Volle Kontrolle über den Brauprozess

QWX43 von Endress+Hauser: Ein komfortables Multi-Sensor-System für alle relevanten Parameter

  • Abb. 1: Der QWX43 ist ein Inline-Messsystem, mit dem sich sämtliche relevanten Parameter in Fermentations- und weiteren Prozessen überwachen lassen. © Endress+HauserAbb. 1: Der QWX43 ist ein Inline-Messsystem, mit dem sich sämtliche relevanten Parameter in Fermentations- und weiteren Prozessen überwachen lassen. © Endress+Hauser
  • Abb. 1: Der QWX43 ist ein Inline-Messsystem, mit dem sich sämtliche relevanten Parameter in Fermentations- und weiteren Prozessen überwachen lassen. © Endress+Hauser
  • Abb. 2: Der QWX43 wurde als Multi-Sensor-System konzipiert, das vier physikalische Größen – Dichte, Viskosität, Schallgeschwindigkeit und Temperatur – gleichzeitig misst. © Endress+Hauser
  • Abb. 3: Die Piezokristalle erzeugen Anrege­sequenzen in zwei verschiedenen Frequenzbereichen, sodass gleichzeitig Dichte, Viskosität und Schallgeschwindigkeit gemessen werden können.
Das Brauen von Bier ist eine komplexe Angelegenheit. Um das gewünschte Ergebnis zu erhalten, müssen eine Vielzahl von Parametern laufend überwacht werden. Vor allem in kleineren Brauereien geschieht dies häufig noch mittels händischer Stichproben vor Ort – eine zeitaufwändige und nicht immer zuverlässige Methode. Abhilfe schafft jetzt ein neuartiges Multi-Sensor-System von Endress + Hauser: Das Inline-Messsystem QWX43 ermöglicht eine lückenlose und komfortable Prozesskontrolle zu jeder Zeit und von jedem Ort aus. 
 
Bisher verlassen sich vor allem kleine und mittlere Brauereien auf manuelle Probeentnahmen vor Ort. Um etwa den Restextrakt zu ermitteln, müssen an jedem Gärtank ein- oder zweimal täglich Dichtemessungen mit Hilfe einer Bierspindel oder eines Refraktometers durchgeführt werden, was pro Tank etwa fünf bis zehn Minuten in Anspruch nimmt. „Diese Methode liefert allerdings nur punktuelle Ergebnisse“, sagt Julia Rosenheim, die zuständige Produktmanagerin bei Endress + Hauser Level+Pressure. „Messen Brauer bspw. um 18 Uhr, verpassen sie möglicherweise das Ende des Gärprozesses im Laufe der Nacht. Dass sie den Tank gleich am Morgen wieder hätten leeren können oder bei einem Eintank-System für Gärung und Lagerung die Kühlung hätten anstellen können, bemerken sie dann erst bei der nächsten Probeentnahme.“
 
Mit einer Inline-Messung durch das Multi-Sensor-System QWX43 entstehen keine problematischen Datenlücken mehr. Brauereien können jetzt rund um die Uhr gärbestimmende Parameter wie Dichte, Viskosität, Gärgrad, Restextrakt, Stammwürze oder Alkoholgehalt direkt über mobile Endgeräte oder einen Computer mit Internetzugang abrufen – und dies mit hoher Genauigkeit. „Mit einer einfachen Dichtemessung wäre dies nicht möglich, da es sich bei der Bierwürze und natürlich auch bei dem fertigen Bier um ein Mehrkomponentenmedium handelt, welches neben Wasser und Zucker noch viele andere Stoffe enthält.“, erklärt Julia Rosenheim.

Um alle relevanten Parameter unabhängig voneinander und mit hoher Genauigkeit bestimmen zu können, wurde der QWX43 als Multi-Sensor-System konzipiert, das vier physikalische Größen – Dichte, Viskosität, Schallgeschwindigkeit und Temperatur – gleichzeitig misst. 

 
Hierzu wurden eine piezoelektrisch angeregte Stimmgabel und mehrere Temperatursensoren in einem hygienisch gekapselten Edelstahlgehäuse vereint. Dabei wird der Stimmgabelsensor für zwei verschiedene Messungen genutzt: Über die Eigenfrequenz und die Güte der niederfrequent angeregten Gabelzinken lassen sich die Dichte und Viskosität des Mediums ermitteln; über eine Kombination mit einer zusätzlichen Ultraschall- Laufzeitmessung zwischen den Zinken einer Gabel lassen sich daraus komplexere Größen wie Alkoholgehalt messen. Die Sensorik besitzt zudem ein patentiertes abgerundetes Design und eine sehr geringe Oberflächenrauhigkeit mit dem Ziel die Bildung von Gasblasen und Ansatz an der Sensoroberfläche zu vermeiden und somit die Störanfälligkeit der Messung zu minimieren und die Reinigbarkeit der Sensoroberfläche zu maximieren.
 
Die Temperatursensoren – strategisch klug platziert – erkennen selbst geringe Temperaturgradienten und ermöglichen so eine exakte Kompensation temperaturbedingter Messwertabweichungen. Dank der hohen Messgenauigkeit und -auflösung des Messsystems können Brauer auch komplexere Auswertungen durchführen wie z. B. Vergleiche mit bereits durchgeführten Gärungen oder Gärmodellen. Darüber hinaus eröffnet der QWX43 in Zukunft Möglichkeiten der Nutzung in weiteren Anwendungen jenseits der Gärung wie die kontinuierliche Ermittlung des Maltose- und Dextringehalts der Maische bei der Verzuckerung oder die Stammwürze-Konzentrationsmessung bei der Würzekochung. Auch in diesem Prozess kann dann vollständig auf händische Probenentnahmen verzichtet werden.
 
Komfortable Bedienung und Auswertung
 
„Wir wollten unseren Kunden ein kompaktes und einfach zu bedienendes Multi-Sensor-System zur Verfügung stellen, das ihnen zu jedem Zeitpunkt volle Transparenz bietet“, erklärt Produktmanagerin Julia Rosenheim. „Mit nur einem kompakten Gerät können Brauer jetzt sämtliche relevanten Parameter in ihrem Prozess rund um die Uhr überwachen sowie den Verlauf protokollieren, dokumentieren und speichern.“ Dank Inline-Messung müssen sie dazu nicht mehr mit Probengefäß, Spindel und Desinfektion am Tank hantieren, sondern können die gewünschten Messwerte von jedem Ort aus auf ihrem Smartphone kontrollieren. So müssen Inhaber einer Hausbrauerei nicht mehr im Gärkeller nachschauen, ob alles in Ordnung ist, sondern können das Werden des Produkts direkt von der Theke aus im Auge behalten. „Gerade für kleinere und mittelgroße Betriebe, die sich kein kostspieliges Prozessleitsystem leisten können, gibt es bisher nichts Vergleichbares“, betont die Produktmanagerin. 
 
Bis zu vier Größen können auf der zugehörigen Web-App in grafischer Visualisierung gleichzeitig dargestellt und mit historischen Daten verglichen werden; komplexere Prozessauswertungen wie eine automatische Start-Stop Erkennung von Chargen werden vom Programm auch automatisch zur Verfügung gestellt. So entsteht zu keiner Zeit Datenverlust. Um bei bestimmten Schwellenwerten reagieren zu können, können entsprechende Alarme gesetzt werden – man erhält dann z. B. eine Nachricht, wenn der Restextrakt unter unter einen definierten Wert fällt. Auch kritische Ereignisse, wie bspw. ein abnormales Verhalten der Hefe im Vergleich zu früheren Gärprozessen, werden so zuverlässig erkannt.
 
Wesentlich für die einfache Anwendung ist auch die unkomplizierte Installation, Inbetriebnahme und Wartung des kompakten Inline-Messsystems. Es lässt sich problemlos an verschiedene Tanksysteme anpassen und muss weder justiert noch kalibriert werden; auch die Reinigung gestaltet sich dank des vollständig hygienischen Sensordesigns sehr einfach. Die Datenübermittlung in die Cloud kann über eine WLAN-Anbindung erfolgen. Dort stehen die Daten in einer sicheren Umgebung zur Verfügung.
 
Markteinführung noch im Herbst 
 
Wie kam es überhaupt zu dieser Neuentwicklung? Endress + Hauser ist in vielen Brauereien bereits mit seinen Füllstandmessgeräten der Reihe Liquiphant vertreten. „Unser erster Gedanke war: Wie können wir unsere Brauer noch besser unterstützen?“, berichtet Julia Rosenheim. „Dann haben wir geeignete Technologien aus unseren verschiedenen Anwendungsbereichen gesichtet und adaptiert – hier machte sich unsere breite Erfahrung in verschiedenen Prozessindustrien bezahlt.“ Vom ersten Prototypen, der noch aus mehreren großen Kästen bestand, bis zum fertigen Gerät im kompakten Edelstahldesign vergingen etwa zwei Jahre. Die Entwicklung wurde durch viele Pilottests mit echter Braukunst unterstützt und mit vielen Eindrücken gefüttert, so dass ein Produkt entstehen  konnte, welches sehr nah am Kunden ist.
 
Das sechsköpfige Entwicklerteam, zu dem neben Julia Rosenheim (als Produktmanagerin und Lebensmitteltechnologin), Dr. Tobias Brengartner (System Owner; Experte für Stimmgabelsensoren), Jan Schleiferböck (Advanced Sensor Engineer; Ultraschallspezialist), Dr. Sergey Lopatin (Senior Expert; Chemiker, Piezoelektrikexperte), Andrey Dodonov (Software Experte; Cloud-Anbindung/Softwareentwicklung) und Pablo Ottersbach (Design Engineer; mechanische Konstruktion) gehören, hat für das Inline-Messsystem QWX43 im Mai 2021 den AMA Innovationspreis gewonnen. 

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4153 Reinach
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Telefon: +41 61 715 7700
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