Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

2 einen Signalverlauf des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

3 eine graphische Benutzerschnittstelle zur Parametrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor dessen Ausführung;

4 einen Signalverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2 während einer Angärphase;

5 einen Signalverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2 während einer Hauptgärphase;

6 einen Signalverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2 während einer Endgärphase gemäß einer ersten Ausführungsform; und

7 einen Signalverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2 während einer Endgärphase gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In 1 ist eine Vorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Flüssigkeitsbehälter 2, der zum Teil mit der zu gärenden Flüssigkeit 3 gefüllt ist. Die Flüssigkeit 3 ist beispielsweise Traubensaft bzw. Wein. In die Flüssigkeit 3 ist in einem seitlichen Bereich des Behälters 2 ein Temperaturfühler 4 zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit 3 getaucht. Außerdem ist von oben eine Dichtemesssonde 5 zum Erfassen der Dichte der Flüssigkeit 3 in diese getaucht. Nähere Angaben über den Aufbau und die Funktionsweise der Dichtemesssonde 5 können der DE 199 63 935 A1 entnommen werden. Die Dichtemesssonde 5 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zum Messen des Mostgewichts der Flüssigkeit 3 in Oechsle-Graden eingesetzt.

Während des Gärvorgangs des Weines verringert sich dessen Dichte, da Zucker in Alkohol, Kohlendioxid, Säuren und andere Stoffe umgewandelt wird. Somit kann die Dichte des Weines und die Änderungsgeschwindigkeit der Dichte einen zuverlässigen Hinweis auf den Zustand der Gärung geben.

Die Vorrichtung 1 umfasst außerdem ein Steuergerät, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Personal Computer (PC) 6 und eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 7 umfasst. Der PC 6 umfasst Benutzerschnittstellen in Form eines Bildschirms und einer Tastatur. Außerdem umfasst der PC 6 ein Rechengerät, das insbesondere als ein Mikroprozessor (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Schließlich umfasst der PC 6 auch ein elektrisches Speichermedium (nicht dargestellt), das beispielsweise als ein Random-Access-Speicher, als ein Read-Only-Speicher oder als ein Flash-Speicher ausgebildet ist. Auf dem Speichermedium ist ein Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgespeichert. Zur Abarbeitung des Computerprogramms wird es entweder abschnittsweise oder als ganzes an den Mikroprozessor übertragen und dort abgearbeitet. Der PC 6 und die Mikroprozessorsteuerung bzw. die SPS 7 stehen über eine Datenverbindung 8 miteinander in Verbindung.

Selbstverständlich kann statt der separaten SPS 7, deren Funktion auch in das Computerprogramm integriert sein, so dass als Steuergerät ausschließlich der PC 6 eingesetzt wird. Die Funktion der SPS 7 wird dann von dem PC 6 übernommen. Das in diesem Fall dann auf dem PC 6 ablaufende Computerprogramm müsste auch die in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die SPS 7 realisierten Funktionen erfüllen können.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das auf dem PC 6 ablauffähige Computerprogramm die Funktionen Parametrierung des Temperaturreglers, graphische Datenaufzeichnung und Ausgabe von Meldungen, Signalverläufen, etc. Das Computerprogramm wird entweder als solches über das Internet oder gespeichert auf einem elektrischen Datenträger (Secure Digital (SD)-Card, Compact Flash (CF)-Card, USB-Stick, etc.), einem optischen Datenträger (CD-ROM, DVD, etc.) oder einem magnetischen Datenträger (Speicherband, Diskette, Festplatte, etc.) vertrieben. Das Computerprogramm wird aus dem Internet oder von dem Datenträger geladen und in dem PC 6 bzw. auf dem elektrischen Speichermedium abgespeichert. Dort steht es dann jederzeit für eine Abarbeitung auf dem Mikroprozessor zur Verfügung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der SPS 7 eine Ablaufsteuerung, eine Temperaturregelung, eine Messdatenerfassung und eine Prozessüberwachung integriert. Zur Temperaturregelung ist in die SPS 7 ein Temperaturregler integriert, durch den die Temperatur der Flüssigkeit 3 geregelt werden kann. Dazu sind Heizmittel und Kühlmittel (beide nicht dargestellt) vorgesehen, die temperaturerhöhend bzw. temperaturverringernd auf die Flüssigkeit 3 einwirken. Die Heiz- und Kühlmittel arbeiten elektrisch oder hydraulisch über eine Heiz- bzw. Kühlflüssigkeit. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Kühlmittel einen Heizkreislauf und einen Kühlkreislauf, die unabhängig voneinander über geeignete elektromagnetisch betätigbare Ventile 9, 10 aktiviert und deaktiviert werden können. Die SPS 7 kann durch Ansteuern der Ventile 9, 10 die Heizmittel bzw. die Kühlmittel aktivieren und auf diese Weise die Temperatur der Flüssigkeit 3 auf einen vorgebbaren Wert einstellen. Durch Anheben oder Senken der Temperatur der gärenden Flüssigkeit 3 kann die Gäraktivität angeregt bzw. gehemmt werden.

Über eine erste Messdatenleitung 11 steht der Temperaturfühler 4 mit der SPS 7 in Verbindung. Die gemessene Temperatur der Flüssigkeit 3 wird an die SPS 7 geführt und für die Temperaturregelung herangezogen. Über eine zweite Messdatenleitung 12 steht die Dichtemesssonde 5 mit der SPS 7 in Verbindung. Die gemessene Dichte und damit eine den Gärvorgang charakterisierende Größe wird über die Messdatenleitung 12 an die SPS 7 geführt und ebenfalls für die Temperaturregelung herangezogen. Die beiden Messdatenleitungen 11, 12 sind über eine Verklemmdose 13 an die SPS 7 angeschlossen. Selbstverständlich können sie auch direkt an die SPS 7 angeschlossen sein.

In 2 sind die Verläufe von verschiedenen Signalen während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgetragen. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass die Temperatur der Flüssigkeit 3 zumindest während eines Teils des Gärprozesses derart geregelt wird, dass ein vorgebbarer zeitlicher Dichteverlauf der Flüssigkeit 3 möglichst genau eingehalten wird. In 2 sind die Signalverläufe über der Zeit, im vorliegenden Fall über die Tage, aufgetragen. Der vorgegebene Soll-Dichteverlauf ist im oberen Teil der 2 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Der Soll-Dichteverlauf wird im Vorfeld des Gärprozesses mathematisch oder empirisch ermittelt. Durch eine Variation des Soll-Dichteverlaufs, der erfindungsgemäß während des Gärprozesses abgefahren wird, kann die Qualität (Zusammensetzung, Aussehen, Geschmack, etc.) der Flüssigkeit 3 beeinflusst werden. Der Soll-Dichteverlauf wird von einem Anwender über den PC 6 vorgegeben und über die Datenleitung 8 an die SPS 7 übertragen. Die Vorgabe des Soll-Dichteverlaufs wird anhand der 3 näher erläutert. Die SPS 7 regelt die Temperatur der Flüssigkeit dann so, dass der vorgegebene Dichteverlauf abgefahren wird. Der von der Dichtemesssonde 5 gemessene Wert für die Ist-Dichte ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Ist-Dichteverlauf im wesentlichen dem Soll-Dichteverlauf entspricht.

Außerdem kann 2 entnommen werden, dass der Gärprozess in drei aufeinander folgende Abschnitte unterteilt ist, eine Angärphase, eine Hauptgärphase und eine Endgärphase. Selbstverständlich können während des Gärprozesses weitere Phasen durchlaufen werden. Die drei Phasen gemäß der beschriebenen Ausführungsform werden anhand der 4 bis 7 näher erläutert. In bestimmten Abständen zu dem Soll-Dichteverlauf oberhalb und unterhalb des Soll-Dichteverlaufs sind Dichteschwellen angegeben, deren Überschreiten (nach oben hin) bzw. Unterschreiten (nach unten hin) einen Alarm auslöst. Es sind dies zum einen eine näher an dem Soll-Dichteverlauf verlaufende Voralarm-Dichte (gepunktete Linie) und eine in einem größeren Abstand zu dem Soll-Dichteverlauf verlaufende Hauptalarm-Dichte (gestrichpunktete Linie).

Unterhalb der Dichteverläufe sind in 2 die Temperaturverläufe der Flüssigkeit aufgetragen. Die Flüssigkeit 3 wird auf die dort dargestellten Werte geregelt, damit der in 2 oben dargestellte Ist-Dichteverlauf der Flüssigkeit 3 erreicht wird. Der Soll-Temperaturverlauf ist mittels einer gestrichelten Linie dargestellt. Der Ist-Temperaturverlauf ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Ein Voralarm-Temperaturverlauf ist mit einer gepunkteten Linie dargestellt und ein Hauptalarm-Temperaturverlauf ist mit einer gestrichpunkteten Linie dargestellt. Außerdem ist bei den Temperaturverläufen die maximal und die minimal zulässige Temperatur der Flüssigkeit 3 eingezeichnet. Diese maximal und minimal zulässigen Temperaturen können für die verschiedenen Phasen des Gärprozesses unterschiedliche Werte annehmen.

Ganz unten ist in 2 der Verlauf eines Heizfaktors (durchgezogene Linie) und eines Kühlfaktors (gestrichelte Linie) dargestellt. Diese Faktoren entsprechen im wesentlichen der Aktivierung der Ventile 9, 10 für die Heizmittel bzw. für die Kühlmittel während des Gärprozesses. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Flüssigkeit 3 insbesondere zu Beginn der Angärphase (für etwa einen Tag) aufgeheizt wird (Heizfaktor nahe 100%), wohingegen während des übrigen Gärprozesses nur noch wenig geheizt wird (Heizfaktor von Zeit zu Zeit auf maximal 10%). Demgegenüber wird die Flüssigkeit 3 nach dem ersten Tag nahezu ständig gekühlt (Kühlfaktor zwischen 20% und 90%). Das hängt damit zusammen, dass die chemischen Reaktionen während des Gärprozesses exotherm sind, das heißt dass Wärme erzeugt wird.

In 3 ist eine graphische Benutzerschnittstelle dargestellt, wie sie auf dem Bildschirm des PC 6 dargestellt wird. Über die Tastatur kann ein Anwender die gewünschten Werte für die angegebenen Parameter eingegeben. Über die eingegebenen Parameter ist der Soll-Dichteverlauf genau definiert. Die einzugegebenen Parameter umfassen zunächst allgemeine Angaben zu der gärenden Flüssigkeit, wie zum Beispiel Chargen-Nummer, Chargen-Bezeichnung, Datum des Gärprozesses. Für die Angärphase umfassen die Parameter die Gärstart-Temperatur (mit oder ohne Anstiegsbegrenzung), den minimalen und maximalen Dichteabbau und die maximale Angärzeit. Für die Hauptgärphase umfassen die einzugebenden Parameter zum Beispiel die gewünschte Dichtezehrung, die maximale und die minimale Temperatur der Flüssigkeit 3 und die maximale Temperatur-Änderungsgeschwindigkeit. Für die Endgärphase umfassen die Parameter die Auswahl einer von mehreren möglichen Arten der Endgärung (Abstoppen oder Durchgären), sowie die maximale und die minimale End-Temperatur. Außerdem können über die graphische Benutzerschnittstelle Parameter für einen sogenannten Alarmplan eingegeben werden, das heißt die Schwellen für den Voralarm und Hauptalarm können vorgegeben werden. Selbstverständlich ist es denkbar, dass der Anwender außer den genannten Parametern noch andere oder nur weniger Parameter eingeben kann. Schließlich ist es auch denkbar, eingegebene Parameter abzuspeichern, um dann zu einem späteren Zeitpunkt einfach einen bereits eingegebenen und abgespeicherten Soll-Dichteverlauf aufzurufen. Dadurch müssten nicht jedes Mal die Parameter für den gewünschten Gärprozess neu eingegeben werden.

In 4 ist der Signalverlauf aus 2 vergrößert im Ausschnitt für die Angärphase dargestellt. Während der Angärphase zu Beginn des Gärprozesses wird die Temperatur der Flüssigkeit auf einen vorgebbaren konstanten Wert (Gärstart-Temperatur) geregelt, bis sich in der Flüssigkeit 3 ein vorgebbarer Dichteabbau pro Zeiteinheit (zwischen minimalem Dichteabbau und maximalem Dichteabbau) einstellt oder bis eine vorgebbare Zeitdauer (maximale Angärzeit) überschritten ist. In der Angärphase greift das System, ausgehend von einer vorgebbaren, konstanten Gärstart-Temperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt, bei dem eine optimale Dichtezehrung (Gärintensität) für die Einleitung der Hauptphase vorliegt, in den Gärprozess ein. Während der Angärphase wird der Dichtabbau überwacht und der optimale Zeitpunkt für die Einleitung der Hauptgärphase automatisch erkannt. Wird die optimale Dichtezehrung innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer nicht erreicht, wird nach Ablauf der Zeitdauer (maximale Angärzeit) trotzdem in die Hauptgärphase umgeschaltet.

In 5 ist der Signalverlauf aus 2 vergrößert im Ausschnitt für die Hauptgärphase dargestellt. Während der Hauptgärphase wird die Temperatur der Flüssigkeit 3 derart geregelt, dass sich in der Flüssigkeit 3 ein vorgebbarer Dichteabbau pro Zeiteinheit (Dichtezehrung) einstellt. Während der Hauptgärphase ermöglichen automatische Temperaturänderungen der Flüssigkeit 3 eine schonende, vorgegebene Dichtezehrung. Neben der optimalen Streckung des Gärverlaufs zur Erzeugung bestimmter Weinstile ergibt sich dadurch eine planbare Gärdauer. Aus der Hauptgärphase wird automatisch in eine Endgärphase übergegangen, sobald ein vorgebbarer Schwellwert für die Dichte der Flüssigkeit 3 (End-Dichte plus Beginn vor End-Dichte) oder alternativ eine vorgebbare Zeitdauer überschritten ist.

In 6 ist der Signalverlauf aus 2 vergrößert im Ausschnitt für eine erste Ausführungsform der Endgärphase dargestellt. Während der Endgärphase gegen Ende des Gärprozesses wird die Temperatur der Flüssigkeit 3 derart geregelt, dass sich in der Flüssigkeit 3 ein Dichteabbau pro Zeiteinheit (Dichtezehrung) von etwa Null einstellt und ein vorgebbarer Endwert (End-Dichte) für die Dichte der Flüssigkeit 3 erreicht wird. In der Endgärphase kann ein automatisches Abstoppen des Gärprozesses auf einen absoluten, vorgebbaren Dichte-Endwert (End-Dichte), beispielsweise zur Herstellung fructosebetonter Weine, durch geeignete Temperaturregelung erzielt werden. Die Temperaturregelung erfolgt dabei innerhalb eines Temperaturkorridors, der von dem zulässigen Temperaturbereich während der Angärphase und der Hauptgärphase abweicht. Dabei wird die Regelung nach Dichtezehrung beendet.

Die Temperatur der Flüssigkeit 3 wird während dieser Ausführungsform der Endgärphase innerhalb eines vorgebbaren End-Temperaturbereichs zwischen einer minimalen End-Temperatur und einer maximalen End-Temperatur geregelt. Vorzugsweise liegt dabei die minimale End-Temperatur niedriger als die minimale Temperatur während der Hauptgärphase und liegt die maximale End-Temperatur niedriger als die maximale Temperatur während der Hauptgärphase.

In 7 ist der Signalverlauf aus 2 vergrößert im Ausschnitt für eine alternative zweite Ausführungsform der Endgärphase dargestellt. Dabei wird die Temperatur der Flüssigkeit 3 derart geregelt, dass sich eine vollständige Durchgärung der Flüssigkeit 3 einstellt. Dabei wird mit der Dichtezehrung aus der Hauptgärphase mit denselben oder mit veränderten Parametern weitergearbeitet, das heißt die Regelung nach Dichtezehrung wird fortgesetzt.

Die Temperatur der Flüssigkeit 3 wird während der alternativen Ausführungsform der Endgärphase ebenfalls innerhalb des vorgebbaren End-Temperaturbereichs zwischen der minimalen End-Temperatur und der maximalen End-Temperatur geregelt. Vorzugsweise liegt dabei die minimale End-Temperatur höher als die minimale Temperatur während der Hauptgärphase, wohingegen die maximale End-Temperatur niedriger als die maximale Temperatur während der Hauptgärphase liegt.

Es versteht sich, dass der Soll-Dichteverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens von dem hier beispielhaft dargestellten Verlauf abweichen kann, beispielsweise um verschiedene Weinqualitäten zu erzielen. Außerdem ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf die Herstellung von Wein oder Obstwein beschränkt, sondern kann für beliebige Gärprozesse, beispielsweise aus dem Bereich der Lebensmittel- oder Arzneimittelherstellung eingesetzt werden.