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Verfahren und Einrichtung zur Steuerung eines Gärprozesses, insbesondere
bei der Bierherstellung ================================================ Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung eines durch die
Temperatur beeinflußbaren Gärprozesses in Abhängigkeit vom spezifischen Gewicht
des Gärgutes, insbesondere bei der Bierherstellung.
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Es ist bekannt, Gärprozesse bei der Bierherstellung durch in bestimmten
Zeitabständen wiederholte Messungen von spezifischem Gewicht und Temperatur zu überwachen
und den Verlauf des Gärprozesses anhand der Neßergebnisse durch erfahrungsgemäfle
Änderung von Wärmezu- oder -abfuhr zum Gärgut zu beeinflussen. Ublicherweise werden
die Messungen im Abstand von einigen Stunden von Hand vorgenommen. Hierzu muß die
den Gärvorgang überwachende Person bei Jedem Meß- oder Regelvorgang anwesend sein.
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Eine automatische Regelung von Gärprozessen bei der Bierherstellung
ist bisher nicht in Betracht gezogen worden, da in Fachkreisen die Meinung vorherrscht,
daß bei der Beeinflussung des Gärprozesses neben dem spezifischen Gewicht unter
anderem auch die Trübung des Gärgutes durch Augenschein geprüft und bei der weiteren
Behandlung in Betracht gezogen werden müsse. Diese Meinung ist jedoch durch neuere
Untersuchungen nicht bestätigt. Andererseits wurde eine fehlerfreie automatische
Messung des spezifischen Gewichts nicht für möglich gehalten, da im Gärgut vorhandene
Schwebstoffe zum Verkleben und Zusetzen der erforderlichen empfindlichen Meßgeräte,
üblicherweise eines Aräometers, neigen, d. h.
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es besteht die Gefahr von Falschanzeigen, Aufgabe der Erfindung ist
es, ein Yerfnbrenund eine Einrichtung zur automatischen Steuerung eines Gärprozesses
zu schaffen, wobei der gesamte Gärprozeß ohne Einflußnahme einer Bedienungsperson
in Abhängigkeit vom jeweiligen spezifischen Gewicht des Gargutes gesteuert wird
und eine fehlerhafte Beeinflussung infolge eines Zusetzens der das spezifische Gewicht
messenden Einrichtung durch im Gargut vorhandene Schwebstoffe vermieden ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Meßvorrichtung
vorgesehen ist, welche das spezifische Gewicht des Gargutes mißt und den Meßwert
in ein' elektrisches Signal umwandelt, welches in einer Progranimsteuereinrichtung
in zeitlicher Ubereinstimmung mit einem vorgegebenen Sollverlauf des spezifischen
Gewichts verglichen wird und der Vergleichswert in ein weiteres elektrisches Signal
umgewandelt wird, welches die Regelung der Temperatur des Gargutes bewirkt.
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Als Meßvorrichtung zum Messen des spezifischen Gewichts des Gärgutes
kann eine an sich bekannte Differenzdruckmeßvorrichtung vorgesehen sein, bei der
innerhalb des Gargutes an zwei in senkrechtem Abstand voneinander befindlichen Stellen
je eine Gaszufuhröffnung angeordnet ist. Die Drücke des diesen beiden Öffnungen
zugeführten Gases werden miteinander verglichen und der Vergleichswert wird in ein
elektrisches Istwert-Signal umgewandelt. Um ein Versetzen der Gaszuführöffnungen
durch die im Gärgut vorhandenen Schwebestoffe zu vermeiden, kann den Gaszuführöffnungen
in bestimmten Zeitabständen ein kurzer kräftiger Gasstoß zugeführt werden, welcher
evtl. vorhandene Ablagerungen ausbläst.
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Selbstverständlich können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch andere bekannte Anordnungen zum Messen des spezifischen Gewichts verwendet
werden. So ist es z. B. möglich, den Auftrieb eines im Gärgut befindlichen Schwi
= örpers in ein elektrisches Signal umuwandeln und dieses der Programmsteuereinrichtung
zuzuführen.
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Zur Beeinflussung des Gärprozesses im Sinne der Erfindung kann bei
der Abweichung des Istwertes des spezifischen Gewichts vom Sollwert dem Gärgut eine
bestimmte Wärmemenge zu-bzw. abgeführt werden, deren Größe in Abhängigkeit vom programmierten
Sollwert geregelt wird.
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Ebenso ist es möglich, das Gärgut in Abhängigkeit von der GröBe zur
Abweichung des Istwertes vom Sollwert um eine bestimmte zugeordnete Temperaturdifferenz
zu erwärmen oder abzukühlen.
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Die einzelnen Meß- und Regelvorgänge können durch entsprechende Programmierung
in bestimmten, vorzugsweise gleichen Abständen voneinander erfolgen.
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Messung und Regelung können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch kontinuierlich durchgeführt werden.
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Um eine durch die Regelvorgänge bedingte Abkühlung oder Erwärmung
des Gärgutes über bestimmte vorgegebene Mininal-bzw. Maximalwerte hinaus zu unterbinden,
kann die Regeleinrichtung mit einer die Jeweils vorhandene Temperatur des Gärgutes
messenden Anordnung zusammenwirken, welche gegebenenfalls die Wärmezu- bzw. -abfuhr
unterbricht. Eine zu hohe oder zu tiefe Temperatur des Gärgutes kann die biologischen
Voraussetzungen für den Ablauf des Gärvorganges nachteilig beeinflussen.
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Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist eine das spezifische Gewicht des Gärgutes messende und den Meßwert in ein
elektrisches Signal umwandelnde Meßvorrichtung auf, deren Signalausgang mit einer
Programmsteuereinrichtung verbunden ist, welche die in Abhängigkeit vom Zeitablauf
in Form eines Programmträgers vorgegebene Änderung des spezifischen Gewichtes mit
den Signalen der Meßvorrichtung vergleicht und den Vergleichswert in ein weiteres
Signal umwandelt und dieser Signal ausgang mit einer die Temperatur des Gärgutes
mit Hilfe eines Heiz- und fCuhlaggregates beeinflussenden Regeleinrichtung verbunden
ist.
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Wie schon erwähnt, kann als Meßvorrichtung für das spezifische Gewicht
eine Differenzdruckmeßvorrichtung vorgesehen sein, bei der die Gaszuführöffnungen
an den unteren Enden von in das Gärgut eintauchenden Rohren angeordnet sind. Die
Gasfördereinrichtung kann von der Programmsteuereinrichtung her so gesteuert sein,
daß sie zur Freihaltung der Rohre in bestimmten Zeitabständen einen kurzen kräftigen
Gasstoß fördert.
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sAls Programmsteuereinrichtung kann eine übliche Programmkartenabtasteinrichtung
vorgesehen sein, bei der eine Anzahl von Steuerbahnen der Programmkarte elektrische
Schalter betätigen. Die Schalter sind elektrisch mit einer Anzahl von Widerständen
verbunden, die in einem Stromkreis konstant gehaltener Spannung angeordnet sind.
Vorzugsweise 'sind die Schalter parallel zu Jeweils einem Widerstand geschaltet.
Die Widerstände selbst sind nach Art einer Potentiometerschaltung in zwei Gruppen
aufgeteilt, von denen Jede in Reihe geschaltet ist. Durch entsprechende Kombination
der Schalterstellungen infolge zugeordneter Programmierung der Programmkarte lassen
sich so in bestimmten Zeitabständen Spannungen vorbestimmter Größe abgreifen, die
dem zeitlichen Verlauf des gewünschten Sollwert-Signal es entsprechen. Die Weiterschaltung
der Programmkarte kann in üblicher Weise von-der Karte selbst in bestimmten Zeitabständen
ausgelöst sein.
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Zum Vergleich des Sollwert-Signal es mit dem von der Meßvorrichtung
für das spezifische Gewicht hervorgerufenen Istwert-Signal kann eine elektrische
Schaltung in Form einer Wheatstone'schen Brücke vorgesehen sein, welche mit einem
üblichen Nullpunktregler zusammenwirkt, wobei der Nallpunktregler Je nach Ausschlagrichtung
und -größe die Steuerung einer Heiz- bzw. einer Kühleinrichtung bewirkt.
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Der Nullpunktregler kann induktiven Abgriff oder einen Regler mit
proportionalem Ausgang aufweisen.
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Im Rahmen der erfindungsgemäßen Einrichtung können auch andere bekannte
Programmsteuereinrichtungen Verwendung finden, bei denen der Sollwert-Verlauf auf
einem Lochstreifen einer Lochkarte!;6der auch einem Magnetband gespeichert ist.
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Gegebenenfalls kann die Programmsteuereinrichtung so auSgebildet sein,
daß sie zusätzlich zum spezifischen Gewicht des Gärgutes noch weitere Kennwerte,
z. B. die Trübung oder den Eiweißgehalt, berücksichtigt und in den Vorgang zur Regelung
der Kühlung oder Heizung des Gärgutes mit einbezieht.
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In der Zeichnung sind Ausfünrungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Einrichtung
für intermittierende Arbeitsweise, Fig. 2 ein Blockschema einer ähnlichen Einrichtung,
;edoch für kontinuierliche Arbeitsweise, Fig. 3 ein Blockschema einer Einrichtung,
die auch die Temperatur des Gärgutes berücksichtigt, Fig. 4 eine Prinzipskizze der
Programmkartenabtastung, Fig. 5 eine Prinzipzeichnung des Soll-Ist-Wertvergleiches
und Fig. 6 eine Prinzipzeichnung einer Differenz;druckmeßvorrichtung für das spezifische
Gewicht des Gärgutes.
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Im einzelnen ist in rig. 1 eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung
im Blockschema dargestellt, bei der in dem Gärgut 1 ein Meßwertgeber 2 für das spezifische
Gewicht des Gargutes angeordnet ist. Der Meßwert des Meßwertgebers 2 wird im Meßumformer
3 in ein elektrisches Istwert-Signal umgewandelt
und der Ist-Soll-Wertvergleichsstelle
7 zugeführt. Das Steuergerät 5, dem eine ProgrammMarte 4 eingegeben wird, produziert
mit Hilfe der Soll-Wertvorgabe 6 ein Sollwert-Signal, wi ches seinerseits der Ist-Soll-Wertvergleichsstelle
7 zugeführt wird. Aus dem Vergleich des Istwertes mit dem Sollwert ergibt sich ein
weiteres elektrisches Signal, welches dem Temperaturregler 8 zugeleitet wird.
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Je nach dem empfangenen Signal bewirkt der Temperaturregler 8 eine
Öffnung des Kühlventiles 9 oder des Heizventiles 10, so daß die im Gärgut 1 befindlichen
Rohrschiangen 11 kühlen oder aufheizen. Die einzelnen Meß- und Regelvorgänge erfolgen
hierbei in bestimmten Zeitabständen und werden von dem Taktgeber 12 ausgelöst.
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Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1 und es sind auch hier
die gleichen Bezugsziffern wie in Fig.1verwendet.
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Die Einrichtung nach Fig. 2 ist Jedoch fur kontinuierlichen Betrieb
bestimmt, so daß hier kein Taktgeber vorhanden ist.
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Statt dessen schließt sich an die st-Soll-Wertvergleichsstelle ein
Proportionalregler 13 für die Temperatur an, welcher je nach Maßgabe des empfangenen
Signal es das Eühlventil 9 oder das Heizvenil 10 betätigt.
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Fig. 3 zeigt eine Einrichtung, die im grundsätzlichen Aufbau der Einrichtung
nach Fig. 1 gleicht. Hier ist jedoch zusätzlich eine Temperaturmeßstelle 14 innerhalb
des Gärgutes 1 angeordnet, welche den ermittelten Meßwert über einen Meßverstärker
15 dem Temperaturregler 17 zuführt. Dieser Temperaturregler 17 wirkt mit einer Sollwert
einstellung 16 zusammen, derart, daß beim Erreichen bestimmter einstellbarer Temperaturgrenzwerte
des Gärgutes die weitere Aufheizung bzw. Abkühlung unabhängig von der Beinflussung
der Ist-Soll-Wertvergleichsstelle 7 durch den Meßwertgeber 2 unterbunden wird.
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Fig. 4 zeigt im Prinzip die Abtasteinrichtung für die Programmkarte
18, die von einem Antriebsmotor 19 mit Hilfe einer Schaltvorrichtung 20 schrittweise
angetrieben wird.
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Die Programmkarte 18 weist hier nur schematisch angedeutete Steuerbahnen
21, 22, 23, 24 auf, welche aus einzelnen Schaltstiften gebildet sind. Die Lage der
Schaltstifte ist der Stellung der Programmkarte 18 bei der jeweiligen schrittweisen
Weiterschaltung zugeordnet. Jeder Steuerbahn ist ein Schaltstößel 25, 26, 27, 28
zugeordnet, durch die elektrische Schalter 29, 30, 31 und 32 in Abhängigkeit von
den Steuerbahnen 21, 22, 23, 24 betätigt werden. Die elektrischen Schalter sind
mit den Relais A, B, C, D verbunden, welche nach Maßgabe der Steuerbahnen 21, 22,
23, 24 die Schalter a1, b1, c1, d1 sowie a2, b2, c2, d2 betätigen und die zugeordneten
Widerstände (Fig. 5) in einen elektrischen Stromkreis einschalten und so ein Sollwert-Signal
bestimmter Stärke hervorrufen.
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Fig. 5 zeigt im Prinzip die Schaltung des Ist-Soll-Wertvergleiches.
Im Gärgut 1 befindet sich der Meßwertgeber 2 für das spezifische Gewicht, der über
einen Meßumformer 3 mit dem Nullpunktregler 7 verbunden ist. Diesem Nullpunktregler
7 wird andererseits ein Sollwert-Signal zugeführt, welches einer-Reihe von Widerständen,
die an einer konstanten Spannung liegen, in Potentiometerschaltung abgegriffen wird.-Jeder
der Widerstände ist durch einen elektrischen Schalter < b1, c1, d1 und a2, b2,
c2, d2 überbrückbar, so daß sich Sollwert-Signale der jeweils gewünschten Charakteristik
in Abhängigkeit von der Stellung der einzelnen Schalter ergeben. Die Schalter werden
wie in Fig. 4 beschrieben, von der Prograinnisteuerkarte betätigt. Die Schalter
a1 b1,
d1 una a2, b2, c2, d2 mit den zugehörigen Widerständenvin zwei gleichartige Gruppen
aufgeteilt, wobei der Abgriff zum Sullpunktregler
zwischen diesen
beiden Gruppen erfolgt. Der Nullpunktregler 7 bewirkt je nach dem Vergleichsergebnis
der empfangenen Signale die Betätigung der Schalter 33 oder 34, welche mit dem Kühlventil
9 bzw. dem Heizventil 10 elektrisch verbunden sind. Die Speisung der Rohrschlange
11 erfolgt demnach in Abhängigkeit von dem durch den Nullpunktregler 7 abgegebenen
Signal.
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In Fig. 6 ist ein Meßwertgeber für das spezifische Gewicht des Gärgutes
1 im Prinzip dargestellt, der als Differenzdruckmeßvorrichtung ausgebildet ist.
Zwei . Zwei Rohre 35 und 36 tauchen verschieden tief in das Gärgut 1 ein und werden
von einer Druckgasquelle 37 über Rohrleitungen 38, 39 kontinuierlich mit Gas versorgt,
so daß Gasperlen aus den Mündungen der Rohre 35 und 36 austreten. Der sich hierbei
einstellende Differenzdruck zwischen den Rohrleitungen 38 und 39 wird in dem Meßumformer
3 in ein elektrisches Signal, welches dem spezifischen Gewicht des Gärgutes 1 entspricht,
umgewandelt. Mit Hilfe der magnetisch steuerbaren Dreiwegeventile 40 und 41 ist
die kontinuierliche Gaszufuhr von der Quelle 37 her abstellbar, wobei eine andere
unter höherem Druck stehende Gaszuleitung 42 zugeschaltet wird. Diese Schaltstellung
wird zu bestimmten Zeitpunkten kurzfristig vorgenommen, um die Rohrleitungen 35
und 36 frei zu blasen.
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- Patentansprüche -