Bis Mitte 2017 wurde das Hefeabziehen aus den zylindrokonischen Tanks (ZKT) der Löwenbrauerei Hall händisch bewerkstelligt und durch ein Sichtfenster überwacht. „Von außen ist aber nicht unmittelbar zu sehen, ob ich im Tankinnern noch Hefe oder schon wertvolles Bier absauge“, sagt Diplom-Braumeister Hermann Mayerle. Das Verfahren war nicht nur mit hohen Produktverlusten, Bierschwand genannt, und Personalaufwand verbunden. Um die abgezogene Hefe über längere Strecken pumpbar zu halten, mussten die Schwaben Trinkwasser hinzu dosieren.

Kampf dem Bierschwand durch Automatisierung

Gemeinsam mit Wellmann Engineering als Partner für Verfahrenstechnik, Automation und Montage wurde der Prozessablauf des Hefe-Abpumpvorgangs analysiert. Im Fokus standen die maßgeblichen physikalischen Parameter wie Fließgeschwindigkeit sowie pumpeneinlauf- und pumpenauslaufseitiger Gassättigungs- und Differenzdruck. Weitere wichtige Aspekte bestanden im Verlauf der Rohrleitung und der Hefebeschaffenheit. Ziel war die exakte und automatisierte Phasentrennung zwischen Bier und Hefe. Da die Homogenität der Hefe im Verlauf der Gärung stark variiert, wurde eine Reihe von Viskositätsmessungen durchgeführt. Auf Basis dieser Viskositätsanalyse und der gegebenen Rohrleitungswege wurden der Pumpentyp ausgewählt und die Steuerungstechnik ausgelegt.

Prozesseffizienz steigern, Produktverluste senken

Die eingebaute Messtechnik erkennt unter anderem die Trennung von Hefe zu Bier und regelt den Abpump-Vorgang in Sekundenbruchteilen ab. Zusätzlich überwacht und steuert die Sensorik den Hefefluss während des Pumpvorgangs. Je nach Hefetyp kann die Pumpe individuell und bedarfsgerecht gefahren werden, sodass die Hefe im Gärtank nachrutschen kann und vom Sog erfasst wird. Die frequenzgeregelte Pumpe arbeitet stufenlos, sodass der Hefestrom nicht abreißt und sich keinerlei Rückstände im Konus der ZKTs bilden, die bei der Filtration wieder zu Störungen führen können. Gleichzeitig realisiert das Aggregat die exakte Trennung der Phasen Hefe und Bier.

Nach zwei Jahren im Regelbetrieb zieht Braumeister Mayerle ein rundum positives Fazit: „Mit dem mobilen Pumpenaggregat erhöhen wir die Effizienz und Wertschöpfung im Brauprozess und meine Kollegen können sich stärker auf ihre wertschöpfenden Kerntätigkeiten konzentrieren.“ Der Wasserverbrauch konnte signifikant reduziert werden, der Gesamtbierschwand sank um circa 15 Prozent, sodass sich die fünfstellige Investition innerhalb von 24 Monaten vollständig amortisierte.

„Fermentation durch Mikroorganismen ist grundsätzlich eine sehr traditionelle Methode“, sagt Geschäftsführer Gerhard Wellmann, „auch zur Herstellung von Sauerkraut, Kefir und Joghurt braucht es Starterkulturen.“ Die Anlage bei der MicroTec GmbH macht den Naturprozess der Vermehrung exakt aussteuerbar, sodass Kunden aus der Lebensmittelindustrie kontinuierlich mit Starterkulturen in reproduzierbarer Menge und Qualität beliefert werden können.

Vielzahl von Parametern exakt steuerbar
Die Herstellung einer Reinkultur erfordert ein äußerst hygienisches Anlagendesign, um die Vermehrung von Fremdkulturen auszuschließen. Denn innerhalb der Anlage trifft jede Art von Mikroorganismen auf ideale Wachstumsbedingungen. „Indem eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter wie ph-Wert, Sauerstoff-sowie Stickstoffzufuhr, Glukosegehalt und Temperatur exakt regelbar sind, schaffen wir optimale Prozessbedingungen“, sagt Gerhard Wellmann. Ein hoher Grad an Automatisierung und virtueller Vernetzung sorgt dafür, dass die einmal in Gang gesetzte Vermehrung weitgehend autark abläuft. Um den hohen Hygieneanforderungen gerecht zu werden und gleichzeitig effizient arbeiten zu können, wurde die Anlage von Wellmann Engineering mit sogenannten CIP- und SIP-Einrichtungen ausgerüstet. Wobei CIP für „Cleaning in Place“, zu Deutsch sinngemäß „Reinigung an Ort und Stelle“ und SIP für „Sterilising in Place“, also „Sterilisierung vor Ort“ steht. Das heißt, sämtliche Reinigungs- und Sterilisierungsprozesse laufen vollautomatisch ohne Demontagearbeiten ab.

Gerhard Wellmann sieht für die Technologie Marktpotenzial weit über die Fleischbranche hinaus. Denn 35 Prozent aller Lebensmittel sind fermentiert, auch Siliermittel für die Landwirtschaft arbeiten mit Starterkulturen. „Als Generalunternehmer für den Anlagenbau bei MicroTec und bei einer Vielzahl von Pharma-Projekten haben wir gezeigt, dass wir die Reinraum-Technik beherrschen“, sagt Wellmann.

„Die effektive Reinigung und Sterilisation aller produktberührender Flächen ist für die Prozesssicherheit einer pharmazeutischen Anlage essentiell“, sagt Stefan Eickel, Leiter Pharmatechnologie bei Wellmann. „Gleichzeitig gilt es, die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu steigern.“ Abhängig von Equipment und Produkt müssten hierzu viele Punkte geklärt werden, um den optimalen Weg zu finden.

Anlagensicherheit gewährleisten, Effizienz steigern
CIP (cleaning in place) und SIP (sterilisation in place) beschreiben die ortsgebundene Reinigung und Sterilisierung/Sanitisierung verfahrenstechnischer Anlagen. Als fest installierte Einheiten erfordern sie im Betrieb keine oder nur geringe Montage- und Demontagearbeit. Die Reinigung umfasst das Entfernen von Rückständen und Ablagerungen durch ein intensives Spülen der Anlagenkomponenten und Leitungen. CIP-Anlagen werden zumeist vollautomatisch mit fest hinterlegten Reinigungsprogrammen und variabel einstellbaren Temperaturen und Konzentrationen betrieben. Durch ihren hohen Automatisierungsgrad erzielen sie eine schnellere Reinigung bei reduziertem Wasser- und Detergenzienverbrauch sowie minimalem Arbeitseinsatz. Hierzu muss das angeschlossene Equipment für die Inline-Reinigung geeignet sein. „Die Planung einer stationären Reinigungsanlage beginnt daher stets mit einer Analyse der zu reinigenden Anlagentechnik“, sagt Eickel. Hierzu benötigen sämtliche Behälter und große Filtergehäuse Reinigungsorgane, etwa in Form einer Sprühkugel, Schwalldüse oder eines Zielstrahlreinigers. Ein Riboflavintest zur Reinigungsvalidierung gibt Aufschluss darüber, ob alle Oberflächen erreicht werden. Weitere Voraussetzungen sind ein totraumarmes Design mit entleerbaren Tiefpunkten.

Beim SIP-Verfahren werden Mikroorganismen durch höhere Temperaturen mittels Heißwasser oder gesättigtem Reinstdampf abgetötet. Die sterilisierende Wirkung von Temperaturen bis zu 140°C wird durch ein umfassendes Monitoring der gemessenen Parameter dokumentiert. SIP wird häufig über dieselbe Installation gefahren, wie die CIP, die in der Regel als Reinigungsschritt der SIP vorausgeht.

„Jede Hausfrau, die schon einmal Sauerkraut oder Joghurt angesetzt hat, arbeitet mit Starterkulturen. Oliven wären ohne Fermentation durch Mikroorganismen gar nicht genießbar“, erklärt Wiebke Deters, Geschäftsführerin der MicroTec GmbH. Damit ist die Fermentation eine sehr natürliche und traditionelle Form der Konservierung. Dennoch ist der Anlagenbau für Starterkulturen anspruchsvoll. Denn wo sich „gute“ Mikroorganismen zielgerichtet vermehren und unerwünschte Kulturen außen vor bleiben sollen, ist ein intelligentes Anlagendesign wichtiger denn je.

Vermehrung unter optimalen Prozessbedingungen

Die Anlage macht eine Vielzahl von Parametern wie etwa Temperatur, pH-Wert und Sauerstoffkonzentration über den gesamten Prozess der Vermehrung exakt aussteuerbar. Um den hohen Hygieneanforderungen gerecht zu werden und gleichzeitig effizient arbeiten zu können, wurde die Anlage von Wellmann Engineering mit sogenannten CIP- und SIP-Einrichtungen ausgerüstet. Wobei CIP für „Cleaning in Place“, zu Deutsch sinngemäß „Reinigung an Ort und Stelle“ und SIP für „Sterilising in Place“, also „Sterilisierung vor Ort“ steht. Das heißt, sämtliche Reinigungs- und Sterilisierungsprozesse laufen vollautomatisch ab, ohne dass hierzu Maschinen- oder Anlagenteilen demontiert werden müssen. „In Wellmann Engineering haben wir für den Anlagenbau den idealen Partner gefunden, der uns auch in Zukunft begleiten wird“, sagt Wiebke Deters.

Die Gründer von MicroTec sind Jörg Groth und Gregor Scheffer. Groth gehört die direct Starterculturen GmbH mit Sitz im badischen Kappel-Grafenhausen. Gregor Scheffer ist geschäftsführender Gesellschafter der Mühlener Meat Cracks Technologie GmbH, die kundenindividuelle Gewürzmischungen, funktionelle Additive sowie Starter- und Schutzkulturen an die Fleischwirtschaft vertreibt. Letztere wurden bisher als Reinstämme bei externen Lieferanten eingekauft. „Mit MicroTec schließen wir die Wertschöpfungskette und betreiben damit auch nachhaltige Standortsicherung für Steinfeld-Mühlen“, sagt Scheffer. Aktuell beschäftigt Meat Cracks rund 100 Mitarbeiter.

Bei MicroTec sind im ersten Schritt vier neue Arbeitsplätze entstanden. Weitere vor allem im Bereich Forschung und Entwicklung sollen folgen, denn Deters sieht für die Starterkulturen großes Marktpotenzial weit über die Fleischbranche hinaus: „35 Prozent aller Lebensmittel sind fermentiert. Hierzu zählen Brot, Bier und Wein“, sagt die diplomierte Ökotrophologin. Weitere denkbare Produkte sind probiotische Nahrungsergänzungsmittel, die sich positiv auf die Darmflora auswirken und Siliermittel für die Landwirtschaft. Selbst bei der Karies- und Parodontoseprophylaxe richtet sich der Blick auf Starterkulturen: „Man weiß heute, dass die Zahngesundheit stark mit der mikrobiellen Besiedlung des Mundraumes zusammen hängt, auch dieses Milieu lässt sich mit Probiotika gezielt verbessern“, sagt Jörg Groth.

Die Stadtbrauerei Spalt blickt nicht nur auf über 450 Jahre Brautradition zurück, seit 2006 ist sie die letzte kommunale Brauerei in Deutschland. Bei der Großerweiterung im Jahr 2017 setzte die Brauerei auf das prozesstechnische Know-How von Wellmann Engineering aus Halle/Westfalen. Neben dem vorhandenen Gär- und Lagerkeller wurde ein weiteres in sich geschlossenes Betriebsgebäude errichtet. Die Aufgabe für Wellmann Engineering bestand darin, Bestandstechnik und neue Anlagen, darunter 25 zylindrokonische, kühlbare und isolierte Tanks verschiedener Größen verfahrenstechnisch miteinander zu verbinden.

Planung, Montage, Inbetriebnahme inklusive Automation
Die neu eingebundenen Tanks werden als Gär- oder Lagertanks genutzt sowie als Drucktanks nach der Filtration. In enger Zusammenarbeit mit Wellmann entstand ein Konzept, das alle Anforderungen nach Kompaktheit, Einhaltung des vorgegebenen Budgets sowie Bedienerfreundlichkeit und Arbeitssicherheit erfüllt. Planung, Montage und Inbetriebnahme der Brauereitechnik inklusive Automation setzte Wellmann um. „Mit den neu geschaffenen Kapazitäten und dem genau auf unsere Brauerei zugeschnittenen Gesamtkonzept sind wir zukunftsfähig und flexibel für alle Eventualitäten aufgestellt“, sagt Spalt-Braumeister Uwe Schulz.

Dreh- und Angelpunkt bei der Anbindung der neuen Anlagenteile ist das sogenannte Zentralpanel. Hier werden sämtliche Manipulationen bei Befüllung und Entleerung der neuen zylinderkonischen Gärtanks getätigt. Durch einen Verbindungsgang zwischen Alt- und Neubau erfolgt die Versorgung der neuen Abteilung mit sämtlichen benötigten Medien sowie mit Würze beziehungsweise Bier aus dem Altbestand. Zur besseren Übersichtlichkeit für die Bediener baute Wellmann je ein Einzelpaneel pro Tank in den neu gebauten Rohrzaun ein. Dort erfolgte die Anbindung mit möglichst kurzen Ausläufen an den neu erstellten Rohrzaun, der sämtliche Leitungen für Medienversorgung, Reinigung, Befüllen und Entleeren vereint.

Eine neue Frigotrol-Kälteanlage gewährleistet die vom vorhandenen Kältenetz unabhängige Versorgung der glykolgekühlten Tanks. Klar definiert sind die Reinigungskreise für Tanks und Entleerleitungen. Zur Reinigung installierte Wellmann eine Zwei-Behälter-CIP-Anlage, die in sich vollautomatisch konzipiert ist. Die Anwahl der Reinigungswege bleibt in der Verantwortung der Brauer. Dem Anspruch nach einfacher Bedienbarkeit kommt auch die bewusst schlank gehaltene Visualisierung nach, die zur Bedienung zentral in den Schaltschrank eingebaut ist. Die Datenübertragung erfolgt parallel direkt ins Braumeisterbüro.

„Wir planen und installieren hochwertige Ansatzsysteme für die Herstellung von flüssigen oder halbfesten Produkten in enger Kooperation mit unseren Kunden“, sagt Stefan Eickel, Projektleiter Pharma bei Wellmann. Entscheidend für die Qualität des Endprodukts seien im Wesentlichen die richtige Auswahl der Rohstoffe und die Einhaltung der Prozessparameter. Maßgeblich für den Ansatz ist die Einstufung der Produkte und Edukte sowie die speziellen Produkteigenschaften und Verfahrensschritte. „Diese Informationen bilden die Basis für die Entwicklung und Gestaltung des Ansatzsystems“, heißt es im Hause Wellmann. Im Anschluss daran erfolge die Qualifizierung der Prozessanlagen gemäß den GMP Guidelines. „Wir qualifizieren pharmazeutische Anlagen nach dem V-Model, das die ideale, anerkannte Grundlage für die spätere Prozessvalidierung darstellt“, wird auch seitens der Qualifizierungsspezialisten des Pharma Departments der Wellmann Anlagentechnik GmbH bestätigt.

Eine weitere Kernkompetenz der Ostwestfalen umfasst die Planung und Umsetzung von Anlagen zur Lagerung, Konditionierung und Verteilung von Reinstwasser (WFI und Aqua Purificata), nach höchsten Hygienestandards. Automatisierungsspezialisten entwickeln individuelle Mess- und Steuerungskonzepte, die auch nach langen Betriebszeiten die kontinuierliche und effiziente Überwachung von Leistung und Wasserqualität sicherstellen. Ebenfalls Thema am Wellmann-Stand 12.8 auf der Lounges sind maßgeschneiderte mobile und stationäre Reinigungsanlagen, die die Reinigung (cleaning in place, CIP) und Dampfsterilisation (sterilisation in place, SIP) der pharmazeutischen Verfahrenstechnik sicherstellen.

Termine für persönliche Gespräche können bereits vor Beginn der Messe unter der Telefonnummer +49 (52 01) 81 61-60 vereinbart werden.

„Durch die optimale Verzahnung von Engineering, Automation und Service konnte Wellmann die Stillstandszeit unserer Produktion auf ein Minimum begrenzen“, sagt Volker Schlingmann, Geschäftsführer der Staatlich Bad Meinberger Mineralbrunnen GmbH & Co. KG. Hierzu wurden im Vorfeld sämtliche Anlagen in 3D gezeichnet und alle neuen Baugruppen vorgefertigt. Dabei wurden die Schnittstellen so konzipiert, dass Ersatzteillisten, Isometrie- und Konstruktionszeichnungen und Materialbeschaffung automatisch generiert wurden. In nur acht Tagen wurden die vorhandenen Anlagen ausgebaut und durch ein neues Anlagenkonzept ersetzt.

Softwareprogrammierung und Hardwareplanung aus einer Hand
Für den Geschäftsbereich Automation bestand die zentrale Herausforderung darin, die Schnittstellen zu anderen Anlagenteilen zu analysieren, bewerten und auszuarbeiten. Durch Simulationen der verschiedenen Betriebszustände konnte im Vorfeld die Basis für eine zuverlässige Inbetriebnahme geschaffen werden. Hierbei erwies es sich als großer Vorteil, dass Wellmann Engineering neben der Softwareprogrammierung auch die Schaltplankonstruktion im eigenen Haus realisierte. Die umfangreich vernetzten und vollautomatisierten Anlagen werden jetzt in einer neuen Steuerwarte übersichtlich bedient.

Da die eingesetzte Bestandssoftware vom Originalhersteller nicht mehr unterstützt wird, fiel Wellmann auch die Aufgabe zu, ein neues Programm nach aktuellen technischen Anforderungen aufzusetzen und zu programmieren. Dabei orientierte sich die Entwicklung an dem bestehenden Layout der Visualisierung, sodass ein anwenderfreundlicher Übergang für die Bediener sichergestellt war. „Das neue System informiert jetzt komfortabel über jeden Betriebszustand der Anlage, sowie die Betriebsstellung der Ventile und Füllstände aber auch Chargenrückverfolgung, Rezeptverwaltung und Protokollierung sind integriert“, sagt Schlingmann.

An Stand 252 in Halle A3 präsentiert Wellmann Engineering das bei Bad Meinberger umgesetzte verfahrens- und steuerungstechnische Konzept. Durch digitale Visualisierung wird der Gesamtprozess für den Standbesucher anschaulich simuliert. Darüber hinaus zeigt Wellmann auf der Messe sein gesamtes Portfolio der Verfahrens- und Prozesstechnik für die Getränke- und Liquid-Food-Industrie. Termine für persönliche Gespräche können bereits vor Beginn der Messe unter der Telefonnummer +49 (52 01) 81 61-60 vereinbart werden.

„Besondere Herausforderung bei der Schokoladenverarbei-tung ist die Erfüllung der hohen hygienischen Standards. Hier können wir dank unserer Erfahrung dem Kunden opti-male Lösungen bieten“, sagt Gerhard Wellmann, Geschäfts-führer von Wellmann Engineering. Dazu gehört in der Schokoladenindustrie auch die Molchtechnik. Der „Molch“, ein Zylinder aus Elastomeren, schiebt die Schokolade mit geregelter Druckluft aus der Rohrleitung.

Bereits abgeschlossen ist der erste Bauabschnitt mit einer Annahmestation für Vollmilch- und Zartbitterschokoladen zur Befüllung der bestehenden Tankanlage in der Produktion mit je einer Förderleitung für Vollmilch- und Zartbitterschokolade. Mit diesem Bauabschnitt wurde Baufreiheit für eine Produktionserweiterung geschaffen. Exakt auf die Bedürfnisse
Niedereggers abgestimmt sind die einzelnen Komponenten: So installierte Wellmann ein Begleitheizsystem zur Tempe-rierung der Tanks und Rohrleitungen. Zur Erhöhung der Energieeffizienz wurden die Rohre mit Schalen aus Mineralfaser mit einer Ummantelung aus Edelstahlblech verkleidet. Hinzu kam eine Entsalzungseinheit mit AQUADEM-Patronensystem zur Einspeisung von enthärtetem Wasser für den Doppelmantel der Tanks und Rohrleitungen, um Korrosion am Material auszuschließen.

Annahmeleitungen für Außentanklager
„Dank des Paketes aus Engineering, Steuerungstechnik, Automation und Dokumentation hat der Kunde für den installierten Anlagenbereich alles aus einer Hand“, sagt Gerhard Wellmann. Niederegger produziert täglich mehrere Tonnen Süßigkeiten wie Marzipanbrote oder feine Pralinen. In einem zweiten Bauabschnitt liefert Wellmann nun auch Komponenten für ein neues Außentanklager für zwei Schokoladensorten. Die Hauptkomponenten sind zwei Doppelkammertanks aus dem Hause Apparate- & Behältertechnik Heldrungen GmbH, mit dem Wellmann seit Jahren zusammenarbeitet. Auch hier gehört die komplette Steuerung und Dokumentation dazu.

Zur Befüllung der Tanks verlegt Wellmann eine Annahmeleitung für Vollmilch und Zartbitterschokoladen. Dafür wird auch die im ersten Bauabschnitt installierte Schokoladenannahmestation an ihren endgültigen Bestimmungsort versetzt. Vom Außentanklager zur bereits installierten Rohrleitung im Bereich der Annahme wird je eine 36 Meter lange Förderleitung für Vollmilch- und Zartbitterschokolade gelegt. Warmgehende Rohrleitungen werden auch in diesem Bau-abschnitt isoliert.

Wellmann Engineering ist am Stand der Apparate- & Behäl-tertechnik Heldrungen GmbH auf der INTERPACK vom 4. bis 10. Mai in Düsseldorf vertreten (Halle 3 / B 23).

„Die Kurzzeiterhitzungsanlage ist ein Klassiker des Anlagenbaus. Entscheidende Mehrwerte ergeben sich bei der kundenspezifischen Konstruktion und Implementierung vor Ort“, sagt Gerhard Wellmann, Geschäftsführer von Wellmann Engineering. In Bad Brambach machten die räumlichen, zeitlichen und konstruktiven Vorgaben das Projekt zu einer technischen und logistischen Herausforderung.

Hohe Variabilität bei zu verarbeitenden Getränkesorten

Installation auf knapp neun Quadratmeter Fläche, Einbringung zwischen bestehendem Puffertank, Lufttransport und Flaschenfüller sowie eine möglichst kurze Stillstandzeit der Produktion lauteten die Rahmenbedingungen. Weiterhin war eine hohe Variabilität der Anlage bei den zu verarbeitenden Getränken und in Bezug auf unterschiedliche CO2-Gehalte und verschiedene Durchflussleistungen gefragt. Die geforderte Durchsatzmenge umfasste mit 8 bis 16 Kubikmeter pro Stunde eine große Spreizung. Andreas Henschke, Geschäftsführer Bad Brambacher entschied sich mit Wellmann für einen umfassenden Systemlieferanten: „Von der 3D-Planung über die Verfahrenstechnik und Anlagenautomatisierung sowie die mechanische und elektrische Montage und Inbetriebnahme stammt alles aus einer Hand.“

Um eine rasche Installation zu gewährleisten, fertigte Wellmann die Anlage auf einem Rahmen vor, um sie dann als Ganzes vor Ort einzubringen. Vorverlegte Leitungen verkürzten die Umschlusszeit weiter. Zuvor wurde das Anlagenprogramm in der Theorie mehrfach simuliert, sodass die Optimierungsphase bei der Inbetriebnahme verkürzt wurde. Da das vorgegebene Heizmedium Heißwasser ist, wurde ein zusätzliches elektrisches Heizmodul montiert. Die Komponente garantiert auch bei schwankenden Vorlauftemperaturen des Heizmediums konstante Pasteurisationseinheiten. Mit der hohen Varianz der Anlage bei CO2-Gehalt, Durchflussmenge und Pasteurisationstemperatur ist Bad Brambacher für die Zukunft gerüstet. „Mit der Anlage können wir sowohl das aktuelle Portfolio als auch zukünftige Produktvarianten ideal abbilden“, resümiert Andreas Henschke.