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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Steuerung des Zapfens von Getränken mit und ohne Kohlensäure aus Anlagen, die für den Einsatz in Gaststätten geeignet sind. Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung ein System, das mittels des Einsatzes entsprechender Instrumente realisiert ist, die die Regelung und Aufrechterhaltung des Drucks unter stets optimalen Bedingungen je nach Lagerungs- und Ausschanktemperatur der kohlensäurehaltigen Getränke ermöglichen.
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Die Anlagen für die Lagerung und das Zapfen von insbesondere kohlensäurehaltigen Getränken umfassen in der Regel eine Reihe von Elementen, die ausgelegt sind, um die richtige Temperatur des Getränks und den richtigen Druck des Getränks sowohl im Inneren eines Fassraums als auch beim abschließenden Ausschrank aufrechtzuerhalten. Es ist bekannt, dass ein kohlensäurehaltiges Getränk eine bestimmte Menge an Kohlensäure enthalten muss und bei einer bestimmten Temperatur serviert werden muss, damit die Person, die das Getränk zu sich nimmt, dessen guten Geschmack wahrnimmt. Es ist ebenso bekannt, dass die Anlagen variablen Klimabedingungen ausgesetzt sind, die auf die Außentemperaturen im Sommer oder Winter zurückzuführen sind, die die Temperatur und den Kohlensäuregehalt des gelagerten Getränks beeinflussen, wenn der Ausschankdruck nicht angemessen korrigiert wird. Auch die Dauer der Lagerung oder die jeweils gezapfte Getränkemenge beeinflussen die Qualität des ausgeschenkten Produkts, was auch für die Latenzzeit zwischen zwei Ausschankphasen und den Zeitraum zwischen mehreren Ausschankzyklen gilt.
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Im Allgemeinen wird eine Anlage von einem Fachmann installiert und eingestellt, der die Hauptkomponenten der Anlage regelt, um den Ausschank und die Lagerung des Produkts während dessen Verbrauchs zu optimieren: in der Regel umfassen diese Hauptkomponenten einen Fassraum, eine Flasche, die Gas unter hohem Druck enthält (normalerweise CO2, N2 oder eine Mischung dieser beiden), das in das Fass eingeleitet und über einen manuellen Druckminderer reguliert wird, der den Ausgangsdruck aus der Flasche auf den gewünschten Wert senkt.
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Das durch den Druckminderer strömende Gas tritt in das Fass ein, und so entsteht ein Druckbehälter, der beim Öffnen des Hahns das kohlensäurehaltige Getränk, z. B. Bier, durch die Ausgangsleitung aus dem Fass bis ins Glas drückt. Zur Regelung der Temperatur werden in der Hauptsache zwei Systeme eingesetzt: in einem Fall befindet sich das Fass vollständig in einem Kühlbereich mit kontrollierter Temperatur, z. B. einer Kühltheke. Im anderen Fall führt der Kreislauf der Rohre, die vom Fass zum Hahn führen, durch einen Schnellkühler, z. B. eine in ein Wasserbad bei Schmelzeistemperatur eingetauchte Rohrschlange, die auch als Eisbank oder Kühlaggregat bezeichnet wird.
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Vor dem Hahn, aus dem das Getränk aus dem Fass austritt, ist zudem ein Durchflussmengenkompensator eingebaut, um den Durchfluss des austretenden Biers zu regeln.
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Im Allgemeinen wird der Druck bei den Getränken geregelt, um die Lastverluste des Hydraulikkreises auszugleichen. Bei kohlensäurehaltigen Getränken muss jedoch der Druck, wenn als Gas CO2 oder die Mischung CO2/N2 eingesetzt wird, auch geregelt werden, um das Karbonisierungsniveau des Getränks nicht zu verändern, und auch bei Getränken wie zum Beispiel Bier, um die Schaumbildung infolge des Gasverlusts des Getränks zu vermeiden. Aufgrund des entstehenden hohen Zapfdrucks muss der Durchfluss des Getränks „gebremst” werden, bevor dieses den Zapfhahn erreicht, sodass definierte, handhabbare Getränkezuflussmengen im Glas erhalten werden. (Beim Zapfen von Bier erfolgt die Regelung normalerweise, um einen Wert von 2 bis 2,5 l Bierausschank pro Minute zu erhalten.) Beim Bremsen des Durchflusses muss zudem auch die Bildung von Verwirbelungen vermieden werden, die zu einer entsprechenden Entkarbonisierung des Getränks und zur Bildung von überschüssigem Schaum beim Zapfen des Getränks führen könnten. Die zuvor beschriebene Durchflussmengenregelung erfolgt mittels des oben genannten Durchflussmengenkompensators, der eigens zu diesem Zweck entwickelt wurde.
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In einer Anlage des oben beschriebenen Typs werden der Druckminderer und der Kompensator manuell geregelt und während der Einstellverfahren von einem Fachmann bei der Installation oder regelmäßigen Wartung der Anlage geregelt und eingestellt. Der Kompensator kann eventuell auch vom Nutzer geregelt werden, da er sich auf dem Zapfkopf befindet. Der Druckminderer kann dagegen beim Zapfen nicht vom Nutzer geregelt werden.
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Der Ausgangsdruck aus dem Druckminderer müsste idealerweise eine mit der Temperatur des kohlensäurehaltigen Getränks steigende lineare Funktion sein. Der Ausgangsdruck aus dem Druckminderer basiert nämlich auf dem Gleichgewichtsdruck des Getränks, der linear mit der Temperatur steigt, sowie den Lastverlusten der Anlage, die auf die Entfernungen und den Höhenunterschied zwischen Fass und Ausschankstelle zurückzuführen sind. Wie bereits erwähnt, ist es üblich, dass die Regelung des Druckminderers fix ist und nur zweimal pro Jahr beim Wechsel zwischen Sommer und Winter und umgekehrt auf unterschiedliche Umgebungsbedingungen abgestimmt wird.
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Offensichtlich ist, dass die Bedingungen, bei denen die Einstellung erfolgt, d. h. die „idealen” Bedingungen, auf die der Druckminderer abgestimmt wird, die realen Umgebungsbedingungen nicht darstellen, denen die Anlage täglich ausgesetzt ist und die sich kontinuierlich verändern. Die Anlage arbeitet somit einen Großteil der Zeit unter Temperaturbedingungen, die nicht denen entsprechen, die bei der Einstellung vorlagen, und zudem werden die Veränderungen gegenüber dem Regelbetrieb nicht berücksichtigt, die aufgrund der ausgeschenkten Getränkemenge auftreten, die kaum immer gleich ist, sondern sich sowohl nach Tageszeit als auch nach Tagen ändert, da es Tage gibt, an denen die Getränkenachfrage mehr oder minder hoch ist, oder Tage, an denen die Anlage überhaupt nicht genutzt wird.
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Wie bereits erwähnt, kann der Kompensator dagegen vom Nutzer geregelt werden. Dies ermöglicht dem Nutzer, der das Getränk zapft, die Regelung des auf dem Kompensator basierenden Durchflussfaktors (d. h. des lokalisierten Druckverlusts), was die Tendenz zum Schäumen einiger Getränke, wie z. B. Bier, reduzieren oder erhöhen kann. Der Nutzer berücksichtigt jedoch die bei der Einstellung des Druckminderers vorgenommenen Regelungen nicht und kann diese auch nicht berücksichtigen und somit müsste der Nutzer sowohl den Kompensator als auch den Druckminderer kontinuierlich regeln, um eine gute Getränkequalität zu erhalten: Gegenwärtig wird der Kompensator gegenüber der Einstellung des Druckminderers kaum präzise geregelt.
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Gegenwärtig handelt es sich beim Zapfprozess somit im Wesentlichen um einen Prozess, der unter Bedingungen erfolgen soll, die möglichst den Regelbedingungen entsprechen, gemäß denen die gesamte Anlage eingestellt wurde, damit der Betrieb der Anlage und die Qualität des ausgeschenkten Produkts optimal sind.
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Wenn das Zapfen nicht unter optimalen Bedingungen erfolgt, d. h., wenn der Bediener beispielsweise beim Ausschenken des Getränks feststellt, dass zu viel Schaum erzeugt wird oder das Getränk nicht mehr den korrekten Kohlensäuregehalt aufweist oder nicht angemessen kalt ist usw., dann versucht der Bediener manuell, einen dieser Fehler mittels des Kompensators oder schlimmer durch die Änderung der Einstellungen des Druckminderers zu beheben. Auf diese Weise läuft der Bediener langfristig Gefahr, eine Betriebsstörung der Anlage zu verursachen, wodurch ein Servicetechniker gerufen werden muss, was einen finanziellen Aufwand und eventuell die Unterbrechung der Arbeitstätigkeit, die ebenfalls einen finanziellen Verlust verursacht, zur Folge hat. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Druckminderer nicht mehr korrekt eingestellt ist, wenn die Flasche fast leer ist, und auch in diesem Fall kann dies, wenn der Bediener die Einstellungen des Druckminderers ändert, zu Störungen führen.
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Der notwendige Zapfdruck, der durch den lokalisierten Verlust des rein nach dem Zufallsprinzip vom Bediener manuell betätigten Kompensators verteilt wird, sorgt dafür, dass folglich viel mehr Gas verwendet wird: der Zapfdruck (der notwendig ist, um die übermäßige Schaumbildung bei einigen Getränken wie Bier zu verhindern, wenn die Temperatur hoch ist) sorgt dafür, dass der Flascheninhalt früher aufgebraucht wird, was zu einem weiteren Wartungsbedarf und zu Kosten für den Ersatz führt, wobei zudem bekannt ist, dass insbesondere die Freisetzung von CO2 in die Luft äußerst schädlich für die Umwelt ist.
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Das Dokument
DE 42 22 424 A1 handelt von der elektronischen Steuerung der Druckwerte im Fass in Bezug auf die Temperatur, stellt jedoch einen Mechanismus zur automatischen Neigung des Glases (der die Handlung des Barkeepers simuliert) und Geradstellung in den Mittelpunkt, wenn ein optischer Sensor (der jenen der automatischen Hähne ähnelt) erfasst, dass der korrekte Füllstand erreicht wurde. Ein Hinweis auf elektronische Steuerungen der Durchflussmenge mit einem Kompensator, der den Ausgleich von Druckveränderungen (Schubveränderungen) im Fass durch das Zapfen mit der Einsparung von CO2 ermöglicht, ist nicht enthalten.
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Das Dokument
EP 1 528 036 A2 handelt von einem herkömmlichen Hahn mit konventionellem Durchflusskompensator, der manuell betätigt oder voreingestellt werden kann. Die Position des Kompensators wird nicht automatisch variiert, und auch handelt das Patent nicht vom Zapfen unter unterschiedlichen Schubbedingungen des Gases.
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Das Dokument
FR 2 653 421 A1 handelt von einem System zur elektronischen Steuerung des Drucks im Fass, ohne jedoch einen Hinweis auf eine elektronische Steuerung des Kompensators zu liefern.
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Das Dokument
FR 2 659 314 A1 betrifft eine Weiterentwicklung des vorhergehenden, schlägt jedoch zusätzlich eine Lösung zur Steuerung des Zapfdrucks im Fass (eine Lösung, die sich von unserer zur Nutzung eines elektronischen Druckminderers unterscheidet) und eine Lösung vor, um aufgrund des Abstands, in dem das Bier in das Glas fließt, keinen Schaum zu erzeugen. Ein Hinweis auf elektronische Ausgleiche des Durchflusses ist nicht enthalten.
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Schließlich handelt das Dokument
US 2003/080142 A1 nicht von der elektronischen Steuerung des Kompensators und betrifft insbesondere ein System, um das Gleichgewicht des Drucks in einem Behälter aufrechtzuerhalten, indem die Öffnung des Hahns für den Bierausschank erfasst wird, um festzulegen, wann der Druck im Fass temperaturabhängig wiederhergestellt werden muss.
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Alle oben genannten Dokumente schlagen lediglich das Zapfen vor, bei dem zur Festlegung des Schubdrucks die Temperatur des Biers berücksichtigt wird. Keines berücksichtigt, dass dank des Einsatzes eines elektronisch regelbaren Kompensators andere Zapfstrategien (als die, die nur von der Temperatur abhängt) angewandt werden können, die vom besonderen Verkaufsmoment abhängen, wobei diese Strategien Schwankungen im Schub (Druck) des Biers erkennen, die anschließend vom elektronischen Kompensator automatisch wieder ausgeglichen werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Ausschank und zur Lagerung von kohlensäurehaltigen Getränken in Fässern zu schaffen, das in der Lage ist, automatisch geregelt zu werden, um optimal unter allen Anlagenbedingungen zu funktionieren und somit jederzeit eine optimale Getränkequalität zu liefern.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System bereitzustellen, das nur einen äußerst geringen Wartungsaufwand erfordert, da das System in der Lage ist, sich selbst zu regulieren, was somit für den Nutzer eine finanzielle Einsparung bedeutet.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Möglichkeit zu gewähren, beim Gasverbrauch zu sparen, dank des automatischen Regulierungssystems der Anlage, was eine weitere finanzielle Einsparung garantiert.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System bereitzustellen, das sich in verbesserter Weise auf die Umwelt auswirkt, indem die gegenseitige Regelung von Druckminderer und Kompensator optimiert wird, die Verschwendungen von Gas auf ein Mindestmaß reduziert werden, das folglich nicht in die Umwelt eingeleitet wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System mit automatischer Steuerung, Regelung und Kontrolle bereitzustellen, wobei optimale Bedingungen für Lagerung und Ausschank des Getränks jederzeit kontrolliert und aufrechterhalten werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein „intelligentes” Steuerungssystem bereitzustellen, das in der Lage ist, die aktive Sicherheit in Bezug auf den Gasverlust und im Allgemeinen in Bezug auf den Überdruck in den Druckbehältern zu verbessern.
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Diese und weitere Aufgaben werden durch das in der vorliegenden Erfindung beschriebene System gelöst, die Anlagen zum Aufbewahren und Zapfen von Getränken im Allgemeinen und von kohlensäurehaltigen Getränken im Besonderen betrifft, die insbesondere einen Fassraum, eine Flasche, die Gas bei hohem Druck enthält, einen Druckminderer, ein Untersystem zur Temperaturregelung und einen Durchflusskompensator umfassen, wobei bei diesem System insbesondere der Kompensator und der Druckminderer von einem automatischen Untersystem zur dynamischen Anpassung der Anlageneinstellungen je nach den Bedingungen oder Erfordernissen der Anlage geregelt werden. In der vorliegenden Erfindung gleicht der Kompensator die Wirkungen des Druckminderers kontinuierlich aus und sorgt für einen konstanten Zufluss zum Hahn. Die zwei Elemente – Druckminderer und Kompensator – werden jeweils abhängig davon geregelt, was die andere Komponente in den Übergangszeiten macht: jede der beiden Vorrichtungen – Druckminderer und Kompensator – wirkt, indem diejenige Verhaltenslogik ausgewählt wird, die mit den aktuellen Einstellungen der anderen am besten übereinstimmt.
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Dank der automatischen und in Echtzeit erfolgenden Steuerung des Drucks besteht die Möglichkeit, auch sehr geringfügige Gasleckagen in der Anlage während der Schließzeiten der Gaststätte besonders einfach und wirtschaftlich zu erfassen und die Anlage sofort zu stoppen, wenn solche erfasst werden.
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Ebenfalls dank der automatischen Druckregelung besteht die Möglichkeit, zu verhindern, dass der Druckminderer einen Druck zuführt, der über dem Betriebsdruck des Fasses liegt.
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Die zwei letztgenannten Merkmale stellen aktive Sicherheitssysteme in einer Anlage dar, d. h. einen Faktor, der bis heute nicht berücksichtigt wurde und den die Anlagen des Stands der Technik daher nicht aufweisen.
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Dieses System ermöglicht die Optimierung des Gasverbrauchs und erlaubt somit das Zapfen bei einem geringeren Druck im Vergleich zum Standarddruck mit einer deutlichen finanziellen Einsparung und Verbesserung der Umweltbelastung.
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Diese automatische Regelung ermöglicht es zudem, den Ausschank des Getränks jederzeit zu optimieren und so den richtigen Kohlensäuregehalt beim Zapfen und die richtige Ausschanktemperatur zu erhalten.
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Besonders vorteilhaft ist es zudem, dass der Bediener keine Einstellungen mehr regulieren muss, was den Zapfvorgang somit äußerst vereinfacht. Dies erhöht die Leistungen der Anlage, die daher nicht Gefahr läuft, aufgrund falscher Handlungen des Bedieners von einer Störung betroffen zu werden.
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Von besonderem Vorteil ist es schließlich, dass die Anlage, die mit dem in dieser Erfindung beschriebenen System ausgestattet ist, dank der automatischen Steuerung auch bei Störungen in der Lage ist, sich automatisch abzuschalten und das Problem auch im Voraus zu melden, was einen schnellen und prompten Serviceeinsatz ermöglicht.
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Dies ist besonders vorteilhaft, da ein gezielter Einsatz durchgeführt werden kann, ohne dass die gesamte Anlage untersucht werden muss.
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Der Ausschank des Getränks wird zudem unterbrochen, wenn das Getränk nicht den richtigen Zustand für den Ausschank aufweist, was daher auch die Vermeidung unnötiger Verschwendungen ermöglicht.
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Offensichtlich ist daher, dass dies einen geringeren Wartungsaufwand erfordert und somit dem Endnutzer, der die Anlage besitzt, eine entsprechende finanzielle Einsparung gewährt. Die Betriebszuverlässigkeit der Anlage ist somit erheblich erhöht, was folglich auch für die Leistungen der Anlage gilt.
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Diese und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Regelungssystems für Anlagen für Lagerung und Ausschank von kohlensäurehaltigen Getränken ergeben sich deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen zu berücksichtigen ist. Es zeigt:
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1 eine Anlage des Stands der Technik, bei der das Fass in einem Kühlraum untergebracht ist, wobei 1a eine Anlage des Stands der Technik mit einem Kühlaggregat darstellt;
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1b ein Beispiel für eine Anlage des betreffenden Typs, die sich zur Lagerung und für den Ausschank von kohlensäurehaltigen Getränken eignet;
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2a und 2b zwei unterschiedliche Druckminderer, die sich zu Zwecken der vorliegenden Erfindung eignen;
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3, 3a und 3b drei verschiedene Kompensatorarten, die sich jeweils zu Zwecken der vorliegenden Erfindung eignen, und
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4 das erfindungsgemäße System mit der Einführung einer Variante.
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Unter Bezugnahme auf die 1, 1a und 1b zeigt 1 die schematische Darstellung einer typischen Anlage für das Lagern und Zapfen von kohlensäurehaltigen Getränken des Stands der Technik im Vergleich (1b) mit demselben Anlagentyp, jedoch gesteuert durch das in dieser Erfindung beschriebene System. Wie bereits erwähnt, umfass dieser Anlagentyp auf ähnliche Weise bei allen 1 bis 1b einen Fassraum 1, der mit einer Flasche 2 verbunden ist, die Gas enthält (z. B. CO2, N2 oder eine Mischung davon), und einen Druckminderer 3, der am Zulauf mit der Flasche verbunden ist, um den Ausgangsdruck des Gases aus der Flasche auf den gewünschten Wert zu regeln. Dieser Druckminderer ist somit mit dem Fass 1 verbunden. Das System umfasst zudem je nach Art der in der Anlage vorgesehenen Kühlgruppe entweder ein Kälteaggregat 4'', das in 1a als eine Kühlgruppe dargestellt ist, durch die das Rohr führt, durch das das Getränk strömt, befindlich zwischen dem Fass 1 und einem Zapfhahn 6, versehen mit einer Kühlschlange, die in ein Wasserbad bei Eisschmelztemperatur eingetaucht ist. Alternativ kann das Fass 1 gemäß der Darstellung in 1 direkt in eine entsprechende Kühlgruppe 4' eingefügt sein.
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Schließlich umfasst die Anlage eine Zapfvorrichtung 5, die in der Darstellung des Stands der Technik aus 1 und 1a im Zapfhahn 6 einen Durchflussmengenkompensator 7 umfasst, der mit der Zapfvorrichtung 5 integriert ist. Dieser Kompensator 7 wird in der Regel vom Bediener bedient, um die Biermenge zu regeln, beispielsweise bei Ausschank von zu viel oder zu wenig Bier, wenn sich zu viel Schaum bildet usw.
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In der Anlage, die vom in der vorliegenden Erfindung beschriebenen System gesteuert wird, d. h. in 1b, sind dagegen alle Hauptelemente, aus denen das System besteht, mit einer elektronischen Steuereinheit 9 verbunden und werden von dieser überwacht und gesteuert. In diesem Fall ist der Kompensator 7 in der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform zudem nicht für den Bediener zugänglich, sondern wird vom Steuerungssystem 9 gesteuert.
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In dieser Anlage, die in 1b dargestellt ist, ist das elektronische Steuerungssystem 9 somit mit dem Druckminderer 3 verbunden, der diesem ein Messsignal P3 des reduzierten Drucks des Gases (Zapfdruck) im Ausgang aus der Flasche 2 übermittelt. Das elektronische Steuerungssystem 9 empfängt zudem ein Kontrollsignal der Temperatur T1 aus dem Fassraum 1 (wenn sich das Fass in einem Kühlraum 4' befindet, oder ein Signal T1', wenn das System dagegen einen Kühlaggregatbereich 4'' gemäß der vorherigen Beschreibung umfasst) sowie ein Kontrollsignal der Temperatur T2 des im Fass 1 enthaltenen Getränks. Wenn das System ein Kühlaggregat 4'' umfasst, wird der elektronischen Steuerung 9 zudem ein Messsignal der Temperatur T3 des Getränks und ein Drucksignal P3 nach dem Strömen des Getränks durch das Kühlaggregat 4'' übermittelt. Zuletzt empfängt das System 9 von einem Durchflussmesser 10, der vor dem Kompensator eingebaut ist, ein Signal F der Durchflussmenge des Getränks. Der Kompensator 7 und der Druckminderer 3 sind ihrerseits mit dem elektronischen System 9 verbunden und werden von diesem geregelt. Eine Variante der 1b ist in 4 dargestellt, in der der manuelle Hahn 6 durch ein entsprechendes Magnetventil 41 des Stands der Technik ersetzt wurde, das jedoch vom elektronischen Steuerungssystem 9 gesteuert wird. Der Hahn 42 wird somit zu einem Automatikhahn. Diese Variante würde es der Anlage ermöglichen, auch bei neu eingestelltem Ausschank oder im Selbstbedienungsmodus zu funktionieren bzw. die Schaffung eines Ausschankautomaten zu erlauben.
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Es ist offensichtlich, dass das hier beschriebene Steuerungssystem 9 in der Lage ist, alle wesentlichen Parameter zum optimalen Lagern und Zapfen des Getränks automatisch zu regeln, ohne dass eine manuelle Regelung erforderlich ist. Insbesondere handelt es sich bei den Elementen, die wechselseitig im Vergleich zueinander geregelt werden müssen, wie bereits erwähnt um den Druckminderer 3 und den Kompensator 7, die jederzeit vom elektronischen System 9 überwacht und geregelt werden, das somit in der Lage ist, die optimalen Bedingungen der Anlage und für den Ausschank des Getränks aufrechtzuerhalten.
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In 2a und 2b sind zwei unterschiedliche Druckminderertypen dargestellt, die sich für die Zwecke dieser Erfindung eignen. In den 3, 3a und 3b sind dagegen drei unterschiedliche Kompensatortypen dargestellt, die sich für die Zwecke dieser Erfindung eignen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Anlage den Druckminderer aus 2a und den Kompensator aus 3a, wobei es sich beim in 2a dargestellten Druckminderer insbesondere um einen motorisierten Druckminderer mit Sicherheitsauslösung handelt, umfassend einen Körper 19, in den ein Hochdruckventil 20 eingefügt ist, und einen oberen Körper 21, in dem sich ein elektrischer linearer Schrittmotor 22 befindet. Im unteren Körper 19 befinden sich die Hochdruckzulaufleitung 30, eine Niederdruckkammer 31 und eine entsprechende Auslaufleitung 32. Das Ventil 20 im unteren Körper 19 regelt die Kommunikation zwischen der Zulaufleitung 30 und der Auslaufleitung 32. Dieser lineare Schrittmotor 22 ist mit dem oberen Körper 21 beispielsweise durch Schrauben 25 oder mittels elastischer Federn verbunden (in 2a sind aus praktischen Gründen beide Lösungen dargestellt, bei denen es sich um zwei Alternativlösungen handelt, die nicht überlagert sind). Bei der Befestigung mittels elastischer Federn 26 sind diese Federn 26 kalibriert, um der Schubkraft des Niederdrucks auf den Dichtungs-O-Ring 27 bis zu einem maximalen Wert standzuhalten, der zum Beispiel zwischen 6 und 10 [bar] variabel ist. Wird dieser Wert überschritten, ermöglichen die Federn 26 dem Motor 22, sich zu lösen, wobei dieser Motor sich bis zu den Schrauben 25 hebt, die als Anschlagspuffer dienen, was somit das Schließen des Hochdruckventils bei Betriebsstörungen beispielsweise aufgrund von Stromausfall garantiert. Wird dagegen die Lösung mit Schrauben 25 und ohne Federn 26 angewandt, dienen diese Schrauben 25 als steife Befestigung für den Motor 22 am Körper 21. Der Motor 22 des motorisierten Druckminderers 3' wirkt auf besonders vorteilhafte Weise direkt auf das Hochdruckventil 20, und somit benötigt der elektronische Antrieb 22 nur einen geringen Kraftaufwand für den Betrieb, und dies ermöglicht den Einsatz wirtschaftlicher elektronischer Antriebe 22 und die Optimierung der Anlagenkosten und garantiert zudem eine direkte und somit schnellere und bessere Öffnungskontrolle.
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Die einzige Einschränkung des hier beschriebenen Druckminderers 3' betrifft die Tatsache, dass das Hochdruckventil 20 bei Stromausfall während des Betriebs, wenn das Hochdruckventil 20 offen ist, offen bleibt. Um dieses Problem zu lösen, ist das Steuerungssystem 9 in der vorliegenden Erfindung mit einem Sicherheitsuntersystem ausgestattet. Das elektronische Steuerungssystem 9 wird beispielsweise mit entsprechend bemessenen Kondensatoren ausgerüstet, die in der Lage sind, dem linearen Schrittmotor 22 bei einem Stromausfall den notwendigen Strom für die Schließung zu übermitteln. Ein zusätzliches Sicherheitsuntersystem kann beispielsweise mittels der Federn 26 realisiert werden, die hier als mechanisches Schließsystem fungieren, wobei diese Freigabefedern 26 nach Überschreiten bestimmter vorgegebener Druckwerte den Motor 22 nicht mehr halten, sodass sich dieser heben kann und das Hochdruckventil 20 sich entsprechend schließt.
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Eine zweite Ausführungsform ist durch den motorisierten Druckminderer 3' aus 2a dargestellt, gekoppelt mit dem motorisierten Druckminderer 3'' mit Membran aus 2b. Bei diesem Druckminderertyp 3'' wirkt der Kolben 28 des Elektromotors 29, indem er das Zusammendrücken der Regelungsfeder 34 eines herkömmlichen Membrandruckminderers 35 des Stands der Technik regelt. Der Elektromotor 29 wirkt somit direkt auf die Regelungsfeder 34 der Membran und bei plötzlichem Stromausfall schließt sich daher das Ventil durch die auf die Membran ausgeübte Druckkraft.
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Der Vorteil in diesem Fall betrifft die Tatsache, dass keine zusätzlichen Sicherheitssysteme notwendig sind. (Die in jedem Fall beim erfindungsgemäßen Steuerungssystem vorzugsweise eingefügt werden, um die Anlage zu optimieren.)
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In 3 ist ein Kompensator 7' dargestellt, der sich dür die Zwecke der vorliegenden Erfindung eignet. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Möglichkeit besteht, mehrere Arten von Kompensatoren zu verwenden, die sich aus unterschiedlichen Gründen alle für die Zwecke dieser Erfindung eignen, wobei jeder von diesen bestimmte Eigenschaften aufweist, aufgrund derer er unter besonderen Umständen besonders zu bevorzugen ist. Wie bereits erwähnt, ist zum Beispiel in 3 ein automatischer Kompensator dargestellt, der aus einem Zapfen 37 besteht, der im hier dargestellten Körper 33 läuft und den Durchflussbereich des einströmenden Getränks von der mit „IN” bezeichneten Seite regelt, was die aktive Veränderung der aus der mit „out” bezeichneten Seite auslaufenden Durchflussmenge ermöglicht. Die Position des Zapfens 37 wird über einen elektrischen linearen Schrittmotor 22 gesteuert, der mittels des Hebelsystems 38 die Öffnung des Zapfens regelt. Die Feder 35 hilft dem Zapfen bei der Öffnungsbewegung des Durchgangs. Der Einsatz des hier beschriebenen Kompensators 7' ist vorteilhaft, wenn gewünscht wird, die Leistungsverluste durch Reibung zu reduzieren, da das Hebelsystem im Vergleich zur Lösung aus 3b die Reduzierung der Teile ermöglicht, die aneinander reiben.
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Ein alternativer Kompensator 7'' ist in 3a dargestellt: dieser Kompensator 7'' eignet sich besonders für eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung: beim hier dargestellten Kompensator 7'' wirkt der Motor 22'' direkt verbunden mit dem Zapfen 36. In diesem Fall muss der Motor 22'' leistungsstärker sein als der Motor 22, aber auf besonders vorteilhafte Weise, wie offensichtlich ist, besteht der Kompensator 7'' aus wenigen Elementen, was dessen Instandhaltung besonders vereinfacht, wenn die Notwendigkeit besteht, diesen regelmäßig für die Reinigung und den Ersatz etwaiger Verschleißteile zu demontieren.
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Ein weiterer Kompensatortyp 7'', der sich dür die Zwecke dieser Erfindung eignet, ist in 3b dargestellt. Bei diesem wird der Zapfen 40 über den Keil 37 betätigt, wobei dieser Keil 37 auch die Öffnung des Körpers 39 verschließt. Die Flächen des Keils auf der Seite des Schiebers sind mit vergrößerten Winkeln gegenüber der Seite des Zapfens 40 ausgebildet, sodass die Bewegung des Schiebers stets größer ist als die des Zapfens 40, sodass nur dieser die Durchflussmenge regelt. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Funktionen des Hahns 6 und des Kompensators 7 in einem einzigen Stück vereint werden. Der Nachteil betrifft dagegen die geringere Leistung aufgrund der zahlreichen vorhandenen Reibungsteile.
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Das elektronische Steuerungssystem 9 sorgt im Wesentlichen dafür, dass Druckminderer und Kompensator agieren und bei jeweils über die Handlungen des anderen Elements informiert sind, da sie an ein einziges elektronisches Steuergerät 9 angebunden sind. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft für die Steuerung des Zapfens während der Übergangszeit, in der das Glas gefüllt wird. Wenn der Druckminderer 3 zum Beispiel den Zapfdruck senkt (CO2-Einsparung), korrigiert der Kompensator 7, der mit einer abnehmenden Entwicklung der Durchflussmenge aufgrund des geringeren Drucks rechnet, hauptsächlich die sinkende und nicht die steigende Durchflussmenge, was auf Veränderungen bei der Öffnung des Hahns durch den Betreiber zurückgeführt werden kann. Der Kompensator 7 ist über den Druck (die Schubkraft) informiert, die der Druckminderer 3 im Fass 1 festlegt, und versucht nicht, die Teilöffnungen zu „verfolgen”. Somit wird das Risiko etwaiger Durchflussmengenveränderungen, die der Bediener unabsichtlich am Hahn auslösen könnte, vermieden.
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Gemäß der Beschreibung des erfindungsgemäßen automatischen Steuerungssystems ist es offensichtlich, dass dieses System es auch ermöglicht, Bierverschwendungen zu vermeiden. Wenn der Kompensator 7 über den Durchflussmesser 10 (wenn dieses Messgerät 10 unmittelbar am Fassausgang angebracht wird) erfasst, dass das Bier aufgebraucht ist, schließt sich der Kompensator 7, was vermeidet, dass der gesamte Leitungsabschnitt vom Fass 1 zum Hahn 6 entleert wird, und der Druckminderer 3 gibt kein Gas mehr ab. Dies ermöglicht natürlich eine Einsparung an Gas, aber auch an Bier. Wie den Experten der Branche bekannt ist, bildet das erste Bier, das beim Wechsel des Fasses 1 durch die leere Leitung strömt, tendenziell Schaum und wird weggeschüttet. Da das Bier in diesem Fall in der Leitung bleibt, wird diese Verschwendung vermieden.
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Dieses System bietet zudem einen zusätzlichen Vorteil im Hinblick auf die Gaseinsparung, da der Zapfdruck P3 bei hohen Ausschankmengen, wenn die Kühlanlagen 4' oder 4'' im Regelbetrieb arbeiten, gegenüber dem Standardwert auf einem um 30 bis 50% niedrigeren Wert beibehalten werden kann. Zu verdanken ist dies dem elektronischen Kompensator 7 und dem elektronischen Druckminderer 3, die sich bei niedrigeren Druckwerten P3 neu konfigurieren, um korrektes Zapfen zu bieten.
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Die Schaumbildung wird durch das elektronische Steuerungssystem 9 vermieden, das das Sinken des Drucks abhängig von den Umgebungsparametern (vor allem Temperatur) und der Stillstandszeitzwischen zwei aufeinanderfolgenden Zapfvorgängen kontrolliert. Nach Ablauf eines bestimmten Zeitraums, der beispielsweise von 300 Sek. bis 600 Sek. (je nach Temperatur) variabel ist, steuert das Steuergerät die Wiederherstellung des Standarddrucks, um dieses Problem zu vermeiden.
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Beim Schließen des Lokals wird natürlich der korrekte Druck für die Lagerung wiederhergestellt. Die Einsparung erfolgt vor allem bei hohem Ausschank, was den Betreiber am meisten interessiert.
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Ein großer Vorteil dieses Systems ist zudem die Möglichkeit, sofort auf ein Problem in Bezug auf übermäßigen Schaum zu reagieren und dieses zu beheben. Mittels Messungen der Durchflussmenge erkennt die Elektronik sofort, wenn das Bier in einem Kreislauf Schaum bildet, da sich die vom Kompensator erfasste Durchflussmenge sofort und auf anormale Weise ändert. Das System regelt sich anschließend, um wieder höheren Druck festzulegen und den Durchfluss zu bremsen, um die übermäßige Schaumbildung zu unterbinden, wenn diese auf mangelhaftem Druck basiert. Dies wäre in einer herkömmlichen Anlage nicht möglich, ohne dass der Nutzer die Zapftheke verlässt, um den Druckminderer manuell einzustellen.
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Das elektronische Steuergerät 9 verarbeitet die für Druck, Temperatur und Durchflussmenge empfangenen Signale mittels entsprechender Algorithmen und eigens entwickelter Verwaltungssoftware und übermittelt in Echtzeit Regelungssignale R1 und R2 jeweils an den Druckminderer und den Kompensator, was zu einer automatischen und kontinuierlichen Steuerung der Anlage führt.
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Obgleich in der vorherigen Beschreibung der Begriff Kompensator verwendet wurde, um das Element zur Regelung der Durchflussmenge des Getränks zu bezeichnen, ist zu verstehen, dass dieser Kompensator in materieller Hinsicht in verschiedenen Ausführungsformen von Vorrichtungen, Mechanismen oder Organen implementiert werden könnte, die den Getränkedurchfluss bremsen. Daher ist der Begriff Kompensator sowohl in der Beschreibung als auch in den Patentansprüchen dahingehend auszulegen, dass er alle Vorrichtungen, Mechanismen oder Organe umfasst, die eine solche Funktion ausführen. Schließlich ist zu verstehen, dass als Beispiel einige bevorzugte Ausführungsformen des Systems dieser Erfindung beschrieben wurden, aber dass zahlreiche Varianten, Änderungen, Hinzufügungen und/oder Ersetzungen von Elementen vorgenommen werden können, die ebenfalls unter das Schutzkonzept auch gemäß der Definition in den beigefügten Patentansprüchen fallen.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 1b
- 2
- FLASCHE
- 3
- MOTORISIERTER DRUCKMINDERER
- 4'
- FASSRAUM
- 4''
- KÜHLAGGREGATRAUM
- 7
- ELEKTRISCHER KOMPENSATOR
- 9
- ELEKTRONIK
- P1
- MESSSIGNAL NIEDERDRUCK
- P2
- NIEDERDRUCKAUSGANG
- TS
- MESSSIGNAL BIERTEMPERATUR IM FASS
- T1
- BIER
- T1'
- MESSSIGNAL TEMPERATUR FASSRAUM
- T2'
- MESSSIGNAL TEMPERATUR KÜHLAGGREGATRAUM
- T3/P3
- MESSSIGNAL BIERTEMPERATUR UND DRUCK NACH KÜHLAGGREGAT
- F
- DURCHFLUSSSMESSER
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4222424 A1 [0014]
- EP 1528036 A2 [0015]
- FR 2653421 A1 [0016]
- FR 2659314 A1 [0017]
- US 2003/080142 A1 [0018]
