Inline-Monitoring der Viskosität komplexer Flüssigkeiten

Welche Bedeutung hat die Lebensmittelindustrie im Vergleich zu anderen potenziellen Märkten?

Kotzé: Die Lebensmittelindustrie ist für uns zentral, weil unsere Technologie hier den unmittelbarsten Nutzen bringt. Produkte wie Tomatenmark erfordern eine präzise Kontrolle von Textur, Fließverhalten und Qualität – genau das liefert unser System in Echtzeit. Zudem knüpfen wir hier an unsere Ursprünge in der Lebensmittel-Forschung an und bieten signifikante Nachhaltigkeitsvorteile durch weniger Abfall und geringeren Energieverbrauch.

Das heißt jedoch nicht, dass wir auf Lebensmittel beschränkt sind. Auch in der Pharma-, Kosmetik-, Chemie- oder Batterieproduktion stoßen Unternehmen auf ähnliche Herausforderungen bei komplexen Flüssigkeiten – dort passt unsere Lösung ebenso. Lebensmittel bleiben Priorität, sind aber Teil einer größeren Multi-Industrie-Strategie.

Ihre Lösung basiert auf medizinischer Ultraschalltechnologie – wie kam es zu diesem Technologietransfer?

Kotzé: Unsere Technologie basiert auf der UVP-PD-Methode (Ultrasound Velocity Profiling with Pressure Difference), die ursprünglich als Alternative zu optischen Methoden wie Particle Image Velocimetry (PIV) und Laser Doppler (LD) entwickelt wurde. Diese funktionierten zwar in transparenten Flüssigkeiten, nicht aber in opaken.

In den späten 1980er-Jahren passte Yasushi Takeda an der ETH Zürich medizinischen Doppler-Ultraschall für Geschwindigkeitsprofile in opaken Flüssigkeiten an. 1993 kombinierte Dr. Heinz Brunn in Deutschland Ultraschall-Profile mit Differenzdruckmessungen und legte so die Basis für die UVP-PD-Methode. Forscher wie Boris Ouriev, B. Müller und Beat Birkhofer an der ETH Zürich verfeinerten sie in den 1990er- und 2000er-Jahren.

Darauf aufbauend entwickelten Johan und ich die Methode für den industriellen Einsatz weiter – eine Arbeit von den späten 1990er-Jahren bis 2017, die schließlich die Kerntechnologie von Incipientus hervorbrachte.

Welche technischen Herausforderungen mussten Sie überwinden, um ein vollständig berührungsloses Messsystem für hochviskose und komplexe Lebensmittelprodukte zu entwickeln?

Kotzé: Eine der größten Hürden war die Anpassung von Ultraschall an dickflüssige, nicht-newtonsche Medien wie Ketchup oder Pasten. Sie sind opak, hochviskos und lassen sich mit klassischen invasiven Werkzeugen schwer messen. Wir mussten Probleme wie Signalverluste in dichten Flüssigkeiten, exakte Profile durch Industrie-Rohre (z. B. SS316L) und die Extraktion rheologischer Informationen ohne Kalibrierung lösen.

Die Antwort lag in einer Kombination aus Clamp-on-Sensoren, patentierter Inhouse-Technologie und Algorithmen, die komplexe Signale in klare, nutzbare Daten übersetzen. Ergänzt wird dies durch Software für Echtzeit-Datenverarbeitung, zugeschnitten auf Industrie-4.0-Anforderungen – und laufend verbessert durch Kundenfeedback.

Worin unterscheidet sich Ihre Lösung von etablierten Messmethoden wie Rotationsrheometern oder Vibrationsviskosimetern?

Kotzé: Rotationsrheometer sind laborbasiert, benötigen physische Proben und sind stark von der Bedienung abhängig – dadurch sind sie langsam und eingeschränkt. Vibrationsviskosimeter sind häufig invasiv und können nur die Viskosität an einem einzigen Punkt messen.

Unser Clamp-on-Ultraschallsystem vermeidet all diese Nachteile. Es misst vollständige Geschwindigkeitsprofile, Rheogramme und Fließeigenschaften in Echtzeit direkt durch die Rohrleitung – ohne Probenahme oder Kalibrierung. Zudem funktioniert es zuverlässig mit opaken, komplexen Flüssigkeiten und liefert kontinuierlich Mehrpunkt-Daten, während Ausfallzeiten und Kosten sinken.

Welche zusätzlichen Parameter können Sie neben der Viskosität erfassen?

Kotzé: Über die Viskosität hinaus misst unser System Geschwindigkeitsprofile, Durchflussraten, Rheogramme, Doppler-Bilder, Energieprofile, akustische Eigenschaften und sogar Luft im Prozess. Es ermöglicht eine vollständige Charakterisierung von Flüssigkeiten, einschließlich Korrelationen zur Dehnviskosität und Konsistenz. In Zukunft wollen wir Parameter wie Luftgehalt, Dichte und Feuchtigkeitsgehalt ergänzen.

Können Sie ein konkretes Beispiel nennen, wo Ihre Technologie die Prozessqualität oder Effizienz deutlich verbessert hat?

Kotzé: In der Tomatenmark-Produktion konnte unser System die Textur und den Fluss kontinuierlich in Echtzeit überwachen. Das verbesserte die Konsistenz, reduzierte die Schwankungen und meldete sofort Abweichungen – mit dem Ergebnis besserer Qualität und weniger Abfall.

Ein weiteres Beispiel ist die Produktion von Batterieschlämmen, wo unsere Technologie eine zuverlässige Überwachung unter realen Prozessbedingungen ermöglicht hat. Dadurch stieg die Gesamtqualität, und die Zahl der Defekte im Endprodukt konnte gesenkt werden.

Wie schnell kann ein Lebensmittelhersteller Ihre Sensoren in bestehende Produktionslinien integrieren?

Kotzé: Die Integration ist schnell und unkompliziert. Dank des Clamp-on-Designs sind keine Rohrmodifikationen erforderlich, und die Installation erfolgt nach dem Plug-and-Play-Prinzip. So lassen sich Sensoren mit minimalen Stillstandszeiten nachrüsten.

Gibt es besondere Anforderungen an Rohrmaterialien, CIP/SIP-Reinigung oder Anlagenlayout?

Kotzé: Unsere Sensoren funktionieren durch Standard-Industrie-Rohrmaterialien wie Edelstahl (SS316L) oder Kohlenstoffstahl. Da sie nicht invasiv sind, beeinträchtigen sie weder CIP- noch SIP-Reinigungsprozesse und stellen kein Kontaminationsrisiko dar. Änderungen am Anlagenlayout sind nicht notwendig.

Welche typischen ROI-Zeiträume sehen Sie bei Ihren Kunden?

Kotzé: Kunden erzielen die Kapitalrendite meist schnell – oft innerhalb weniger Monate bis zu einem Jahr. Die Einsparungen ergeben sich aus besserer Prozesskontrolle, höherer Kapazität, weniger Stillstandszeiten und reduziertem Ausschuss. Ergebnisse aus Pilotprojekten und Rahmenverträgen zeigen, dass Effizienzgewinne direkt in eine schnelle Amortisation münden.

Wie genau trägt Ihre Technologie zur Abfall- und Energieeinsparung bei?

Kotzé: Indem wir Bedienern Live-Daten zum Prozess liefern, können sofort Korrekturen vorgenommen werden. So lassen sich Produktverluste durch Abweichungen vermeiden und Prozesse energieeffizienter steuern. Das Ergebnis ist eine nachhaltigere und effizientere Produktion.

Können Sie Beispiele für messbare Nachhaltigkeitsgewinne aus Pilotprojekten oder Produktionsstätten nennen?

Kotzé: Ja. In Werksversuchen konnte unsere Technologie Produktverluste systematisch reduzieren, da Anpassungen sofort während der Produktion möglich waren. Das verbesserte nicht nur die Produktqualität, sondern senkte auch den Energieverbrauch – ein klarer Schritt in Richtung Nachhaltigkeitsziele.

Sie arbeiten eng mit RISE, der ETH Zürich und weiteren Institutionen zusammen – wie wichtig sind diese Partnerschaften für Ihre Innovationsarbeit?

Kotzé: Partnerschaften sind entscheidend für unsere Innovationsstrategie. Während unsere Anfänge in Forschungskooperationen lagen, konzentrieren wir uns heute auf führende europäische Partner wie AE Partners oder Schweizer Netzwerke. Diese Kooperationen verschaffen uns Zugang zu Expertise, industriellen Testfällen und wertvollem Feedback, das unsere Technologieentwicklung beschleunigt.

Woran arbeiten Sie aktuell in der F&E, und welche neuen Funktionen oder Produktversionen sind geplant?

Kotzé: Unser F&E-Team fokussiert sich derzeit auf die Erweiterung der Echtzeit-Visualisierung von Strömungen, die Entwicklung KI-gestützter Datenanalysen und die Anpassung unserer Technologie an neue Anwendungen wie Batterieschlämme. Zu den kommenden Features gehören verbesserte Luftblasendetektion, erweiterte Mehrpunkt-Rheologie und neue Sensorversionen für ein breiteres Industriespektrum.

Ein Schwerpunkt liegt zudem auf der Automatisierung – unsere Systeme sollen mit minimalem Bedienaufwand laufen. Eingebaute Analytik und automatisiertes Wartungsmanagement werden die Installation erleichtern und die Betriebskosten senken.

Welche technologischen und regulatorischen Trends werden Ihrer Meinung nach das Inline-Monitoring in den kommenden Jahren prägen?

Kotzé: Industrie 4.0 und Echtzeit-Smart-Manufacturing werden die Entwicklung weiter vorantreiben. Gleichzeitig verschärfen sich die regulatorischen Anforderungen an Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Rückverfolgbarkeit – das erhöht den Bedarf an nicht-invasiven, zuverlässigen Monitoring-Systemen.

Parallel investieren Unternehmen stark in KI. Damit diese Systeme reale Einsparungen bringen, brauchen sie präzise und hochwertige Eingangsdaten – und genau da spielt unsere Technologie ihre Stärken aus.

Sehen Sie Potenzial für Ihre Technologie in anderen Industrien wie Kosmetik, Pharma oder Batterieproduktion?

Kotzé: Ja, auf jeden Fall. In der Kosmetik- und Pharmaindustrie ermöglicht unser System die präzise Überwachung komplexer Formulierungen und stellt eine gleichbleibende Qualität sicher. In der Batterieproduktion verbessert es die Kontrolle der Rheologie von Slurries unter realen Bedingungen – das steigert Effizienz und Leistungsfähigkeit der Endprodukte.

Welchen Rat würden Sie Lebensmittelherstellern geben, die noch zögern, in digitale Inline-Messtechnik zu investieren?

Kotzé: Der beste Einstieg ist ein kleines Pilotprojekt direkt in der Produktionslinie. Sobald die Hersteller die Verbesserungen bei Qualität, Effizienz und Nachhaltigkeit erleben, wird der Nutzen sofort deutlich. Industrie 4.0 ist keine Zukunftsmusik – sie passiert jetzt, und wer früh investiert, bleibt wettbewerbsfähig.

Unsere Lösungen sind risikoarm, nicht-invasiv und bringen ab Tag eins Vorteile – der Umstieg ist einfach und lohnt sich.

Incipientus Ultrasound Flow Technologies AB, Västra Frölunda, Schweden

Das Interview wurde geführt von:Dr. Bernd Rademacher

Redakteur