe auf.The conversion factor for the second pump is fx = 0.0262. According to equation 3, U _X , _A = 33 h / 0.0262 h = 1260. According to equation 4, this corresponds to a protective delivery index of Φ _A , = 0.84. The second pump A accordingly exhibits gentle delivery properties which are poorer by a factor of 1.2 than the reference pump.

Abschließend wird anhand der 4 nochmals das grundsätzliche durchgeführte Verfahren erläutert. Gemäß Schritt 101 wird zunächst ein scherkraftabhängiges Testmedium bereitgestellt, das durch einen Scherkrafteintrag eine Gelbildung erfährt, wobei ein Testmedium verwendet wird, dass thixotrope Fließeigenschaften im Gel-Zustand aufweist. Wie erläutert, wird insbesondere ein Testmedium verwendet, dass Beta-Glukan enthält. Anschließend wird in Schritt 402 eine geschlossene Teststrecke bereitgestellt, in der das Testmedium unter Verwendung einer zu testen Pumpe umgewälzt wird.Finally, the 4th the basic procedure carried out is explained again. According to step 101 First, a shear force-dependent test medium is provided which undergoes gel formation as a result of the application of shear force, a test medium being used that has thixotropic flow properties in the gel state. As explained, in particular a test medium is used which contains beta-glucan. Then in step 402 a closed test section is provided in which the test medium is circulated using a pump to be tested.

Es wird nun gemäß Schritt 403 die Anzahl an Umwälzungen Ux des Testmediums bestimmt, die die Pumpe benötigt, bis der von der Gelkonzentration des Testmediums abhängige Volumenstrom des Testmediums einen definierten prozentualen Anstieg erfahren hat, der im eben beschriebenen Ausführungsbeispiel bei 104 % des initialen Volumenstroms liegt. Die Anzahl an Umwälzungen Ux des Testmediums wird dabei unter Verwendung eines Umrechnungsfaktors fx über die Versuchszeit tx ermittelt, die bis zu dem Zeitpunkt X, wenn der definierte prozentuale Anstieg des Volumenstroms vorliegt, abgelaufen ist.It is now according to step 403 the number of circulations Ux of the test medium that the pump needs until the volume flow of the test medium, which is dependent on the gel concentration of the test medium, has experienced a defined percentage increase, which in the embodiment just described is 104% of the initial volume flow. The number of circulations Ux of the test medium is determined using a conversion factor fx over the test time tx, which has expired up to the point in time X, when the defined percentage increase in the volume flow is present.

Abschließend wird gemäß Schritt 404 aus dem Quotienten der ermittelten Anzahl an Umwälzungen und der Anzahl der Umwälzungen bei einer Referenzpumpe ein Quantifizierungsparameter bestimmt.Finally, according to step 404 a quantification parameter is determined from the quotient of the determined number of circulations and the number of circulations for a reference pump.

Eine Abwandlung des beschriebenen Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich eine direkte Erfassung der Gelkonzentration des Testmediums erfolgt und der Scherkrafteintrag der zu testenden Pumpe zusätzlich über die Gelkonzentration bestimmt wird, wobei beispielsweise als Schwellwert ein definierter prozentualer Anteil an Gel im Testmedium festgelegt wird. Die Bestimmung der Gelkonzentration erfolgt dabei beispielsweise über eine Probenentnahme und Bestimmung der Gelkonzentration der Probe. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel erfolgt eine kolorimetrische Bestimmung der Gelkonzentration im Testmedium, beispielsweise mittels einer 90°-Streulichtmessung. Durch Erfassung eines weiteren Parameters, der den Scherkrafteintrag quantifiziert, können die Schonfördereigenschaften einer Pumpe noch genauer bewertet werden.A modification of the method described provides that the gel concentration of the test medium is also recorded directly and the shear force input of the pump to be tested is also determined via the gel concentration, with a defined percentage of gel in the test medium being set as the threshold value, for example. The gel concentration is determined, for example, by taking a sample and determining the gel concentration of the sample. According to another embodiment, a colorimetric determination of the gel concentration in the test medium takes place, for example by means of a 90 ° scattered light measurement. By recording a further parameter that quantifies the shear force input, the gentle delivery properties of a pump can be evaluated even more precisely.

Das Verfahren wird gemäß 1 durch eine Vorrichtung zur Quantifizierung des Scherkrafteintrags durchgeführt, die aufweist: die geschlossene Teststrecke 2, das Testmedium 1, die zu testende Pumpe 3 und Mittel zum Bestimmen des Quantifizierungsparameters aus der Anzahl an Umwälzungen, die die Pumpe benötigt, bis der Volumenstrom des Testmediums einen definierten prozentualen Anstieg erfährt. Diese Mittel werden durch die Steuer- und Auswerteinrichtung 4 und die Sensoren 41-44, insbesondere den Sensor 42 zur Messung des Volumenstroms bereitgestellt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuer- und Auswerteinrichtung 4 direkt eine Schonförderkennzahl ausgibt oder alternativ Informationen, aus denen sich die Schonförderkennzahl berechnen lässt.The procedure is according to 1 carried out by a device for quantifying the shear force input, which has: the closed test section 2 , the test medium 1 , the pump under test 3 and means for determining the quantification parameter from the number of circulations which the pump needs until the volume flow of the test medium experiences a defined percentage increase. These funds are used by the control and evaluation device 4th and the sensors 41-44 , especially the sensor 42 provided for measuring the volume flow. It can be provided that the control and evaluation device 4th directly outputs a protective funding number or, alternatively, information from which the protective funding number can be calculated.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass als Testmedium ein Testmedium mit einer anderen gelbildenden Substanz als Beta-Glukan verwendet wird oder das Beta-Glukan in einer anderen Zusammensetzung in einem Testmedium enthalten ist.It should be understood that the invention is not limited to the embodiments described above and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. For example, it can be provided that a test medium with a gel-forming substance other than beta-glucan is used as the test medium, or the beta-glucan is contained in a test medium in a different composition.

Es wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It should be noted that any of the features described can be used separately or in combination with any other features, provided that they are not mutually exclusive. The disclosure extends to and includes all combinations and subcombinations of one or more features described herein. If areas are defined, these include all values within these areas as well as all sub-areas that fall into one area.

Claims

A method for quantifying the shear force input which a pump (3) used in the brewing process enters into a conveyed test medium (1), the method comprising the steps of: - providing a shear force-sensitive test medium (1) which undergoes gel formation as a result of a shear force input, - providing a closed test section (2) in which the test medium (1) is circulated using a pump (3) to be tested, and - determining a quantification parameter (Φ), which quantifies the shear force input of the pump (3) to be tested, from the number of circulations (Ux) that the pump (3) requires until a parameter of the test medium (1) which is dependent on the gel concentration of the test medium (1) undergoes a change that is above a defined threshold value, characterized in that the test medium (1 ) a medium with thixotropic flow properties in the gel state is used and the volume flow of the test medium (1) in the test track (2) is recorded.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the quantification parameter is determined when the volume flow of the test medium has experienced a defined percentage increase as a threshold value.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the quantification parameter is determined when the volume flow of the test medium has experienced a percentage increase to 100.4% of the initial volume flow.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume flow of the test medium is recorded in a time-discrete manner with a defined time resolution and mean values of the volume flow are formed from the determined data on which the evaluation is based.

Method according to one of the preceding claims, insofar as it relates to Claim 2 , characterized in that the point in time (X) is recorded at which the volume flow of the test medium has experienced the defined percentage increase and from this point in time (X) the number of circulations (Ux) of the test medium (1) in the test section (2) until this point in time (X) is calculated.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the calculation is carried out by forming a conversion factor (fx) between the test time (tx) that has elapsed up to the point in time (X) and the number of circulations (Ux) of the test medium promoted during the test time (tx) as follows :

U_{X} = \frac{t_{X}}{f_{X}}

where: U _X = number of revolutions at time X t _X = test time up to time X [h] f _X = conversion factor [h]

Procedure according to Claim 6 , as far as referenced Claim 4 , characterized in that the conversion factor is formed by the formula:

f_{X} = \frac{\sum_{i = 1}^{n X} \frac{V}{Q_{i}}}{n_{X}}

Method according to one of the preceding claims, insofar as it relates to Claim 2 , characterized in that to determine the quantification parameter (Φ) the determined number of revolutions (Ux) of the test medium in which the volume flow of the test medium has experienced the defined percentage increase in the pump (3) to be tested, with a reference value (U _X , _Ref ) of a reference pump is compared, the reference value (U _X , _Ref ) indicating the number of circulations of the test medium in the reference pump at which the volume flow of the test medium has experienced the defined percentage increase.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that as the quantification parameter (Φ) a gentle delivery number of the pump to be tested (3) is determined, the determined number of circulations (Ux) of the test medium in the pump to be tested with the reference value (U _X , _Ref ) of the reference pump is set in relation to one another as follows:

ϕ_{a} = U_{X, a} / U_{X, Ref}

where the following applies: Φ _a = the gentle delivery rate of the pump a U _X , _a = number of circulations up to time X with pump a U _X , _Ref = number of circulations up to time X with the reference pump

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pump (3) to be tested is operated at the design operating point of the pump.

Method according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the operating point of the pump (3) to be tested is set outside the design operating point.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a test fluid containing beta-glucan is used as the test medium (1).

Procedure according to Claim 12 , characterized in that the test medium (1) comprises water, beta-glucan and ethanol, the proportion of beta-glucan being at least 0.3 percent by weight.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume flow of the test medium (1) in the test section (2) is recorded via a flow measurement (42) integrated in the test section (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the quantification parameter (Φ) is determined for a plurality of pumps (3), the same test medium and the same defined threshold value being used in each case for determining the quantification parameter (Φ) from which the parameter of the test medium, which is dependent on the gel concentration of the test medium, undergoes a change.

Device for quantifying the shear force input, which a pump (3) used in the brewing process enters into a conveyed test medium (1), the device having: undergoes gel formation, is circulated using a pump (3) to be tested, and - means (4, 42) for determining a quantification parameter (Φ), which quantifies the shear force input of the pump (3) to be tested, from the number of circulations ( Ux), which the pump (3) needs until a parameter of the test medium that is dependent on the gel concentration of the test medium (1) undergoes a change that is above a defined threshold value, characterized in that the test medium (1) is a medium with thixotropic flow properties is in the gel state and the means (4, 42) for determining the quantification parameter (Φ) are designed to use the Vo as a parameter of the test medium (1) to detect the lumen flow of the test medium (1) in the test section (2).

Device according to Claim 16 , characterized in that the means (4, 42) are designed to determine the quantification parameter when the volume flow of the test medium (1) has experienced a defined percentage increase as a threshold value.

Device according to Claim 17 , characterized in that the means (4, 42) are designed to detect the point in time (X) at which the volume flow of the test medium (1) has experienced the defined percentage increase, and from this point in time (X) the number of Calculate circulations (Ux) of the test medium in the test track up to this point in time (X).

Device according to Claim 17 or 18th , characterized in that the means (4, 42) are designed to determine the quantification parameter (Φ) the determined number of circulations (Ux) of the test medium (1), in the case of the pump to be tested, the volume flow of the test medium the defined has experienced a percentage increase, to be compared with a reference value (U _{X, Ref} ) of a reference pump, the reference value (U _{X, Ref} ) indicating the number of circulations of the test medium in the reference pump at which the volume flow of the test medium experienced the defined percentage increase Has.

Device according to one of the Claims 16 until 19th , characterized in that the test medium (1) is a test fluid containing beta-glucan.