Know-How


		
						
	
		

					
			

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Fallen für den perfekten Bierschaum lauern überall. Im zweiten Teil des Beitrags von Dr. Johannes Tippmann lest ihr, was ihr auf den letzten Zentimetern vom Fass ins Glas beachten müsst. Damit könnt ihr eueren Schaumlöffel dann endgültig entsorgen.

Nachdem wir in Teil 1 schon bis zum Kompensatorhahn gekommen sind, setzen wir den Bierweg jetzt fort und reden über den Einfluss der Zapfhahntülle, insbesondere den Durchmesser des Zapfhahns. Bei sehr filigran gearbeiteten Hähnen kann es schnell zu Problemen kommen: Bei einem definierten Volumenstrom nimmt die Fließgeschwindigkeit, von der die Reynoldszahl abhängig ist, bei kleineren Tüllendurchmessern sehr schnell zu und sorgt somit auf den letzten Drücker für eine turbulente Strömung. Ein größeres Schankgefäß, wie z.B. ein Maßkrug, kann die entstehenden Schaummengen bis zu einer gewissen Grenze sicher aufnehmen, bei einem kleinen Pilsglas oder einer Kölschstange stößt man aber schnell an ein Limit.

Für übliche Gaststätten werden Volumenströme von 2-5 l/min als ausreichend erachtet. Auf Großveranstaltungen oder Volksfesten ist der Bedarf allerdings höher. Da hier die gleichen physikalischen Anforderungen gelten, sind entsprechende Lösungen notwendig. Die Hahngröße stellt auch hier sowohl bei den (offenen) Hähnen des bayerischen Anstichs als auch bei eingesetzten Hochleistungskompensatorhähnen die Lösung dar. Die Vergrößerung des Auslaufdurchmessers sorgt erneut über den Zusammenhang von Volumenstrom mit Querschnitt dafür, dass die Fließgeschwindigkeit reduziert wird und dadurch keine kritischen Strömungszustände auftreten.

Heiko Mann untersuchte 2013 in seiner Bachelorarbeit „Strömungsmechanische Untersuchungen zum Einschenkverhalten von Bier“ an der TU München genau diese Effekte. Er konnte darin nachweisen, dass die Schaumbildung im Glas maßgeblich von der Austritts-Reynoldszahl abhängt und über die Glasgröße mit den darin entstehenden Strömungsverhältnissen abgepuffert werden kann. Die Reynoldszahlen wurden dabei durch Hahndurchmesser und Biertemperatur beeinflusst. Die kritische Austritts-Reynoldszahl wurde für ca. Re=4000 ermittelt (vgl. Abbildung). Die für die Berechnung der Reynoldszahl notwendige Viskosität ist abhängig von der Temperatur. Als verstärkender Effekt kommt bei warmem Bier hinzu, dass die Absorptionsfähigkeit von CO2 in warmem Bier abnimmt und somit eine zusätzliche Freisetzung stattfindet.

Schaumverhältnisse in unterschiedlichen Biergläsern bei unterschiedlichen Temperaturen und Zapfgeschwindigkeiten: Der erste Messpunkt wurde bei einer Ausströmgeschwindigkeit von 1 l/min, der zweite bei 2 l/min und der dritte bei 3 l/min aufgenommen. Biersorte: Helles, Durchmesser Zapfhahnauslauftülle: 7 mm (Mann, 2013)

 

Das Einströmen in ein Bierglas

Um ein Bier schaumarm und schnell einzuschenken, verwendet die geübte Person die Technik des Schräghaltens des Glases. Meistens wurde diese Technik aus der Erfahrung angeeignet, aber auch dies lässt sich physikalisch erklären. Das Einströmen in ein Bierglas setzt sich aus mehreren Strömungseffekten zusammen, wobei der Freistrahl und der Prallstrahl im Zentrum stehen.

Den Zapfhahn verlässt das Bier in einem sogenannten Kernstrahl. Die Geschwindigkeitsverteilung innerhalb der Flüssigkeit ist nahezu homogen über den Strahlquerschnitt. Durch die fehlende Führung durch das Metall des Hahnes weitet sich der Strahl, gebremst durch den Luftwiderstand, auf. Im Kern bleibt die Fließgeschwindigkeit hoch, während die Randbereiche durch die Luft abgebremst werden. Hierbei können bereits leichte Freisetzungen von CO2 durch auftretende Verwirbelungen auftreten.

Den weitaus größeren Einfluss auf die CO2-Entbindung hat das sich anschließende Aufprallen auf die Glasoberfläche. Erfolgt dies in einem relativ kleinen Winkel, wird sich der Freistrahl in einen Wandstrahl wandeln, bei dem laminar bis laminar-turbulente Strömungszustände vorliegen. Diese von vielen Schankkellnern angewandte Technik führt zu mäßiger Schaumbildung. Ist die Stauströmung im Bodenbereich zu groß, werden auch hier wieder turbulente Verhältnisse herrschen und eine vermehrte CO2-Entbindung verursachen. Zu beobachten ist dieses Strömungsverhalten bei kleinen Gläsern, wie z.B. den Kölschstangen. Bei Maßkrügen hingegen wird sich diese Stauströmung viel weniger ausbilden, wodurch sich in große Gläser wesentlich einfacher oder schneller einschenken lässt.

Falls beim Einfließen von Bier der Strahl aus dem Zapfhahn direkt auf den Glasboden geleitet wird, dann ist am Glasboden eine Prallströmung zu beobachten, die sich radial in eine Stauströmung wandelt. Hier führt die gesamte Energie zu einer starken turbulenten Strömung.

 

Zusammenfassung

Die Qualität des Einschenkens hat sich in den letzten Jahren signifikant verbessert. Dennoch gibt es immer wieder Probleme beim Einschenken von Bier. An Schankanlagen wird beim Schäumen häufig eine falsche Karbonisierung des Bieres vermutet, was sich in vielen Fällen auch bewahrheitet. Allerdings spielen die Strömungsverhältnisse in der Leitung, am Zapfhahn und im Bierglas eine nicht zu unterschätzende Rolle. Ursache und Wirkung sind dabei stets gleich. Durch folgende Zusammenhänge wird dies einfach beschrieben:

  • Je höher die Fließgeschwindigkeit, desto höher die Reynoldszahl;
  • je höher die Temperatur, desto geringer die Viskosität, desto höher die Reynoldszahl;
  • je höher die Temperatur, desto geringer der Absorptionskoeffizient von CO2 im Bier.

Maßnahmen, um ungewolltes Schäumen zu vermeiden, können neben dem klassischen, aber nicht immer anwendbaren Hochdrehen des Betriebsdrucks aus diesen Feststellungen leicht getroffen werden.

Bei perfekt eingestellter Fließgeschwindigkeit, Temperatur und Betriebsdruck zapft man das Bier mit dem perfekten Schaum (Foto: rawpixel auf unsplash.com)

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