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Die
Erfindung betrifft einen Läuterbottich zum
Abläutern
von Bierwürze
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Läuterbottichs.
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Gattungsgemäße Läuterbottiche
dienen dem Abläutern
von Bierwürze.
Im Rahmen des Herstellungsprozesses zur Erzeugung von Bier stellt
der Läuterprozess
einen der wichtigsten Prozessschritte dar. Beim Abläutern wird
die Würze
von den darin enthaltenen Grobstoffen, insbesondere Getreidespelzen,
getrennt. Für
diese Trennung wird eine Filterschicht benutzt, die sich aus den
in der Maische enthaltenen Grobstoffen bildet und die als Treberkuchen bezeichnet
werden soll. Damit sich im Läuterbottich dieser
Treberkuchen bilden kann, ist oberhalb des Läuterbottichbodens ein Senkboden
mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen vorgesehen. Während die
in der Maische enthaltene Würze
durch die im Senkboden enthaltenen Durchtrittsöffnungen nach unten abfließt, werden
die in der Maische enthaltenen Grobstoffe, insbesondere die Getreidespelzen, zurückgehalten
und bilden dadurch oberhalb des Senkbodens den zur Filterung erforderlichen
Treberkuchen. Mit zunehmender Dicke dieses Treberkuchens verbessert
sich dabei die Filterwirkung.
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Unterhalb
des Senkbodens sammelt sich im Zwischenraum zwischen Senkboden und
Läuterbottichboden
die abgefilterte Würze.
Um die abgefilterte Würze
aus dem Läuterbottich
abführen
zu können, sind
im Läuterbottichboden
Sammelöffnungen
mit daran angeschlossenen Läuterrohren
vorgesehen.
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Ein
Hauptaspekt des Läuterprozesses
ist die jeweilige Verdichtung des Treberkuchens. Wird nämlich der
Treberkuchen zu stark verdichtet, steigt der Strömungswiderstand im Treberkuchen
sehr stark an, so dass die in der Maische enthaltene Würze nicht
mehr ausreichend gut abfließt.
Da die Läuterleistung
damit signifikant abnimmt, ist in solchen Fällen der zu starken Verdichtung
des Treberkuchens ein Tiefschnitt mit der Aufhackmaschine erforderlich, um
den Treberkuchen erneut aufzulockern. Nachteilig an der Durchführung eines
Tiefschnittes ist es jedoch, dass nach einem Tiefschnitt die Würze zunächst mit
höheren
Trübungswerten
gefiltert wird.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen neuen Läuterbottich
vorzuschlagen, mit dem der Läuterprozess
weiter optimiert werden kann. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb derartiger Läuterbottiche
vorzuschlagen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Läuterbottich
bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Läuterbottichs nach der Lehre
der unabhängigen Hauptansprüche gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Untersuchungen
an bestehenden Läuterbottichen
haben gezeigt, dass die Verdichtung des Treberkuchens während des
Abläuterns
nicht überall gleich
groß ist.
Abhängig
von der Bauart des Läuterbottichs
können
sich im Treberkuchen lokale Bereiche besonders starker Verdichtung
und lokale Bereiche geringerer Verdichtung bilden. Durch die lokal auftretende
starke Verdichtung des Treberkuchens wird die Läuterleistung des Läuterbottichs
insgesamt verschlechtert. Das lokale Aufhacken des Treberkuchens
in den stark verdichteten Bereichen ist jedoch nicht möglich, da
die Aufhackmaschine nur insgesamt durch den gesamten Treberkuchen
gedreht werden kann. Weiter haben die Untersuchungen gezeigt, dass
sich die stark verdichteten Bereiche im Treberkuchen gerade dort
bilden, wo unterhalb des Senkbodens die Sammelöffnungen im Läuterbottichboden
angeordnet sind. Die starke Verdichtung des Treberkuchens im Bereich
oberhalb der Sammelöffnungen
beruht dabei darauf, dass die durch die Sammelöffnungen abfließende Würze eine
Sogwirkung verursacht, die abhängig
vom Abstand zur Sammelöffnung
sehr groß werden
kann. Aufgrund der durch die dynamischen Strömungszustände verursachte Sogwirkung
in der Sammelöffnung
ergibt sich eine Erhöhung
des Differenzdrucks zwischen der Würze oberhalb des Treberkuchens
und der abfließenden Würze unterhalb
des Treberkuchens. Diese lokalen Differenzdruckspitzen führen wiederum
dazu, dass der Treberkuchen im Bereich oberhalb der Sammelöffnungen
sehr viel stärker
verdichtet wird als in den übrigen
umgebenden Bereichen.
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Zur
Vermeidung dieser lokalen Spitzen in der Verdichtung des Treberkuchens
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
ein verstellbares Strömungsleitelement
einzusetzen, durch dessen Verstellung die Strömung im Strömungsbereich der Sammelöffnung beeinflussbar
ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass durch das Strömungsleitelement
die Strömung im
Bereich der Sammelöffnung
derart verändert
werden kann, dass die lokalen Differenzdruckspitzen und die dadurch
verursachten lokalen Maxima der Verdichtung der Filterschicht vermieden
oder zumindest abgemildert werden.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung dient der Senkboden selbst als Strömungsleitelement zur Beeinflussung
der Strömung
oberhalb der Sammelöffnungen.
Dazu ist der Senkboden zumindest bereichsweise höhenverstellbar, so dass der Abstand
zwischen der Unterseite des Senkbodens und der darunter liegenden
Sammelöffnungen
veränderbar
ist. Ein großer
Abstand zwischen Senkboden und Sammelöffnungen bedeutet, dass sich
die von der dynamischen Strömung
in der Sammelöffnung verursachten
Druckspitzen innerhalb der im Zwischenraum zwischen Läuterbottichboden
und Senkboden befindlichen Würze
weitgehend abbauen können,
so dass die Druckspitzen nicht zu stark auf den oberhalb des Senkbodens
befindlichen Treberkuchen wirken. Im Ergebnis wird es dadurch ermöglicht, dass
für entsprechende
Prozessabschnitte, insbesondere das Abläutern der Vorderwürze bzw.
das Abläutern
der Nachgüsse,
ein positiver Einfluss auf das Filtrations- und Läuterverhalten
durch Einstellung eines großen
Abstandes zwischen Senkboden und Läuterbottichboden erreicht wird.
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In
welcher Weise die Verstellung des Senkbodens zur Anpassung des Abstandes
zwischen Senkboden und Läuterbottichboden
konstruktiv realisiert wird, ist grundsätzlich beliebig. Nach einer
besonders einfachen Ausführungsform
wird der Senkboden auf auswechselbaren Stützelementen gelagert. Die zwischen
Senkboden und Läuterbottich
angeordneten Stützelemente
bestimmen somit durch ihre Höhe
den einzustellenden Abstand. Zur Veränderung der Höheneinstellung
des Senkbodens ist es bei dieser Ausführungsform notwendig, Stützelemente
mit einem ersten Höhenmaß gegen
Stützelemente eines
zweiten Höhenmaßes auszutauschen.
Diese Umrüstung
des Läuterbottichs
durch Auswechseln der Stützelemente
erfordert eine ausreichend lange Umrüstzeit und kann deshalb nicht
im laufenden Braubetrieb durchgeführt werden. Die Umrüstung erfolgt
deshalb in der Regel nur dann, wenn der Läuterbottich beispielsweise
auf eine andere Biersorte oder auf andere Rohstoffe eingestellt
wird.
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Alternativ
zur Verwendung von auswechselbaren Stützelementen kann am Läuterbottich
auch eine Verstelleinrichtung vorgesehen sein, mit der der Senkboden
vor und/oder während
des Läuterprozesses
zumindest bereichsweise angehoben bzw. abgesenkt werden kann. Diese
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen Senkboden und Läuterbottichboden
auch während
eines einzelnen Läuterprozesses
auf die Anforderungen der verschiedenen Prozessphasen angepasst
werden kann. Während
nämlich
während
des Abläuterns
der Vorderwürze
bzw. während
des Abläuterns
der Nachgüsse
ein besonders großer
Abstand zwischen Senkboden und Läuterbottichboden
wünschenswert ist,
um dadurch eine lokale Verdichtung des Treberkuchens zu vermeiden
bzw. zu verringern, ist in anderen Prozessphasen ein besonders kleiner
Abstand zwischen Läuterbottichboden
und Senkboden von Vorteil. So ist es insbesondere vor dem Abmaischen der
Maische im Läuterbottich
wünschenswert,
einen besonders kleinen Abstand zwischen Senkboden und Läuterbottichboden
einzustellen, da der gesamte Zwischenraum zwischen Senkboden und
Läuterbottichboden
vor dem Abmaischen mit sogenanntem Vorlagewasser befllt werden muss.
Je größer die Menge
des Vorlagewassers jedoch ist, desto stärker wird die Konzentration
der abfiltrierten Würze
bereits in dieser Prozessphase abgesenkt. Auch während des Reinigens des Läuterbottichs
ist ein besonders geringer Abstand zwischen Senkboden und Läuterbottichboden
wünschenswert,
um den erforderlichen Bedarf an Reinigungsmitteln zu verringern.
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Die
Verstelleinrichtung zur Höhenverstellung des
Senkbodens kann mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch
angetrieben sein.
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Um
zu verhindern, dass das Abläutern
bei Ausfall der Höhenverstellung
des Senkbodens völlig unmöglich gemacht
wird, können
im Zwischenraum zwischen Senkboden und Läuterbottichboden Mindestabstandshalter
vorgesehen werden. Durch diese Mindestabstandshalter wird ein bestimmter
Mindestabstand zwischen Senkboden und Läuterbottichboden in jedem Fall
gesichert, so dass der Läuterbottich auch
bei Ausfall der Höhenverstellung
weiter betrieben werden kann. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn
die Mindestabstandshalter in der Höhe veränderbar sind, so dass der durch
die Mindestabstandshalter gesicherte Mindestabstand an unterschiedliche
Bedingungen angepasst werden kann.
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Alternativ
zur Verwendung eines höhenverstellbaren
Senkbodens als Strömungsleitelement
ist nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ein Strömungshindernis
als Strömungsleitelement vorgesehen,
wobei das Strömungshindernis
im Zwischenraum zwischen Senkboden und Läuterbottichboden angeordnet
ist. Durch das Strömungshindernis
kann die Strömung
beim Zuströmen
der Würze
in die Sammelöffnung
abgebremst werden, so dass Druckspitzen aufgrund der in der Strömung auftretenden
Saugwirkung vermieden bzw. vermindert werden.
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Eine
besonders einfache Ausführungsform des
Strömungshindernisses
ergibt sich, wenn dieses in einer festen Position im Zwischenraum
zwischen Senkboden und der Sammelöffnung im Läuterbottichboden befestigt
ist. Um den Strömungswiderstand
des Strömungshindernisses
jedoch auf verschiedene Randbedingungen anpassen zu können, beispielsweise
auf die herzustellende Biersorte oder die verwendeten Rohstoffe,
ist es besonders vorteilhaft, wenn der Strömungswiderstand veränderbar
ist.
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Um
das Strömungshindernis
auch vor und/oder während
des Läuterprozesses
verstellen zu können,
kann am Strömungshindernis
eine Verstelleinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise elektrisch,
hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird.
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Die
konstruktive Ausbildung des Strömungshindernisses
ist grundsätzlich
beliebig. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Strömungshindernis
in der Art einer Strömungsplatte
ausgebildet, die sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum Läuterbottichboden
oberhalb der Sammelöffnung
erstreckt. Durch die Strömungsplatte
wird der Bereich des Treberkuchens, der unmittelbar oberhalb der Sammelöffnung liegt,
abgedeckt, so dass die aufgrund der Saugwirkung in der Sammelöffnung entstehenden
Druckspitzen keine zu starke lokale Verdichtung im Treberkuchen
verursachen können.
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In
der Grundform weist die Strömungsplatte eine
geschlossene Oberfläche
auf, so dass die abfließende
Würze an
der Oberseite der Strömungsplatte vollkommen
umgelenkt wird und nur durch den Zwischenraum zwischen Unterseite
der Strömungsplatte und
Oberseite des Läuterbottichbodens
von der Seite in die Sammelöffnungen
einströmen
kann.
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Um
den Strömungswiderstand
der Strömungsplatte
nicht zu groß werden
zu lassen bzw. einen Mindestdurchlass zu sichern, kann die Strömungsplatte
alternativ zu der Grundform mit geschlossener Oberfläche Ausnehmungen
zum Durchtritt der Würze
aufweisen. Somit kann ein Teil der Würze durch die Ausnehmungen
direkt von oben in die Sammelöffnungen
einströmen.
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Außerdem kann
an der Strömungsplatte
eine nach unten in Richtung des Senkbodens überstehende Schürze vorgesehen
sein, um auf diese Weise den Durchtrittsquerschnitt zwischen der
Unterseite der Strömungsplatte
und der Oberseite des Läuterbottichbodens
zu verkleinern.
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Grundgedanke
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betrieb eines Läuterbottichs
ist es, dass das Strömungsleitelement
zur Beeinflussung der Strömung
im Bereich oberhalb der Sammelöffnungen vor
und/oder während
des Läuterprozesses
aus einer ersten Funktionsstellung in eine zweite Funktionsstellung
verstellt wird.
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Dadurch
ist es insbesondere möglich,
vor Beginn des Läuterprozesses
in Abhängigkeit
der herzustellenden Biersorte eine Verstellung vorzunehmen, damit
entsprechend dem jeweiligen Stammwürzegehalt die notwendige Strömungsgeometrie
eingestellt wird.
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Weiter
kann die Verstellung auch in Abhängigkeit
der verwendeten Rohstoffe, insbesondere in Abhängigkeit des Rohfruchtanteils
oder in Abhängigkeit
des Anteils an unterlösten
bzw. überlösten Malzen
erfolgen Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann im Läuterbottich
zumindest ein Zustandsparameter mit einem Sensor gemessen werden,
wobei die Verstellung des Strömungsleitelements
in Abhängigkeit
der Sensormesswerte erfolgt. Dadurch wird es insbesondere möglich, Steuerstrecken
und Regelkreise aufzubauen, in denen das erfindungsgemäße Strömungsleitelement
als Stellelement zur Steuerung bzw. Regelung einer bestimmten Regelgröße dient.
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Insbesondere
kann bei Verwendung des Senkbodens als verstellbares Strömungselement
die Verstellung auch in Abhängigkeit
der unterschiedlichen Phasen des Läuterprozesses erfolgen.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden nachfolgend beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Läuterbottichs
mit kleinen Stützelementen
zur Abstützung
des Senkbodens im Querschnitt;
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2 den
Läuterbottich
gemäß 1 mit großen Stützelementen
zur Abstützung
des Senkbodens im Querschnitt;
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3 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Läuterbottichs
im Querschnitt;
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4 eine
dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Läuterbottichs
im Querschnitt.
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Die
in 1 bis 4 dargestellten Läuterbottiche
sind lediglich im schematischen Ausschnitt dargestellt und stellen
nur die Teile des Läuterbottichs
dar, die zum Verständnis
der Erfindung erforderlich sind.
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In 1 ist
ein Läuterbottich 01 mit
einer zylindrischen Außenwand 02 und
einem mit der Außenwand 02 flüssigkeitsdicht
verbundenen Läuterbottichboden 03 dargestellt.
Oberhalb des Läuterbottichbodens 03 ist
unter Bildung eines Zwischenraumes 04 ein Senkboden 05 angeordnet.
Der Senkboden 05 weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf,
die beispielsweise durch eine Gitterstruktur gebildet sein können. Zur
Lagerung des Senkbodens 04 im Läuterbottich 02 sind
auswechselbare Stützelemente 06 vorgesehen,
die zwischen Läuterbottichboden 03 und
Senkboden 05 angeordnet werden. Die Höhe der Stützelemente 06 bestimmt
den Abstand zwischen Läuterbottichboden 03 und
Senkboden 04 und im Ergebnis dadurch das Volumen des Zwischenraums 04.
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Während des
Abläuterprozesses
bildet sich oberhalb des Senkbodens 05 ein Treberkuchen 07, der
als Filterschicht dient. Die in den Läuterbottich 01 eingegebene
Maische 08 wird beim Durchtritt durch den Treberkuchen 07 und
dem Senkboden 05 abgefiltert und gelangt als gefilterte
Würze 09 in
den Zwischenraum 04. Aus dem Zwischenraum 04 fließt die gefilterte
Würze 09 wiederum
durch Sammelöffnungen 10 und
daran angeschlossene Läuterrohre 11 nach
unten ab, so dass die gefilterte Würze 09 in einer nachgeordneten
Prozessstufe weiterverarbeitet werden kann.
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2 zeigt
den Läuterbottich 01 schematisch
während
eines anderen Läuterprozesses
unter Verwendung anderer Rohstoffe. Diese anderen Rohstoffe bilden
beim Abläutern
einen Treberkuchen 12, der eine andere Struktur als der
Treberkuchen 06 aufweist, was in 2 schematisch
dargestellt ist. Der Treberkuchen 12 neigt aufgrund seiner
anderen Struktur leichter zur Verdichtung, so dass bei zu großer Sogwirkung
in den Sammelöffnungen 10 lokale Verdichtungsmaxima
im Treberkuchen 12 auftreten können.
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Um
eine unzulässig
hohe Verdichtung des Treberkuchens 12 im Bereich unmittelbar
oberhalb der Sammelöffnungen 10 zu
vermeiden, werden die zunächst
verwendeten Stützelemente 06 (siehe 1)
bei der Umrüstung
gegen andere Stützelemente 13 ausgewechselt.
Dies erfordert die Umrüstung
des Läuterbottichs 01.
Da die Stützelemente 13 höher sind
als die Stützelemente 06 wird
dadurch der Abstand zwischen dem Senkboden 05 und dem Läuterbottichboden 04 und
damit auch das Volumen des Zwischenraums 04 vergrößert. Durch
diese Vergrößerung wird
bewirkt, dass sich die Sogwirkung in der Sammelöffnung 10 nach oben
hin so stark vermindert, dass die durch die Sogwirkung entstehenden Druckdifferenzen
keine unzulässig
hohe Verdichtung des Treberkuchens 12 im Bereich unmittelbar
oberhalb der Sammelöffnung 10 verursachen.
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In 3 ist
eine zweite Ausführungsform 15 eines
erfindungsgemäßen Läuterbottichs
dargestellt. Wiederum ist ein flüssigkeitsdichter
Raum durch die Außenwandung 02 und
den Läuterbottichboden 03 gebildet,
wobei im Läuterbottichboden 03 Sammelöffnungen 10 mit
daran angeschlossenen Läuterrohren 11 vorgesehen
sind. Ein Senkboden 16 ist auf mit Hydraulikzylindern 17 höhenverstellbaren
Stempeln 18 gelagert. Dies ermöglicht es, den Senkboden 16 während der
unterschiedlichen Phasen des Läuterprozesses
in der Höhe
zu verstellen. Vor dem Abmaischen der Maische 08 wird der
Senkboden in seine tiefste Stellung verfahren, um den Zwischenraum 04 zwischen
Senkboden 16 und Läuterbottichboden 03 mit
möglichst
wenig Vorlagewasser auffüllen
zu müssen.
Auch beim Reinigen des Läuterbottichs 16 nach Abschluss
des eigentlichen Läuterprozesses
wird der Senkboden 16 in seine tiefste Stellung verfahren,
um möglichst
wenig Reinigungsmittel einsetzen zu müssen.
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Während des
Läuterprozesses,
insbesondere beim Abläutern
der Vorderwürze
bzw. beim Abläutern
der Nachgüsse,
wird der Senkboden 16 in eine höhere Stellung verfahren, um
durch den größeren Abstand
zwischen Senkboden 16 und Läuterbottichboden 03 ein
zu starkes Verdich ten des Treberkuchens 07 aufgrund der
Sogwirkung in den Sammelöffnungen 10 zu
verhindern. Zur Regelung der Höhe des
Senkbodens 16 kann dabei beispielsweise der Differenzdruck
in der Sammelöffnung 10 im
Vergleich zum Normaldruck in der Maische 08 gemessen werden,
wobei abhängig
von diesem Differenzdruck die Höhe
des Senkbodens 16 entsprechend der gewählten Regelcharakteristik verändert wird.
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An
der Unterseite des Senkbodens 16 sind Mindestabstandshalter 19 befestigt,
durch die ein vollständiges
Aufsetzen des Senkbodens 16 auf den Läuterbottichboden 03 ausgeschlossen
wird. Damit ist gewährleistet,
dass auch bei Ausfall oder Störung des
Antriebs der Hubzylinder 17 ein bestimmter Mindestabstand
zwischen dem Senkboden 16 und dem Läuterbottichboden 03 vorhanden
ist, wobei dieser Mindestabstand zumindest so groß sein muss,
dass ein ordnungsgemäßer Läuterprozess
jederzeit durchgeführt
werden kann.
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In 4 ist
eine dritte Ausführungsform 20 eines
erfindungsgemäßen Läuterbottichs
im Querschnitt dargestellt. Ein Senkboden 21 ist ortsfest oberhalb
des Läuterbottichbodens 03 befestigt,
beispielsweise durch Einlegen von Senkbodensegmenten in einen Tragrahmen,
und schließt
seitlich an die Außenwandung 02 des
Läuterbottichs 20 an.
Im Strömungsbereich
der gefilterten Würze 09 oberhalb
der Sammelöffnungen 10 ist
ein Strömungshindernis 22 angeordnet.
Das Strömungshindernis 22 ist
bei der dargestellten Ausführungsform
in der Art einer Strömungsplatte
ausgebildet. An der Strömungsplatte 22 ist
umlaufend eine nach unten überstehende
Schürze 23 befestigt,
die die Strömung
der Würze
umleitet und zugleich einen bestimmten Mindestabstand der Strömungsplatte 22 sichert.
Alternativ zur Schürze 23 können an
der Strömungsplatte 22 auch
Mindestabstandshalter vorgesehen sein. Durch das Strömungshindernis 22 kann
die Strömung
im Bereich der Sammelöffnungen 10 umgelenkt
und abgebremst werden, um auf diese Weise die Sogwirkung und die
dadurch auf den Treberkuchen wirkenden Druckspitzen zu vermindern.
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Das
Strömungshindernis 22 ist
auf mehreren Stempeln 24 gelagert, die mittels Pneumatikzylinder 25 in
der Höhe
verändert
werden können.
Je nach Höhe
des Strömungshindernisses 22 ändert sich
der verursachte Strömungswiderstand
und die dadurch verursachte Dämpfung
der Druckspitzen. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform
kann zur Verstellung der Strömungsplatte 22 auch
lediglich nur ein Pneumatikzylinder vorgesehen sein, der vorzugsweise
in der Mitte der Strömungsplatte 22 angreift. Statt
Pneumatikzylindern können
selbstverständlich auch
mechanische Verstellantriebe zum Einsatz kommen.