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Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Kohlensäure- und Alkoholgehaltes
kohlensaurer und alkoholischer Getränke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Messen des Kohlensäure- und Alkoholgehaltes kohlensaurer und
alkoholischer Getränke. Die Erfindung soll hauptsächlich für in größeren Tanks eingelagerten
mit etva a 8 8 atü lsohlensäuredruck imprägnierten Süßmost Anwendung finden, aber
auch für Tanks, in denen in neuerer Zeit Süßmost direkt zu Schaumwein (Sekt) vergärt
wird, und schließlich für Tanks, iii denen nach neuestem Verfahren Most unter Kohlensäuredruck
und daher mit verzögerter und regulierbarer, der sog. gezügelten Gärung zu Wein
vergärt.
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Das in Tanks lagernde und mit hohem Kohlensäuredruck imprägnierte
oder gärende Getränk muß fortlaufend auf seinen Kohlensäure- und Nlkoholgehalt geprüft
erden. I)urch Unachtsamkeit oder durch irgendeine Undichtheit im Kohlensäureraum
des Tanks könnten größere Mengen Kohlensäure verlorengehen, wodurch ein Druckabfall
und damit eine Entgasung des Getränkes und bei Süßmost unbeabsichtigt Gärung eintreten.
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Wird nach dem entstandenen Druckabfall der Kohlensäuredruck im Tank
wieder auf 6 bis 8 atü ergänzt, so dauert es, je nach der Größe des Flüssigkeitsspiegels,
der mit der Kohlensäure in Ilerührung steht, und der Getränkehöhe, mehrere Tage,
bis das Getränk wieder entsprechend dem Druckmesserstand gesättigt ist. Voraussetzung
ist bei diesem Nachimprägnieren, was besonders für Süßmost zutrifft, daß der Kohlensäuredruck
im Tank konstant auf 7,5 his 8 atü für Süßmost und etwa 6 atü für Schaumwein gehalten
wird. Die Anzeige eines Druckmessers an einem Getränketank ist für die Beurteilung
des Kohlensäuregehaltes des Getränkes unzuverlässig, da er nur den das Getränk überlagernden
Kohlensäuredruck anzeigt.
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Das Wesentliche des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in einer Aufeinanderfolge
folgender Nfaßnahmen zu erblicken: a) daß man aus einem unter hohem Kohlensäuredruck
stehenden Getränketank mittels einer Handpumpe, die mit einem Druckmesser, Absperrorganen
und einer Flasche fülleinrichtung ausgerüstet ist, eine Getränkeprobe ohne Druck-
und Alkoholverlust entnimmt und eine kurze Druckminderung vornimmt, worauf der Druckmesser
den Kohlensäuregehalt der Getränkeprobe anzeigt; b) daß die Getränkeprobe dann in
eine Nleßflasche gedrückt und daraus die Kohlensäure abgesaugt und in die Außenatmosphäre
mit der Pumpe gedrückt wird; c) daß danach der Alkohol aus dem Getränk in der Meßflasche
durch Anwendung erhöhten Vakuums abgesaugt und mittels der Pumpe entweder in die
Außenatmosphäre oder durch Kühlrohre als Destillat in eine andere Flasche gedrückt
wird, so daß dann die Alkoholmenge entweder als Destillat oder am Getränkeschwund
in der Meßflasche gemessen werden kann.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Handpumpe
mit Saug- und Druckwi rkung benutzt, die mit Absperrorganen, einem vereinigten Überdruck-
und Vakuummesser und einer Flaschenfülleinrichtung ausgerüstet ist und die mittels
einer Rohrverschraubung direkt mit einem Getränketank oder als Tischapparat durch
einen Schlauch mit dem Getränketank verbunden werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in
der Zeichnung dargestellt.
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Ahl>. 1 zeigt die Vorrichtung im aufrechten Längsschnitt mit abgebrochener
Kolbenspindel 3; Abb. 2 zeigt die Vorrichtung in Seitenansicht; es ist nur der Dreiwegehahn
D mit dem daran angeschrauben Flaschenfüllmundstück E geschnitten dargestellt; Abb.
3 veranschaulicht eine Draufsicht; Abb. 4 stellt einen Schnitt durch das untere
Pumpenteil und die darin sitzende lösbare Kolbenspindelmutter 4 dar; Alab. 5 zeigt
das Dreiwegehahngehäuse 1) mit umgestelltem Dreiwegehahnküken im Schnitt; Abb. 6
zeigt einen durchbohrten Schraubstöpsel G, der alsFüllmundstück für druckfeste Schraubstöpselflaschen
dient und gegen das Füllmundstück E auswechselbar ist; Abb. 7 stellt ein Füllrohr
dar, das auf der Rohrverschraubung 14 der Pumpe befestigt werden kann; am anderen
Füllrohrende ist ein durchbohrter Schraubstöpsel zum Anschrauben einer Schraubstöpselflasche
befestigt.
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Die Vorrichtung besteht aus dem Pumpenzylinder I mit dem darin gleitenden
und doppelt belederten Kolben 2. Die Kolbenspindel 3 ist in dem Gewinde der runden
Mutter 4, die im abschrauhharzen Pumpendeckel 5 sitzt, drehbar gelagert und mit
dem Kolben 2 lose gekuppelt. Durch einen Steckstift 6, der in eine Ausrundung 7
in der Mutter 4 eingreift, ist diese blockiert, so daß die Mutter 4 sich weder drehen
noch verschieben läßt und daher der Kolben 2 nur durch Drehen der Kolbenspindel
3 an der Handkurbel 8 bewegt werden kann.
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Im Oberteil der Pumpe befindet sich ein federbelastetes, selbstschließendes
Spindelventil 9, das durch einen Fingerhebel 10 geöffnet und durch die Druckfeder
II wieder geschlossen wird. Mit dem auf dem Pumpenzylinder 1 gleitenden Sperring
13 wird der Handhebel 10 automatisch gesperrt. Mit der Rohrverschraubung 14 wird
die ganze Vorrichtung zur Getränkeprobeentnahme an einen Getränketank geschraubt.
Der Überdruckmesser und Vakuummeter I5 steht durch die Bohrungen 1() und 17 mit
dem Ventilraum 18 iii Verbindung. Der Dreiwegehahn D ist mit einer Flügelschrauhe
1() leicht lösbar an dem Pumpenkopf angeschraubt. An dem unteren Gewindestutzen
des Dreiwegehahnes ist ein geschlossener Sammeltrichter 20, der zur Aufnahme der
aus der Meßflasche durch die aufsteigenden Gase mitgerissenen Getränketeilchen dient,
angeordnet. Das konische. weiche Gummimundstück 2I ist auf das unter den Sammeltrichter
gelötete Füllröhrchen 22 gesteckt. I)er durchbohrte Schraubstöpsel G kann wahlweise
zum Füllen von druckfesten Schraubstöpselflascl1en an Stelle der Flaschenfülleinrichtung
7: unter den Dreiwegehahn geschraubt werden.
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Die Flaschenklemme C besteht aus dem Flaschenteller 23 mit Gleitspindel
24, Stellring 25, Druckfeder 26, verstellbarem Halter 27 und aufklappbarer Klemmschelle
28, die mit nur einer Klemmschraube 29 auf die untere Pumpenarmatur schnell lösbar
aufgeklemmt ist. Die Meßflasche 30 von bestimmtem Inhalt, die zwischen das Gummimundstück
21 und die Flaschenklemme C eingeklemmt ist, besitzt auf dem zylindrischen Flaschenhals
eine Skalaeinteilung in Kubikzentimetern.
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Das Füllrohr 31 kann mit seinem Gewindeteil an der Verschraubung
14 befestigt werden. Am anderen Füllrohrende ist ein durchbohrter Schraul,-stöpsel
32 mit konischer Gummidichtung aufgeschraubt, so daß auch an dieser Stelle Schraubstöpselflaschen
mit dem Getränkeinhalt der Pumpe oder mit dem Getränke- oder Gasinhalt der Meßflasche
30 angefüllt oder entleert werden können.
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Arbeitsweisen Der Kolben 2 wird durch Drehen der Handkurbel 8 bis
dicht unter den oberen Zylinderdeckel geschoben und der Dreiwegehahn ) so gedreht,
daß er den Zuflußkanal 17 verschließt. Dann wird die ganze Vorrichtung druckdicht
mit der Rohrverschraubung 14 an einen Gewindestutzen eines Getränketankventils geschraubt.
Nun wird das Getränketankventil geöffnet und dann mit einem Finger der den Pumpenzylinder
umfassenden Hand das Spindelventil g durch Anziehen des Fingerhebels 10 geöffnet.
Nun wird der Kolben durch langsames Drehen an der Kurhel 8 bis auf den unteren Boden
gesenkt. Das stark kohlensäurehaltige Getränk strömt dadurch langsam, ohne Druck
und Kohlensäureverlust und ohne Schaumbildung, mit dem vollen Fülldruck von 6 bis
8 atü aus dem Getränketank in den Pumpenzylinder ein. Nun wird die Handkurbel 8
etwa um 1/3 Drehung wieder
angedreht, so daß sich d.; Kolben um
etwa 1 I,is 2 mm vom Zylinderboden anhebt und dementsprechend etwas Getränk in den
Getränketank zurückgedrückt wird. Danach wird das Spindelventil 9 durch Freigabe
des Fingerhebels geschlossen. Im Pumpenzylinder herrscht nun der gleiche hydrostatische
Fülldruck, der auch im Südmost- oder Sekttank jeweils vorhanden ist. Dreht man nun
den Pumpenkolben wieder bis zum Boden, also 1 bis 2 mm, an der Handkurbel abwärts,
dann tritt in dem eingeschlossenen Getränk infolge der geringen Raumvergrößerung,
wie am Druckmesser 15 erkennbar, einen Augenblick eine Druckminderung ein, die aber
sofort durch den Druckanstieg infolge frei werdender Kohlensäure, wie an der Umkehr
des Druckmesserzeigers erkennbar, wieder ausgeglichen wird. Der Druckmesser 15 zeigt
nun nicht mehr den Fülldruck, sondern den durch die Ausdehnung der Kohlensäure entwickelten
Imprägnierdruck des Süßmostes oder bei Schaumwein die durch die Gärung absorbierte
Kohlensäuremenge an. Dieser Imprägnier- oder Gärungsdruck kann höcllstfalls gleich
oder geringer als der jeweilige hydrostatische Tankdruck sein, je nachdem, wieviel
Kohlensäure das Getränk absorbiert hat. Da nun nach einem physikalischen Gesetz
Süßmost, Wein oder Wasser, entsprechend dem jeweils aufgewendeten Imprägnierdruck,
bei einer Temperatur voll etwa 150 C zahlenmäßig etwa auch die gleiche Menge Kohlensäure
in Liter absorbieren, d. h. bei 5 atü 5l, bei 6 atü 6l Kohlensäure usw., so zeigt
der Druckmesser den Kohlensäuregehalt direkt in Liter an, der unter atmosphärischem
Druck in 1l Getränk enthalten ist.
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Zeigt der Druckmesser einen geringeren Druck als der Tankdruck, so
ist daran erkennbar, dar das Getränk im Tank noch nicht mit Kohlensäure gesättigt,
sondern nur mit höherem Kohlensäuredruck überlagert ist.
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Nun wird die Getränkeprobe zum Messen des Alkoholgehaltes in die
Meßflasche 30 gedrückt, und es ist dabei zu beachten, daß diese Überführung allmählich
und l>ei langsamer Druckentlastung der Getränkeprobe erfolgen muß. Bei einer
zu schnellen Druckentlastung würde die Kohlensäure stürmisch aus dem Getränk aufbrodeln
und dabei auch etwas Alkohol mitreißen. Man verfährt wie folgt: Das bisher geschlossene
Hahnküken des Dreiwegehahnes wird so gedreht, daß ein ganz kleiner Öffnungsspalt
zur Meßflasche 30 entsteht, wodurch etwas Kohlensäure aus dem Getränk in die Aleßflasche
entweichen kann. Ist der Kohlensäuredruck in der nicht druckfesten Meßflasche auf
etwa 1½ bis 2 atü angestiegen, dann wird die Meßflasche durch den Kohlensäuredruck
unter Überwindung der Druckfeder 26 wie ein Sicherheitsventil etwas abwärts gedrückt,
so daß am Gummikonus 21 der Kohlensäureüberschuß so lange entweicht, bis auch der
Kohlensäuredruck in der Pumpe auf 11/2 bis 2 atü, wie am Druckmesser 15 erkennbar,
gesunken ist. Nun wird das Getränk durch langsames An drehen der Ilandkurbel 8 in
die Nleßfiasche gedrückt, wobei immer noch die überschüssige Kohlensäure am Gummikonus
21 ins Freie entweicht.
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Wird die Meßflasche von einer Pumpenfüllung nicht voll, dann entnimmt
man nach vorheriger Umstellung des Dreiwegehahnes aus dem Getränketank mit der Pumpe
noch eine Getränkeprobe, die dann, wie bereits beschrieben, in die Meßflasche nachgedrückt
wird. Jetzt öffnet man den Dreiwegehahn ganz zur Pumpe hin und senkt langsam den
Pumpenkolben 2, so daß die restliche Kohlensäure aus dem Getränk der Nteßflasche
in den Pumpenzylinder entweicht. Dann wird das Hahnküken so umgestellt, daß aus
der Pumpe durch Aufwärtsbewegen des Kolbens 2 die Kohlensäure durch die Kükenbohrung
35 ins Freie gedrückt werden kann. Dieser Saug- und Druckvorgang wird so lange wiederholt,
bis der Zeiger des Druckmessers auf etwa 40 cm (Quecksilbersäule) Vakuum stehenbleibt.
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Nun beginnt das Absaugen des Alkohols unter erhöhter Vakuumeinwirkung
auf das AIeßflaschengetränk, wobei der Pumpenkolben hin und her bewegt und der Dreiwegehahn
nach jedesmaligem Saughub der Pumpe so umgestellt wird, daß die abgesaugte Alkoholmenge
durch die Bohrung 35 ins Freie gedrückt werden kann. Nach jedesmaligem Saughub muß
man vor der Ausübung des Drucl;-hubes einige Sekunden warten, denn der siedende
Alkohol steigt langsam in den Flaschenhals auf.
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.\lkohol siedet unter normalem atmosphärischem Druck bei 78° C; natiirlich
siedet er bei 40 bis 50 cm Vakuum (QS.) viel eher, aber Wasser siedet bei ½ at,
also bei etwa 38 cm Quecksilbersäule, erst bei 80°C. Die Entalkoholisierung ist
beendet, wenn bei tiefster Saugstellung des Kolbens der Druckmesserzeiger auf 40
bis 50cm Vakuum stehenbleibt.
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Zum Prüfen, ob alle Verschraubungen und die beiden Ledermanschetten
des Kolbens 2 zakuumdicht sind, schließe man den Dreiwegehahn zur Pumpe ab ; dann
muß das Vakuum auf 40 bis 50 cm stehenbleiben. In der Meßflasche, die bis an den
Nullstrich gefüllt war, ist nun der Flüssigkeitsspiegel abgesunken, und man ersieht
an der Skala auf dem Meßflaschenhals, wieviel Kubikzentimeter Alkohol aus dem Getränk
der Meßflasche entwichen sind.
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Man kann auch den mit der Pumpe aus der Meßflasche abgesaugten Alkohol
durch die Bohrung des Stutzens 35 am Dreiwegehahn und durch ein an diesen Stutzen
angeschraubtes Kühlrohr als Destillat in eine andere Flasche drücken und vergleichsweise
mit dem Getränkeschwund in der Meßflasche 30 messen. Die Meßflasche wird man selbstverständlich
erst dann in die Vorrichtung einklemmen, wenn der Kohlensäuregehalt des eingeschlossenen
Getränkes gemessen ist. klan kann auch zum leichteren Absaugen des Alkohols die
Meßflasche in einem Heißwasserbade auf etwa 40 bis 50°C erwärmen. Die zweite Flasche
zum Eindrücken des aus der Meßflasche 30 abgesaugten Alkohols kann man nach dem
Aufschrauben des Doppelkrümmers 3 t auf die Rohrverschraubung 14 auf den Schraubstöpsel
32 schraubern und diese Schraubstöpselflasche zum Kondensieren des Alkohols abkühlen.
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Zum Vornehmen der geschilderten Alkoholmessungen wird man natürlich
die ganze Vorrichtung vom Getränketank abschrauben und sie auf einem Arbeitstisch
befestigen, wozu die Befestigungsplatte 34 am Pumpenfuß dient.
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Soll nur der Kohlensäuregehalt des Getränkes in einem oder mehreren
Tanks gemessen werden, dann kann man schnell durch einige Handgriffe die ganze Alkoholmeßvorrichtung
von der Pumpe trennen, indem man die Klemmschelle 28 nach Lösen der Klemmschraube
29 und damit die Flaschenklemme C al>nimmt und danach auch den Dreiwegehahn L)
abschraubt und dafür einen Verschlußstopfen in den l'umpenkopf eindreht. Während
dieser einfachen Afeßvorgänge umfaßt die linke Hand den Pumpenzylinder I und wird
mit einem Finger dieser Hand der Fingerhebel 10 betätigt, der das selbstschlieblende
Spindelventil g öffnet und schließt. illit der rechten Hand wird die Handkurbel
8 gedreht.
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Nach dem Meßvorgang wird die Getränkeprobe wieder in den Tank zurückgedrückt
und die Vorrichtung durch Lösen der Robrverschraubung 14 vom Getränketank entfernt.
Einfacher, bequemer, schneller, sauberer und auch zuverlässiger kann man wohl mit
keiner anderen Vorrichtung dieser Art eine mechanische Kohlensäuremessung eines
Getränks vornehmen. .Um eine druckfeste Flasche zu irgendeinem Prüfzweck aus einem
Tank, der mit Süßmost oder Schaumwein von 6 bis 8 atü Kohlensäuredruck gefüllt ist,
ohne Druckverlust abfüllen zu können, verfährt man wie folgt: Die Pumpe wird mit
der Rohrverschraubung IA an ein Getränkeentnahmeventil eines Tanks geschraubt. An
Stelle der Fülleinrichtung E wird der Schraubstöpsel G geschraubt und darunter druckdicht
eine der bekannten Schraubstöpselflaschen. DieFlaschenklemme C ist in diesem Falle
nicht unhedingt erforderlich und kann daher abgeschraubt bleiben. Damit das Getränk
ruhig und ohne Kohlensäureverlust in die Flasche einfließen kann, muß diese mit
demselben Kohlensäuredruck vorgefüllt werden, der im Tank herrscht. Man öffnet nun
das Getränkeentnahmeventil am Tank und dann am Fingerhebel 10 das Spindelventil
9, währenddessen der Dreiwegehahn D noch geschlossen bleibt. Nun dreht man den Kolben
2 aus der obersten Stellung langsam bis etwa zur Mitte des Pumpenzylinders I abwärts,
was an den auf der Gewindespindel 3 eingeschlagenen Zahlen nachgeprüft werden kann.
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Alsdann schließt man das Spindelventil g und führt den restlichen
Saughub der Pumpe aus. Dadurch entsteht über dem Spiegel des eingeschlossenen Getränks
ein gasverdünnter Raum, so daß aus dem stark kohlensäurehaltigen Getränk sofort
Kohlensäure aufsteigt, die den leeren Raum schnell ausfüllt. Dadurch tritt ein Druckausgleich
zwischen dem Getränke- und Kohlensäureraum etwa zur Hälfte des vorherigen Getränkedruckes
ein. Nun wird der Dreiwegehahn zur Flasche umgestellt, so daß die Kohlensäure aus
der Pumpe in die Flasche einströmt und durch dieDruckentlastung noch mehr Kohlensäure
aus dem Getränk in der Pumpe aufsteigt. Ist der Druckausgleich zwischen Pumpe und
Flasche beendet, was am Druckmesser 15 ererkennbar ist, dann wird die restliche
Kohlensäuremenge durch Anheben des Kolbens 2 bis zur Pumpenmitte in die Flasche
nachgedrückt. Dann wird der Dreiwegehahn wieder geschlossen und die entgaste Getränkemenge
nach dem Offnen des Spindelventils g wieder in den Getränketank zurückgedrückt.
Dann wird ahermals eine halbe Pumpenfüllung Getränk durch halbe Senkung des Koll>ens
in die Pumpe eingezogen und die Überführung der Kohlensäure vorgenommen, wie vorhin
beschrieben. Der Kohlensäuredruck darf in der Flasche mittels der Pumpe nur so hoch
gesteigert werden, bis er mit dem Kohlensäuredruck im Getränketank übereinstimmt,
was wiederum am Druckmesser 15 erkennbar ist. Der Kolben wird nun in die oberste
Stellung geschoben; ein evtl. noch in der Pumpe vorhandener Kohlensäurerest wird
dabei durch kurze Umstellung des Dreiwegehahnes am Stutzen 35 ins Freie abgeblasen
und dann mit dem Hahnküken wieder die Kanalverl>indung zwischen Flasche und Pumpe
hergestellt.
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Dann wird das Spindelventil g am Fingerl1el)el 10 geöffnet, rvodurch
aher wegen des Druckausgleiches zwischen dem Getränketank und der Flasche in letztere
noch kein Getränk einfließen kann. Um einen geringen Druckahfall in der Flasche
zu erreichen, wird die Schraubstöpselfiasche ein wenig mit der Hand vom Schraubstöpsel
G gelockert, so daß dann das Getränk aus dem Tank ruhig in die Flasche einfließt.
Ist die Flasche gefüllt, dann läßt man den Fingerhebel I0 los, schraubt die Flasche
ab und verschließt sie schnell mit einem normalen Schraubstöpsel.
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Man kann auch die Pumpe in horizontaler oder etwas geneigter Lage
auf einem Arheitstiscl1 mit der Hefestigungsplatte 34 an einen aufrechten Holzklotz
aufklemmen. Der Dreiwegehahn D wird dann um einen Winkel von go0 gedreht, damit
eine auf den Schraubstöpsel G geschraul)te Schraubstöpselflasche senkrecht hängt.
Die Flaschenklemme G wird in diesem Falle abgeschraubt. Die Rohrverschraubung 14
wird dabei durch einen kurzen Schlauch mit dem Getränketank verbunden. In dieser
Horizontallage der Pumpe kann man die Handkurbel 8 besser betätigen. Auch läßt sich
die Pumpe dann, nach Auslösen der Spindelmutter 4 zum Ausführen von leichten Druck-
und insbesondere Saugarbeiten schneller betätigen.
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Zum Ausspülen der Pumpe mit Wasser wird man stets die Kolbenspindelmutter
4 auslösen, um schnell die Kolbenstange 3 hin mod her schieben zu können An der
Meßvorrichtung kann man auch noch ein Thermometer anbringen, denn es ist wesentlich,
daß man auch die Getränketemperatur bei den Kohlensäuremessungen berücksichtigt.
Je kälter das Getränk ist, desto mehr Kohlensäure nimmt es auf.