DE218133C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 218133 KLASSE 6 b. GRUPPE

Firma Dr. AUMANN in ILVERSGEHOFEN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Oktober 1908 ab. '

In den Gäiamgsgewerben, .den Brauereien, Brennereien und Keltereien, werden während der Gärung durch die Spaltung des Zuckers in Alkohol und Kohlendioxyd große Mengen des gewöhnlich als Kohlensäure bezeichneten Gases frei. Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Gärungskohlensäure direkt, d, h. ohne vorherige Verdichtung, als treibende Kraft zum Fortbewegen und Mischen von gärenden Flüssigkeiten zu benutzen. - ■ -

Die Erfindung stützt sich auf folgende, in der Versuchsstation für Obstverwertung von Dr. Aumann - llversgehofen gemachten Beobachtungen. Aus ein und demselben Most entstehen bei Benutzung gleicher Faßgrößen und bei gleichen Zusätzen und gleicher Behandlung in den einzelnen Fässern verschiedenartige Weine. Daraus hat der Erfinder den Schluß gezogen, daß die Gärung verschiedenartig verläuft, d.h. daß die Ausströmung der Kohlensäure nicht gleichmäßig erfolgt. Er hat bei seinen Versuchen den ungleichmäßigen Verlauf der Gärung auch hörbar gemacht und hat an Stelle der Gärröhren leicht ansprechende flötenartige Instrumente gesetzt und dadurch zunächst ermittelt, daß die im Faß herrschende Temperatur von gewissem Einfluß auf den entstehenden Ton. sei. Später fand er aber, daß außer der Temperatur auch noch andere Faktoren mitsprechen, vor allen Dingen die innerhalb der Gärungsflüssigkeit stattfindende Bewegung; denn bei letzterer Feststellung war die Temperatur des Faßinnern mit Hilfe der zuerst von.ihm versuchten Dampf durchleitung durch das Gärungsfaß bzw. durch Kühlung (unter Benutzung der Dampfdurchleitungs-. rohre) konstant erhalten. An Stelle der genannten Blasinstrumente setzte der Erfinder dann Experimentierröhren bzw. -Uhren, um mit Hilfe dieser die entströmende Kohlensäure pro Liter und Zeiteinheit zu ermitteln. , Aus diesen beiden Beobachtungen, daß die entströmende Kohlensäure zum Anblasen eines Instrumentesund zum Bewegen desZeigers einer oder mehrerer Experimentier- bzw. Kontrolluhren ausreichte, ergab sich die Tatsache, daß dieselbe Kohlensäure sich auch mechanisch als treibende Kraft ausnutzen läßt, d.h. daß sie an Stelle der bisher benutzten Arbeitskraft zum Antrieb der bei der Gärung erwünschten Mischapparate dienen kann.

Als Antrieb oder Arbeitskraft wurden bisher für derartige Misch-, bzw. Bewegungsapparate die menschliche Arbeitskraft, die Dampf- oder Wasserkraft und der elektrische Strom benutzt. Man hat auch bereits die Gärungskohlensäure verwendet, um in gärender Flüssigkeit eine Bewegung hervorzurufen, indem man die Kohlensäure direkt nach ihrer Entstellung oder nach vorheriger Verdichtung in die Flüssigkeit einströmen Heß. Bei dieser Art, mittels Gärungskohlensäure eine Bewegung der gärenden Flüssigkeit hervorzubringen, ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die von der Flüssigkeit ausgestoßene Kohlensäure von neuem in die Flüssigkeit hineingedrängt wird.

Nach vorliegender Erfindung dagegen wird

die bei der Gärung entstehende Kohlensäure nicht wieder in die gärende Flüssigkeit eingeführt, sondern dient lediglich dazu, einen Teil der Gärungsflüssigkeit aus einem Teil des Gefäßes, in dem die Gärung stattfindet, herauszuschaffen und fortzubewegen. Durch diese andauernd fortbewegte Flüssigkeitsmenge und ihre Wiedereinführung in den unteren Teil des Fasses entsteht im Faßinnern eine Bewegung

ίο und damit eine Durchmischung des ganzen Faßinhaltes, wobei jedoch vermieden wird, daß die Kohlensäure, etwa infolge entstehender Gasspannung, irgendeinen schädlichen Einfluß auf die Hefe ausüben kann, während andererseits die Möglichkeit gegeben ist, diese Kohlensäure nach Verrichtung dieser Arbeitsleistung außerhalb des Fasses in besonderen Gefäßen zu sammeln und zu verwerten.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten An-Wendungen der Kohlensäure wird demnach nach vorliegender Erfindung die Gärungskohlensäure vor ihrem Entweichen aus dem Faß fortdauernd mechanisch und selbsttätig als treibende Kraft benutzt.

Der zur Ausübung des Verfahrens dienende ■ Apparat ist auf den Zeichnungen in den Fig. 1 bis 6 zur Darstellung gebracht.

Fig. ι ist ein Höhenschnitt durch einen Teil des Apparates.

Fig. 2 zeigt den um 90⁰ nach Fig. 1 verstellten Höhenschnitt durch die Ventilvorrichtung.

Fig. 3 ist ein Querschnitt nach I - I der Fig. i.

Fig. 4 ist ein Querschnitt nach II - II der Fig. ι und

Fig. 5 ein teilweiser Schnitt durch den unteren Faßteil nebst Auslaß.

Fig. 6 zeigt die Gesamtansicht des Appa-

4p rates.

In das Spundloch eines Fasses A, dessen Inhalt gemischt werden soll und sich in Gärung befindet, wird ein Zinnrohr C mit Schraubspund C¹ fest eingeschraubt. Dieses Zinnrohr reicht bis in die Mitte des Fasses und ist in seinem unteren Teil derart fein durchlöchert, daß durch die Lochungen etwa im Faß vorhandene feste Körper in das Rohr C nicht eintreten können. Die Länge dieses Rohres ist beliebig; je nach der Größe des Fasses wird man ein längeres oder kürzeres Rohr wählen; für Fässer von 6000 1 Inhalt und 2V0 m Durchmesser wird man ein Rohr von I¹Z₂ bis 2 m nehmen; bei i/ei::~ren Fässern von 600 1 In-.halt ein Rohr von 50 bis 70 cm Länge, entsprechend dem Durchmesser des Fasses von rund ι m. Außerhalb des Fasses ist der das Zinnrohr C tragende Spund C¹ mit einer Verschraubung E versehen, in welche ein laternenartiger Zylinder F aus Glas eingeschraubt ist. Der obere und untere Teil der Laterne F wird durch vier Messingstangen zusammengehalten. Der Spund C¹ ist ferner mit zwei, kurzen Zinnrohren versehen, welche an ihrem Ende je einen Hahn Z?¹ und D² tragen. In der Verschraubung E befindet sich ein einfaches' Kugelventil α aus Glas und einer entsprechend der Kugel geschnittenen Lederscheibe b. Das Ventil ist so eingerichtet, daß es die durch das Rohr C emporsteigende Flüssigkeit, welche aus dem gärenden Faß durch die entstehende Kohlensäure verdrängt wird, in den Zylinder F gelangen läßt, sich aber sofort schließt, sobald auf die im Zylinder befindliche Flüssigkeit bzw. auf den Schwimmkörper H₁ welcher freischwebend an der Führungsstange G im Zylinder angeordnet ist, von oben her die Kohlensäure des Raumes L wirken kann, wodurch die Wirkung der Kohlensäure auf die im Faß befindliche Flüssigkeit ■ naturgemäß aufhören muß. Das Faß A, dessen Größe nebensächlich ist, enthält eine in Gärung befindliche Flüssigkeit, sei es Bier, Wein, Obstwein oder eine sonstige zuckerhaltige Flüssigkeit, welche durch Hefezusatz in Gärung versetzt worden ist. Das Faß ist, wie es im Gärungsgewerbe üblich ist, und um ein Überlaufen zu verhindern, nicht spundvoll gefüllt, sondern hat einen Gasraum L von 50 bis 100 1 Inhalt oberhalb der Gärflüssigkeit. In diesem Raum sammelt sich zunächst die aus der Flüssigkeit entstehende Kohlensäure. Da diese Kohlensäure ersichtlicherweise weder durch das Spundloch noch durch das Rohr C austreten kann, so gerät der Raum L bald unter Gasdruck, und weiter entstehende Kohlensäure verdrängt die Flüssigkeit.durch das Rohr C nach dem Zylinder F, da der zweite Ausgang des Fasses A bzw. der Faßhahn Q durch ein Kugelventil P abgesperrt ist.

Daß die Kohlensäure direktals selbsttätiger Antrieb dient, läßt sich dadurch zeigen, daß bei nichtgärender Flüssigkeit der Apparat sofort in Tätigkeit tritt, wenn man mit dem Mund durch den Hahn D² bläst, denn dann steigt sofort die Flüssigkeit im Zylinder F empor. Wäre zudem ein größerer Druck, vielleicht von einer oder mehreren Atmosphären, nötig, um die Flüssigkeit des Fasses zum· Emporsteigen in den Zylinder zu bringen, so läge die Gefahr nahe, daß das Faß.den Druck nicht aushalten und zerplatzen würde. Dann wäre überhaupt die Erfindung nicht praktisch verwertbar; höchstens könnte der Apparat dann bei besonders stark gebauten Fässern verwendet werden, welche einen größeren Druck aushalten. Der Apparat eignet sich aber nicht ■ nur für alle Faßgrößen, sondern auch für alle Faßstärken und alle sonstigen fest schließbaren Gärgefäße; auch bei lebhafter Kohlensäureentwicklung, z. B. bei der ersten stürmischen Gärung, entsteht keine Gefahr für das Faß,

weil er dann eben nur schneller arbeitet und größerer Kohlensäuredruck sich nicht entwickeln kann. Zudem läßt sich bei Benutzung des Apparates während der Nachtzeit auch noch ein Sicherheitsventil an dem Faß anbringen, so daß-alle etwaigen Bedenken gegen eine ununterbrochene Verwendung überflüssig sind. Sobald nun die Flüssigkeit in dem Glaszylinder emporsteigt, hebt sie den Schwimmkörper. H,'. welcher dadurch an der Führungsstange G bis zum Deckel des Glaszylinders F emporgleitet. Außerhalb des Zylinders ist eine Vorrichtung" angebracht, welche die zwei Ventile Af¹ und Ai² enthält.

Die Einrichtung dieser Vorrichtung ist folgende :

In dem geschlossenen Gehäuse χ befindet sich eine--drehbare Welle g (Fig. 1 und 2), welche fest mit Armen / verbunden ist. Diese Arme / sind mit der im Gehäuse χ bei I geführten Stange G gelenkig verbunden. Außerhalb des Gehäuses χ sitzt fest auf der Welle g ein Arm k, an dessen oberem Ende eine Stange m fest sitzt, welche mit Nasen h und i sowie Gewicht η versehen ist. Oberhalb der Welle g befindet sich eine zweite drehbare Welle p, auf welcher Anschläge q und r fest aufsitzen. Außerhalb des Gehäuses sitzt fest auf der Welle./' ein Arm s, welcher mit einem verstellbaren Gewicht e versehen ist. An das Ventil M¹ ist ein Zinnrohr N angesetzt, durch welches das Ventil M¹ mit dem Hahn D¹ verbunden, ist. Dieses Ventil M¹ bleibt nun so lange geschlossen (Fig. 1 und 2), als der Schwimmkörper an der Führungsstange G emporgleitet. Wäre das Ventil M¹ nicht geschlossen, so würde die Kohlensäure im Faßraum L/bevor sie. die.Flüssigkeit zu verdrängen sucht, einfach durch den Raum zwischen C und C¹ durch das Rohr N bei dem Ventil M¹ austreten, welcher mit P¹ und D² in Verbindung steht. Der Spund C¹ ist so kurz, daß sein unteres Ende nicht in die Flüssigkeit taucht. Der Hahn D² ist ebenso wie das Ventil Ai¹ geschlossen, damit die Kohlensäure im Raum L auch an dieser Stelle nicht austreten kann, sondern bestrebt ist, die Flüssigkeit aus dem Faß zu verdrängen. Die Kohlensäure verdrängt nun die Flüssigkeit so lange, bis dadurch der Schwimmkörper H bis zum Deckel des Glaszylinders gehoben ist. Der Hahn D² wird erst gebraucht, wenn die Kohlensäureentwicklung im Faß aufhört und von einem Nachbarfaß o. dgl. aus der Apparat angetrieben werden soll. Sobald aber der Schwimmkörper den Anschlag d berührt, löst er durch diese Berührung das Ventil M¹ aus, was dadurch geschieht, daß die Führungsstange G in dem Gehäuse χ emporsteigt, wodurch die Gelenkarme f . die Welle £ und damit den Arm k in Pfeilrichtung I (:Fig. 1) ,bewegen. Bei dieser Bewegung stößt die Nase h an den Arm s, wodurch dieser sich ebenfalls in der Pfeilrichtung I (Fig. 1) bewegen muß und hierdurch den auf der Welle p sitzenden Anschlag q von dem Ventil M¹ abzieht, welches sich nunmehr öffnet und durch das angebrachte Gegengewicht e das bisher offene Ventil M² durch den Anschlag r schließt. Das Ventil M² verbindet den Glaszylinder mit der Atmosphäre. Da nun keine Flüssigkeit mehr durch Rohr C in den Zylinder gelangt, so tritt die Kohlensäure aus L in den Zwischenraum c und gelangt nun auf dem Wege durch D¹, N und M¹ hinter den Schwimmkörper; dieser treibt alsdann die Flüssigkeit durch das Rohr O, das Kugelventil P bei dem Faßhahn Q in das Faß zurück (Fig. 5 und 6). Die Folge ist nun zunächst, daß der Schwimmkörper bis an das Ende der Führungsstange herabgleitet. Hier angekommen, öffnet der Schwimmkörper das Ventil M², wodurch der jetzt im Zylinder befindlichen Kohlensäure ein Entweichen in die Luft gestattet wird.

Die Öffnung des Ventils M², wodurch gleichzeitig die Schließung des Ventils M¹ erfolgt, geschieht dadurch, daß der Schwimmkörper H an der Führungsstange G bis zum unteren Anschlag d^l herabgleitet. Hier angekommen, zieht er durch sein· Eigengewicht die Führungsstange G herab. Bei diesem Herabziehen werden gleichzeitig die Arme / bewegt, wodurch die AVelle g samt Arm k nach Pfeilrichtung II (Fig. 1) und seiner Anfangsstellung gebracht wird. Durch diese Bewegung £5 schlägt die Nase i an den Arm s, wodurch dieser und mit ihm das Gewicht e ebenfalls nach Pfeilrichtung II bewegt wird. Durch diesen Vorgang werden die auf der Welle p sitzenden Anschläge q und r mitgedreht, wodurch das Ventil M² geöffnet und das Ventil M¹ geschlossen wird.. Nunmehr befindet sich der Apparat in seiner Anfangsstellung, und der Vorgang wiederholt sich von neuem.

Daß die austretende Kohlensäure aufgefangen und verdichtet werden kann usw., erscheint selbstverständlich; hat man jedoch an dem Austritt der Kohlensäure hinter dem Ventil M² eine Meßuhr angebracht, um die ausströmende Kohlensäure nach Litern oder Kubikmetern zu messen, so muß man besondere Vorsicht anwenden, wenn man richtige Resultate ablesen will; bei der Beschreibung des Apparates sei nur kurz auf diese erforderliche Vorsicht und Korrektur beim Ablesen der ausströmenden Kohlensäuremenge hingewiesen.

Hat der Schwimmkörper das Ventil M¹ wieder geschlossen, so ist die Folge davon, daß die Kohlensäure sich wiederum im Faßraum L 120. ansammeln muß, die Flüssigkeit im Faß verdrängt und zum Aufsteigen nach dem Zylin-

der F bringt. Dadurch hebt sich der Schwimmkörper wiederum, und der Vorgang spielt sich in der bereits beschriebenen Weise von neuem . ab. . ■ ,. ■ .

Nun könnte man annehmen, daß die Flüssigkeit, anstatt in dem Glaszylinder aufzusteigen, den kürzeren Weg nimmt und einfach nach dem Passieren des Kugelventils α durch das Rohr O und das Ventil P (Fig. 5 und 6) bei

to dem Faßhahn Q direkt ins Faß A zurücktritt. Dieses ist aber nicht der Fall; wohl wird sich bei Beginn der Tätigkeit das Rohr C zunächst mit der Flüssigkeit des Fasses füllen, aber diese Flüssigkeit kann nicht in das Faß eintreten; denn die Kohlensäure ist bestrebt, den Raum L immer mehr zu vergrößern und für sich in Anspruch zu nehmen, da immer weitere Mengen Kohlensäure entstehen und ■ diese die Flüssigkeit in den vorhandenen Glaszylinder zu drängen suchen, nach welchem ein Ausweichen der Flüssigkeit allein möglich ist. Daß die Flüssigkeit im Faß A durch den Faßhahn Q ausweichen und durch' das Rohr O nach dem Glaszylinder F gelangen kann, wird dadurch verhindert, daß zwischen dem Rohr O und dem Faßhahn Q ein Kugelventil vorgelagert ist, welches die Flüssigkeit bzw. den Wein aus dem Faß nicht in das Rohr Ό gelangen läßt, sondern nur dann ein Durchlassen der Flüssigkeit zuläßt, wenn diese aus dem Glaszylinder kommt.

• Die Flüssigkeit kann eben gar nicht anders ausweichen als in den Glaszylinder, solange die Kohlensäure sich in dem Raum L ansammelt und keinen anderen Ausweg geöffnet findet. Hat jedoch der Schwimmkörper erst den Anschlag d berührt und ist dadurch der Kohlensäure der Weg durch C¹, den Hahn D¹, ^: das Rohr N und das Ventil M¹ gestattet, so drängt die Kohlensäure die im Faß befindliche Flüssigkeit nicht mehr durch das Rohr C nach dem Glaszylinder F, sondern fällt sozusagen dem Schwimmkörper in den Rücken und zwingt diesen, Platz zu machen. Der Schwimmkörper tut dieses in der Weise, daß er den Wein durch das Rohr O in das Faß zurückgelangen läßt bzw. dorthin zurückdrängt. Die Flüssigkeit kann den Weg auf keinen Fall wieder durch das Rohr C nehmen, weil das Kugelventil α dieses verhindert. Sobald aber durch denherabgleitenden Schwimmkörper der Ausweg C¹, D¹ und M¹ für die Kohlensäure wieder geschlossen wird, sammelt sich diese wiederum ■ in dem Raum L an, sucht den Wein aus dem Faß zu verdrängen, und der Vorgang wiederholt sich bis zum Ende der Gärung, d. h. bis zu dem Zeitpunkt, wo die Kohlensäureentwicklung aufhört.

Hört die Kohlensäureentwicklung aber in dem durchzumischenden· Faß auf, und hält man ein weiteres Durchmischen für angebracht, so läßt man einfach durch den Hahn D² Kohlensäure aus einem Nachbarfaß oder flüssige Kohlensäure, Sauerstoff oder Luft mit Hilfe einer Luftpumpe auf das durchzumischende Faß wirken. Der Vorgang ist derselbe wie bei der Verwendung der eigenen Gärungskohlensäure.

Daß durch ein derartiges fortgesetztes Bearbeiten der Gärungsflüssigkeit die Gärung schneller zu Ende geführt wird, ist selbstverständlich, und es wird dadurch erreicht, daß man eine geringere Vergärung erhält; denn die Hefe, d. h. der eigentliche. Gärungserreger, wird durch die fortgesetzte Bewegung zu angespannter Tätigkeit angeregt und überan- ,<■■ strengt sich, wenn man diesen Ausdruck gebrauchen darf, und wird früher untüchtig, d. h. sie ist nicht mehr imstande, 'den Zucker vollständig in Alkohol und Kohlensäure umzusetzen. Vom Erfinder durchgeführte Versuche zeigten aber auch, daß selbst durch weiteren Hefenzusatz keine Nachgärung zu erregen war, weil die ursprüngliche Gärungsflüssigkeit durch die fortgesetzte Bearbeitung eine derartige chemische Veränderung und Zusammensetzung erfahren hatte, daß sie keine Nachgärung, zuließ.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Verwertung von Gärungskohlensäure oder eines anderen Gases zum Vorwärtsbewegen und Mischen von Flüssigkeiten, . insbesondere von Gärungsflüssigkeit und Gärungsmaische, " dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlensäure bzw. ein anderes Gas, z. B. Sauerstoff, auf die Oberfläche der in einem geschlossenen Gefäß befindlichen Flüssigkeit bzw. einer Gärungsflüssigkeit oder Gärungsmaische geleitet wird, dadurch fortgesetzt mechanisch und selbsttätig einen Teil der Flüssigkeit aus einem Gefäßteil verdrängt, fortbewegt und wiederum in einen anderen Gefäßteil zurückzufließen zwingt, so daß diese zurückfließende Flüssigkeit eine Bewegung und Durchmischung des ganzen Gefäßinhältes bewirkt, ohne daß dabei eine wesentliche Spannung und Druck im Gefäß entsteht und es bei Verwendung von aus der eigenen Gärungsflüssigkeit entstehender und sich während der Gärung stets ergänzender Kohlensäure möglich ist, diese Kohlensäure nach Ver-· richtung der gewünschten Arbeitsleistung ... ·. in bekannter Weise außerhalb des Fasses aufzufangen und· zu verwerten: ■ -. , ■

2. Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wirkung der'sich.bei der Gärung auf der Oberfläche der Flüssigkeit oder

deren Maische ansammelnden bzw. der auf die Flüssigkeitsoberfläche geleiteten Kohlensäure oder eines anderen Gases ein Teil der Flüssigkeit zeitweise und wiederholt in einem in die Flüssigkeit eintauchenden, zweckmäßig im unteren Teil gelochten Rolire hochgetrieben und unter Vermittlung von selbsttätig sich öffnenden und schließenden Ventilen durch ein zweites in den unteren Teil des Gefäßes einmündendes Rohr in das Gefäß zurückgetrieben wird, wobei durch öftere Wiederholung dieses Vorganges ein inniges Vermischen des ganzen Faß inhaltes stattfindet.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in das Innere eines Fasses oder Gefäßes reichendes, zweckmäßig unten gelochtes Rohr (C) an eine mit einem Schwimmkörper (H) versehene Laterne o. dgl. angeschlossen wird, deren oberer Teil durch einen mit Druckventilen (M¹, M²) versehenen Aufsatz mit dem zum Rohr (C) führenden und mit einem oberen Kohlensäuresammelraum des Fasses verbundenen Rohr (N) und deren unterer Teil mit dem in den unteren Teil des Fasses einmündenden, ein Rückschlagventil (P) tragenden Rohr (O) versehen ist, derart, daß die durch die angesammelte Kohlensäure im Rohr (C) emporgetriebene Flüssigkeit den Schwimmkörper (H) hebt, dieser ein Ventil (M¹) öffnet und das die Verbindung mit der Außenluft herstellende Ventil (M²) schließt, wodurch die Flüssigkeit aus der Laterne durch die nun von oben her (auf dem Wege D¹, A^T, M¹) auf diese Flüssigkeit wirkende Kohlensäure in das Rohr (O) und durch dieses in das Faß zurückgeleitet wird, hiernach infolge des Sinkens des Schwimmkörpers (H) ein Ventil (M¹) geschlossen und ein Ventil (M²) geöffnet wird und derselbe Vorgang sich von neuem wiederholt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.