DE1935818A1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung eines Gaerprozesses,insbesondere bei der Bierherstellung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung eines Gaerprozesses,insbesondere bei der Bierherstellung

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DE1935818A1 DE19691935818 DE1935818A DE1935818A1 DE 1935818 A1 DE1935818 A1 DE 1935818A1 DE 19691935818 DE19691935818 DE 19691935818 DE 1935818 A DE1935818 A DE 1935818A DE 1935818 A1 DE1935818 A1 DE 1935818A1
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die einzelnen Meß- und Regelvorgänge können durch entsprechende Programmierung in bestimmten, vorzugsweise gleichen Abständen voneinander erfolgen.
  • Messung und Regelung können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch kontinuierlich durchgeführt werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Nullpunktregler kann induktiven Abgriff oder einen Regler mit proportionalem Ausgang aufweisen.
  • 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.
  • 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.
  • In der Zeichnung sind Ausfünrungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1 und es sind auch hier die gleichen Bezugsziffern wie in Fig.1verwendet.
  • Die Einrichtung nach Fig. 2 ist Jedoch fur kontinuierlichen Betrieb bestimmt, so daß hier kein Taktgeber vorhanden ist.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 4 zeigt im Prinzip die Abtasteinrichtung für die Programmkarte 18, die von einem Antriebsmotor 19 mit Hilfe einer Schaltvorrichtung 20 schrittweise angetrieben wird.
  • 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.
  • 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,
    Ca s
    szn
    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.
  • 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.
  • - Patentansprüche -

Claims (13)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung eines durch die Temperatur beeinflußbaren Gärprozesses in Abhängigkeit vom spezifischen Gewicht des Gärgutes, insbesondere bei der Bierherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung vorgesehen ist, welche das spezifische Gewicht des Gärgutes mißt und den Meßwert in ein elektrisches Signal umwandelt, welches in einer Programmsteuereinrichtung in zeitlicher Ubereinstimmung mit einem vorgegebenen Soll-Verlauf des spezifischen Gewichts verglichen wird und der Vergleichswert in ein weiteres elektrisches Signal umgewandelt wird, welches die Regelung der Temperatur des Gärgutes bewirkt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichung des Istwertes des spezifischen Gewichts vom Sollwert dem Gärgut eine der Größe der Abweichung zugeordnete Wärmemenge zu- bzw. abgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichung des Istwertes des spezifischen Gewichts vom Sollwert das Gargut um eine der Größe der Abweichung zugeordnete Temperaturdifferenz erwärmt bzw. abgekühlt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeaer Meß- und Regelvorgang dem Vorhergehenden in vorzugsweise gleichem zeitlichen Abstand folgt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Messung und Regelung kontinuierlich erfolgen.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur des Gärgutes unabhängig vom spezifischen Gewicht aesselben derart gesteuert wird, daß eine vorgegebene Minimal- bzw. Maximaltemperatur nicht unter- bzw.
    überschritten wird.
  7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine das spezifische Gewicht des Gärgutes messende lmd den Meßwert in ein elektrisches Signal umwandelnde Meßvorrichtung vorgesehen ist, deren Signalausgang mit einer (an sich bekannten) Programmsteuereinrichtung verbunden ist, welche die in Abhängigkeit vom Zeitablauf in Form eines Prograirmträgers vorgegebene änderung des spezifiscnen Gewichts mit den Signalen der Meßvorrichtung vergleicht und den Vergleichswert in ein weiteres Signal umwandelt und dieser Signalausgang mit einer die Temperatur des Gärgutes mit Hilfe eines Reiz- und Kühlaggregates beeinflussenden an sich bekannten Regeleinrichtung verbunden ist.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßvorrichtung eine an sich bekannte Differenzdruckmeßvorrichtung vorgesehen ist, bei der innerhalb des Gärgutes an zwei im senkrechten Abstand voneinander befindlichen Stellen je eine Gaszuführöffnung angeordnet ist und eine die zum Einperlen des Gases erforderlichen Drükke vergleichende und den Vergleichswert in ein elektrisches Istwert-Signal umwandelnde Anordnung vorgesehen ist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführöffnungen an den unteren Enden von in das Gärgut eintauchenden Rohren angeordnet sind und die Gasfördereinrichtung so gesteuert ist, daß sie zur Freihaltung der Rohre in bestimmten Zeitabständen einen kurzen kräftigen Gasstoß fördert.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Programmsteuereinrichtung eine an sich bekannte Programmkartenabtasteinrichtung vorgesehen ist, welche von den einzelnen Steuerbahnen der Programmkarte betätigte elektrische Schalter aufweist und diese Schalter elektrisch mit einer Anzahl von in einem Stromkreis konstanter Spannung liegenden Widerständen derart verbunden sind, daß sich in Abhängigkeit von der Programmkarte ein dem gewünschten Anderungsverlauf des spezifischen Gewichts des Gärgutes entsprechendes elektrisches Sollwert-Signal ergibt.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände in Potentiometerschaltung an einer konstanten Spannungsquelle liegen, wobei der das Signal bildende Spannungswert am Abgriff durch Zu- oder Abschalten einzelner Widerstände veränderlich ist.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich von Soll- und Istwert eine Wheatstone'sche Brücke mit einem an sich bekannten Nullpunktregler vorgesehen ist, der je nach Ausschlagrichtung und -größe die Steuerung einer Heiz- bzw. Kühl einrichtung bewirkt.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunktregler induktiven Abgriff oder einen Regler mit proportionellem Ausgang aufweist.
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