Bericht  im Spektrum 1/2020 der OTH-Regensburg

Zusammenfassung: Seit dem Sommersemester 2013 wird das AW-Fach „Verfahrenstechnik Brauprozess“ für Teilnehmer aller Fakultäten angeboten. Hierbei wird gruppenweise an einer Micro-Brauanlage Bier gebraut. Das Interesse an diesem AW-Fach war so groß, dass eine Anlage nicht mehr ausreichte, um die steigende Nachfrage zu bedienen. Da dieses Vorhaben ein vielschichtiges Konstruktionsprojekt ist, welches im weiteren Verlauf auch mehrere Studiengänge beziehungsweise Fakultäten miteinschließt, sollte die neue Anlage in der eigenen Hochschule konstruiert und konzipiert werden. Die Realisation dieses Projektes läuft in Kooperation mit der Krones AG ab, insbesondere um den Studierenden ein Lernen von der Industrie zu ermöglichen.

Fließtext: Die im Rahmen dieser Projektarbeit entstehende Anlage erfüllt, neben einer Verbesserung des Brauprozesses durch den Einbau überarbeiteter technischer Teile, auch neue didaktische Anforderungen, wie beispielsweise das Vorhandensein von Schaugläsern ins Innere der Anlage. Dies geschieht in Kooperation der Fakultät Maschinenbau mit der Fakultät Angewandte Natur- und Kulturwissenschaften, sowie der Krones AG. Das Team wird in allen Angelegenheiten der methodischen Konstruktion durch Prof. Dr. Andreas Wagner beraten und betreut. Geleitet wird das oben genannte AW-Fach von Siegfried Schrammel. Den Beginn des Projektes stellte ein gemeinsamer Brautag des gesamten Teams, sowie Mitarbeitern der Krones AG an der bisherigen Anlage dar. Hierbei konnten Schwachstellen der vorhandenen Anlage erkannt und Verbesserungsmöglichkeiten dieser gefunden werden. Mithilfe verschiedener Methoden des Projektmanagements wurden Meilensteine definiert und das Team in einzelne Gruppen gegliedert, welche speziell zugeteilte Aufgaben zu erledigen haben. Diese effiziente Arbeitsweise ermöglicht eine sichere Zielfindung. Mehrere Fachkräfte der Krones AG unterstützen das Projekt. Karlheinz Hierl, Leiter der Ausbildungswerkstatt der Firma Krones unterstützt das Projekt mit Auszubildenden, welche die Brauanlagen fertigen. Andreas Gebhardt, Ausbilder für Produktdesign hilft den Studierenden bei allen Anliegen rund um Auslegung und Konstruktion. Manfred Roman, Ausbilder für Schweißtechnik berät das für die Schweißteile verantwortliche Team. Es entstehen insgesamt vier Anlagen, eine für die Krones AG und drei für die OTH Regensburg. Die neuen Anlagen sollen der bereits vorhandenen Anlage ähneln. Gute Eigenschaften werden in die neue Konstruktion übernommen, andere verbesserungswürdige Bauteile werden neu konstruiert. Die Heizspirale im Inneren der vorhandenen Anlage wird beispielsweise durch Heizdrähte ersetzt. Auch wird eine Verbesserung am Rührwerk, dem Pumpensystem, dem Kessel und der SPS vorgenommen.

Projektgruppe der OTH Regensburg mit Kooperationspartner der Krones AG
(Foto: Hyang-Mok Baik)

Basierend auf den Ergebnissen der vorangegangenen Projektarbeit von Hr. Schrammel und Prof. Wagner im WiSe 19/20 werden im SoSe 2020 in einer zweiten von insgesamt drei Projektarbeiten die erarbeiteten Ergebnisse mit der Fertigung der Krones AG realisiert. Dies beinhaltet auch Verbesserungen und Optimierungen der Konstruktion, sowie weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten.

Neben dem Aufbau der Brauanlage wird eine 3-Tank Anlage konzeptioniert und an einer strömungsoptimierten Rühreinheit geforscht. Des- weiteren wird der Einsatz zukunftsfähiger Technologien in Form eines virtual Reality Erlebnisses der Brauanlage umgesetzt. Das ursprünglich angedachte klassische Rührwerksdesign soll durch ein neues, auf Prinzipien der Bionik aufbauendes, Rührwerk ersetzt werden. Dieses neue Design, welches einen Adlerflügel nachahmt, wird mittels Strömungssimulation optimiert und durch Lasersintern gefertigt werden. Diese bionische Konstruktion bietet somit auch in Zukunft eine gute Basis für weitere Projekt- und Abschlussarbeiten.

Die fertige Brauanlage findet nach Fertigstellung Anwendung im AW-Fach „Verfahrenstechnik Brauprozess“, somit müssen die Vorgaben der Maschinenrichtlinie in die Anlage implementiert werden. Dies umfasst mehrere Sicherheitseinrichtungen, um schließlich das CE-Kennzeichen anbringen zu dürfen und einen sicheren Lehrbetrieb zu gewährleisten.

Durch Verwendung digitaler Kommunikationskanäle wurde der Jour fix coronabedingt in ein virtuelles Besprechungszimmer verlegt. Der gemeinsame Braukurs zum Kennenlernen des Prozesses musste jedoch entfallen. Durch den beschränkten Zugang zur Hochschule und damit zu den Laboren mussten weitere Schwierigkeiten wie fehlende Hardware und schlechte Internetverbindung überwunden werden. Obwohl sich der Zeitplan des Projekts um einige Monate verzögert hat, arbeitet das Team mit Hochdruck daran, der nachfolgenden Projektarbeitsgruppe eine solide Grundlage zu schaffen und eine zeitnahe Inbetriebnahme der Anlage zu ermöglichen.

Weiterentwicklung der Brauanlage in Kooperation mit der Krones AG

Seit vielen Jahren wird den Studierenden der OTH das Wahlfach Verfahrenstechnik anhand des Brauprozesses mit Hilfe einer entsprechenden Anlage nähergebracht. Dieser Kurs ist sehr stark nachgefragt und die bestehende Anlage ist für größere Studierendengruppen zu klein ausgelegt. Daher wurde vor vier Semestern begonnen, eine komplett neue Brauanlage zu konzipieren, zu entwickeln und in mehrfacher Ausfertigung zu bauen. Dieses Ziel, welches in Rahmen von Projektarbeiten der Fakultät Maschinenbau verfolgt wurde, steht nun kurz vor dem Abschluss. Möglich gemacht wurde dies nur durch ein Mitwirken des Getränketechnologieführers Krones AG, deren Auszubildende die Brauanlage mitdesignten und letztendlich fertigen.

Zu Beginn der Arbeit wurde ein Verbesserungskonzept auf Basis des Aufbaus der alten Anlage aufgestellt. In den folgenden Semestern wurden dann immer mehr Facetten der Brauanlage umgestaltet und in Beratung mit den Projektbetreuern Herrn Prof. Dr. Andreas Wagner, Herrn Siegfried Schrammel und der Krones AG optimiert. Intensiv wurde an dem richtigen Rührwerk gearbeitet, da sich ein Zukauf dessen als viel zu kostenintensiv herausstellte. Auch Studierende aus dem Bereich Mechatronik konnten ihr erlerntes Wissen in die fachgerechte Auslegung des Schaltschranks einbringen. So führte das Projekt zu einigen Bachelorarbeitsthemen, wie der Entwicklung einer SPS-Regelung, welche nach deren Abschluss in die Brauanlage implementiert werden soll. Des Weiteren wurde die zum Brauen notwendige Hefe anfangs noch von der Brauerei Bischofshof zur Verfügung gestellt. Diese wurde von Studierenden durch einfache Trockenhefe ersetzt und in einem automatisierten Bioreaktor in eine funktionierende Brauhefe umgewandelt. Abschließend sollte nach der umfassenden Konstruktionsarbeit - welche immer unter dem Aspekt der Anlagensicherheit und Produkthygiene vorgenommen wurde eine sicherheitsbezeugende CE-Kennzeichnung der Anlage erreicht werden. Visualisiert wird der gesamte Brauanlagenraum in den Gebäuden der OTH Regensburg in Prüfening mittels eines Virtual Reality Systems. Dieses soll es ermöglichen, alle Brauanlagenfunktionen auch online erleben zu können und virtuell Bier zu brauen.

Die Projektgruppe der Fakultät Maschinenbau mit Mitarbeitern der Krones AG  im gemeinsamen Zoom-Meeting.
(Foto: Maximilian Buchner)