In der neuen Einblicke-Ausgabe richten wir den Fokus auf das Thema nachhaltiges Bauen und zeigen, an welchen Lösungen für mehr Nachhaltigkeit unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten. Die Baubranche gehört weltweit zu den Sektoren, die die Umwelt am meisten belasten. Deshalb haben hier schon kleine Verbesserungen große Auswirkungen auf den ökologischen Fußabdruck des Menschen. Carbonbeton statt Stahlbeton, Solarkraft in Häuserwänden und überflutete Auen statt begradigter Flüsse – Ideen gibt es viele. Wir stellen sie vor.

Nicht nur unser Magazin feiert einen runden Geburtstag, auch die HTWK Leipzig freut sich in diesem Jahr über ein Jubiläum. Wir gratulieren zum 30. Jahrestag der Gründung und bringen aus diesem Anlass drei ehemalige und den aktuellen Prorektor für Forschung an einen Tisch, um gemeinsam über Vergangenes und Zukünftiges zu sprechen. In der Fotoreportage wird ordentlich viel Druck gemacht und zwei neue Rubriken schließen die hinteren Seiten ab. Lassen Sie sich überraschen und blättern Sie digital rein: https://www.htwk-leipzig.de/publikationen/einblicke2022

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Im Bausektor müssen Ressourceneffizienz und Ästhetik oft zurückstehen, um durch Standardisierung Arbeitskosten zu sparen. Die Forschungsgruppe FLEX möchte diesen Widerspruch auflösen, indem sie Konstruktion und Fertigung mithilfe digitaler Prozesse und 3D-Druck vereint. Sie hat eine durchgängig automatisierte und digitale Prozesskette für geometrisch individuelle Knotenelemente entwickelt, die standardisierte Stäbe zu einem Tragwerkskonstruktion verbinden. Gefertigt werden die Knoten per 3D-Druck – derzeit aus Aluminium, aber perspektivisch aus Stahl. „Mit dem InNoFa-Modell zeigen wir beispielhaft, wie sich Ästhetik und Ressourceneffizienz vereinen lassen, wenn automatisierte Fertigung bereits in der Konstruktionsphase mitgedacht wird“, so Prof. Alexander Stahr von der Forschungsgruppe FLEX. „Im Moment müssen selbst regelmäßig geformte Stabnetzwerk-Konstruktionen, wie wir sie beispielsweise als Dach im Leipziger Fußballstadion vorfinden, komplett in Handarbeit zusammengefügt werden“, erklärt der Professor für Tragwerkslehre weiter. Das heißt, die Stäbe werden einzeln mit den Knoten verschweißt – ein enormer Arbeitsaufwand. Stahr: „Durch Automatisierung und generative Fertigungsverfahren können wir Material, Zeit und Arbeitskraft sparen – und gleichzeitig individuelle Geometrien verwirklichen.“ Die Stabverbindungen müssen also nicht per Handarbeit gefertigt werden, sondern können dank digitaler Prozessketten passgenau gedruckt werden.

Interessierte, die sich das prototypische Fassaden-Modell ansehen und mit den Forschenden von FLEX ins Gespräch kommen wollen, finden den Stand der HTWK Leipzig auf der Rapidtech-Messe an der Standnummer 2-622. Direkt daneben hat die Hochschule Mittweida ihren Ausstellungsstand. Diese hat die Metallknoten aus dem 3D-Drucker für InNoFa hergestellt. Eine weitere Gelegenheit zur Besichtigung des Demonstrators bietet sich beim Leipziger Fassadentag am 20. September 2022.

Die Forschungsgruppe FLEX an der HTWK Leipzig ist ein interdisziplinäres Team aus den Bereichen Architektur, Bau- und Wirtschaftsingenieurwesen. Unter Leitung von Prof. Alexander Stahr widmet sich die Forschungsgruppe der digitalen Verknüpfung von Planungs- und Ausführungsprozessen – mit dem Ziel, Ressourcen in Architektur und Bautechnik effizienter zu nutzen. Dabei entstehen digitale Werkzeuge für materialeffiziente, gekrümmte Konstruktionen mit individueller Geometrie. Die Forschungsgruppe ist Mitglied im Transferverbund Saxony⁵ der fünf sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften und realisiert dort Forschungs- und Entwicklungsprojekte in den Bereichen 3D-Druck, Holzbau und parametrisches Design.

Eine feierliche Eröffnung war bisher aufgrund der Kontaktbeschränkungen nicht möglich und wurde am 12. Mai 2022 nachgeholt. Mehr als 70 Gäste aus Hochschule, Wirtschaft und Verwaltung waren bei der Eröffnung im neu gestalteten Kreativraum der Startbahn 13 im HTWK-Forschungszentrum in Leipzig-Reudnitz.

HTWK-Rektor Prof. Mark Mietzner hob in seiner Begrüßungsrede hervor, dass Sachsen dank seiner Hochschulen zu den innovativsten Bundesländern gehört. Hier werden Jahr für Jahr überdurchschnittlich viele Patente angemeldet. Diesen Trend gelte es zu bekräftigen: „Um das Innovationspotenzial unserer Hochschule zu fördern, braucht es eine koordinierte Anlaufstelle, unter der die Aktivitäten gebündelt und gestärkt werden. Diesen Hub haben wir mit Startbahn 13 erfolgreich geschaffen.“

Die Gründungsberatung leistet einen direkten Beitrag zu Wissenstransfer und Wirtschaftskraft in Sachsen, so Prof. Ralf Thiele, Prorektor für Forschung an der HTWK Leipzig und Leiter der Startbahn 13: „Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen an neuen Ideen und Technologien, die zur Lösung konkreter praktischer Probleme beitragen. Selbst ein Unternehmen gründen, ist einer der direktesten Wege des Transfers von Wissen in die Praxis.“

­­­­­­Das Startbahn-13-Team blickte bei der feierlichen Eröffnung gemeinsam mit den Gästen auf die vergangenen zwei Jahre zurück: Startbahn 13 hat bislang 55 Teams und Einzelpersonen in Coachings und mehr als 180 Gründungsinteressierte in kostenfreien Workshops beraten. Innerhalb der ersten zwei Jahre sind 12 Gründungen daraus hervorgegangen. ­Dazu gehören der Hersteller umweltfreundlicher Kerzen NatürLicht, das Games-Studio ROTxBLAU und das Ingenieurbüro für Bauwerksprüfung IEXB, die sich mit ihren Angeboten erfolgreich am Markt etabliert haben. „Die Gründungsberatung hat uns bei der Businessplan-Erstellung, beim Marketing-Konzept und bei der Geschäftseinführung geholfen. Ich kann die Beratung bei Startbahn 13 sehr empfehlen, weil man hierdurch Fehler vermeiden kann, die im Gründungsprozess auftreten können“, resümiert IEXB-Geschäftsführer Gunter Hahn.

Mit dem Zwischenstand des Projekts Startbahn 13 ist Dr. Hans-Markus Callsen-Bracker vom betreuenden Projektträger Jülich sehr zufrieden: „Der Bedarf an individueller Gründungsberatung mit technischem und ingenieurwissenschaftlichen Profil ist groß, daher hat die Idee hinter Startbahn 13 großes Potenzial. Die Zahl der Teilnehmenden und erfolgreichen Ausgründungen bestätigt dies nun eindrucksvoll.“

Im Dezember 2019 setzte sich die HTWK Leipzig im Ideenwettbewerb EXIST-Potentiale des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie durch. Seitdem erhält sie insgesamt 1,5 Millionen Euro, um in vier Jahren die Rahmenbedingungen für Start-ups und wissensbasierte Ausgründungen inner­halb der Hochschule zu verbessern. Seit Beginn des Projekts im April 2020 organisiert Startbahn 13 Netzwerkveranstaltungen, individuelle Coachings und Workshops zu praktischen Themen wie Finanzie­rung, Geschäfts- und Buchführung oder zum Schreiben von Businessplänen. Darüber hinaus können Gründungsinteressierte vor Ort Werkstätten nutzen, um Prototypen zu entwickeln, oder sich im Kreativraum zum Arbeiten oder Vernetzen treffen.

Gemeinsam erfolgreich: Die Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Leipzig, Dresden, Zwickau, Mittweida und Zittau/Görlitz sind Innovationstreibende in ihrer Region. Um dieser Rolle noch besser gerecht zu werden, haben sie sich 2018 im Transferverbund Saxony⁵ zusammengeschlossen, der seit fünf Jahren im Bund-Länder-Programm „Innovative Hochschule“ gefördert wird. Nun steht fest: Der Verbund wird bis 2027 weiterhin mit rund 12,5 Millionen Euro gefördert.

„Unsere Hochschulen für Angewandte Wissenschaft und Fachhochschulen sowie die kleinen und mittleren Universitäten sind mit ihrer Verankerung in der Region Innovationsmotoren für unser Land. Mit der Förderinitiative ‚Innovative Hochschule‘ unterstützen wir ihre Stärken ganz gezielt. Ich freue mich sehr, dass wir aus einer sehr großen Zahl an qualitativ hochwertigen Bewerbungen erneut die besten Initiativen prämieren konnten und damit die Rolle der Hochschulen als Strategiegeber im regionalen Innovationssystem weiterhin stärken werden“, so Bettina Stark-Watzinger, Bundesministerin für Bildung und Forschung.

„Die fünf Hochschulen für Angewandte Wissenschaften im Freistaat Sachsen, die in diesem Jahr ihr 30. Gründungsjahr feiern, sind ein integraler Bestandteil der sächsischen Bildungs- und Forschungslandschaft und haben sich längst zu wichtigen und prägenden Innovationsorten und Impulsgebern für Wirtschaft und Gesellschaft entwickelt. Dass wir uns erneut unter den 165 antragstellenden Hochschulen erfolgreich behaupten konnten, verdeutlicht die Leistungsstärke und traditionell enge und besonders nachhaltige Zusammenarbeit der Hochschulen im Saxony⁵-Verbund. Mein besonderer Dank gilt allen Beteiligten an der HTWK Leipzig und auch den weiteren am Verbund mitwirkenden Hochschulen für ihr unermüdliches Forschungsengagement und den erfolgreichen forschungsbasierten Wissens- und Technologietransfer in die Region“, so Prof. Mark Mietzner, Rektor der HTWK Leipzig.

Von den ursprünglich geförderten 29 Projekten der ersten Förderphase können nur fünf ihre Aktivitäten im Rahmen der zweiten Förderphase des Programms „Innovative Hochschule“ weiterführen. Saxony⁵ unterstützt mit seiner Abdeckung von sowohl städtischen als auch ländlichen Regionen breitflächig das sächsische Innovationsgeschehen.

Prof. Ralf Thiele, Prorektor für Forschung und zugleich fachlicher Projektleiter an der HTWK Leipzig, führt aus: „Wir Hochschulen für Angewandte Wissenschaften sind durch unsere anwendungsnahe Forschung seit jeher eng mit unserem regionalen Umfeld vernetzt. In den kommenden fünf Jahren wollen wir in Saxony⁵ den Transfer von Wissen und Technologien aus unseren forschungsstarken Themenbereichen Struktur- und Klimawandel, nachhaltige Bau- und Werkstoffe und Energiewende noch zielgerichteter gestalten und beschleunigen. Denn für diese zentralen gesellschaftlichen Herausforderungen braucht es dringend anwendungsreife Lösungen, die nur in engem Austausch von Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft entstehen können.“

Thematisch konzentriert sich die Arbeit an den fünf Hochschulen auf die Bereiche Produktion, Energie und Umwelt. Dabei steht der Nachhaltigkeitsaspekt durchgängig im Handlungsmittelpunkt. Die Koordination des Transferverbundes liegt bei der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden.

Korrekturhinweis: In einer früheren Version dieser Pressemitteilung wurde fälschlicherweise eine Antragssumme von 15 Millionen Euro und eine Laufzeit bis 2028 genannt.

Insgesamt wurden 2021 rund 40 Prozent (6,9 Mio. Euro) der Drittmittel aus Bundesmitteln eingeworben. 32 Prozent (5,6 Mio. Euro) stammen von regionalen und überregionalen Unternehmen, 12 Prozent (2,1 Mio. Euro) aus Förderprogrammen der Europäischen Union und 7 Prozent (1,3 Mio. Euro) vom Freistaat Sachsen.

Die Fördermittel ermöglichen die Umsetzung vielfältiger Forschungsprojekte, in denen es häufig um Lösungen für Zukunftsthemen wie Nachhaltigkeit, Digitalisierung und Energiewende geht. Beispielsweise starteten am neu gegründeten Kompetenzzentrum für Werkstoffforschung zwei internationale Forschungsprojekte, in denen Leichtbau-Professor Robert Böhm und sein Team neue Hochleistungswerkstoffe entwickeln. Dabei geht es sowohl um die Integration von Sensorik in kohlenstoffbasierte Werkstoffe als auch um die Entwicklung klimaneutraler Baustoffe. Unter anderem suchen die Forschenden nach einem Weg, Carbonfasern aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Gefördert werden die beiden Projekte aus dem europäischen Förderprogramm Horizon 2020.

Auch im Bereich Bildung arbeiten viele Mitarbeitende an innovativen Projekten. Beispielsweise ist durch die ad-hoc-Umstellung der Lehre in den digitalen Raum die Bedeutung neuer Lehrformate und die Wichtigkeit regelmäßiger Feedbacks zwischen Lernenden und Lehrenden insbesondere beim digitalen Studium sichtbarer geworden. Vor diesem Hintergrund startete 2021 mit FassMII ein groß angelegtes Projekt, in welchem feedback-basierte E-Assessments in Mathematik, Informatik und Ingenieurwissenschaften entwickelt werden, um die Motivation der Studierenden im Lehr- und Lernprozess zu stärken und zielgerichtet einen Mehrwert für den Lehr- und Lernprozess zu erzeugen. Auch am Verbundprojekt „Digitalisierung in Disziplinen partizipativ umsetzen: Competencies Connected (D2C2)“ ist die HTWK Leipzig gemeinsam mit mehreren sächsischen Hochschulen beteiligt. Beide Projekte werden durch die Stiftung Innovation in der Hochschullehre gefördert.

Ein weiteres Projekt betrifft die Integration von Geflüchteten und internationalen Studierenden ins Fachstudium – ebenfalls ein Thema, das aktuell an Wichtigkeit gewonnen hat. Dazu bietet die HTWK Leipzig unter anderem Sprachkurse in Vorbereitung auf den Studienstart an, erarbeitet Angebote zur Studienbegleitung und um den Übergang in den Arbeitsmarkt zu vereinfachen. Das Projekt Integra wird vom Deutschen Akademischen Austauschdienst aus Mitteln des Bundesforschungsministeriums gefördert.

„Einen wichtigen Beitrag zum Drittmittelerfolg der HTWK Leipzig leistet das Forschungs- und Transferzentrum (FTZ) der HTWK Leipzig, das seit 25 Jahren eine Brücke zwischen Hochschule und Wirtschaft schlägt und 2021 insgesamt 3,3 Millionen Euro zum Drittmittelaufkommen der HTWK Leipzig beisteuerte. Ein Forschungsteam um Prof. Faouzi Derbel entwickelt hier beispielsweise dringend benötigte Lösungen zur Steigerung der Übertragungsfähigkeit des Energienetzes im Kontext erneuerbarer Energien. Die Ergebnisse finden unmittelbare Anwendung bei Partnern aus der Energiewirtschaft“, so Prof. Ralf Thiele, Prorektor für Forschung.

Die Ausschreibung richtet sich an Forscherinnen und Forscher mit einer exzellenten Dissertation in Betreuung einer Professorin oder eines Professors an der Hoch-schule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, die im Jahr 2021 erfolgreich verteidigt wurde. Promovendinnen und Promovenden können sich auf Vorschlag der Betreuerin oder des Betreuers ihrer Arbeit bewerben.

Der Preis ist mit 3.000 Euro dotiert. Der Preis ist nicht teilbar.

Die eingereichte Arbeit sollte bereits in deutscher oder englischer Sprache zur Veröffentlichung angenommen worden sein. Bewerbungen sind zu richten an dissertationspreis (at) htwk-leipzig.de.

Folgende Unterlagen sind einzureichen:

•   Ein Exposé inklusive einer Darstellung der Bedeutung und Anwendbarkeit der wissenschaftlichen Arbeit für die Praxis;
•   eine Kopie der Promotionsurkunde bzw. offizieller Nachweis über das Ergebnis der Promotionsverteidigung;
•   ein Empfehlungsschreiben der vorschlagenden Professorin bzw. des vorschlagenden Professors der HTWK mit Würdigung der Vergabekriterien des Dissertationspreises;
•   ein Exemplar der Dissertation in elektronischer Form;
•   eine Liste der Publikationen, die aus der Dissertation hervorgegangen sind;
•   ein Lebenslauf;
•   eine Liste bisheriger Förderungen oder Preise.

Die Unterlagen sind in separaten PDF-Dokumenten in der vorgegebenen Gliederung einzureichen.

Die Auswahlkriterien sind in den „Bestimmungen über die Vergabe des Disserta-tionspreises der Stiftung HTWK“ aufgeführt. Es wird ein Abschlussprädikat von mindestens magna cum laude für die Dissertation vorausgesetzt.

Bewerbungsfrist: 1. Juli 2022.

Die Jury besteht aus einem Mitglied des Rektorats sowie einem weiteren Mitglied der Professorenschaft der HTWK Leipzig sowie zwei Gremienmitgliedern der Stiftung HTWK. Die Jury trifft die Entscheidung einstimmig. Die Einreichung der Bewerbung begründet keinen Anspruch auf den ausgeschriebenen Preis.

Im Labor, am Versuchsstand oder im Feld – ganz gleich, wo und woran Sie forschen: Es entstehen Bilder von Forschung, die zumeist nur für die Forschenden selbst sichtbar sind.

Teilen Sie diese besondere Perspektive mit anderen und machen Sie bei unserem Fotowettbewerb mit: Schicken Sie uns ein Bild aus Ihrer Forschung, aus Ihrem Wissenschafts- oder Promotionsalltag.
Die besten Aufnahmen werden von einer Jury ausgewählt und zum Tag der Nachwuchsforschung ausgezeichnet.

Senden Sie Ihr digitales Bild bis zum 15. Mai 2022 gradz@htwk-leipzig.de.

Bewerbungsvoraussetzungen:

• Das Bild muss druckfähig sein (Auflösung von mindestens 300 dpi).
• Bei dem Bild darf es sich nicht um eine Fotomontage handeln.
• Es kann nur ein Bild eingereicht werden, keine Bilderserien.
• Das Bild muss einen aussagekräftigen Titel haben.
• Eine kurze Beschreibung soll die Forschungsperspektive verdeutlichen.
• Es müssen eindeutige Angaben zu den Urheber*innen des Bildes gemacht werden.

Zur Teilnahme berechtigt sind alle Masterstudierenden, Promovierenden, Postdocs und wissenschaftlich Mitarbeitenden der HTWK Leipzig.

Einblicke aus den vergangen Jahren vermitteln die Gewinner*innenbilder des Fotowettbewerbs 2016 und 2018.

An innovativen Werkstoffen forscht auch Professor Robert Böhm. Beispielsweise arbeitet er im EU-Forschungsprojekt iClimaBuilt gemeinsam mit seinem Kollegen Klaus Holschemacher, Professor für Stahlbetonbau an der HTWK Leipzig, an der Optimierung der Carbonbeton-Bauweise mit dem Ziel, deren CO₂-Emissionen auf nahezu null zu senken. Dafür wollen die Forschenden beispielsweise die nötigen Carbonfasern aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugen. Die neuen Großforschungsgeräte werden helfen, die Leistungsfähigkeit des Materials zu prüfen.

Damit die neuen Großforschungsgeräte langfristig in die Geräteausstattung der HTWK Leipzig übergehen und damit auch weitere Forschungsprojekte unterstützt werden können, stellt die Hochschule zusätzliches Personal, weitere Finanzmittel sowie die notwendigen Räume zur Verfügung.

Prof. Ralf Thiele, Prorektor für Forschung an der HTWK Leipzig: „Der Erfolg im Rahmen der DFG-Ausschreibung freut uns außerordentlich. Mit der Bewilligung der beiden Großgeräte haben wir fakultätsübergreifend die Materialforschung als einen Forschungsschwerpunkt an der HTWK weiter gefestigt. Damit kann unsere Hochschule dazu beitragen, in verschiedenen interdisziplinären Forschungsvorhaben umweltfreundliche Materialien dank der neuen Untersuchungs- und Analysetechnik zu entwickeln.“

Hintergrund zur DFG-Förderung

Mit der Förderung unterstützt die DFG Hochschulen für Angewandte Wissenschaften, indem sie die vorhandene Geräteinfrastruktur ergänzt und vorhandene Forschungsschwerpunkte gezielt fördert. In der ersten von drei Ausschreibungsrunden wurden in einem Begutachtungsprozess der DFG aus 72 beantragenden Hochschulen lediglich 16 Hochschulen für die Förderung ausgewählt. Unter diesen 16 Hochschulen sind neben der HTWK Leipzig mit Rasterelektronenmikroskop und Computertomograph zwei weitere Hochschulen des Saxony⁵-Verbundes: die Hochschule Mittweida, die ihre vorhandene Laser-Infrastruktur stärken wird, und die Hochschule Zittau/Görlitz, die eine Hochspannungsgleichspannungsprüfanlage erhalten wird.

Carbonbeton kann einen essenziellen Beitrag zum klimagerechten Bauen leisten, denn im Gegensatz zum bislang üblicherweise verwendeten Stahlbeton spart der neue Baustoff Ressourcen wie Sand und Zement und hat eine deutlich bessere CO₂-Bilanz. Darüber hinaus bietet Carbonbeton viele Ansatzpunkte für modernes Bauen. Beispielsweise können Heizungs- und Elektroinstallationen in Wände aus Carbonbeton integriert werden. Wie solche Anwendungen in die Wirtschaft überführt werden können, erproben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) in zwei neuen Forschungsprojekten gemeinsam mit Praxispartnerinnen und -partnern.

Multifunktionale Muster-Bauteile sollen Industriestandard werden

Muster-Bauteile aus Carbonbeton, die mit verschiedenen Wärmesystemen verbundenen sind, will ein Bündnis aus 15 Partnerinnen und Partnern aus Sachsen und Sachsen-Anhalt im Rahmen des Projekts „Industriestandard Carbonbeton (ISC)“ erarbeiten. Unter ihnen ist auch das an die HTWK Leipzig angegliederte Forschungs- und Transferzentrum (FTZ), das seit seiner Gründung vor 25 Jahren ein wichtiges Bindeglied zwischen der Hochschule und der regionalen Wirtschaft darstellt.

Die beteiligten FTZ-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler entwickeln Elemente für integrierte Wand- und Flächenheizungen. „Damit Wärmesysteme in die Bauteile integriert werden können, müssen verschiedene Voraussetzungen gegeben sein. Die elektrische Nutzung von Carbon ist neu und weder normiert noch standardisiert. Dazu gibt es keine Erfahrungen und dies gilt es nun in unterschiedlichsten Anwendungen zu erforschen“, sagt Tilo Heimbold, Elektrotechnik-Professor an der HTWK Leipzig und wissenschaftlicher Direktor des FTZ. Außerdem analysieren die FTZ-Forschenden die Energiebilanz und Sicherheit aller im Projekt produzierten Muster-Elemente, entwickeln für die Bauteile standardisierte und automatisierte Fertigungsprozesse, testen im FTZ-eigenen EMV-Zentrum deren elektromagnetische Verträglichkeit und führen die gewonnen Erkenntnisse in einem technischen Regelwerk zusammen.

Ziel des dreijährigen Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Industriestandards für Halbfertigbauteile aus Carbonbeton. Damit soll der Übergang zur Carbonbetonbauweise beschleunigt werden. Zur Umsetzung erhält das Bündnis seit Januar 2022 vom Bundesforschungsministerium rund acht Millionen Euro Fördermittel aus dem Innovations- und Strukturwandelprogramm „Rubin“. Rund 840.000 Euro entfallen auf das FTZ.

Bauteile mit integriertem Datenkommunikationsstandard AS-Interface

In einem weiteren neuen Forschungsprojekt integrieren Forscherinnen und Forscher der HTWK Leipzig Elektro- und Datentechnik auf Basis des industriellen Kommunikationsstandards AS-Interface in Carbonbetonbauteile. Denn Häuser aus Carbonbeton haben sehr schmale Wände, viel Platz für die zahlreichen Installationsleitungen, die sonst darin verbaut werden, bleibt nicht. Leitungen, Kabelkanäle und Schaltkästen sollten deshalb schon in der Bau- und Installationsphase reduziert werden.

„Durch AS-Interface kommunizieren zahlreiche Sensoren und Aktoren über ein und dasselbe Kabel miteinander. Selbst ihren benötigten Strom beziehen sie über dieses Kabel. Das spart Materialien und macht das System ausgesprochen robust und fehlersicher“, erklärt Projektleiter Heimbold, der seit rund 30 Jahren AS-Interface mitentwickelt. Die Technologie ist heute weltweit millionenfach im Einsatz und ermöglicht automatisierte Prozesse in Flughäfen, Fabriken und Gebäuden. Heimbold: „AS-Interface wird hauptsächlich in der Industrie verwendet. In unserem Forschungsprojekt wollen wir die Vorzüge der Technologie nun auch für Wohn- und Bürogebäude nutzbar machen.“ Exemplarisch sollen deshalb Fertigteile für ein Büro-Wandelement entstehen.

Hergestellt werden diese im neuen Carbonbetontechnikum der HTWK Leipzig. Betonbau-Professor Klaus Holschemacher erklärt: „Wir forschen seit Jahren zum neuen Baustoff Carbonbeton. In unserer neuen Versuchshalle zeigen wir die vollautomatisierte Herstellung von Carbonbetonbauteilen im Modellmaßstab.“

Für das Projekt „WallConnect“ stellt das Bundeswirtschaftsministerium aus dem Technologietransfer-Programm „Leichtbau“ bis Frühjahr 2024 ein Gesamtbudget von rund 1,5 Millionen Euro zur Verfügung. Ein Drittel davon entfällt auf die HTWK Leipzig.

Europa und seine Mitgliedsstaaten stehen in den nächsten Jahren vor erheblichen Herausforderungen, um die gesteckten Klimaziele zu erreichen und damit die Erderwärmung zu verlangsamen. Der Umbau des Energiesektors spielt hierfür eine Schlüsselrolle, wobei Wasserstoff als gut speicherbarer und umweltfreundlich herstellbarer Energieträger einen wichtigen Platz einnimmt. Doch bis grüner Wasserstoff flächendeckend einsatzfähig ist, müssen noch zahlreiche Herausforderungen bewältigt werden. Mit einigen davon befasst sich die neue Nachwuchsforschungsgruppe „GreenHydroSax“, die im Januar 2022 an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) ihre Arbeit aufgenommen hat. Sie wird über zwölf Monate mit 360.000 Euro vom Freistaat Sachsen aus EU-Mitteln gefördert.

„Die HTWK Leipzig fokussiert ihre Forschung zunehmend auf Technologien und Verfahren, die einen nachhaltigen Umbau der Wirtschaft ermöglichen. Denn die Begrenzung der Erderwärmung ist die zentrale Herausforderung der Zukunft. Dabei ist es uns ein Anliegen, regionale Unternehmen bei der Bewältigung dieser Zukunftsaufgabe mitzunehmen. Die neue Nachwuchsforschungsgruppe fügt sich in diese Schwerpunktsetzung ein“, so Prof. Ralf Thiele, Prorektor für Forschung an der HTWK Leipzig.

Eine Herausforderung: Geeignete Sensorik

„Wasserstoff kann mithilfe erneuerbarer Energiequellen wie Windkraft oder Photovoltaik hergestellt werden. Dabei ist zwar der Wirkungsgrad vergleichsweise gering, dafür kann Wasserstoff relativ gut transportiert, gespeichert und in Strom oder Wärme umgewandelt werden. Deshalb ist er ein wichtiger Baustein bei der Nutzung regenerativer Energien“, erklärt Joachim Schenk, Professor für Umwelttechnik an der HTWK Leipzig und Leiter der Nachwuchsforschungsgruppe. Um Wasserstoff zügig flächendeckend verfügbar zu machen, soll auch die vorhandene Erdgasinfrastruktur genutzt werden.

Für die Sicherheits- und Qualitätskontrolle sind kostengünstige Messgeräte nötig, die den Wasserstoffgehalt an verschiedenen Stellen dieser Infrastruktur genau bestimmen können. An einem solchen Sensor forscht die HTWK Leipzig bereits seit längerem im Rahmen des mitteldeutschen Forschungsverbunds HYPOS. Der Elektrotechnikingenieur Achim Taoussanis entwickelt als Mitglied der neuen Nachwuchsforschungsgruppe den entstandenen Prototyp weiter.

Mehr Anwendungsfelder für Wasserstoff

Die anderen drei Gruppenmitglieder beschäftigen sich in ihrer Forschung mit weiteren Aspekten der Wasserstoffnutzung. Sie forschen in engem Austausch mit regionalen Netzwerken zur plasmagestützten Wasserstofferzeugung, zur Verwendung von Wasserstoff zum Abbau von Schadstoffen und zur Wasserstofftrocknung mithilfe von Radiowellen. „GreenHydroSax ergänzt die vielfältigen Forschungsaktivitäten zur Radiowellen-Technologie, die die HTWK Leipzig mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung und anderen Partnern in den letzten Jahren durchgeführt hat, und setzt diese in Verbindung mit dem Zukunftsthema Wasserstoff fort. Einige dieser Partner werden die Nachwuchsforschenden als Mentoren unterstützen“, ergänzt der Physiker Dr. Ulf Roland, der die wissenschaftliche Koordination von GreenHydroSax übernimmt.

Die vier Nachwuchsforschenden werden von vier Professoren aus unterschiedlichen Fakultäten und Bereichen der HTWK Leipzig betreut, sodass die Forschungsgruppe auch der Stärkung der hochschulinternen Vernetzung und dem Wissens- und Technologietransfer dient. Das Graduiertenzentrum der HTWK Leipzig unterstützt die Gruppenmitglieder bei der individuellen Weiterqualifizierung.

Was alle drei Frauen eint, ist der Wunsch, mit der eigenen Forschung Neues zu schaffen und dieses Wissen weiterzugeben. „Die Lehre bereitet mir viel Freude. Ich habe recht schnell gemerkt, dass ich besonders dann, wenn ich anderen etwas erkläre, neue Erkenntnisse gewinnen kann – zugleich können die Studierenden von meinem Wissen profitieren“, erzählt Professorin Rossi-Schwarzenbeck, die seit 2014 den Lehrstuhl für Konstruktives Entwerfen und Bauen an der HTWK Leipzig innehat.

Für Carina Röllig, CEO und Gründerin der Webdata Solutions GmbH, liegt die Weitergabe dieses Wissens in der Unternehmensgründung. „Als wissenschaftliche Mitarbeiterinnen im Rahmen eines Forschungsprojektes fanden meine Kolleginnen, Dr.in Hanna Köpcke, Sabine Maßmann und ich, Innovatives heraus. Uns war schnell klar: dieses Wissen muss weiter genutzt und vermarktet werden“, so Röllig. 2012 gründeten sie das IT-Unternehmen Webdata Solutions GmbH, das mit drei Gründerinnen an der Spitze immer noch eine Seltenheit ist.

„Ruhig mal auf den Putz hauen“

Im Raum stand die Frage, was die Gäste den Studentinnen für ihren weiteren Karriereweg mitgeben möchten. „Gehen Sie mit einem gesunden Perfektionismus an die Dinge heran und verschwenden Sie Ihre Zeit nicht für die Korrektur von Kleinigkeiten, die andere wahrscheinlich gar nicht bemerken“, empfiehlt Prof.in Rossi-Schwarzenbeck. „Investieren Sie Ihre Energie daher lieber in etwas, das Sie wirklich voranbringt“, so Rossi-Schwarzenbeck weiter.

Carina Röllig schließt sich ihr an und ergänzt: „Gerade am Anfang unserer Selbstständigkeit haben wir Präsentationen für Stakeholder und Kunden bis ins kleinste Detail überprüft. Dieser Perfektionismus hat den Druck nur unnötig erhöht. Zugleich habe ich immer wieder Präsentationen von Männern erlebt, die mehr improvisiert und auf sich selbst vertraut haben. Mir hat das gezeigt, wie wichtig es ist, die eigenen Fähigkeiten zu erkennen und selbstbewusst zu präsentieren“. Sie ermutigt die Zuhörerinnen: „Wir Frauen können so viel. Traut euch, seid selbstbewusst und haut ruhig mal auf den Putz.“

Doch wie kann das eigene Selbstvertrauen gestärkt werden? „Coachings wirken Wunder, um sich selbst zu reflektieren und die eigenen Baustellen anzugehen“ so Röllig. „Als Unternehmen hat es uns geholfen, ein positives Netzwerk aus Fans um uns zu haben, die die Begeisterung für unser Unternehmen teilen, nach außen tragen und unterstützen“, beschreibt sie den Effekt des Corporate Grassroots Managements.

Mit Blick zurück auf ihre eigene Promotion rät Dr.in Dobroschke den Studentinnen: „Suchen Sie sich ein überschaubares Promotionsprojekt, bei dem Sie Ziel und Forschungsfrage im Auge behalten. Wenn sich Ihre wissenschaftliche Arbeit um eine bestimmte Zielgruppe dreht, so beziehen Sie diese bei der Ausarbeitung von Lösungen regelmäßig mit ein.“

Alle drei machen den Teilnehmerinnen Mut, Stereotype zu durchbrechen. Prof.in Rossi-Schwarzenbeck: „Als meine Tochter noch kleiner war, habe ich sie zu einem Treffen unter Professor:innen mitgenommen. Sie blickte in die Runde und wie Kinder so sind, meinte sie ganz unverblümt: ‚Mama, warum sind hier denn nur Männer?‘.“ In dieser Situation wurde ihr einmal mehr klar, dass es an der Zeit ist, dass auch Frauen relevante Positionen in der akademischen Forschung und Lehre einnehmen.

Get together mit der HTWK-Gründungsberatung

Nach dem Talk bot sich die Möglichkeit, mit den Gästen ins Gespräch zu kommen. Von der Gründungsberatung der HTWK Leipzig, Startbahn 13 waren Stephanie Börner und Yvonne Hahn mit einem Infostand dabei. Stephanie Börner resümiert über den Talk: „Die Einblicke in die verschiedenen Lebensläufe waren sehr inspirierend – insbesondere der Karriereweg der Unternehmensgründung von Carina Röllig. Denn gerade Frauen wagen diesen Schritt seltener. Die Studentinnen zu diesem Karriereweg zu ermutigen, ist uns daher ein wichtiges Anliegen.“

Hintergrund
„Wissenschaft findet Stadt“ ist ein Mentoringprogramm für Studentinnen, das jährlich im September gemeinsam mit der Stabsstelle Chancengleichheit, Diversität und Familie der Universität Leipzig und dem Referat für Gleichstellung von Frau und Mann der Stadt Leipzig stattfindet.Neben einem 1-zu-1-Mentorat mit erfahrenen Führungspersonen der Stadt Leipzig, Ämterparcours und Bewerbungsworkshops wird den Teilnehmerinnen ein breites Rahmenprogramm zur Berufsorientierung geboten – darunter der Career Talk an der HTWK Leipzig. Vom 13. bis 30. September 2021 nahmen 17 Studentinnen der HTWK Leipzig und der Universität Leipzig am Programm teil.

Weltmeister-Akkordeons bestehen aus bis zu 3.000 Einzelteilen; der Aufbau der Instrumente ist dementsprechend kompliziert. Erschwerend hinzu kommen bewegte Zeiten, in denen Fertigungsunterlagen und andere Dokumente teilweise verloren gingen: Im Laufe der über hundertfünfzigjährigen Geschichte des Akkordeon-Baus im sächsischen Klingenthal sorgten zwei Weltkriege, schwierige Jahre nach der Wende und mehrere Besitzerwechsel für Brüche in der Dokumentation von Bauanleitungen. Die Lücke schließen nun die 3D-Modelle der Akkordeons. Zentner hat dafür ein gutes Händchen, denn der Maschinenbau-Ingenieur ist selbst leidenschaftlicher Akkordeon-Spieler und hilft somit gern, Tradition und Moderne zu verbinden.

Für das Monitoring konnten Ulrich Möller, Professor für Bauphysik und Baukonstruktion, und seine Mitarbeiterinnen Stephanie Weiß und Antonella Polzin mittels Fernüberwachung die Gebäudetechnik steuern, messen und auswerten. „Mit unseren Optimierungsvorschlägen, die wir der Gemeinde Wermsdorf mit auf den Weg geben, kann die Schule voraussichtlich ein Effizienzhaus-Plus werden. Wir freuen uns, dass unsere Hochschule hier die langjährige Erfahrung in der Bilanzierung von energieeffizienten Gebäuden einbringen konnte“, sagt Prof. Ulrich Möller während der Übergabe des Abschlussberichts. Die nutzerspezifische Steuerung der Anlagentechnik, allem voran der Lüftungsanlage, sei dabei der Schlüssel zum Ziel einer klimaneutralen Schule.

Der Energieverbrauch von Effizienzhäusern wird in der Regel über einen Zeitraum von zwei Jahren überwacht. Mit den Erkenntnissen aus den Messungen werden zukünftige Projekte noch effizienter gestaltet. Die Ergebnisse des Abschlussberichts sind deshalb wichtig für alle Planerinnen und Planer klimaneutraler Gebäude. Den aktuellen Stand der Forschung mit einzubeziehen, ist dabei unerlässlich: „Es wird immer dringlicher, klimaneutrale Gebäude zu errichten. Das gelingt uns, indem wir diese Gebäude engmaschig betreuen, auf Fehler im laufenden Betrieb hinweisen und Möglichkeiten finden, Energie einzusparen“, so Stephanie Weiß.

Zum Forschungsprojekt Effizienzhaus Plus - Grundschule Wermsdorf

Hintergrund: Hochschulzusammenarbeit in Sachsen mit Saxony⁵

Mit Saxony⁵ bündeln die sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) in Leipzig, Dresden, Mittweida, Zittau/Görlitz und Zwickau mit weiteren Partnerinnen und Partnern ihre Ressourcen und Kompetenzen in einem Transferverbund. Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und intelligente Vernetzung stärkt der Hochschulverbund den forschungsbasierten Wissens- und Technologietransfer in Sachsen und befördert eine neue Qualität von Innovationen sowie neuen Forschungsprojekten.

Der Erstplatzierte, Nikola Milosevic, untersuchte in seiner Arbeit Verfahren zur automatischen Gewebesegmentierung von Gehirn-MRTs mit Hilfe künstlicher neuronaler Netze und deren Leistungsfähigkeit.
Für die bildbasierte Objekterkennung und Segmentierung übertreffen KI-basierte Verfahren meist menschliche Expertinnen und Experten und können so die behandelnden Spezialistinnen und Spezialisten sehr gut bei einer Diagnose unterstützen. Diese Segmentierung von MRT-Bildern wurde vollständig automatisiert. Die besondere Herausforderung bestand bei der Arbeit darin, dass die medizinischen Daten für das Training der neuronalen Netze nur aus sehr geringen Datenmengen bestehen. Deshalb wählte Milosevic eine Kombination aus einem klassischen nichtüberwachten und einem überwachten neuronalen Netz. In seiner Masterarbeit hat er sich damit einer komplexen und hochaktuellen wissenschaftlichen Fragestellung gewidmet, deren Lösungsansatz er sehr zielstrebig, in besonders hoher Qualität und Sorgfalt wissenschaftlich untersucht und dokumentiert hat. Aufgefallen ist der Jury auch, dass sowohl die theoretischen Betrachtungen als auch die praktischen Analysen sehr gut aufeinander aufbauen und es so dem Lesenden ermöglicht wird, in dieses Thema einzutauchen.

Die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) hat sich in den vergangenen Jahren eine in der Branche bekannte und anerkannte Expertise insbesondere auf dem Gebiet des so genannten digitalen Holzbaus erworben. Die angewandte Holzbauforschung speziell im Bereich stützenfreier Hallendächer nach dem so genannten Brettrippenprinzip („Zollingerdächer“) oder für den Bau landwirtschaftlich genutzter Hallen auf der Basis digitaler Methoden und Modelle hat zahlreiche Innovationen hervorgebracht.

Um die Branche zu vernetzen, veranstaltet die Hochschule am 7. und 8. Oktober 2021 erstmals – in Kooperation mit der Rudolf Müller Mediengruppe – die Holzbaukonferenz „EASTWOOD“: „Die Hochschule ist der ideale Ort, um die Experten auf dem Gebiet des Bauens mit Holz zusammen und das Thema auch im Osten Deutschlands nach vorn zu bringen. Der Titel ist daher Programm: Verschiedene Referenten aus Holzbau-Praxis - und Forschung werden nach Leipzig kommen, um ihr Wissen und ihre Perspektiven für den digitalen Holzbau zu teilen. Als Teil der Sächsischen Holzbauinitiative schaffen wir in Leipzig eine überregionale Plattform für fachlichen Austausch, neue Impulse und fürs Netzwerken“, sagt Initiator und Organisator Alexander Stahr, Professor für Tragwerkslehre an der HTWK Leipzig.

Themen der Referate sind unter anderem Entwurfsstrategien zum ressourceneffizienten Bauen mit Holz, Brandschutz im Holzbau und die Realisierung mehrgeschossiger Wohnungsbauten in Holz.
„Das Bauen mit Holz ermöglicht innovative Lösungen mit einem nachhaltigen und umweltfreundlichen Baustoff“, so der Sächsische Staatsminister für Regionalentwicklung Thomas Schmidt. „Wir haben diesen Baustoff deshalb seit der Gründung des Ministeriums fest im Blick. Mit der Novelle der Sächsischen Bauordnung werden wir Erleichterungen für das Bauen mit Holz schaffen. Der Aufbau eines Holzbaukompetenzzentrums unter dem Dach unserer Zukunftsinitiative simul⁺ ist ebenfalls auf mehr Einsatz von Holz gerichtet. Der Ansatz, dass Wissenschaft und Praxis Hand in Hand gehen, ist das Prinzip von simul⁺. Darum unterstützen wir auch die EASTWOOD in Leipzig.“

„Wir als HTWK Leipzig orientieren uns an der so genannten FONA-Strategie („Forschung für Nachhaltigkeit“), die die Hightech- und Digitalisierungsstrategie der Bundesregierung mit nationalen Nachhaltigkeitszielen und -strategien sowie europäischen Ansätzen verbindet. Der Wandel zu mehr Nachhaltigkeit ist die Chance, die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands langfristig zu erhalten. Innovationen sind dafür von entscheidender Bedeutung – im Leitbild der FONA sind dabei u.a. Nachhaltigkeit und themenübergreifend Digitalisierung verankert. Für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der HTWK bedeutet dies eine intensive interdisziplinäre Auseinandersetzung mit Bauverfahren und Baumaterialien unter dem Gesichtspunkten Ressourcenknappheit, Energiebilanz und Digitalisierung - was passt da besser als die Tagung EASTWOOD?“, ergänzt Prof. Ralf Thiele, Prorektor für Forschung der HTWK Leipzig.

„Seine Klimabilanz als CO2-Speicher, sein Charakter als nachwachsende Ressource und nicht zuletzt seine ästhetischen Qualitäten machen den Rohstoff Holz auch aus städtebaulicher Perspektive immer interessanter.
Deshalb freue ich mich, dass das Thema mit der Eastwood in Leipzig einen echten Schub bekommt“, freut sich Thomas Dienberg, Bürgermeister und Beigeordneter für Stadtentwicklung und Bau Leipzigs.

Hintergrund

„EASTWOOD“ ist eine Veranstaltung der Forschungsgruppe FLEX an der HTWK Leipzig und der Rudolf Müller Mediengruppe. Im Fokus steht der Aufbau eines initial ostdeutschen Netzwerkes als Erfordernis für die beschleunigte Entwicklung des Bauens mit Holz im Kontext eines digitaler werdenden Marktes. Dahinter steht die Überzeugung, dass die richtige Konzeption Voraussetzung für ressourceneffizientes, klimaneutrales Bauen ist.

Die Forschungsgruppe FLEX (Forschung. Lehre. Experiment) arbeitet disziplin-, werkstoff- und technologieübergreifend an innovativen Lösungen an der Schnittstelle von Architektur, Bau- und Informationstechnik. Stark praxisorientiert, stehen dabei digital basierte Strategien für ressourceneffiziente Konstruktionen sowie die zugehörigen Planungs- und Fertigungsprozesse im Fokus des Interesses von Architektur- und Baufachleuten sowie Wirtschaftsingenieuren und -ingenieurinnen. FLEX ist Mitglied im Co-Creation Lab „Additive Fertigung“ des Transfer­verbunds Saxony⁵ der fünf sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. 

Die Rudolf Müller Mediengruppe ist führend auf dem Gebiet von Fachinformationen in den Bereichen Planen, Bauen, Immobilien und Handelsmarketing.

Ort: „Eastwood“ ist ein digitales Live-Event: Die Referenten sind vor Ort, zu sehen ist es ausschließlich im Live-Stream.

Zeit: 07./08. 10. 2021 jeweils ab 13 Uhr

Für die Teilnahme an „Eastwood“ können Architektinnen und Architekten Fortbildungspunkte erhalten.

Programm, Ticketpreise und Link zur Anmeldung: https://www.eastwood-leipzig.de/

Weiterführende Informationen: Webpräsenz der HTWK-Forschungsgruppe FLEX         

Bestmögliche Unterstützung für Promovierende

„Die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses ist ein zentrales Anliegen der Wissenschaftspolitik im Freistaat Sachsen“, betont Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow. „Gute Arbeitsbedingungen, ein attraktives Umfeld und breite Möglichkeiten, sich auf seinem Gebiet zu entfalten, sind wichtige Voraussetzungen, um engagierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu gewinnen. Das Graduiertenzentrum der HTWK ist hier hervorragend aufgestellt und deshalb sehr erfolgreich. Ich möchte alle Beteiligten deshalb ermutigen, diesen Weg weiter zu gehen“, so Gemkow weiter.

„Unsere Nachwuchsforschenden sind ein wichtiger Teil der HTWK Leipzig. Motiviert und engagiert erproben sie neue Werkstoffe, entwickeln Prototypen, simulieren Arbeitsprozesse, studieren den demografischen Wandel oder erforschen die zunehmende Digitalisierung unseres Alltags. Durch ihre praxisnahe Problemlösungskompetenz sind sie ein wichtiger Treiber der gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Entwicklung in der Region und darüber hinaus. Deshalb hat die bestmögliche Unterstützung unserer Promovierenden für uns einen hohen Stellenwert“, so Prof. Ralf Thiele, Prorektor für Forschung und wissenschaftlicher Leiter des Graduiertenzentrums.

Landesweites Promotionskolleg in Planung

Die sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) haben kein eigenes Promotionsrecht, weshalb es der Kooperation mit einer Universität im In- oder Ausland bedarf. Da Forschungsfragen mit hohem Praxisbezug originär an HAW bearbeitet werden, ist es für die hier forschenden jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler oft schwer, eine fachlich passende Betreuung an einer Universität zu finden. Um dieser Problematik zu begegnen, sieht der sächsische Koalitionsvertrag die Einrichtung eines landesweiten Promotionskollegs vor, das den Hochschulen für Angewandte Wissenschaften einen eigenständigen Weg zur Promotion ermöglichen soll.

„Sachsen folgt mit der Einrichtung eines solchen Kollegs dem bereits von vielen forschungsstarken Bundesländern eingeschlagenen Weg der Ausweitung des Promotionsrechts über die Universitäten hinaus. Die durch die sächsischen Koalitionspartner formulierte Absicht zur Einrichtung eines Promotionskollegs bietet die Möglichkeit, unter Einbindung der sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften der Abwanderung hochqualifizierter Fachkräfte aus dem Freistaat gezielt entgegenzuwirken und den Wirtschaftsstandort Sachsen zu stärken. Der Zugang zu einem eigenständigen Promotionsrecht für HAW über ein Promotionskolleg ist nicht nur ein klares politisches Bekenntnis zur anwendungsbezogenen und transferorientierten Forschung. Mit seinen forschungsstarken Hochschulen für Angewandte Wissenschaften kann sich Sachsen durch Verleihung des Promotionsrechts an das im Koalitionsvertrag vorgesehene Promotionskolleg wieder als führende Forschungsregion profilieren“, so HTWK-Rektor Prof. Mark Mietzner.

Hintergrund und kurze Videoportraits

Das Graduiertenzentrum ist an der HTWK Leipzig die erste Anlaufstelle für Promotionsinteressierte, Promovierende und Promovierte. Es informiert und begleitet beim Start in die Promotion, hilft bei der Suche nach einer geeigneten Förderung, bietet Workshops für die individuelle Qualifizierung an und berät zu Karrierewegen nach der Promotion. Mit einer eigenen Förderlinie für den wissenschaftlichen Nachwuchs unterstützt die HTWK Leipzig Promovierende und Postdocs finanziell und ideell. Unter den sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften betreut die HTWK Leipzig die meisten Promovierenden.

Einen Einblick in die vielfältigen Forschungsthemen der Promovierenden an der HTWK Leipzig bieten zwölf kurze Videoportraits auf der Website des Graduiertenzentrums.

Zu Beginn des Projekts erarbeitete das Team erstmals einen Überblick über alle Spielstätten in Deutschland. Dafür werteten die Forscherinnen die Theaterstatistik, das Bühnenjahrbuch und mehrere Dekaden von Fachzeitschriften aus. Dabei registrierten sie die große Anzahl an Spielstätten mit ihren verschiedenen Formen wie Schauspiel, Oper und Ballett und analysierten, wie sich die Theaterbauten im Laufe der Zeit verändert haben. So wurde der Großteil der Aufführungsorte nach dem Zweiten Weltkrieg saniert oder neu gebaut. Seit Ende der 1960er Jahre wurden jedoch kaum noch Theater errichtet. Einerseits waren die meisten Städte inzwischen mit Theatern ausgestattet, andererseits wurden Räume nun anders genutzt. Gerade kleinere und mittlere Städte errichteten Mehrzweckhallen, um dort auch Bildungs- und Sportveranstaltungen oder andere Feierlichkeiten durchführen zu können. „Die Kultur hatte sich in dieser Zeit gewandelt. Massenmedien wie Fernsehen und Kino gewannen an Bedeutung. Auch das zunehmende Interesse am Museumsbau seit den 1970er Jahren drängte Theater zurück“, erklärt Menting.

Schließlich entwickelte sich seit den 1960er Jahren auch die sogenannte freie Szene. Im Gegensatz zu den etablierten Theatern verfolgte sie unkonventionelle Konzepte, bezog das Publikum in die Aufführungen mit ein und eignete sich neue Räume wie leerstehende Fabrikhallen an. Diese sollten vor allem möglichst flexibel sein. Beispielsweise sollte der Bühnen- und Zuschauerbereich variabel aufgebaut werden können, damit sich die Atmosphäre im Aufführungssaal ändern und die Schauspielerinnen und Schauspieler mit den verschiedenen Anordnungen experimentieren können.

Wo und wie Kulturorte platziert werden, ist vor allem für die Stadtplanung eine zentrale Frage, argumentiert Menting, und verweist auf die identitätsstiftende Wirkung für Bürgerinnen und Bürger und die besondere Relevanz für den Tourismus. Die Forscherinnen untersuchten deshalb die Theaterlandschaft einiger Städte genauer. Dadurch konnten sie zeigen, wie viele Spielstätten es dort gibt, welche Theaterformen sich gebildet haben und was an den jeweiligen Orten außergewöhnlich ist.

Eine lange und traditionsreiche Theatergeschichte hat beispielsweise Frankfurt am Main vorzuweisen. Bereits 1782 wurde dort die erste Spielstätte errichtet. Mittlerweile gibt es über 20 Einrichtungen. Die Städtischen Bühnen Frankfurt bilden heute einen der größten Theaterbetriebe in ganz Deutschland. Seit einigen Jahren wird in der hessischen Metropole aber genau um dessen Erhalt gestritten. Anfang 2020 beschloss das Stadtparlament nun, das gemeinsame Gebäude von Theater und Oper im Stadtzentrum abzureißen, weil die Sanierung teurer wäre als ein Neubau. An dessen Stelle soll ein Hochhaus errichtet und so der Neubau – am Stadtrand von Frankfurt – finanziert werden. Dabei gilt das Doppelgebäude von 1963 als einer der wichtigsten Nachkriegsbauten der Stadt. „Es gibt viel Widerspruch, weil möglicherweise die Identität im Stadtzentrum verloren geht“, so Menting.Anhand ausgewählter Aufführungsorte aus ganz Deutschland erstellte das Forscherteam zudem Fallstudien. An diesen zeigten sie, wie sich die Theater und mit ihnen die Aufführungsräume und Spielformate veränderten, aber auch wie die Theater die urbane Identität prägen. Für die Fallstudien recherchierten die Forscherinnen in Archiven, besichtigten die Gebäude vom Keller bis zum Dach und führten Gespräche mit den Bauherrinnen und Bauherren, den Theaterleuten und den Architektinnen und Architekten. „Beim denkmalgeschützten Schauspielhaus in Düsseldorf, das zum 50. Jubiläum sorgfältig instand gesetzt wurde, konnten wir erleben, wie sich der Ort dem Publikum stärker öffnet: Ergänzend zu den regulären Spielzeiten am Abend hat es sich auch tagsüber zu einem Ort der Begegnung gewandelt“, so Menting. Äußerlich verändert hat sich hingegen das Staatstheater in Darmstadt. In den 1960er Jahren wurde es mit Parkplätzen bis vor das Foyer autogerecht gebaut, wie ein Drive-in-Theater. Mit der Umgestaltung ist anstelle des Parkplatzes ein urbaner Platz entstanden, der Passantinnen und Passanten zum Verweilen einlädt. Sowohl der Umbau als auch die nun bessere Anbindung des Theaters an den öffentlichen Nahverkehr wirken damit auch auf das Stadtbild.

Dieser Text erschien zuerst im Forschungsmagazin Einblicke 2020/21 der HTWK Leipzig. Hier können Sie das Magazin digital lesen oder kostenfrei abonnieren.

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Weitere Informationen finden Sie auf der Website:

earth-institute.de

EARTH zusammengefasst

• Thema: Klimawandel und nachhaltige Transformation
• Ziel: Das Mitteldeutsche Revier zu einer international ausstrahlenden Modell- und Laborregion für eine klima- und umweltgerechte Transformation gestalten.
• Komplexe Herausforderungen: Tiefgreifende Umbrüche in Industrie, Wirtschaft und Gesellschaft; zunehmende gesellschaftliche Spaltung
• Wissenschaftliche Einrichtungen: HTWK Leipzig, Universität Leipzig, Hochschule Anhalt, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Deutsches Biomasseforschungszentrum, European Center for Power Electronics, Naturkundemuseum Leipzig, u.a.
• Beteiligte Wirtschaftspartnerinnen und -partner: Unternehmerverband Sachsen, Mitteldeutsche Braunkohlegesellschaft mbH (MIBRAG), Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH (LMBV), Lausitz Energie Kraftwerke AG (LEAG), MOVE ON Energy GmbH, Siemens AG, OPAL-RT Germany GmbH, m3 management consulting GmbH (msg Gruppe), u.a.
• Konzeptionsgremium: Prof. Dr. Annett Baasch, Prof. Dr. Christian Breyer, Prof. Dr. Thomas Bruckner, Prof. Dr. Faouzi Derbel, Dr. Sebastian Gölz, Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Prof. Dr. Anita Kirmer, Prof. Dr. Thomas Komma, Prof. Dr. Markus Krabbes, Dr. Ronny Maik Leder, Prof. Dr. Thomas Lenk, Dr. Volker Lenz, Prof. Dr. Astrid Lorenz, Prof. Dr. Michael Nelles, Prof. Dr. Andreas Pretschner, Dr. Sönke Rogalla, Prof. Dr. Jens Schneider, Prof. Dr. Sabine Tischew

Autor: Bela Truschenski

Prof. Dr.-Ing. Ralf Thiele, Prorektor Forschung an der HTWK Leipzig: „Wir als  HTWK Leipzig fühlen uns der FONA-Strategie, der Forschung für Nachhaltigkeit, verpflichtet. Dabei nimmt die Erforschung und Entwicklung von ressourcenschonenden und nachhaltigen Baustoffen und Hochleistungswerkstoffen zunehmend eine zentrale Rolle ein, um auf vielfältigen Wegen nach Lösungen für gesellschaftlich relevante Herausforderungen insbesondere in Bezug auf den Klima- und Umweltschutz zu forschen. Mit der Konzentration und Bündelung der Kompetenzen und dem Ausbau des Bereichs durch das neu geschaffene Kompetenzzentrum für Werkstoffforschung wollen wir künftig noch besser wissenschaftliche Fortschritte für Branchen wie die Bauindustrie, den Maschinenbau oder die Energietechnik erzielen.“

Ziel: Werkstoffforschung als Forschungsschwerpunkt etablieren

Die Mitglieder des neugeschaffenen Kompetenzzentrums für Werkstoffforschung wollen in der Zukunft gemeinsam interdisziplinäre Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Materialforschung anstoßen, die Beschaffung neuer Großgeräte organisieren und so in den nächsten Jahren die Werkstoffforschung als einen zukünftigen Schwerpunkt an der HTWK Leipzig etablieren. Dabei ist eine Zusammenarbeit mit dem Analytischen Zentrum des Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Zentrums (MNZ) der Hochschule genauso vorgesehen wie mit interessierten Forscherinnen und Forschern aller Fakultäten.

Am Kompetenzzentrum für Werkstoffforschung sind fachlich beteiligt die vier Initiatoren:

Gemeinsam untersuchten die Wissenschaftler den sogenannten Drift, also die Farbveränderung der verschiedenen LEDs in Abhängigkeit ihrer Temperatur, und erstellten darauf aufbauend ein mathematisches Modell. Doktorand Julian Hofbauer erzählt: „Dieses Modell habe ich anschließend in eine Simulationsumgebung integriert. Damit konnte ich einen Regelungsalgorithmus entwickeln, der die verschiedenen LEDs automatisch zuschaltet oder dimmt, um trotz Temperaturschwankungen stets möglichst nahe an das Lichtspektrum der Sonne heranzukommen.“ Die entstandene Reglung steuert alle zwei Millisekunden die Helligkeit der 21 LEDs individuell nach. „Durch sogenannte Fuzzy-Algorithmen werden Unsicherheiten in der Bewertung der gemessenen Daten erkannt. Die Nachregelung wird damit besser und realitätsnaher“, ergänzt Rudolph.

Wavelabs arbeitet nun daran, die Ergebnisse des Forschungsprojekts in die Software seiner Sonnensimulatoren zu integrieren. „Außerdem planen wir gemeinsam mit der HTWK Leipzig bereits ein neues Forschungsprojekt. Darin wollen wir untersuchen, inwieweit aus auffälligen Messwerten in der Qualitätskontrolle auf Fehlerursachen in der Produktion rückgeschlossen werden kann“, so Brammer.

Zwischen dem in der Fabrik unter Laborbedingungen gemessenen Wirkungsgrad und der tatsächlich erzielten Strommenge auf einem Hausdach oder im Solarpark können sich erhebliche Abweichungen ergeben. Die Gründe hierfür sind vielfältig, erklärt Stephan Schönfelder, Professor für Simulation energetischer und technischer Systeme an der HTWK Leipzig: „Zuallererst scheint die Sonne eben nicht immer so kräftig wie an einem klaren Sommertag. Außerdem können Staub und grobe Verschmutzungen die Leistung der Solarmodule beeinträchtigen. Aber es passiert eben auch, dass in der Verarbeitung von Solarzellen zu Solarmodulen oder durch Belastungen wie Wind und Schnee im späteren Lebenszyklus Lötstellen brechen oder andere technische Defekte entstehen.“ Laut einer Studie des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung von 2017 betrifft das rund sechs Prozent der in Deutschland installierten Anlagen. Um solche technischen Defekte zu erkennen, haben drei Wissenschaftler des Fraunhofer CSP sich 2018 mit dem Start-up Denkweit selbstständig gemacht. Sie entwickeln Messgeräte, die elektrische Ströme in Solarzellen und Batterien anhand ihres Magnetfelds erkennen und visualisieren. Die Idee dahinter: Jedes stromdurchflossene Bauteil, also auch ein Solarmodul, erzeugt ein eigenes Magnetfeld. Verändert sich der Stromfluss, ändert sich zugleich das Magnetfeld.

Die Forschungsexpertise der HTWK Leipzig im Bereich Photovoltaik ist mittlerweile auch über die Grenzen Mitteldeutschlands hinaus bekannt. So kooperiert Stephan Schönfelder in einem weiteren Projekt mit dem Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme und süddeutschen Sondermaschinenherstellern, die Produktionsequipment für Solarzellenfabriken auf der ganzen Welt anbieten. Und auch Mathias Rudolph forscht gemeinsam mit einem bayerischen Sondermaschinenhersteller, der auf den Bau von Solarparks in Wüstenregionen spezialisiert ist.

Fazit: In Deutschland werden zwar fast keine Solarzellen mehr hergestellt. Doch das Fachwissen, die jahrelange Erfahrung und die gute Vernetzung zwischen Wissenschaft und Praxis hierzulande sorgen nun für einen neuen Aufschwung von Unternehmen. Ihre wissensintensiven Technologien exportieren sie in die ganze Welt und lassen so die Solarindustrie wie Phönix aus der Asche neu auferstehen. Damit leisten sie einen Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels und zur Zukunftsfähigkeit der deutschen Wirtschaft.

Dieser Text erschien zuerst im Forschungsmagazin Einblicke 2020/21 der HTWK Leipzig. Hier können Sie das Magazin digital lesen oder kostenfrei abonnieren.

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In der Werkhalle müssen die Zimmerleute bisher zahlreiche Geometrie- und Materialangaben gedanklich aus der Zeichnung in die Konstruktion übertragen. Dabei ist es notwendig, diese mehrfach zu prüfen und beispielsweise Achsabstände zu messen, um jeden Balken exakt zu positionieren – ein zeit- und kostenintensiver Prozess. Die Defizite der bisherigen Informationskette am Übergang von digitaler Werkplanung zu handwerklicher Ausführung werden mit der neuen Methode eliminiert. Das Bauen selbst soll mithilfe der Technologie schneller und weniger fehleranfällig werden. Zeitintensive Prozesse mit hohem Wiederholungsfaktor sollen vereinfacht und komplexe Planungsinformationen kontextabhängig und papierlos angezeigt werden. Somit können kleine und mittlere Holzbauunternehmen ihre Produktionsabläufe optimieren, ohne sich mit umfangreichen Investitionen in automatisierte Fertigungstechnik einem erhöhten finanziellen Risiko auszusetzen.

Das Forschungsprojekt setzt die Digitalisierung der Montage beim Bauen mit Holzrahmen um – eine weiterentwickelte, moderne Form des Fachwerkbaus. Mit der Holzrahmenbauweise können kleine und mittlere Unternehmen Wandelemente in handwerklicher Produktion auch ohne große maschinelle Ausstattung herstellen. Die Arbeitsschritte wiederholen sich häufig und sind aufwändig. Einzeln auf Länge zugeschnittene Hölzer werden dabei individuell positioniert, durch Nägel oder Schrauben miteinander verbunden und anschließend mit Holzwerkstoff- oder Gipskartonplatten verschlossen.

Das Interesse am nachhaltigen Baustoff Holz steigt spürbar. Bauherren können mit Holz ressourceneffizient bauen und sparen dank des hohen Vorfertigungsgrads von Holzrahmen auf der Baustelle Zeit und Kosten. Vor dem Hintergrund eines steigenden Preisdrucks, dem schwachen Arbeitsmarkt im Handwerkssektor und dem stetig wachsenden Bedarf an Holzfertigteilen sind Unternehmen gezwungen, ihre Arbeitseffizienz zu steigern. Innovative Lösungen sind daher gefragt.

Die Forschungsgruppe FLEX (Forschung. Lehre. Experiment) arbeitet disziplin-, werkstoff- und technologieübergreifend an innovativen Lösungen an der Schnittstelle von Architektur, Bau- und Informationstechnik. Stark praxisorientiert, stehen dabei digital basierte Strategien für ressourceneffiziente Konstruktionen sowie die zugehörigen Planungs- und Fertigungsprozesse im Fokus des Interesses von Architektur- und Baufachleuten sowie Wirtschaftsingenieuren und -ingenieurinnen. FLEX ist Mitglied im Co-Creation Lab „Additive Fertigung“ des Transfer­verbunds Saxony⁵ der fünf sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. 

In insgesamt 34 Projekten wird die Herstellung, Speicherung, Verteilung und breite Anwendung von Wasserstoff in den Bereichen Energieversorgung, Chemie, Raffinerie und Mobilität erforscht. In Mittel- und Ostdeutschland entstand so in den letzten Jahren eine Modellregion für eine grüne Wasserstoffwirtschaft, die im Rahmen der Initiative „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ vom Bundesforschungsministerium mit insgesamt über 45 Millionen Euro gefördert wird. Im „H2-Netz“-Projekt testet die Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas (Mitnetz Gas) gemeinsam mit den Partnern, der HTWK Leipzig, dem Forschungsunternehmen DBI Gas-und Umwelttechnik, dem Kunststoffhersteller Rehau und dem Tüv Süd, wie Wasserstoff unter realen Bedingungen verteilt werden kann und ob dazu bereits bestehende Systeme genutzt werden können. „Dafür untersuchen wir, wie die Verteilung ökonomisch und ökologisch nachhaltig gelingt und welche Materialien für die Infrastruktur geeignet sind“, erklärt Robert Huhn, der an der HTWK Leipzig das Projekt H2-Netz leitet. Das Versuchsgelände ist deshalb als eigenes, kleines Verteilnetz von der Gaspipeline bis zu Endverbraucherinnen und Endverbrauchern aufgebaut.

Zwischen Gasdruckregelanlage und Info-Pavillon fließt der Wasserstoff durch ein 1,4 Kilometer langes System aus Rohren. Diese bestehen aus verschiedenen Materialien, vorwiegend aus Kunststoff, aber auch aus Stahl. In der Industrie wird Wasserstoff bislang ausschließlich in Stahlrohren transportiert; Erdgas wird hingegen schon über Kunststoffleitungen verteilt. Doch Stahl wird spröde, weil sich bei der sogenannten Wasserstoffversprödung kleine H2-Atome im Metallgitter der Stahllegierung einlagern, wodurch diese aufbrechen, undicht werden und reißen können. Bei Kunststoffrohren passiert das nicht. Mit den bekannten Kunststoffartikeln aus dem Haushalt sind sie nicht vergleichbar, denn die bestehen aus anderen Kunststoffen und werden beispielsweise durch UV-Strahlung spröde.

„Die im Forschungsprojekt verwendeten Kunststoffrohre sind zudem in ihrer Herstellung CO2-ärmer als Stahl. Auch können sie mit modernen, grabenlosen Verfahren deutlich schneller und umweltfreundlicher verlegt werden“, erklärt Robin Pischko, Projektmitarbeiter an der HTWK Leipzig.

Sollte sich zeigen, dass Wasserstoff mit denselben Materialien wie für Erdgasleitungen transportiert werden kann, könnten Energieunternehmen auf die bestehende Gasinfrastruktur aufbauen. Das würde die Umstellung auf Wasserstoff deutlich attraktiver machen.

Doch aufgrund der besonderen Eigenschaften des Wasserstoffs müssen die Forschenden prüfen, ob die Bauteile auch für den Einsatz von reinem Wasserstoff geeignet sind. Zur Erklärung führt Christopher Knorr vom DBI die Besuchsgruppe zur Rohrbrücke. Der Ingenieur arbeitete bis 2019 an der HTWK Leipzig und hat das prototypische Verteilnetz für Wasserstoff von Anfang an mitentwickelt. Seit Januar 2020 ist er Projektkoordinator des H2-Netz-Projekts beim DBI. Er erklärt: „Kunststoffrohre sind auf einer Rohrbrücke so noch gar nicht erlaubt, weil es bislang keine Zulassungen gibt.“ Kunststoff dehnt sich ähnlich wie Metall bei Wärme aus. Deshalb liegen die Leitungen auf Schienen, auf denen sie sich verschieben können. Da mit steigender Oberflächentemperatur der Rohre auch die Festigkeit des Materials nachlässt, muss wiederum der Druck angepasst werden. Im Sommer strömt der Wasserstoff deshalb mit 11 Bar und im Winter mit 13 Bar durch die Leitungen. Eine PE-Schaumstoff-Schicht schützt die Rohre vor der Sonneneinstrahlung.

Die Besucherinnen und Besucher sind damit an jenem Tag am Ende ihres Rundgangs angekommen. Obwohl oberflächlich kaum etwas zu sehen war, dauerte die Besichtigung des Wasserstoffdorfs fast zwei Stunden, denn unter der Erde schlummert enormes Potenzial. Laut aktuellen Zwischenergebnissen kann Wasserstoff effizient und sicher verteilt und die bestehende Gasnetzinfrastruktur zum großen Teil genutzt werden. Grüne Gase wie Wasserstoff werden deshalb beim Ausstieg aus der Kernenergie und der Kohle zu einem bedeutenden Energieträger im Energiesystem der Zukunft. „Deshalb ist es wichtig, durch angewandte Forschung und Reallabore die Technologien zur Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Anwendung von Wasserstoff weiterzuentwickeln und damit marktreif zu machen. Das hilft bei der flächendeckenden Einführung der Wasserstofftechnologien und damit auch beim schrittweisen Ausstieg aus den fossilen Energiequellen“, erklärt HTWK-Professor Robert Huhn abschließend. Durch die aktuelle Wasserstoffstrategie der Bundesregierung komme hierbei endlich mehr Schwung in den Transformationsprozess.

Dieser Text erschien zuerst im Forschungsmagazin Einblicke 2020/21 der HTWK Leipzig. Hier können Sie das Magazin digital lesen oder kostenfrei abonnieren.

Am 14. Juli 2021 öffnet das Wasserstoffdorf wieder seine Pforten für Besucherinnen und Besucher. Bitte melden Sie sich bei Interesse auf dieser Website an. Informationen dazu finden Sie ebenfalls bei Hypos.

Im eigenen Zuhause können intelligente Stromzähler, sogenannte Smart Meter, diese Daten messen. Sobald sie flächendeckend eingesetzt werden, wissen Energiefirmen, wie die Erzeugung und der Verbrauch in jedem Teilabschnitt eines Stromnetzes aussehen. Daraufhin können sie den Strom passender zum tatsächlichen Verbrauch erzeugen oder Maßnahmen zur Netzstabilisierung planen, um gefährliche Frequenzschwankungen zu vermeiden. Die Umrüstung auf Smart Meter hat 2020 begonnen, zunächst für Kundinnen und Kunden mit einem Energieverbrauch ab 6.000 Kilowattstunden pro Jahr und für jene, die eigene Solaranlagen betreiben. „Die Kommunikationsinfrastruktur und die Menge der anfallenden Daten bereiten derzeit die größten Probleme. Aktuell erhalten wir alle 15 Minuten Daten zum Verbrauch von den Endkundinnen und Endkunden, wodurch bereits jetzt riesige Datenmengen entstehen. Daten sollen aber künftig in Echtzeit geliefert werden“, sagt Derbel. Zusammen mit seinem Team erforscht er deshalb, wie die Daten aufs Wesentliche reduziert werden können, um dann per Funk an die Netzbetreiber weitergeleitet zu werden.

Bis auch der kleinste Haushalt mit elektrischen Messeinrichtungen ausgestattet ist, dauert es laut Bundeswirtschaftsministerium noch elf Jahre. Bis dahin arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gemeinsam mit den Energieunternehmen daran, möglichst viele Informationen aus den bereits verfügbaren Daten herauszuholen und das Netz Schritt für Schritt und auf allen Netzebenen zu einem „Smart Grid“, einem intelligenten Netz, umzubauen. Denn noch Jahrzehnte auf die Energiewende warten, dazu lässt uns das Tempo des Klimawandels keine Zeit.

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Schmelzende Gletscher, steigende Meeresspiegel, neue Hitzerekorde – unser Klima verändert sich spürbar. Deshalb einigte sich die internationale Staatengemeinschaft bei der UN-Klimakonferenz 2015 in Paris auf gemeinsame Ziele, um den durch Menschen verursachten Temperaturanstieg einzudämmen. Die globale Erwärmung soll auf deutlich unter zwei Grad Celsius gegenüber vorindustriellen Werten sinken.

Um das zu erreichen, vereinbarten sie ein dynamisches Anreizsystem, das sogenannte „Ratcheting“. Die Vertragsstaaten sollen dabei ihre Beiträge zum Klimaschutz in regelmäßigen Abständen transparent darlegen und im Laufe der Zeit erhöhen.

Dass dieses dynamische Prinzip funktioniert, bezweifeln Wirtschaftswissenschaftler der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) und des Leibniz-Zentrums für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW). Ein Laborexperiment zeigt, dass dieses Anreizsystem sogar kontraproduktiv sein kann.

Das Discussion Paper „The Ratchet Effect in Social Dilemmas“ von Prof. Dr. Bodo Sturm (HTWK Leipzig) und Dr. Carlo Gallier (ZEW) fasst den Stand der Forschung zusammen und wird im April 2021 im Journal of Economic Behavior and Organization veröffentlicht.

In diesem Paper untersuchen die Wirtschaftswissenschaftler, welche Effekte ein dynamisches Anreizsystem wie das Ratcheting im Pariser Klimaabkommen auf das Beitragsniveau in einem Öffentliches-Gut-Spiel hat. Klimaschutz ist ein globales öffentliches Gut, bei dem es individuell rational ist, weniger als den global optimalen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Gallier und Sturm testeten, ob Probanden zu Beginn eines Öffentliches-Gut-Spiels ihre Beitragsniveaus einschränken, um künftig hohe Verpflichtungen zu vermeiden. Die Anreizsysteme schreiben vor, dass die einzelnen Beiträge mindestens so hoch oder höher sein müssen als vorherige Beiträge.

Die dynamischen Anreizsysteme führen zwar im Laufe des Spiels zu steigenden Beitragsniveaus, jedoch ist dieser Anstieg nicht stark genug, um die Effizienzverluste zu Beginn auszugleichen. „Der Grund für dieses Verhalten ist anscheinend, dass kooperative Akteure der Ausnutzung ihrer eigenen hohen Bereitschaft, etwas für das Klima zu tun, durch ‚Trittbrettfahrer‘ vorbeugen wollen“, erklärt Prof. Dr. Bodo Sturm von der HTWK Leipzig und Forschungsprofessor am ZEW. Ratcheting wirkt somit also sogar kontraproduktiv.

Für die internationale Klimapolitik resultiert aus diesen Ergebnissen: Es ist große Skepsis angebracht, dass Ratcheting eine positive Wirkung auf die tatsächlichen Beiträge zur Emissionsreduktion hat. Es gibt weder theoretische noch empirische Hinweise darauf, dass Ratcheting das Kooperationsproblem abschwächt oder gar löst. Statt wie im Pariser Abkommen darauf zu vertrauen, dass die Klimaschutzbeiträge mit Ratcheting quasi „automatisch“ steigen, sollte die Klimapolitik nach Ansicht der Wissenschaftler daher stärker als bisher die Freifahreranreize offensiv angehen. Erfolgversprechend sind insbesondere bedingt kooperative Maßnahmen, die auf Gegenseitigkeit abzielen. Hierzu zählt zum Beispiel eine höhere Bepreisung von CO₂ unter der Bedingung, dass auch andere Staaten eine solche Maßnahme durchsetzen. Staaten, die CO₂ nicht bepreisen, also sich nicht kooperativ verhalten, müssten dann von kooperativen Staaten sanktioniert werden, zum Beispiel durch CO₂-Zölle auf die Importe oder durch eine pauschale Besteuerung von Importen. Dies ist auch der Vorschlag von William Nordhaus, Ökonomie-Nobelpreisträger von 2018.

Ökonomische Laborexperimente sind eine sehr sinnvolle Methode, um die tatsächlichen Effekte bestimmter politischer Maßnahmen beurteilen zu können. Um zum Beispiel die Wirkung von Ratcheting in der Klimapolitik abschätzen zu können, müsste man eigentlich zwei Welten vergleichen: eine, in der die Staaten ihre Beiträge zum Klimaschutz mit Ratcheting leisten sowie eine andere Welt, in der sie diese Beiträge ohne Ratcheting erbringen. In der Realität gibt es aber nur die eine Welt mit Ratcheting. Erst mit einem ökonomischen Laborexperiment lassen sich beide Welten vereinfacht konstruieren und vergleichen.

Die Studie ist Teil des Drittmittelprojekts „Incentives, Fairness and Compliance in International Environmental Agreements (InFairCom)“. Darin untersuchen Wissenschaftler verschiedener Fachrichtungen, wie das Pariser Klimaabkommen erfolgreich umgesetzt werden kann. Das Abkommen enthält nur wenig konkrete Verpflichtungen und ist von der näheren Ausgestaltung durch weitere multilaterale Beschlüsse und der Umsetzung in den Mitgliedsstaaten abhängig. Das InFairCom-Projekt untersucht diese Verpflichtungen sowie Institutionen und Instrumente zur Umsetzung des Pariser Abkommens auf ihre Wirksamkeit für den Klimaschutz. Ziel des Projekts ist eine Analyse dessen, was Staaten und Private zu Beiträgen und Kooperation motiviert und wie entstehende Kosten fair aufgeteilt werden können.

Das Video ansehen bei YouTube.

In der Videoreihe „Dr. Who? – Promovieren an der HTWK Leipzig“ stellen sich Doktorandinnen und Doktoranden der HTWK Leipzig vor.

Nachwachsende und wiederverwendete Rohstoffe

„Wir fokussieren in ‚iClimaBuilt‘ unter anderem die Entwicklung von Carbonfasern aus nachwachsenden Rohstoffen für neuartige Bewehrungssysteme, die Integration von ultraleichtem Porenbeton mit niedriger Wärmeleitfähigkeit in Carbonbetonstrukturen oder die Verwendung so genannter Aerogele als Dämmstoff in Fassadenelementen. Teilweise werden auch Rohstoffe aus Industrieabfällen in unseren Fassadenelementen wiederverwendet. Das Team der HTWK Leipzig ist stolz, Teil eines solch innovativen Projektes zu sein. Wir sind überzeugt, dass unsere Entwicklungen in _‚iClimaBuilt‘ zu Leichtbaulösungen im Bausektor substanziell zum erst kürzlich proklamierten ‚Green Deal‘ der EU-Kommission beitragen werden: Europa zum ersten klimaneutralen Kontinent zu machen“, sagt Prof. Robert Böhm, der das Projekt an der HTWK Leipzig leitet

Da der Energieverbrauch von Gebäuden zudem stark vom Klima und den lokalen Wetterbedingungen abhängt, sollen die in iClimaBuilt entwickelten nachhaltigen Lösungen für Gebäudehüllen auch Langzeittests unter realen Bedingungen in fünf sogenannten „Klimastandorten“ – verteilt in ganz Europa – unterzogen werden. Die für die Klimazone Mittel- und Osteuropa geplanten Tests werden zum einen im „valid lab“ der HTWK Leipzig und zum anderen im C³-Ergebnishaus CUBE an der TU Dresden durchgeführt, das 2022 fertiggestellt werden soll. Das iClimaBuilt-Vorhaben zielt durch seinen interdisziplinären Ansatz letztlich darauf ab, Zero Emission Buildings (ZEBs) zu entwickeln, also Gebäude, die keine oder nur minimale Emissionen verursachen. iClimaBuilt fungiert dabei als „Brücke“ zwischen der so genannten vorgelagerten Industrie – Rohstofflieferanten, System- und Komponentenlieferanten, Dienstleistungsanbieter – und der nachgelagerten Industrie, also den Endnutzern – im Sinne einer klimaorientierten Kreislaufwirtschaft. „Durch seinen Open-Access-Ansatz ist iClimaBuilt dabei zudem als Unterstützung für kleine High-Tech-Firmen gedacht, um deren neue technologische Lösungen zu testen, zu bewerten und zu verbessern“, sagt Alexander Kahnt, technischer Leiter des Projektes an der HTWK Leipzig.

In einem ersten Schritt werden nun an der HTWK Leipzig Prototypen für verschiedene Fassadenelemente in Carbonbeton-Bauweise entwickelt. Dabei arbeitet die Hochschule unter anderem mit Forscherinnen und Forschern des RISE Research Institute (Schweden), der Firma FENX (Schweiz), der TU Dresden und der TU Hamburg zusammen. Die ersten Prototypen sollen noch in diesem Jahr fertiggestellt werden.

Hintergrund

Gemäß der Neufassung der EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) aus dem Jahr 2013 sollen seit 2020 alle Neubauten in der EU sogenannte „nearly Zero Emission Buildings (nZEB)“ sein, also einen sehr niedrigen Energiebedarf aufweisen, der vorzugsweise durch erneuerbare Energiequellen gedeckt wird.Weitere internationale Projektpartner: NTU Athen (Griechenland), NTNU Trondheim (Norwegen), Fraunhofer ISE (Deutschland), Politecnico di Torino (Italien), INEGI (Portugal), University of Birmingham (UK), University of Strathclyde (UK), Instituto Tecnologico de Aragon (Spanien) sowie zahlreiche Unternehmen.

Weiterführende Informationen

iClimaBuilt: https://cordis.europa.eu/project/id/952886/de

HTWK Leipzig valid lab: https://nachhaltigesbauen.htwk-leipzig.de/labore-leistungen/validlab/

Eine Arbeitsgruppe der Fakultät Ingenieurwissenschaften der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) hat deshalb ein genaues Modell zur Viruskonzentration durch Luftströmungen im Raum entwickelt. Es simuliert die durch Atmung bedingte Virusbelastung in geschlossenen Räumen mit Hilfe strömungsmechanischer Modelle – und zwar für jede einzelne Person im Raum. Die Gruppe um Stephan Schönfelder, Professor für die Simulation energetischer und technischer Systeme, hat verschiedene Szenarien am Beispiel eines Seminarraums der Hochschule simuliert: jeweils mit bzw. ohne Belüftung durch Fenster sowie mit und ohne sprechende Lehrperson mit der Annahme, dass diese infiziert ist. „Wir wollen mit neuen Berechnungsansätzen zur luftströmungsbasierten Viruskonzentration das Infektionsrisiko jeder Einzelperson in Innenräumen besser verstehen und so einen Beitrag zur Bekämpfung der Pandemie leisten. Unsere langjährige Erfahrung in Strömungs-simulationen zur Raumluftqualität in Innenräumen war die Basis, um die Modelle auf die Berechnung von Viruskonzentrationen anzupassen“, sagt Schönfelder.

Berechnungsgrundlagen können variiert werden

Den ersten Modellen für einen Seminarraum liegen folgende Annahmen zugrunde, die variiert werden können: Die Lehrperson ist Infektionsquelle und steht vorn, der Abstand zur ersten Bank beträgt 1,5 Meter, der Raum ist 80 Quadratmeter groß bei drei Metern Deckenhöhe, und die Personenanzahl ist festgelegt – 16 Personen ohne Mund-Nasen-Schutz befinden sich in dem Raum, jeweils mindestens im Abstand der geforderten 1,5 Meter. Die Annahme über die Partikelanzahl der Aerosole (basierend auf aktueller Literatur):  Weniger als 500 Partikel bergen ein niedriges Ansteckungsrisiko, ab mehr als 500 Partikeln ist das Ansteckungsrisiko hoch, das bedeutet, eine Infektion ist wahrscheinlich. Anhand dieser Faktoren können konkrete Viruskonzentrationen über eine bestimmte Zeit berechnet werden. In der Simulation wurden 90 Minuten Aufenthalt zugrunde gelegt – die Dauer eines Seminars. In der Anwendung bedeutet das: Wenn bekannt ist, welche Viruskonzentration kritisch ist, können maximale Kontakt- bzw. Aufenthaltszeiten in Innenräumen verschiedener Art genau bestimmt werden.

Die Ergebnisse der HTWK-Simulation für den geschilderten und auf dieser Basis berechneten Fall: Wenn der Raum gelüftet wird und eine infizierte Lehrperson darin spricht, kann rund 40 Minuten unterrichtet werden, bevor erstmals eine hohe Ansteckungsgefahr für jemanden besteht.  Bei Belüftung, aber ohne Sprechen –  z.B. in einer schriftlichen Prüfung – besteht erst nach ca. 75 Minuten ein hohes Risiko. OhneBelüftung und mit Sprechen tritt das hohe Risiko für die erste Person bereits nach rund 30 Minuten ein, und ohne Lüftung und ohne Sprechen nach 50 Minuten. Betrachtet man aber alle Personen im Raum, zeigt sich ohne Lüftung nach einer Stunde ein hohes Infektionsrisiko für alle, während mit Lüftung nach der gleichen Zeit nur sechs Personen betroffen sind (40 Prozent). In der Prüfungssituation (Annahme: niemand spricht) besteht nach 90 Minuten ohne Lüftung für zwölf von 15 Studierenden zumindest eine hohe Infektionsgefahr, mit Lüftung nur für drei von 15. Interessant ist auch, dass aufgrund der hier besonderen räumlichen Strömungsgegebenheiten ohne Lüftung sich nicht die Person ansteckt, die der Infektionsquelle am nächsten ist, sondern erst eine Person in der zweiten Reihe. Dies zeigt, dass es auch lokale Effekte in Innenräumen zu berücksichtigen gilt, wenn das Infektionsrisiko genau analysiert werden soll. Generell ist es jedoch erwartungsgemäß am besten, wenn man sich so weit wie möglich von der Infektionsquelle entfernt aufhält.

Weiterführende Informationen zum Projekt inkl. Animationen

„Risiken zu Infektionsgefahren werden derzeit in komplexen Modellen mit dennoch notwendigen Vereinfachungen abgeschätzt, dazu gibt es auch schon Rechner im Internet. Dies sind ohne Zweifel gute Verfahren für eine übergeordnete statistische Bewertung der Situation, können aber ganz lokale Effekte in Innenräumen nicht abbilden. Wir können aber genau das mit unseren Modellen. Das heißt, für jeden einzelnen Quadratmeter im Raum können wir das Infektionsrisiko konkret abschätzen und auch, wie es sich mit der Zeit entwickelt. Das ist deutlich aufwendiger, da ganz konkrete Fälle berücksichtigt werden, liefert aber ein ergänzendes Verständnis für strömungsbedingte Infektionswege durch Aerosole in Innenräumen. Unsere Modelle sind prinzipiell übertragbar auf alle Szenarien - Theaterbestuhlungen, Klassenzimmer und den ÖPNV zum Beispiel“, so Schönfelder.

Fazit: Die „AHACL-Regel“ bleibt weiter wichtig. Ziel aller Modellberechnungen ist es letztlich, Infektionsrisiken besser zu verstehen, um wieder sicher in Präsenz lehren und prüfen zu können, Kinos und Konzerte zu besuchen, kurz: zu einem „normalen“ Alltag zurückzufinden. Im besten Fall tragen solche Modelle, neben den bestehenden Modellen und Daten, zu einer Perspektive bei, mit dem Virus – oder anderen Viren – zu leben.

Etwa 15 Prozent aller Kinder in Deutschland sind übergewichtig. Diese Kinder haben häufiger mit Folgekrankheiten wie Diabetes oder Depressionen zu kämpfen. Neben der Bildung und dem Einkommen der Eltern spielen auch die sozialen und baulichen Verhältnisse in der Umwelt eine Rolle für die kindliche Entwicklung, wie Igel in ihrer Doktorarbeit herausfand. „Förderlich ist es zum Beispiel, wenn Wohngebiete sicher sind, ein guter Zusammenhalt unter den Bewohnerinnen und Bewohnern herrscht und es attraktive Grün- und Erholungsflächen gibt“, sagt Igel.

Für ihre Forschung wertete Ulrike Igel Daten zur Lebensmittelumwelt in den Leipziger Stadtteilen Neustadt-Neuschönfeld, Grünau-Nord und Schleußig sowie der Schuleingangsuntersuchung aller Leipziger Schulanfängerinnen und Schulanfänger aus. „Eine meiner Fallstudien zeigte, dass im Vergleich zum ‚privilegierten‘ Stadtteil Schleußig in sozial benachteiligteren Gebieten der Anteil von Läden, die ungesundes Essen anbieten, wie Fastfoodläden oder Kioske, doppelt so hoch war.“

Forschung von hoher gesundheitswissenschaftlicher Relevanz

Fast acht Jahre forschte Igel zum Zusammenhang von Wohnumgebungen und Gesundheit an der HTWK Leipzig und der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig. Ihr kooperatives Promotionsvorhaben wurde für drei Jahre mit einem Stipendium des Europäischen Sozialfonds gefördert. 2019 verteidigte sie ihre Doktorarbeit „Zur Bedeutung von sozialer Ungleichheit und Umweltfaktoren in der Entstehung und Prävention von Übergewicht und Adipositas im Kindesalter“ mit der Bestnote „summa cum laude“. Die Auszeichnung mit dem Dissertationspreis, der 2020 von der Leipziger Stadtbau AG gestiftet wurde, zeigt aber nicht allein, von welch hoher gesundheitswissenschaftlicher, sozialer und politischer Relevanz ihre Forschung ist. So wurde das Projekt „Grünau bewegt sich“, an dem Igel maßgeblich mitgewirkt hat, 2019 mit dem Präventionspreis der Deutschen Adipositas-Gesellschaft gewürdigt.

Ulrike Igels fast 20-jährige wissenschaftliche Karriere an der HTWK Leipzig nimmt aber nun ein Ende, denn im April 2021 wird sie eine Vertretungsprofessur für „Soziale Arbeit im Sozialraum“ an der Fachhochschule Erfurt antreten. „Damit kann ich gut an meine bisherige Arbeit anknüpfen. Ich freue mich sehr darauf. Ich bleibe aber weiter in Leipzig wohnen und vielleicht konzipiere ich später auch mit den Kolleginnen und Kollegen der HTWK Leipzig gemeinsame Projekte“, so Igel. 

Während der „Lebenszeit“ eines Gebäudes schlägt vor allem die Wärmeenergie zu Buche. Mehr als ein Viertel des gesamten Energieverbrauchs in Deutschland entfällt allein darauf. Durch effektive Dämmung sinkt der Heizbedarf deutlich. Die Besonderheit von Slentite und Slentex liegt in ihrer porösen Struktur. Umso kleiner die Poren, desto mehr werden die darin eingeschlossenen Luftmoleküle in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt. Dadurch wird die Wärmeübertragung stark reduziert. Durch die ausgesprochen gute Wärmedämmung benötigen die neuen Dämmstoffe nur halb so viel Raum wie herkömmliche Baustoffe.

Der 220 Quadratmeter große Cube in Dresden ist das Ergebnishaus des Forschungsprojekts C³. Das futuristische Labor- und Ausstellungsgebäude wird all die Vorzüge von Carbonbeton aufzeigen. Grundsteinlegung war im März 2020, bis zum Sommer 2022 soll das Gebäude fertiggestellt sein. Das gesamte Gebäude wird mit Messtechnik ausgestattet und nach der Inbetriebnahme von der Forschungsgruppe Nachhaltiges Bauen in einem Monitoring hinsichtlich bauphysikalischer Eigenschaften untersucht.

Die Vereinbarung zur Betreuung einer Promotion an der HTWK Leipzig wurde zum 1. Juni 2019 für beginnende Promotionsvorhaben nachdrücklich empfohlen. Den Leitlinien der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie den Vereinbarungen im Koalitionsvertrag der Sächsischen Landesregierung vom 1. Dezember 2019 folgend, wurde von den Gremien der HTWK Leipzig Folgendes beschlossen:

Ab dem 1. Januar 2021 ist für alle Promotionsverfahren an der HTWK Leipzig eine Betreuungsvereinbarung verbindlich abzuschließen.

Damit verfolgt die HTWK Leipzig das Ziel, die Qualität der Promotionen zu erhöhen und den Prozess für alle Beteiligten transparent sowie verbindlich zu gestalten.

Den verbindlichen Mustertext der HTWK-Betreuungsvereinbarung sowie die dazugehörige Leitlinie findet sich auf der Website des Graduiertenzentrums als Download.

Sobald die Vereinbarung von den Promovierenden und Betreuenden unterzeichnet wurde, ist diese umgehend dem Graduiertenzentrum der HTWK Leipzig eine Kopie inklusive aller Anlagen zu übermitteln.

Für alle laufenden Promotionsverfahren ist eine entsprechende Vereinbarung bis zum 15. März 2021 nachzureichen.

„Beim Diamantdrahtsägen wird ein großer Siliziumbrick, d.h., ein großes Stück sehr reines Silizium, aus dem später die Wafer herausgesägt werden, durch ein rotierendes Drahtfeld gedrückt. Wie es der Prozessname schon verrät, sind dabei die Drähte mit Diamanten besetzt. Diese schleifen über die Oberfläche und führen so zum Materialabtrag“, so Dr. Wallburg.

„Das Diamantdrahtsägen funktioniert mit Hilfe von ganz vielen Drähten nebeneinander, also wie beim Eierschneiderprinzip, nur, dass sich der Draht eben noch dazu bewegt.“

„Im Bild 2 ist eine typische Schädigung eines Wafers (Seitenansicht) dargestellt, wie sie beim Sägen mit Diamantdrähten auftritt. Eben diese gilt es in Zukunft durch optimale Herstellungsprozesse zu vermeiden“, erläutert Dr. Florian Wallburg.

Und was bringt die Zukunft?

Dr. Florian Wallburg möchte auch weiterhin in der Forschung, speziell der anwendungsorientierten Forschung arbeiten. Aktuell leitet er die interdisziplinäre Nachwuchsforschungsgruppe SmartKMU, die sich mit der Digitalisierung und den Anforderungen von Industrie 4.0-Anwendungen in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) beschäftigt.

SmartKMU geht der zentralen Frage nach, wie sich mit Hilfe smarter Simulationswerkzeuge die Digitalisierung entlang des Produktentstehungsprozesses effizient gestalten lässt, um die Wettbewerbsvorteile von digitalisierten Prozessketten schnell in das Tagesgeschäft von KMU mit ihren oft begrenzt verfügbaren digitalen Infrastrukturen integrieren zu können.

Auch Leipzig als Stadt der Kreativen betroffen

Bundesweit treffe die negative Lage vor allem Großstädte und Metropolregionen. Bayern und Baden-Württemberg  seien aber insgesamt stärker betroffen als Nord- und Ostdeutschland, so Wink. Besonders stark bemerkbar mache sich dies aber auch in Leipzig, denn in der Messestadt sind ebenfalls eine starke und vielfältige Kultur- und Kreativbranche sowie viele Solo-Selbstständige und kleine Unternehmen ansässig. „Leipzig hat auch ein vergleichsweise starkes Software- und sonstiges IT-Segment. Hier wird man sehen müssen, wie stark kurzfristig die Kunden aus anderen Branchen ihre Budgets zurückfahren“, so Wink weiter.

Bei einer Analyse zur Beschäftigung von „Kreativen“ außerhalb der Kultur- und Kreativbranche zeigte sich außerdem, dass jene in Sachsen im Bundesländervergleich leicht unterdurchschnittlich, aber stärker als andere Flächenbundesländer wie Niedersachsen oder Rheinland-Pfalz abschnitten. Wink dazu: „Leipzig kann im Vergleich mit anderen Großstädten sehr gut mithalten. Das heißt, Beschäftigte aus der Kreativwirtschaft können in Leipzig auch Jobs in Branchen außerhalb der Kreativbranche finden, auch wenn ich natürlich hoffe, dass sich die Kreativwirtschaft in Leipzig schnell wieder erholt.“

Doch was folgt daraus – was sollte laut Rüdiger Wink getan werden, damit die Kultur- und Kreativbranche die Krise übersteht? „Zum einen müssen aus meiner Sicht die kurzfristigen Rettungsprogramme besser auf die Besonderheiten der Unternehmen und Solo-Selbstständigen in der Kreativwirtschaft angepasst werden. Zum anderen müssen Förderprogramme auch verstärkt die nicht-technischen Innovationen aus der Kreativwirtschaft in den Fokus nehmen, die durch neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungsangebote auch anderen Branchen wichtige Impulse bieten.

Die Palette reicht hier von der Entwicklung neuer interaktiver Spiele zur Gesundheitsvorsorge über die Gestaltung von Personenleitsystemen wie auf Flughäfen oder innovativen Geschäftsmodellen wie Sharing-Plattformen von Airbnb bis hin zu erneuerbaren Energiegemeinschaften. Die Prognosen gehen außerdem noch zurück auf die Zeit des ersten Lockdowns im Frühjahr 2020 - noch ist nicht abzusehen, wie sich die Regelungen des sogenannten ‚Lockdown light‘ in diesen letzten Wochen des Jahres und allgemein die Belastungen durch zusätzliche Kosten für Hygienekonzepte und Einnahmeverluste auswirken“, resümiert Wink.

Corona verstärke und beschleunige vermutlich viele Trends in der Digitalisierung, hin zu Streaming und E-Commerce, die ohnehin bereits existieren. „Vielleicht schärft die Beschleunigung aber auch den Blick der Konsumenten und Konsumentinnen – und das sind wir ja alle - für das, was wir ohne gemeinsame Live-Erlebnisse in physischer Nähe zueinander verlieren – wie viel also dauerhaft strukturell verschwindet, können wir noch gar nicht absehen“, so Wink.

Hintergrund

Das Monitoring wird seit 2009 jährlich von der Bundesregierung veröffentlicht. Damit soll die aktuelle wirtschaftliche Entwicklung der Branche transparent gemacht werden. Die Daten der Studie stammen von öffentlich zugänglichen Quellen wie dem Statistischen Bundesamt sowie der Bundesagentur für Arbeit. Genaue Daten, wie stark die Auswirkungen der COVID-19-Pandemie 2020 tatsächlich ausfallen, werden naturgemäß erst 2021 vorliegen.

Zur Kurzfassung des Berichts

Kunsch erbringt in diesem Schuljahr unter Betreuung von Merker eine „Besondere Lernleistung“ (BeLL): Sie besteht in der mathematischen Untersuchung  von „Nichtlinearen Kompartimentmodellen aus der Epidemiologie“. Kompartiments sind Teilgruppen der Gesamtbevölkerung, wie z.B. die Infektiösen oder die für eine Ansteckung Empfänglichen. Eine Arbeit zu dem Teilaspekt der „Rate-induced tipping phenomena in compartment models of epidemics“, d.h. des Phänomens, dass eine schnelle zeitliche Änderung von Modellparametern zu einer drastischen Veränderung des Langzeitverhaltens führen kann, wurde Anfang Oktober zur Veröffentlichung in der Publikation „Analysis of Infectious Disease Problems (Covid-19) and Their Global Impact“ angenommen, mit dem Mathematiker und Mathematikerinnen aus aller Welt einen Beitrag zur Bekämpfung von COVID-19 leisten möchten.

Zeitpunkt und Schnelligkeit ergriffener Maßnahmen sind entscheidend

Jochen Merker und Benjamin Kunsch haben in ihrem Modell die Ausbreitung der COVID-19-Pandemie in einer so genannten gemischten Bevölkerungsgruppe simuliert. Grundannahme: Der R-Wert ist größer als 1  – das heißt, eine infizierte Person steckt durchschnittlich mehr als eine Person an. Liegt die Ansteckungsrate also über 1, breitet sich die Krankheit exponentiell aus, liegt sie darunter, geht die Anzahl der Neuinfektionen zurück – und die Krankheit würde nach einer gewissen Zeit von allein wieder verschwinden. (Zum Vergleich: Stand in Deutschland: gestern 1,04, Stand heute 0,98/Quelle: Bundesregierung).
Die bekanntesten Modelle vereinfachten dabei die Realität jedoch sehr stark, da sie von stets gleich bleibenden Übertragungsraten ausgehen, so Merker. Er und Kunsch hingegen nehmen an, dass sich die Prämissen, unter denen die Ansteckung geschieht, zeitabhängig ändern – je nachdem, welche Maßnahmen ergriffen werden. Ihr Ergebnis: Es ist nicht nur wichtig, welche Maßnahmen wann erfolgen, sondern vor allem auch, wie schnell sie umgesetzt werden.

„Das mag zunächst trivial erscheinen, ist aber in den bekanntesten mathematischen Modellen kaum zu beweisen, denn dort nistet sich bei R größer als 1 die Krankheit dauerhaft in der Bevölkerung ein. In unseren idealisierten Modellen ist es dagegen tatsächlich möglich, die Pandemie fast vollständig zurückzudrängen, auch wenn es noch  einen Reproduktionswert von mehr als 1 gibt.  Fazit: Durch schnelle Umsetzung von Maßnahmen können Krankheiten quasi ausgerottet werden, obwohl sie sich unter anderen Umständen dauerhaft in der Bevölkerung eingenistet hätten‘“, so Jochen Merker.

 „Gute mathematische Idee“ führte zur Veröffentlichung in internationaler Publikation

Zur Veröffentlichung in dem von internationalen Fachleuten verfassten Buch haben laut Merker drei Dinge maßgeblich beigetragen: „Die bestehenden Kontakte zu Praveen Agarwal als ein Herausgeber des Buches im Rahmen des DAAD- Projektes ‚Mathematics of nonlocal interaction‘ („Die Mathematik nichtlokaler Wechselwirkungen“) und des Memorandum of Understanding, das die HTWK Leipzig mit dem indischen Anand International College of Engineering im vergangenen Jahr abgeschlossen hat, das Engagement des mathematisch sehr begabten Schülers Benjamin Kunsch, der sich frühzeitig entschieden hat, bei mir eine besondere Lernleistung im Bereich der mathematischen Epidemiologie zu erstellen, und schließlich eine gute mathematische Idee.“

Benjamin Kunsch arbeitet jeden zweiten Dienstag gemeinsamen mit Merker weiter an dem Thema. Er wird es für seine „BeLL“ noch vertiefen: „Für mich ist es eine tolle Möglichkeit, dass ich meine BeLL an der HTWK Leipzig schreiben und Einblicke in das wissenschaftliche Arbeiten erhalten kann. Natürlich bin ich froh, dass ich mit diesem relevanten und mathematisch interessanten Thema gleich zu einem international veröffentlichten Buch beitragen konnte“, so der Gymnasiast.

Das bei Springer Nature Singapore Pte Ltd erscheinende Buch wird auch in die Liste der bedeutenden COVID-19 Ressourcen der Internatonal Mathematical Union (IMU) aufgenommen.

Literaturangabe - Zur Veröffentlichung angenommene Arbeit:
Jochen Merker, Benjamin Kunsch (2020): Rate-induced tipping phenomena in compartment models of epidemics, in „Analysis of Infectious Disease Problems (Covid-19) and Their Global Impact“ editiert von Praveen Agarwal, Juan J. Nieto, Michael Ruzhansky, Delfim F. M. Torres, veröffentlicht von Springer Nature Singapore Pte Ltd.

Weiterführende Informationen:

https://www.researchgate.net/project/Springer-Publisher-Book-on-Recent-Developments-in-the-Mathematical-Modelling-and-Analysis-of-Infectious-Disease-Problems-COVID-19

https://www.mathunion.org/corona

Was war das Schwierigste in dieser Zeit - für Studierende, Lehrende, Forschende?

BM: Das Schwierigste aus meiner Sicht war es, die Studierenden mitzunehmen und zu motivieren, das Sommersemester als vollwertiges Studiensemester zu nutzen. Das vergangene Semester wird zwar in fast allen Studiengängen nicht auf die Regelstudienzeit angerechnet, das Ziel war aber, möglichst alle Module und Prüfungen anzubieten und damit die Möglichkeit zu schaffen, in der geplanten Zeit das Studium absolvieren zu können – etwa, indem beispielsweise Bearbeitungszeiten für Abschlussarbeiten verlängert und Prüfungsformen geändert wurden.

RT: Alle haben mit viel Kreativität und Einsatz versucht, den Forschungsbetrieb so gut wie möglich aufrecht zu erhalten. Dabei kamen auf Projektebene häufig digitale Lösungen zum Einsatz oder wurden aus den Gruppen heraus geschaffen. Auch zahlreiche neue Anträge wurde kreiert und eingereicht. Nichtsdestotrotz haben sich die Antragsbedingungen signifikant verschlechtert – durch längere Bearbeitungszeiträume beim Projektträger bis zur Bewilligung, durch zeitliche Lücken in der Antragstellung für Förderprogramme sowie durch sehr große Zurückhaltung gegenüber Forschung bei der Industrie. Diejenigen, die an der Schnittstelle zwischen Lehre und Forschung arbeiten, sind diejenigen, die die Projekte leiten und sich zwangsläufig in ihrer Doppelfunktion verstärkt der Lehre widmen mussten. In der Forschung werden sich die Auswirkungen der Pandemie erst langfristig zeigen, das betrifft Fördermittel und Partnerschaften.
Es gibt im Bereich der Forschung so gut wie keine Unterstützung. Vollmundige Versprechungen der Projektträger zu einer kostenneutralen Projektverlängerung von drei Monaten sind hier wenig hilfreich und unzureichend. Da wir als praxisorientierte Hochschule ca. 80-90 Prozent unserer Forschungsleistungen durch unterschiedlichste Kooperationen mit der Industrie generieren, ergibt sich daraus ein hohes Risiko für die langjährig aufgebaute Forschungslandschaft der HTWK. Sie merken, ich sehe Einiges sehr kritisch.

Wie wird das Wintersemester aus heutiger Sicht aussehen bzw. mit welchen Erwartungen blicken Sie auf die nächsten Wochen und Monate?
BM: Wir werden auf den Erfahrungen des Sommersemesters aufbauen und die Studierenden soweit als möglich unterstützen, auch anhand der Ergebnisse der Studierenden­befragung. In Bezug auf die Lehre ist zu sagen: Es wird wieder Präsenzlehre geben, allerdings in kleinen Gruppen, um Abstände in den Räumen wahren und Hygieneregeln einhalten zu können. Vorrangig wird es sich aber um Mischformen von digitaler und Präsenzlehre handeln. Wie an anderen sächsischen Hochschulen wird die Priorität für den Präsenz­unterricht auf die Erstsemester gelegt, um diesen den Einstieg in das Studium zu erleichtern und ihnen auch in Corona-Zeiten ein „Hochschulleben vor Ort“ zu ermöglichen - auch, wenn es natürlich trotzdem ein sehr besonderer Start für sie sein wird. Besonders wichtig erscheint uns das Kennenlernen der neuen Studierenden, deshalb wollen wir auch nicht auf einige Einführungsveranstaltungen in Präsenz verzichten, wenngleich die Einführungsphase dieses Jahr kürzer als üblich stattfinden wird. Das Programm liegt wie üblich in der Hand der Fakultäten bzw. Studiendekaninnen und Studiendekane. Glücklicherweise haben sich unsere zukünftigen Studierenden von den Umständen nicht abschrecken lassen – wir konnten in diesem Jahr wieder gute Bewerbungszahlen verzeichnen.

RT: Mit Blick auf das nächste halbe Jahr muss aus Sicht der Forschung vor allem das Ziel sein, schnellstmöglich und so weit wie möglich zum Forschungsregelbetrieb zurückzukehren. Der Status quo muss personell und inhaltlich gesichert, Risiken müssen minimiert werden. Wenn wir heute nicht erfolgreich gemeinsam mit der Industrie Anträge stellen und bisherige Förderungen von Bund und Land nicht verstetigt werden, verlieren wir morgen Forschungspersonal. Deshalb müssen die Projektleitungen bestehende Industriekontakte verstärkt pflegen, sichern und neue aufbauen. Ich erwarte bzw. erhoffe mir aktivere Beteiligung an Ausschreibungen (mit aufgestockten Budgets), Zuwendung zu aktuellen und neuen Forschungsschwerpunkten, die von Bund und Land gesetzt werden, und dabei mehr und intensivere Zusammenarbeit in der gesamten HTWK. Vorhandene Potentiale müssen genutzt werden, um mehr und neue Kolleginnen und Kollegen mitzunehmen und einzubeziehen.

Gibt es etwas Positives, das wir aus der Krise mitnehmen können? Was haben wir gelernt, was wird bleiben?

BM: Die Digitalisierung an der Hochschule ist einen Riesenschritt vorangegangen, vor allem bei der Anwendung digitaler Lehr- und Lernformate und beim E-Learning, bei Austausch- und Kommunikationsformaten. Das gilt für alle Bereiche der Hochschule. Wir haben Hardware und Software angeschafft, die wir nachhaltig nutzen werden. Unser „Institut für digitales Lehren und Lernen“ (IDLL), das 2019 gegründet wurde und aus unserem E-Learning-Team und weiteren auf das Gebiet der digitalen Lehre spezialisierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern besteht, hat vor Beginn des Wintersemesters  eine spezielle, virtuelle Ausgabe von „Lunch&Listen“ durchgeführt. Mithilfe von Vorträgen, Workshops und Diskussionen wurden die Kompetenzen in digitaler Lehre weiter ausgebaut und es wird ein Forum zum Erfahrungsaustausch geboten. Das IDLL hat die gesamte Hochschule im Sommersemester stark unterstützt, wofür ich sehr dankbar bin.

RT: Ich bin stolz, wie rasch die Hochschule auf aktuelle Probleme reagieren und wie schnell sie Herausforderungen bewältigen kann. Ein sehr gutes Beispiel ist „Beat2020“ - ein praxisgerechtes Funktionsmuster eines Notfall-Beatmungssystems, das ein interdisziplinäres Team um Prof.  Fritz-Peter Schulze gemeinsam mit der Stadt Leipzig und der Uni Leipzig binnen kürzester Zeit entwickelt hat. Doch es braucht immer auch gewisse Freiräume, um auf schwankende Anforderungen und Ereignisse reagieren zu können. Wir brauchen kreative, flexible, motivierte Mitarbeitende in Forschung und Entwicklung, die Lösungen finden.

(Die Fragen stellte Franka Platz.)

Zum neuen Hygienekonzept der HTWK Leipzig (gültig seit 1.10.2020)

Kooperation zwischen starken Partnern

Sebastian Gemkow, sächsischer Staatsminister für Wissenschaft: „Der Kooperationsvertrag der HTWK Leipzig mit der Wirtschaft ist von strategischer Bedeutung natürlich für die HTWK selbst, aber auch für den Hochschulbereich in Sachsen insgesamt. Innovationen können hier künftig schnell und anwendungsbezogen in die Praxis überführt werden. Auf dem Gebiet der Baustoffforschung arbeitet die HTWK auf Augenhöhe mit renommierten universitären Partnern, wie der TU Dresden, eng zusammen. In dieser Kombination bestimmt Sachsen die Zukunft des Bauens maßgeblich mit.“

Thomas Schmidt, sächsischer Staatsminister für Regionalentwicklung, ergänzt: „Projekte wie der Innovationspark Bautechnik bringen die Region voran und befördern den Wandel in der Bauwirtschaft. Hier werden Wissenschaftler und Praktiker auf Grundlage neuester wissenschaftlicher Erkenntnisse moderne Werk- und Baustoffe sowie Verfahren entwickeln und diese gemeinsam zur Marktreife zu führen. So entstehen Innovationen, die auch Nutzen bringen. Ich bin sicher, dass die heute vereinbarte Kooperation für den Innovationspark Bautechnik eine gute Grundlage für eine noch engere Zusammenarbeit ist.“

„Zwei starke Partner finden zusammen: die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig und das Firmencluster aus der S&P Gruppe, der Materialforschungsprüfungsanstalt Leipzig und dem Institut für Fassaden- und Befestigungstechnik. Beide, Cluster und Hochschule, sind Kinder der Friedlichen Revolution, die nach 1990 gegründet wurden und sich rasant entwickelt haben. Die Stadt Leipzig unterhält selbst eine Kooperationsvereinbarung mit der HTWK Leipzig, in der wir uns ausdrücklich zum Ziel des gemeinsamen Wissens- und Technologietransfers bekennen. Wir begrüßen und unterstützen daher den heute ratifizierten Kooperationsvertrag. Der Vertrag stärkt die wirtschaftliche und wissenschaftliche Entwicklung unserer Stadt“, betont Leipzigs Oberbürgermeister Burkhard Jung.

„Mit einem Drittmittelaufkommen von mehr als 15 Millionen Euro im Jahr gehört die HTWK Leipzig zu den forschungsstärksten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Deutschland. Wir sind ein starker Partner der regionalen Wirtschaft und freuen uns, dass wir hier eine weitere, hervorragende Möglichkeit bekommen, gemeinsam zu forschen und Innovationen anwendungsnah erproben zu können. Die Kooperation stärkt einmal mehr unsere Kompetenzen auf dem Gebiet der Automatisierung von Fertigungsprozessen und der angewandten Digitalisierung“, so Prof. Mark Mietzner, Rektor der HTWK Leipzig.

Dr. Mathias Reuschel, Vorsitzender des Firmenclusters, ergänzt:„Wir freuen uns auf eine noch intensivere Zusammenarbeit mit der HTWK Leipzig auf der Grundlage des Kooperationsvertrages. Mit unseren über 500 Mitarbeitern fühlen wir uns der regionalen Wertschöpfung auf internationalem Maßstab verpflichtet. Dabei möchten wir für das Bauen der Zukunft gemeinsam forschen, aber vor allem auch für die regionale Wirtschaft die Anwendung zuverlässig umsetzen. Der auf dem Gelände des InnovationsPark • Bautechnik • Leipzig/Sachsen der HTWK zur Verfügung gestellte Hallenneubau ermöglich ein Wirken der Kooperationspartner in unmittelbarer Nachbarschaft und ist ein neues und sicher weiter ausbaufähiges Zukunftsmodell der Zusammenarbeit von regionaler Wirtschaft und regionaler Wissenschaft in Sachsen.“

Hintergrund

Auf dem Gelände des – ebenfalls am 21.9. neu benannten - „InnovationsPark • Bautechnik • Leipzig/Sachsen“ im östlichen Leipziger Stadtteil Engelsdorf befinden sich seit den 1950er Jahren wissenschaftliche Einrichtungen mit experimentellem Untersuchungsschwerpunkt im Bereich Bauwesen/Bautechnik. Vor 1989 gehörte die Forschungseinrichtung zur Bauakademie der DDR und forschte vor allem im Bereich Tiefbau und Infrastruktur.

Nach 1990 wurde die Einrichtung zur Materialprüfanstalt des Freistaats Sachsen. Im Zuge der Privatisierung zwischen 1998 und 2001 entstanden auf dem Gelände zwei forschungsnahe Prüfinstitute: Die Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbH (MFPA Leipzig) mit heute ca. 120 Mitarbeitenden und das Institut für Fassaden- und Befestigungstechnik (IFBT) mit ca. 20 Mitarbeitenden.  Die Ingenieurgesellschaft S&P Gruppe bietet neben Planungsleistungen auch Softwareentwicklungen und IT-Dienstleistungen an.

In ihren Abschlussarbeiten zeigen Studierende, dass sie ihr über Jahre angeeignetes Fachwissen zur Lösung anwendungsnaher Problemstellungen anwenden können. Und obwohl viel Leidenschaft in diesen Arbeiten steckt, werden die meisten nur von einer Hand voll von Personen gelesen: den Prüfenden. Anders bei Florens Rohde: Für seine Masterarbeit entwickelte er in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) eine Software für die Hightech-Mikroskopie. Für die Masterarbeit wurde Rohde am 23. Januar 2019 mit dem Preis des Fördervereins der HTWK Leipzig ausgezeichnet. Das UFZ veröffentlichte die entstandene Software unter www.ufz.de/correlia frei zugänglich und kostenlos für alle. Die Dokumentation der Software reichte Florens Rohde im April 2020 beim britischen „Journal of Microscopy“ ein. Der Artikel erscheint nun in der Oktoberausgabe, eine Abbildung daraus ziert das Cover.

Correlia wurde entwickelt, um Forscher bei der Datenauswertung im Bereich der korrelativen Mikroskopie zu unterstützen. Dabei werden auf ein und dieselbe Probe verschiedene mikroskopische Modalitäten angewandt. So können beispielsweise lichtoptische Bilder der Anatomie der Proben im Lebendzustand, rasterelektronenmikroskopische Bilder der Feinstruktur nach Fixierung und Trocknung sowie massenspektrometrische Bilder der chemischen Zusammensetzung aus dem bildgebenden Sekundärionen-Massenspektrometer kombiniert werden. Diese retrospektive Überlagerung erfordert zweierlei: Zum einen müssen die variierenden Bildausschnitte aufeinander ausgerichtet werden. Zum anderen müssen innerhalb der jeweiligen „Region of Interest“ sowohl die modalitätsbedingten nichtlinearen Abbildungsfehler als auch die präparierungsbedingten Verzerrungen der Probe selbst kompensiert werden und somit Bilder ganz verschiedener Modalitäten so exakt wie möglich in Deckung gebracht werden („Bildregistrierung“).

Diese Thematik wurde von Florens Rohde im Rahmen seiner Masterarbeit im Studiengang Elektrotechnik und Informationstechnik an der HTWK Leipzig im ProVIS-Zentrum des UFZ bearbeitet. Hochschulseitiger Betreuer war Ulf-Dietrich Braumann, Professor für Biotronische Systeme an der Fakultät Ingenieurwissenschaften. Am ProVIS-Zentrum wurde Florens Rohde von Dr. Matthias Schmidt betreut. Schmidt ist als Physiker für die dortigen Elektronen- und Helium-Ionen-Rastermikroskopie zuständig und hat bereits eine Software entwickelt, die auf Basis des freien Bildverarbeitungsprogramms ImageJ mikroskopische Bilder verwalten und anhand manuell gesetzter Landmarken linear registrieren kann.

Anspruch der Masterarbeit war es, geeignete algorithmische Erweiterungen für eine automatische und interaktiv-semiautomatische elastische Registrierung sowie weitere Bildähnlichkeitsmaße wie Transinformation (mutual information) hinzuzufügen.

Im Ergebnis liegt mit Correlia ein Plug-in für ImageJ/Fiji vor, das als Open-Source-Software einschließlich von Beispieldatensätzen unter www.ufz.de/correlia verfügbar ist und das genau auf die Bedürfnisse der modernen korrelativen Mikroskopie zugeschnitten ist.

„Die Correlia-Software ist von hohem Nutzen, da sie im Unterschied zu existierenden Werkzeugen keine Beschränkung des Umfangs an zu überlagernden Mikroskopien aufweist, verschiedene Visualisierungen zur Überlagerung anbietet und zudem die Registrierungsschritte, also die einzelnen Transformationsprozesse, beliebig und verlustlos kaskadiert werden können. Den Anwendern ist es somit möglich, automatische, semiautomatische und manuelle Schritte zu kombinieren, um mit hoher Transparenz und geringem Aufwand zum Ziel zu gelangen“, lobt Prof. Ulf-Dietrich Braumann.

Anfang April 2020 wurde das Manuskript „Correlia: an ImageJ plug-in to co-register and visualise multimodal correlative micrographs“ von Rohde, Braumann und Schmidt als Originalarbeit beim britischen „Journal of Microscopy“ eingereicht. Nach Begutachtung durch zwei anonyme Gutachtende und anschließender Überarbeitung ist der Fachartikel seit 3. Juni 2020 unter doi.org/10.1111/jmi.12928 als Open-Access-Publikation verfügbar.

Florens Rohde forscht mittlerweile als Doktorand am Institut für Informatik der Universität Leipzig.

Die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig), das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und das Netzwerk Energie und Umwelt Leipzig (NEU) starten am 1. September 2020 das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt RegioZukunft:Wärme. Ziel ist es, eine gemeinsame Vision für die Wärmeversorgung der Zukunft auf der Basis erneuerbarer Energien zu entwickeln. Die beteiligten Partner werden in der Region Borna-Leipzig-Bitterfeld ein Zukunftskonzept für Wärmewende und Sektorkopplung erarbeiten, das anschließend in einer zweiten Förderphase umgesetzt werden soll. Dazu wollen sie ein Innovationscluster bilden, das den Strukturwandel in der Region unterstützt.

Ziel: Klimaneutraler Umbau des Wärmesektors

Das Bereitstellen von Wärme und Kälte für die Raumklimatisierung in Gebäuden verursacht laut Umweltbundesamt gut ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs in Deutschland. Diesem Bereich kommt daher eine entscheidende Rolle bei der Energiewende zu. Zwar ist auch hier der Übergang zu regenerativen Energieträgern in Gang gekommen, deren Anteil stagniert jedoch seit bald zehn Jahren bei gerade einmal 14 Prozent. In Großstädten mit umfassend ausgebauten Systemen zur Fernwärmeversorgung ist der Anteil regenerativer Energie häufig noch deutlich geringer. Gerade hier braucht es deshalb dringend Lösungen für eine klimaneutrale Umstellung des Wärmesektors.

„Die mitteldeutsche Region ist durch eine jahrzehntelange wirtschaftliche Orientierung auf die Gewinnung, Verarbeitung und Verstromung von Braunkohle geprägt. Mit dem vom Bundestag beschlossenen Kohleausstieg bis 2038 steht sie daher vor enormen Herausforderungen. Durch die bisherige Fernwärmeversorgung Leipzigs aus dem Kraftwerk Lippendorf ist auch die Stadt von dem angestrebten Kohleausstieg unmittelbar betroffen“, umschreibt Markus Krabbes, Professor für Informationssysteme an der HTWK Leipzig, die Ausgangslage. Eine Vision der Forscherinnen und Forscher ist, das gesamte Jahr hindurch überschüssige Wärme so zu speichern, so dass sie im Winter fürs Heizen wiederverwendet werden kann.

Städte und Regionen müssen Wärmewende gemeinsam umsetzen

Mit dem Fokus auf eine klimaneutrale Transformation des urbanen und regionalen Wärmesektors in der Region Borna-Leipzig-Bitterfeld wollen die Partner im Projekt RegioZukunft:Wärme dazu beitragen, innovative und nachhaltige Technologien der Wärmeenergieversorgung zu erforschen, zu entwickeln und zu etablieren. „Ich freue mich auf die gefundene Konstellation aus den Standorten Leipzig, Borna und Bitterfeld, denn Städte werden ihre Strom- und Wärmeversorgung nur im Verbund mit ihrer Region klimaneutral umsetzen können. Wir wollen ökonomisch effiziente, ökologisch nachhaltige, sozial verträgliche und versorgungssichere Konzepte zur Wärme- und Kälteversorgung von Städten und Stadtregionen entwickeln“, so der UFZ-Stadtsoziologe Prof. Dieter Rink.

Die Basis für eine erfolgreiche Umsetzung dieser Vision bilden die bisherigen Forschungsprojekte der HTWK Leipzig und des UFZ zur künftigen Gestaltung des Wärmeenergiesektors. Hierzu zählen beispielsweise Forschungen zur dezentralen Wärmeversorgung für Stadtquartiere durch oberflächennahe Geothermie sowie Kooperationen mit weiteren Einrichtungen der Region im Rahmen der Leipziger Digital-Hub-Initiative „Smart Infrastructure“. Kai-Uwe Blechschmidt, Vorsitzender des NEU e.V., betont: „Langfristig wollen wir durch die Entwicklung neuer Wärmegewinnungs- und Wärmespeichertechnologien und den Ausbau der nutzbaren Kapazitäten sowie deren systemische Verknüpfung auch Perspektiven für die Wertschöpfung und die Beschäftigung in einer Region im Strukturwandel schaffen.“

Mit dem Programm „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ gibt das Bundesministerium für Bildung und Forschung den Anstoß für neue regionale Bündnisse und einen nachhaltigen innovationsbasierten Strukturwandel in allen strukturschwachen Regionen Deutschlands. Eins der bewilligten 44 WIR!-Bündnisse der 2. Förderrunde ist das Projekt „RegioZukunft:Wärme“.

„Die Karte soll Bürgerinnen und Bürgern helfen, das Risiko eines Schadensereignisses besser einzuschätzen und Schutzmaßnahmen für betroffene Gebäude in Betracht zu ziehen“, erläutert der Leiter des Leipziger Verkehrs- und Tiefbauamtes, Michael Jana, die Idee der Karte. Entwickelt wurde die Anwendung von der Stadt Leipzig und den Leipziger Wasserwerken unter wissenschaftlicher Begleitung des Instituts für Wasserbau und Siedlungswasserwirtschaft der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig im gemeinsamen Projekt „KAWI-L – Kommunale Anpassungsstrategien für wassersensible Infrastrukturen in Leipzig“.

„Die klassische Ableitung über die Kanalisation stellt nicht die alleinige Lösung für den Umgang mit zunehmend heftigen und kleinräumigen Regenereignissen dar“, erklärt der Technische Geschäftsführer der Wasserwerke, Dr. Ulrich Meyer. „Die Kanalisation flächendeckend auf die selten und zumeist lokal begrenzten Starkregen auszulegen, ist aufgrund des Platzmangels im Untergrund schwer umsetzbar und zudem wirtschaftlich nicht vertretbar. Die Kanäle wären dann für den Normalbetrieb viel zu groß.“ Daher müsse das Niederschlagswasser mithilfe von anderen Maßnahmen und im Zusammenspiel von Kommune, Abwasserentsorger und dem Grundstückseigentümer intelligent bewirtschaftet, das heißt, zurückgehalten, versickert oder gespeichert werden.

„Die wassersensible Stadtentwicklung ist ein wichtiger Baustein im Umgang mit den aktuellen Klimaentwicklungen“, betont der Leiter des Amtes für Umweltschutz und amtierende Leiter des Referates für Nachhaltige Entwicklung und Klimaschutz, Peter Wasem. Flächen, auf die Niederschläge fallen und die potentiell zum Rückhalt, zur Verdunstung oder Versickerung geeignet sind, können bei entsprechender Planung Überflutungsrisiken abfedern. „Der Schutz vor Überflutung durch Oberflächenwasser ist Gemeinschaftsaufgabe von Kommune, Bürgern und weiteren Akteuren“, sagt Wasem. Bürgerinnen und Bürger könnten durch die Entsiegelung von Flächen in Höfen oder Einfahrten oder die Begrünung von Dächern auch selbst aktiv werden. Die Karte wurde auf der Grundlage dynamischer modelltechnischer Computersimulationen erstellt.

Die aus den Modellberechnungen abgeleiteten Szenarien versuchen dabei nicht, ein reales Ereignis abzubilden, sondern sie zeigen die Gefahren auf, die bei verschiedenen Starkregenereignissen auftreten können. Grundlage für die Berechnungen ist ein digitales Geländemodell mit 2 x 2-Meter-Raster von Leipzig. Im Geländemodell sind Höheninformationen, die aus einer Laserscanbefliegung vom Staatsbetrieb Geobasisinformation und Vermessung Sachsen aus dem Jahr 2010 abgeleitet wurden, sowie Oberflächenbefestigungsinformationen aus einer Befliegung aus dem Jahr 2018 enthalten. Normale Regenereignisse werden nicht abgebildet.

Im Gegensatz zu Hochwasser-Gefahrenkarten hat die Starkregen-Gefahrenkarte keinen eigenen Rechtscharakter und zieht keine Bauverbote nach sich. Haus- und Grundstückseigentümer, die wissen wollen, wie stark ihr Grundstück gefährdet ist und Vorsorge betreiben wollen, können über die Karte eine grundstücksbezogene Detailauskunft beantragen. Erschließende und Bauwillige werden im Rahmen der notwendigen Antragstellungen beraten. Die Koordination der Anfragen und die damit verbundene Beratung innerhalb Stadtverwaltung und Wasserwerken übernehmen die Leipziger Wasserwerke.

Der Schwerpunkt der sächsischen Games-Szene liegt in Leipzig. Das ergab eine systematische Befragung von Beschäftigten der Games-Branche in Sachsen. Die Befragung ist Teil eines Gutachtens über diesen Wirtschaftszweig, das Prof. Gabriele Hooffacker von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) und der Kommunikationswissenschaftler Dr. Benjamin Bigl im Auftrag der Stadt Leipzig im ersten Halbjahr 2020 erstellten. Mehr als einhundert Personen nahmen an der Befragung teil, etwa die Hälfte beantwortete alle Fragen.

„Digitale Spiele sind seit mehr als vierzig Jahren ein globaler Wachstumsmarkt, sowohl im Hinblick auf die Nutzungszahlen als auch auf den Umsatz. In Deutschland wurden 2018 rund 4,4 Milliarden Euro mit Computer- und Videospielen und mit Games-Hardware erwirtschaftet. Doch nur 4 Prozent der Umsatzerlöse entfallen auf Spieleentwicklungen aus Deutschland, und das, obwohl mehr als 34 Millionen Menschen hierzulande Games spielen. Die zentralen Erlöse der Wertschöpfungskette finden also außerhalb Deutschlands und vor allem außerhalb Sachsens statt“, ordnet Hooffacker ein.

So ist die sächsische Games-Branche aufgestellt

Über die sächsische Games-Szene war bislang wenig bekannt. Mit dem vorliegenden Gutachten hat sich das nun geändert: „Die sächsische Games-Szene besteht vorwiegend aus Kleinst- und Kleinunternehmen“, so Benjamin Bigl. Dabei sind die Beschäftigten überdurchschnittlich gut ausgebildet: Rund drei Viertel verfügen mindestens über einen Hochschulabschluss. Allerdings lebt rund ein Fünftel mit einem Einkommen unterhalb des Existenzminimums. Die Hälfte der Befragten findet es schwer, in der Region ihr Einkommen zu sichern. Entsprechend wünschen sich viele Befragte passgenaue regionale Förderprogramme, da sie meist aus Sachsen stammen und gerne in ihrer Heimat arbeiten möchten.

„Nur jedes vierte befragte Unternehmen beurteilt den Freistaat derzeit als wirtschaftlich attraktiv“, so Bigl. Dabei wird der Standort prinzipiell positiv bewertet, vor allem hinsichtlich der Faktoren Lebensqualität und Freizeitmöglichkeiten, Vereinbarkeit von Familie und Beruf sowie den Möglichkeiten der kreativen Entfaltung. Defizite sieht die Branche vor allem in der technisch-digitalen Infrastruktur, der Verfügbarkeit von qualifiziertem Personal sowie den Informations- und Förderangeboten von Stadt und Land.

Innerhalb Sachsens ist Leipzig der wichtigste Games-Standort. Das liegt auch an den Vernetzungsmöglichkeiten: An der HTWK Leipzig kommen jedes Jahr bis zu 3.000 Games-Begeisterte mit Entwicklerinnen und Entwicklern bei der „Langen Nacht der Computerspiele“ zusammen. Bis 2008 fand in Leipzig die Branchenmesse Games Convention statt; seit 2016 gibt es mit der Dreamhack ein jährliches Games- und E-Sport-Festival in der Messestadt.

Gezielte Förderung nötig

„Um die sächsische Games-Branche mit Schwerpunkt in Leipzig in ihrem Wachstum voranzubringen und nachhaltig zu fördern, sind gezielte Maßnahmen notwendig“, sagt Gabriele Hooffacker. Öffentliche Förderangebote sollten die aktuellen Entwicklungen und Trends wie beispielsweise Gamification und App-Entwicklung, Mobile Gaming, 3D- und Virtual-Reality-Technologien sowie den E-Sport in besonderer Weise unterstützen.

Fünf Mal mehr Frauen als Männer gaben in der Befragung an, sich derzeit in der Gründungsphase für eine Selbstständigkeit zu befinden. „Dies deutet auf einen besonderen und wichtigen Förderbedarf von Gründerinnen hin“, folgert Bigl.

Uwe Albrecht, Bürgermeister für Wirtschaft, Arbeit und Digitales der Stadt Leipzig, möchte die sächsische Games-Branche auf dem Weg von einer Nischenbranche hin zu einem wirtschaftlich relevanten Cluster unterstützen. „Dazu wollen wir die Verbindung zwischen Politik, Verwaltung, Unternehmen und Hochschulen stärken. Die gut ausgebildeten Hochschulabsolventen wollen und sollen in der Region bleiben. Dies erfordert attraktive Angebote. Notwendige Strukturentwicklungen können auf kommunaler Ebene initiiert, müssen aber auf Landesebene finanziert werden. Die vorliegende Studie bietet hierfür gute Argumente.“

Friedrich Lüder, Vorstand des Games und XR Mitteldeutschland e. V.: „Leipzig hat mit der Studie einen wichtigen Impuls gesetzt und zeigt, dass die sächsische Gamewirtschaft noch viel Wachstumsraum für kreative und innovative Unternehmen bietet. Sie ist eine Zukunftsbranche, auf die wir nicht verzichten können. Der Freistaat muss die geplanten Fördergelder für die Gaming-Branche bereitstellen.“

„Ebenso wie niemand in Deutschland möchte, dass nationale Gesetze in Ungarn, Polen, Italien oder Österreich deutsche Medienanbieter beschränken, müssen auch die deutschen Gesetzgeber die Grenzen des europarechtlichen Herkunftslandprinzips beachten. Sitzen Facebook, Youtube und Twitter in anderen EU-Mitgliedstaaten wie beispielsweise Irland, können Maßnahmen gegen solche Sozialen Netzwerke aufgrund deutscher Gesetze allenfalls im Einzelfall und unter engen Ausnahmevoraussetzungen erfolgen.

Das berücksichtigen Regelwerke wie das Netzwerkdurchsetzungsgesetz des Bundes und der Medienstaatsvertrag der Länder nicht hinreichend. Die Gesetze sind insoweit unionsrechtswidrig. Die EU-Kommission hat sich hierzu bereits kritisch geäußert und es ist nicht unwahrscheinlich, dass spätestens die noch ausstehende Befassung des Europäischen Gerichtshofs – wie zuletzt bei der deutschen Pkw-Maut – das Aus für die aktuelle deutsche Mediengesetzgebung bedeuten wird“, so Liesching.

Die Pandemie der Lungen­­­krankheit Covid-19, verursacht vom neuartigen Coronavirus, beschäftigt die Welt seit Anfang des Jahres. Bei mehr als 7 Millionen Menschen wurde das Coronavirus bereits nachgewiesen, mehr als 400.000 Menschen weltweit sind an der Infektion bereits gestorben. Bei schweren Verläufen müssen Patientinnen und Patienten beatmet werden – eine Herausforderung für die Gesundheitssysteme, die für eine solche Häufung nicht ausgelegt sind. Ende März hat sich an der Fakultät Ingenieurwissenschaften der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) ein Forschungsteam zusammengeschlossen um einfache Beatmungsgeräte zu entwickeln. Sie sollen in Notfällen zum Einsatz kommen, falls kurzfristig mehr Menschen gleichzeitig beatmet werden müssen als professionelle Geräte vorhanden sind.

Anstoß gab eine Anfrage des Krisenstabs der Stadt Leipzig am 29. März. Bereits zwei Tage später startete die Forschungsgruppe. Im Moment sind 25 Personen an dem Projekt beteiligt, darunter Spezialisten für Mechatronik, Sensorik, Konstruktion, Fertigungstechnik, Software und Regelungstechnik. Innerhalb von drei Wochen entstand der erste Prototyp, seit Mitte Mai ist die zweite, optimierte Version einsatzbereit. Das Gerät kann Patientinnen und Patienten vollautomatisch beatmen; bei kritischen Situationen ertönt ein Alarm. Über ein Tablet können mehrere Geräte überwacht sowie Atemfrequenz und Beatmungsdruck visualisiert werden.

Beat2020 ist Notlösung, falls alle professionellen Geräte ausgelastet sind

„Unser Gerät soll günstig und schnell herstellbar sein und als Notlösung dienen, falls in einer Klinik alle professionellen Geräte ausgelastet sind. Denn aktuell werden auf der ganzen Welt mehr Beatmungsgeräte benötigt, als auf absehbare Zeit produziert werden können. Natürlich ist der Funktionsumfang nicht vergleichbar mit dem eines professionellen Geräts. Auch handelt es sich nicht um ein zertifiziertes Medizinprodukt. Aber unser Gerät könnte helfen, kurzfristige Engpässe auszugleichen“, sagt Prof. Fritz Peter Schulze, Koordinator des Forschungsteams.

Medizinisch wird das HTWK-Team durch Prof. Sven Bercker, stellvertretender Direktor der Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin an der Uniklinik Leipzig beraten. Er ordnet ein: „Beatmungsgeräte, die heute für schwer kranke Patientinnen und Patienten auf Intensivstationen eingesetzt werden, sind hoch entwickelte Geräte mit einer Reihe komplexer Funktionen, die die Atmung individuell unterstützen können. Personen mit Lungenerkrankungen – also auch Covid-19-Erkrankte – sind unter Umständen auf solche Geräte angewiesen. Einfache Notfallgeräte wie das der HTWK Leipzig können das nicht leisten. Dazu kommt, dass der Einsatz von Medizinprodukten am Menschen einer Reihe gesetzlicher Voraussetzungen bedarf, die bei dieser Entwicklung nicht erfüllt sind. Der Einsatz dieses Gerätes ist also nur vorstellbar, wenn es im absoluten Notfall keine anderen technischen Möglichkeiten mehr gibt, um einem Menschen das Leben zu retten.“

Dörfler: „Wir sind froh, wenn unser Gerät niemals zum Einsatz kommen muss“

Das Team der HTWK Leipzig kooperiert außerdem mit dem Bio-Nano-Anwendungslabor des Fraunhofer IZI und des Fraunhofer IKTS und steht im Austausch mit anderen Forschungsgruppen in Leipzig, Aachen, Marburg und Zwickau, die parallel an Beatmungsgeräten arbeiten bzw. bereits Ergebnisse veröffentlicht haben. „Wir sind froh, wenn unser Gerät niemals zum Einsatz kommen muss“, sagt Dr. Hans-Martin Dörfler von der HTWK Leipzig. „Doch im Moment weiß niemand, wie sich die Pandemie entwickelt. Deshalb wollen wir die Bauanleitung frei im Internet veröffentlichen, sodass Menschen auf der ganzen Welt das Gerät nutzen oder weiterentwickeln können. Sollte es eine zweite Welle geben oder sich die Situation in anderen Ländern weiter zuspitzen, könnte unsere Entwicklung so im Kampf gegen Covid-19 helfen.“

Clemens Schülke, Leiter des Amts für Wirtschaftsförderung der Stadt Leipzig: „Ich bin beeindruckt, wie schnell die Leipziger Wissenschaftscommunity Lösungen entwickelt hat. Aktuell sind unsere Kliniken in keiner Notlage. Aber falls sich das ändern sollte, sind wir gut vorbereitet. Im nächsten Schritt suchen wir deshalb Partner in Leipzig, um ein solches Gerät in Stückzahlen produzieren zu lassen.“

Ein Forschungsverbund entwickelt eine neue Methode, wie sich Holzdächer für landwirtschaftliche Gebäude digital planen lassen: von den erforderlichen Fachplanungen über die voll- oder teilautomatisierten Fertigungsabläufe bis hin zu den Vormontageprozessen. Das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) geförderte Planungsinstrument soll auf die Ansprüche von kleinen und mittleren Unternehmen des Holzbaus zugeschnitten werden.

Um die Wohnungsnot zu lindern, entwarf der Merseburger Architekt Friedrich Zollinger vor rund 100 Jahren eine neue Holzbauweise: Sein markant geformtes Zollinger-Dach basiert auf einer Lamellenstruktur, die sich leicht, schnell und kostengünstig errichten lässt. An der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) hat man Zollingers Idee aufgegriffen und daraus eine kreisbogenförmige Brettrippendachkonstruktion aus Holz entworfen – ressourceneffizient, flexibel, recycelbar – das ReFlexRoof. Nun will ein Forschungsverbund Zollingers Holzbauweise auch planerisch ins digitale Zeitalter hieven. Vor allem, weil sich das ReFlexRoof ideal für eine Standardisierung der Fertigungsprozesse eignet und dadurch eine serielle Vervielfältigung ermöglicht – ohne, dass die architektonische Vielfalt verloren geht.

In dem Forschungsvorhaben, das vom BMEL über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert wird, wird erstmals eine digital basierte Planungsmethodik für landwirtschaftliche Gebäude entwickelt. Alle erforderlichen Schritte der verschiedenen Fachplanungen sollen darin integriert und informationsverlustfrei verknüpft werden. Auch voll- oder teilautomatisierte, NC-gesteuerte Fertigungs- und Vormontageprozesse deckt das System ab. Am Ende soll ein digitales Planungsinstrument entstehen, speziell ausgelegt für regional agierende, kleine und mittlere Unternehmen des Holzbaus.

Systemhallendächer aus Holz

Das neue digitale Planungsinstrument ist auf den Bau von materialeffizienten und robusten Systemdachkonstruktionen für landwirtschaftlich genutzte Hallen ausgerichtet. Dabei berücksichtigt es die flächendeckende, typische Bearbeitungs- und Montagekompetenz des heimischen Zimmerer- und Dachdeckerhandwerks und baut auf die primäre Nutzung von Holz als Baustoff in regionaler Produktion.

Das dreijährige Forschungsvorhaben unter dem Projektkoordinator Professor Alexander Stahr von der HTWK Leipzig setzt sich aus sechs Teilvorhaben zusammen: Die Entwicklung eines digital basierten Prozess- und Planungsmodells für die Holzkonstruktionen übernimmt die HTWK Leipzig. Das Konzept einer direkt verknüpften, parametrisch-statischen Bemessungsroutine wird an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden erstellt, Details zur Konstruktion und Bauphysik an der Technischen Universität Braunschweig. Möglichkeiten der Interaktion mit regional tätigen KMU untersuchen Forscher des Fraunhofer-Zentrums für Internationales Management und Wissensökonomie. Die für den Bau notwendigen Arbeitsabläufe werden am Abbundzentrum Leipzig GmbH und bei der STRAB Ingenieurholzbau Hermsdorf GmbH erarbeitet.

Fast die Hälfte der Drittmittel wurde 2019 aus Bundesmitteln (43 Prozent) eingeworben. 15 Prozent stammen aus der Wirtschaft, 11 Prozent entfallen auf Förderprogramme der Europäischen Union und 9 Prozent stammen vom Freistaat Sachsen. Weitere 13 Prozent stiftete die Deutsche Telekom für den Aufbau der 2019 neu gegründeten Fakultät Digitale Transformation.

Mithilfe von Bundesmitteln wurde beispielsweise mit dem Aufbau einer Modellfabrik begonnen, in der eine vollautomatisierte Fertigung von Bauteilen aus Carbonbeton erprobt werden soll. Dem gingen langjährige Forschungsarbeiten in „C³ – Carbon Concrete Composite“ voraus, dem mit 160 Partnern größten Bauforschungsvorhaben Deutschlands.

Durch die enge Zusammenarbeit ausgewiesener Expertinnen und Experten für Betonbau und für Automatisierungstechnik entsteht nunmehr an der HTWK Leipzig einer von deutschlandweit drei Standorten des Carbonbetontechnikums Deutschland, das erstmals die automatisierte Herstellung und Anwendung von Baukonstruktionen aus Carbonbeton demonstrieren wird.

Aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds werden an der HTWK Leipzig aktuell 19 Stipendien für Promovierende sowie zwei Nachwuchsforschungsgruppen ermöglicht – eine zur Simulation von Produktionsprozessen und eine zur Digitalisierung in kleinen und mittleren Unternehmen.

Darüber hinaus werden aus europäischen Mitteln über die HTWK Leipzig Bildungs- und E-Learning-Projekte in Ländern wie Jordanien, Irak und Vietnam unterstützt. Die Wirtschaftsmittel verteilen sich auf zahlreiche verschiedene Projekte und Forschungsaufträge in Zusammenarbeit mit Unternehmen der Region.

Zusätzliche Mittel des Freistaats Sachsen nutzte die Hochschule unter anderem, um Lehrende bei der digitalen Aufbereitung ihrer Lehrinhalte zu unterstützen. Wie sinnvoll diese Investition in zeitgemäße Studienbedingungen war, zeigte sich beim erfolgreichen Start ins Sommersemester, das aufgrund der Coronakrise fast vollständig digital stattfindet.

In Bibliotheken, Archiven und Museen in aller Welt lagern Dokumente, die von früheren Zeiten berichten. Vieles davon wurde inzwischen digitalisiert. Der digitale Datenschatz könnte neue Erkenntnisse über unsere Vergangenheit enthüllen – wenn er über klug aufgebaute Datenbanken erschlossen wird. Historikerinnen und Informatiker arbeiten dafür zusammen.

Wollen Historikerinnen und Historiker herausfinden, welche Umstände im Europa des 16. bis 18. Jahrhunderts darüber entschieden, wer Karriere an einer Universität machte, müssen sie zeitgeschichtliche Berichte aufspüren, Einzelschicksale vergleichen und daraus Rückschlüsse ziehen. Doch wie viele Quellen in wie vielen europäischen Bibliotheken können sie sichten? Bei ein paar hundert Dokumenten und einer Handvoll Archiven muss wohl Schluss sein – der Mensch hat nur begrenzte Kapazitäten.

Für einen Computer hingegen ist es ein Leichtes, riesige Datensätze zu durchsuchen und dabei auch noch Muster zu erkennen. Um mithilfe digitaler Daten geisteswissenschaftliche Forschungsfragen lösen zu können, müssen Historikerinnen und Informatiker ihre Kompetenzen und Methoden kombinieren.

Was das bedeutet, lässt sich derzeit im interdisziplinären Forschungsprojekt „PCP-on-Web“ an der Herzog August Bibliothek (HAB) Wolfenbüttel und der HTWK Leipzig beobachten. Dahinter verbirgt sich der Titel „Professorale Karrieremuster der Frühen Neuzeit. Entwicklung einer wissenschaftlichen Methode zur Forschung auf online verfügbaren und verteilten Forschungsdatenbanken der Universitätsgeschichte“.

Die Herausforderung: unterschiedliche Datenbanken mit Lebens- und Karrieredaten von Professoren sinnvoll verknüpfen. Die Lösung: Datenbanken, die Grammatik verstehen. 

Hermann Conring war ein wissbegieriger Junge. 1606 in einem ostfriesischen Pfarrerhaushalt geboren, machte er sich in der Lateinschule als besonders lernwillig bemerkbar. Der Helmstedter Professor Cornelius Martini wurde schließlich auf den damals 14-Jährigen aufmerksam, holte ihn als Stipendiat nach Helmstedt und ließ ihn bei sich wohnen. Nach Martinis Tod unterstützte Professor Georg Calixt den jungen Conring und sorgte dafür, dass dieser an der Universität Leiden forschen und seine ersten wissenschaftlichen Aufsätze drucken konnte.

Dann bekam Conring das Angebot seines Lebens: Er sollte die Söhne des braunschweig-lüneburgischen Kanzlers Arnold Engelbrecht erziehen. Für diese Position kehrte er als 22-Jähriger in die Nähe von Helmstedt zurück – mit Aussicht auf eine Professur in Naturphilosophie, da die Stelle gerade vakant geworden war. In Engelbrechts Haus kam Conring mit politischen Amtsträgern in Kontakt und bewarb sich offiziell auf die Professur. Regierung und Universität stimmten zu, er wurde Professor.

Der starre Karriereweg zur Professur, wie wir ihn heute kennen – erst Studium, dann Doktortitel, Habilitation und schließlich die Berufung – war damals noch nicht etabliert. Zugänglich war eine akademische Karriere nur Männern.

„Die frühneuzeitliche Professorenschaft kann als intellektuelle Elite gelten. Professoren waren kulturelle Wissensvermittler, politische Weisungsgeber und wirkten quasi nebenberuflich als praktizierende Ärzte, Anwälte, Prediger und Autoren“, erklärt die Historikerin Jennifer Blanke von der HAB Wolfenbüttel. Insofern beinhalte die Frage nach Karrieremustern auch die Frage danach, wem derart attraktive Positionen in der Gesellschaft überhaupt zugänglich waren.

Viele deutschsprachige Universitäten haben in den vergangenen Jahren ihre Archive digitalisiert und in Form sogenannter Professorenkataloge als Datenbanken verfügbar gemacht. Doch dabei handelt es sich um unverknüpfte Einzellösungen, Recherchen über mehrere Kataloge hinweg sind bislang nicht möglich. Die ungebändigten Datenbanken mit Professorenlebensläufen nutzen die Informatiker der HTWK Leipzig als Futter, um neue Methoden und Algorithmen zu entwickeln.

„Unser Ziel ist, geisteswissenschaftliche Fragestellungen mithilfe von digitalen Technologien beantwortbar zu machen. Wir sind überzeugt, dass Online-Datenbanken zeit- und kostenintensive Recherchen verkürzen und neue Forschungserkenntnisse zutage fördern können“, so Informatik-Professor Thomas Riechert von der HTWK Leipzig.

Genaugenommen geht es also um zwei Forschungsfragen: die Frage nach universitären Karrieremustern einerseits und die Frage nach geeigneten Methoden zur Verknüpfung von Geschichtsdatenbanken andererseits – Neuland in der Methodik geisteswissenschaftlicher Forschung. Dafür werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von 2017 bis 2020 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Wenn Historikerinnen und Informatiker gemeinsam forschen, dann nutzen sie Begriffe aus der Linguistik: Sie sprechen von Subjekt, Prädikat und Objekt und meinen damit das Semantic Web. Das Internet basiert auf Textdokumenten, die mithilfe von Links verbunden sind. Im herkömmlichen Netz sind diese Verbindungen nicht bewertet oder begründet. Beim Semantic Web ist die Grundidee, Informationen im Netz zueinander in sinnvolle Relationen zu setzen und so Zusammenhänge herzustellen.

Wir alle kennen es aus der Wikipedia: Suchen wir dort den Begriff „Leipzig“, ist Leipzig das Subjekt. Am Ende des Textes finden wir die Kategorie „Deutsche Universitätsstadt“ – das Objekt. Verknüpft sind beide über das Prädikat „ist Teil der Gruppe“. Diese Grundeinheit nennt sich Tripel. Um Tim Berners-Lee, Erfinder von World Wide und Semantic Web, zu zitieren: „Das Semantic Web ist eine Erweiterung des bestehenden Netzes, in der Informationen mit eindeutigen Bedeutungen versehen werden, um die Arbeit zwischen Mensch und Computer zu erleichtern.“ Als Standardsprache hat sich dafür RDF (Resource Description Framework) etabliert. Auch Thomas Riechert nutzt diese Sprache, um die Professorendatenbanken miteinander zu verknüpfen.

Riechert kam bereits während seiner Promotionszeit mit der Geschichtswissenschaft in Kontakt. Damals baute der Informatiker den Leipziger Professorenkatalog auf, eine auf dem Semantic Web beruhende Datenbank, in der alle Professoren verzeichnet werden sollen, die in Leipzig wirkten. Diese Datenbank verbindet er für das PCP-on-Web-Projekt mit den Professorenkatalogen der Universitäten Helmstedt, Bamberg und Kiel. Für Projekte wie diese hat er das Heloise Common Research Model entwickelt – „ein methodischer Vorschlag, der die Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen erleichtern und die Verknüpfung unterschiedlicher Datenbanken ermöglichen soll“, so Riechert.

Dabei wird zwischen der Ebene der Datenbanken, der Ebene der Anwendungen und der Ebene der Schnittstellen unterschieden. Bei PCP-on-Web beispielsweise verknüpft Riechert die Datenbanken der verschiedenen Professorenkataloge, während sein Mitarbeiter Edgard Marx gemeinsam mit der Geschichtsforscherin Jennifer Blanke an der Schnittstelle zwischen Mensch und Computer arbeitet. Sie entwickeln einen Suchalgorithmus, der geschichtswissenschaftliche Forschungsfragen so übersetzt, dass die Datenbanken darauf antworten können.

Ein abschließendes Ergebnis ist erst Ende 2020 zu erwarten, doch Tendenzen sind bereits erkennbar. „Ein Professor musste gut situiert und hervorragend sozial vernetzt sein. Insofern ist die Karriere des Universalgelehrten Hermann Conring, der schon früh Begabung, Unterstützer und ein mächtiges Netzwerk hatte, mustergültig und beispielhaft für die Frühe Neuzeit“, erläutert Jennifer Blanke und ergänzt: „Jedoch ist wichtiges, aufschlussreiches Quellenmaterial noch nicht digitalisiert und fließt somit nicht in dieses Forschungsprojekt ein. Daher können wir bisher zwar Tendenzen ausmachen, aber die Frage nach Karrieremustern nicht abschließend beantworten.“

Das Forschungsprojekt zeigt deshalb auch: Für moderne Geschichtsforschung mit zuverlässigen Ergebnissen müssen noch zahlreiche weitere historische Dokumente mit einem gut durchdachten und semantisch verknüpften System digitalisiert werden. Auf die Frage nach einer neuen Methode zur Verknüpfung und Auswertung von Geschichtsdatenbanken haben die Informatiker der HTWK Leipzig allerdings bereits jetzt eine umfassende Antwort parat: in Form von dokumentierten Algorithmen und Handbüchern. Forscherinnen und Forscher in aller Welt können die Informationen in Zukunft frei nutzen und ihre Projekte auf diesen Wissensstand aufbauen.

Die Autokarosserie fährt lautlos heran, ein Mechaniker beugt sich herab, montiert die Motorhaube, die nächste Karosserie fährt heran, der Mechaniker beugt sich wieder herab, montiert eine Motorhaube …

Viele Male am Tag die gleichen Handgriffe, Bewegungen, Belastungen. Auf Dauer kann das im wahrsten Sinne des Wortes auf die Knochen gehen. Muskel-Skelett-Erkrankungen zählen zu den häufigsten Gesundheitsproblemen in der Arbeitswelt. Sie verursachen in Deutschland rund ein Fünftel aller Arbeitsunfähigkeitstage und mehr als 30 Milliarden Euro an Krankheitskosten pro Jahr. Einem besonderen Risiko sind Personen ausgesetzt, deren Arbeitsplatz durch monotone und wiederkehrende Bewegungen geprägt ist. So führen hockende und kniende Positionen häufig zu Knieschmerzen, gebückte Positionen zu Rückenschmerzen und Arbeiten über Kopf zu Schulterschmerzen.

Im Leipziger BMW-Werk schulen deshalb Gesundheitsexpertinnen und -experten jährlich mehrere hundert Vorarbeitende und Führungskräfte. Sie vermitteln ihnen darin, wie wichtig es ist, die Bewegungsabläufe bei der Arbeit regelmäßig zu variieren und bestimmte Bewegungen zu vermeiden. Dabei unterstützt sie ein System der Forschungsgruppe Laboratory for Biosignal Processing (LaBP) an der HTWK Leipzig: Humen Dynamics. „Humen“ ist ein Akronym aus „human engineering“, dem englischen Begriff für Ergonomie.

Humen Dynamics wertet anhand von Videoaufnahmen aus, wie körperlich belastend die gefilmten Arbeitsabläufe sind. Das Besondere ist: Für die Analyse muss keine spezielle Laborsituation geschaffen werden, die arbeitende Person kann mit einer handelsüblichen Kamera gefilmt werden – inzwischen reicht selbst ein Smartphone aus.

Die Software erkennt in den Videos automatisch Schultern, Rücken und Knie, erfasst die Winkel der Gelenke im Bewegungsverlauf und gleicht die Ergebnisse mit aktuellen Ergonomie-Leitlinien wie dem RULA-Verfahren (Rapid Upper Limb Assessment) ab. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Person seitlich oder frontal im Bild zu sehen ist und ob sich ihre Position während der Aufnahme verändert. Auf dem Monitor werden die verschiedenen Körperregionen mit einem Ampelsystem von ‚grün – unbedenklich‘ bis ‚rot – überlastet‘ eingefärbt. So ist in Echtzeit ersichtlich, bei welchen Bewegungen an welchen Stellen Belastungen auftreten.

Patrick Frenzel ist der Entwickler hinter Humen Dynamics. Der Elektrotechnik-Ingenieur beschäftigt sich seit 2011 mit der Bewegungs- und Biosignalerfassung. „Ich kenne viele Leute, die regelmäßig ins Fitnessstudio gehen und penibel darauf achten, wie sie die Hanteln anheben, aber bei der täglichen Arbeit überhaupt nicht auf ihre Bewegungsabläufe achten. Dabei sind es oft schon kleine Veränderungen, die Bewegungsabläufe gelenkschonender machen. Mit unserem System können wir das veranschaulichen“, so Frenzel.

Den Vorgänger von Humen Dynamics entwickelte Frenzel als Mitglied der HTWK-Nachwuchsforschungsgruppe METEORIT, Praxispartner war das Leipziger BMW-Werk. Hier lief bereits parallel ein Forschungsprojekt mit der Universität Leipzig, in dem der Sportwissenschaftler Franz Mätzold Konzepte zur Gesundheitsförderung an Montagearbeitsplätzen erarbeitete.

Frenzel und Mätzold arbeiteten fortan zusammen: Frenzel entwickelte unter dem Namen „Ergonomics in Motion“ eine Software, die mithilfe der Kamera Kinect von Microsoft dreidimensional Körpergelenke erfasste, Mätzold erarbeitete dazu ein Bewertungsschema auf Grundlage aktueller Ergonomie Richtlinien. BMW setzt das System seitdem in verschiedenen Generationen als Teil seiner betrieblichen Gesundheitsförderung in Werken auf aller Welt ein.

„Das System hilft uns dabei, im gesamten Konzern für Ergonomie am Arbeitsplatz zu begeistern. Beispielsweise nutzen wir es viel, um gemeinsam mit den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern passende Strategien zur Entlastung des Rückens zu finden – denn das hat sehr viel mit der richtigen Beinstellung zu tun“, so Mätzold, der mittlerweile bei BMW als Gesundheitsmanager arbeitet.

Frenzel hingegen blieb an der HTWK Leipzig und befasste sich weiter mit der Bewegungserfassung: „Die Kinect-Kamera, die wir für ‚Ergonomics in Motion‘ verwendeten, war aus Entwicklersicht ziemlich spannend – aber ursprünglich wurde sie für die Videospielkonsole Xbox entwickelt. Hier fand sie nicht genügend Zuspruch, daher stellte Microsoft die Produktion ein. Schnell wurde uns klar, dass wir uns aus solchen Abhängigkeiten befreien mussten. Also entwickelten wir in den folgenden Jahren am Forschungs- und Transferzentrum der Hochschule Schritt für Schritt ein neues System, das ohne spezielle Kameratechnik funktioniert.“

Gerold Bausch ist Stiftungsprofessor für Eingebettete Systeme und Signalverarbeitung an der HTWK Leipzig und begleitet die Entwicklung von Anfang an aus strategischer Perspektive. Er erzählt: „Im Entwicklungsverlauf ist es uns gelungen, die Software so intelligent zu machen, dass sie Bewegungen in Videos erkennt, die mit herkömmlichen Kameras, also in 2D aufgenommen wurden. Dafür nutzen wir eine Methode der künstlichen Intelligenz: Die Software lernt anhand von vorgegebenen Bilddaten selbst.“

Als Lernmaterial dienen ein digitales Modell des menschlichen Skeletts sowie viele Stunden 3D-Videomaterial, das eine Person bei verschiedenen Bewegungen zeigt. Anders als in den Aufnahmen, anhand derer später Bewegungsabläufe analysiert werden sollen, trägt die Person in den Lernvideos zusätzlich Trackingmarker. Für die Aufnahme solcher Videos stellen sich die Ingenieure im Labor des HTWK-Forschungszentrums oft selbst vor die Kamera.

Aktuell erkennt die Software sicher die vielfältigen Bewegungsabläufe, die in verschiedenen Berufen üblich sind. Aber manche Bewegungen – beispielsweise überwiegend kniende Tätigkeiten wie beim Fliesenlegen – hat das System noch nicht so oft gesehen. „Möchte ein Kunde derartige Bewegungen analysieren, dann geht selbstverständlich auch das – aber wir müssen erst mehr entsprechende Videos ins Lernprogramm der Software aufnehmen. Das Anlernen selbst dauert ungefähr eine Woche“, so Frenzel.

Mit der Zeit wurde Humen Dynamics immer bekannter, dabei gab es anfangs noch nicht einmal einen professionellen Vertrieb. So nutzt beispielsweise das österreichische Verpackungsunternehmen Gigant das System, um Arbeitsplätze mit händischen Packprozessen zu analysieren und besser an die Bedürfnisse der Mitarbeiter anzupassen.

Im April 2019 stellte Gerold Bausch das System auf dem „Tag der Ergonomie“ in Mannheim vor. Dabei ergab sich ein Kontakt, der sich als folgenreich erweisen sollte: Christian Brunner vom Institut für Gesundheit und Ergonomie (IGR) in Nürnberg nutzte die Messe, um sich die Technologie anzuschauen. „Davon gehört hatte ich bereits bei Kundenbesuchen – nun wollte ich mir selbst ein Bild machen“, erzählt Brunner. Das auf Ergonomieberatung spezialisierte Unternehmen hat ein ähnliches Produkt entwickelt: „Humen Arbeitsplatzanalyse“, eine Software, die Büroarbeitsplätze auf Grundlage eines Fotos analysiert und die Ergebnisse in Ampelfarben darstellt.

Die Wissenschaftler der HTWK Leipzig und das IGR wurden sich schnell einig: IGR übernimmt ab Herbst 2019 den Vertrieb und bietet das System sowohl als Dienstleistung als auch als Hard- und Software-Paket an. „Das Leipziger System mit seinem Fokus auf dynamische Arbeitsprozesse ist wirklich eine exzellente Ergänzung unseres bisherigen Angebots“, erklärt Brunner. Nach dem bisherigen Kundeninteresse gefragt, zieht Brunner wenige Wochen nach dem Vertriebsstart eine positive Bilanz: „Es laufen bereits Gespräche mit mehreren potenziellen Käufern, der erste Vertrag über eine größere Stückzahl ist so gut wie unterzeichnet.“

Die Forscher von LaBP konzentrieren sich fortan wieder ganz auf die Weiterentwicklung ihres Systems. Pläne gibt es schon genug, wie Bausch verrät: „Derzeit funktioniert unsere Software nur fehlerfrei, wenn höchstens eine Person im Video zu sehen ist. Schön wäre es, wenn künftig auch Videos analysiert werden könnten, auf denen noch weitere Personen zu sehen sind. Außerdem hat uns der Einsatz der Technologie für Trainingsanalysen im Kanurennsport gezeigt: Auch für Anwendungen im Leistungssport könnte Humen Dynamics weiter ausgebaut werden.“

Anja Pannewitz ist Professorin für Sozialarbeitswissenschaften an der HTWK Leipzig. Zu ihren Forschungsinteressen gehört die Bedeutung von Raum und Gewalt im persönlichen Umfeld. So befasste sie sich beispielsweise mit der Gewalttätigkeit von Mädchen und Frauen. Aktuell erforscht sie in rekonstruktiven Fallanalysen das Wechselverhältnis von Gewalt und Raum in sozialen Nahbeziehungen.

Wie erklären Sie sich den Anstieg häuslicher Gewalt seit den verschärften Ausgangsbeschränkungen?

Laut ersten Berichten aus Europa und China sind die Fälle häuslicher Gewalt eklatant angestiegen, vor allem gegen Frauen und Kinder. Für Frauen war das eigene Zuhause aber vor der Corona-Krise bereits der Ort, an dem sie am meisten Gewalt zu befürchten hatten. Jetzt, wo die Aktions- und Bewegungsräume der Menschen begrenzt sind, können die Ausgangsbeschränkungen wie ein Katalysator für Gewalt wirken. Außerdem vermute ich, dass sich das Gewaltpotenzial aus dem öffentlichen Raum gerade nach Hause verschiebt. Die Gewalt ist ja nicht einfach weg.

Sind die Ausgangsbeschränkungen der tatsächliche Grund für mehr häusliche Gewalt?

Häusliche Gewalt hat immer mehrere Ursachen. Das können zum Beispiel Macht- oder Abhängigkeitsverhältnisse in der Partnerschaft oder in der Familie sein. Oder die Familienmitglieder haben nicht gelernt, Konflikte auf sprachlicher Ebene und gewaltfrei zu lösen. Gewaltursachen können verstärkt werden, wenn Menschen in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt werden oder wenn die soziale Kontrolle durch andere wegfällt. 

Die aktuelle Situation offenbart auch die Lage des Hilfesystems für häusliche Gewalt in Deutschland. Bereits vor der Corona-Krise fehlten etwa 14.000 Plätze in Zufluchtshäusern. Daher wird es jetzt bei steigender Nachfrage immer schwerer, die ohnehin knappen Hilfestrukturen aufrechtzuerhalten. Die Betroffenen wissen teilweise gar nicht mehr wohin, wenn zu Hause Gewalt droht. So ist für manche Kinder die Schule der einzig sichere Ort und die ist geschlossen.

Eine gängige Annahme lautet: Menschen, die auf engstem Raum zusammenleben müssen, werden aggressiver. Wie sind Ihre Beobachtungen dazu?

Dahinter steckt die Vermutung, dass Menschen, die wenig Raum zur Verfügung haben, automatisch gewalttätiger sind. In unserer Forschung haben wir das untersucht. Aber weder wir noch andere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler oder Beratungs- und Hilfestellen können das bisher bestätigen. Enger Raum ist nicht die Ursache für das Entstehen von häuslicher Gewalt. Sie ist ein Querschnittsproblem unserer Gesellschaft und ist immer mit hierarchischen Geschlechterverhältnissen verknüpft. Gewalt ist kein Armutsphänomen; auch in riesigen Vorstadthäusern oder in gut betuchten Milieus kommt es ganz regulär zu häuslicher Gewalt.

Wie sollten die Menschen zu Hause mit der Enge und dem Frust umgehen, damit Gewalt gar nicht erst entsteht?

Es ist in Krisensituationen ganz normal, frustriert zu sein oder aggressive Impulse zu haben – darüber sollte sich jede und jeder im Klaren sein. Wenn man weiß, wie es einem gerade geht, überrascht einen der eigene Frust nicht erst beim Handeln. Um Angst und Panik zu lindern, empfehle ich, sich nur einmal am Tag aus seriösen Quellen über Corona zu informieren. Man muss auch mal vom Thema Abstand bekommen. Jede und jeder sollte die wenigen verbliebenen Freiräume auch nutzen. Bei Bewegung an der frischen Luft baut der Körper Stress ab. 15 Minuten Sonnenlicht täglich heben insgesamt die Stimmungslage. Und telefonischer oder digitaler Kontakt zu anderen Personen mindert das Gefühl, isoliert zu sein.

Wo können sich Betroffene Hilfe holen, gerade jetzt, wo sie eventuell ständig von einem gewalttätigen Familienmitglied umgeben sind?

Es ist schwerer, wenn der Partner oder die Partnerin das Handy kontrolliert oder einen nicht aus den Augen lässt. Dennoch rate ich zu Krisentelefonen. So gibt es vom Bundesamt für Familie und zivilgesellschaftliche Aufgaben ein Hilfetelefon bei Gewalt gegen Frauen; das bundesweite Opfer-Telefon des Weißen Rings steht täglich von 7 bis 22 Uhr zur Verfügung und bietet auch eine Online-Beratung und ich empfehle die deutschlandweite „Nummer gegen Kummer“ mit dem Kinder- und Jugendtelefon. Hier ist auch eine Onlineberatung per E-Mail oder Chat für Kinder, Jugendliche, Eltern und Großeltern möglich.

Jetzt im Frühling hört man es überall zwitschern: Die Zugvögel kehren aus ihren Winterquartieren zu uns zurück. Zahlreiche Vögel haben in Italien, Südfrankreich oder gar in Afrika überwintert. Doch viele der Tiere verschwinden auf der großen Wanderung. Andere bringen Krankheitserreger mit sich. Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie in Radolfzell/Konstanz wollen daher die Flugrouten von Vögeln besser verstehen. Schon im Sommer 2020 wollen sie Amseln und andere wandernde Tierarten mit speziellen Funksensoren ausstatten.

Jedes Mal, wenn die Raumstation ISS die Tiere überfliegt, fragt sie dann verschiedene Messwerte ab. So können Tierwanderungen rund um den Globus beobachtet werden. Dass die Daten die weite Strecke zwischen Erde und Weltall verlustfrei bewältigen, ist das Verdienst von Marco Krondorf. Der Nachrichtentechnik-Professor an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) hat die Algorithmen zur Datenübertragung entwickelt. Mitte März wies er die erfolgreiche Kommunikation zwischen Funksensoren und ISS in seinem heimischen Garten in Dresden nach.

Jahrelang hat Krondorf auf diesen Moment hingearbeitet. Gemeinsam mit einem Forscherkollegen hatte er 2010 die Firma Inradios gegründet. 2013 kontaktierte Prof. Martin Wikelski vom Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie die beiden Ingenieure und erzählte ihnen von seiner Idee: Mithilfe eines Satelliten im Weltraum sollen die Wanderungsbewegungen von Tieren erforscht werden. Seitdem entwickelt und produziert Inradios die sogenannten „Tags“, die Funksensoren für das auf den Namen ICARUS getaufte Forschungsprojekt. Die Mini-Computer zeichnen Position, Beschleunigung, Temperatur, Magnetfeld und Luftdruck auf und senden diese Daten an die ISS.

„Die große Herausforderung war es, ein ausreichend starkes Signal zu erzeugen, damit es im Weltall empfangen werden kann. Denn das Hintergrundrauschen dort oben ist tausendfach stärker als ein konventionell erzeugtes Funksignal. Deshalb haben wir Verfahrensweisen aus dem Mobilfunk, der Radartechnik und der Satellitenkommunikation kombiniert und Algorithmen entwickelt, die auf der Raumstation aus dem Rauschen die richtigen Informationen herausfiltern“, erzählt Krondorf.

Montage der ICARUS-Antenne auf der ISS

Im Sommer 2018 installierten zwei russische Kosmonauten in siebenstündiger Arbeit die ICARUS-Antenne an der Außenhaut der ISS. Eineinhalb Jahre später wurde die Antenne auf der Raumstation eingeschaltet. Bis zum Sommer sollen noch einige technische Tests stattfinden, bevor schließlich die ersten Amseln vom Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie mit Tags ausgestattet werden. Ihre Flugrouten ins Winterquartier werden dann bereits aufgezeichnet.

„Erst mithilfe der ICARUS-Technologie können wir die Informationen unserer tierischen ‚Spürhunde‘ nutzen, um ein neues Zeitalter der Erdbeobachtung einzuleiten. Gleichzeitig werden wilde Tiere damit als Informanten für uns Menschen so wichtig, dass wir sie immer besser schützen wollen“, sagt Prof. Martin Wikelski, der Leiter des ICARUS Projektes.

Ziel: Die Schwarmintelligenz der Tiere nutzen

Perspektivisch sollen nicht nur die Wanderungen von Amseln erforscht werden. Auch Fledermäuse und Flughunde, Meeresschildkröten und Fische sowie große Tiere sollen vom Weltraum aus beobachtet werden. Denn oft fliehen Tiere vor Erdbeben und anderen Naturkatastrophen, bevor der Mensch die drohende Gefahr bemerkt. Die Daten aus dem ICARUS-Projekt könnten so die Schwarmintelligenz der Tiere für den Menschen nutzbar machen und für den Katastrophenschutz eingesetzt werden.

Daneben sind auch Epidemiologinnen und Epidemiologen an der Technik interessiert: Mithilfe von ICARUS möchten sie die Ausbreitung von Seuchen durch tierische Träger besser überwachen. „Im nächsten Schritt wollen wir die Tags noch kleiner und leichter machen. Aktuell wiegen sie fünf Gramm. Aber für kleinere Tiere als Amseln ist das zu schwer. Mit sehr kleinen Tags könnten wir vielleicht sogar die Ausbreitung von Heuschreckenplagen aus dem All beobachten“, sagt Marco Krondorf.

Marco Krondorf wurde im März 2020 auf die Professur für Nachrichtentechnik an die HTWK Leipzig berufen. Ein Teil seiner Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung des Systems. Daher kooperiert Krondorf auch weiterhin über die Hochschule mit dem ICARUS-Projekt.

Die ICARUS-Initiative (kurz für: International Cooperation for Animal Research Using Space) ist ein Gemeinschaftsprojekt der Max-Planck-Gesellschaft und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt sowie Roskosmos, der russischen Raumfahrtagentur.

Digitale und demografische Veränderungsprozesse sind in den neuen Bundesländern besonders zu spüren. Deshalb wurden hier auf Initiative des Bundesarbeitsministeriums fünf „Regionale Zukunftszentren“ eingerichtet, in denen kleine und mittlere Unternehmen (KMU) und ihre Beschäftigten beraten und vernetzt werden.

Das übergeordnete Zentrum digitale Arbeit in Eilenburg steht als Thinktank an der Schnittstelle zwischen dem Bundesarbeitsministerium und den Zukunftszentren, um Forschungswissen zum digitalen und demografischen Wandel des Arbeitsmarktes zu generieren und weiterzugeben. Die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) bringt ihre Expertise zu digitalen Geschäftsmodellen, Datenanalyse und E-Learning in den Thinktank ein.

Diese Schwerpunkte stehen an der HTWK im Fokus

Der Wirtschaftswissenschaftler Dr. Sven Preußer, der Lernwissenschaftler Tibor Horváth und der Informatiker Stefan Berger entwickeln dazu an der HTWK Leipzig Best-Practices und Lösungsansätze für die digitale Transformation von KMU und für die berufliche Weiterbildung von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Betreut wird das interdisziplinäre Team von Prof. Gerold Bausch (Fakultät Ingenieurwissenschaften), Prof. Gabriele Hooffacker (Fakultät Medien und Informatik) und Prof. Holger Müller (Fakultät Wirtschaftswissenschaft und Wirtschaftsingenieurwesen).

„Hier entsteht ein Wissenspool, der die Forschungsergebnisse mit Praxiserfahrungen aus den fünf Regionalen Zukunftszentren in den neuen Bundesländern verknüpft“, erklärt Holger Müller, BWL-Professor und HTWK-seitiger Leiter des Projekts.

„Daten werden zum wichtigen Rohstoff“

Gerold Bausch ergänzt: „Daten werden zunehmend auch für kleine und mittelständische Unternehmen zum wichtigen Rohstoff. Wir unterstützen das Vorhaben deshalb mit unserem Know-how von der Datenerhebung bis zur Analyse – unabhängig davon, ob es sich um Sensor- oder Geschäftsdaten handelt.“

Dem fügt Gabriele Hooffacker vom Institut für Digitales Lehren und Lernen an der HTWK Leipzig hinzu: „Eine der Hauptherausforderungen der Digitalisierung ist es, die Beschäftigten mitzunehmen. Wir unterstützen den Thinktank deshalb bei der didaktischen Umsetzung von digitalen Weiterbildungsangeboten.“

Die Einführung und der Ausbau elektronischer Lösungen in deutschsprachigen Unternehmen lässt weiter zu wünschen übrig. Denn in jedem vierten in diesem Jahr befragten Betrieb steht die Geschäftsführung bei diesem wichtigen Thema auf der Bremse. Ebenso viele Firmen berichten von internen Widerständen, die das Vorankommen behindern. Das ist eines der zentralen Ergebnisse des „BME-Barometers Elektronische Beschaffung 2020“.

Die Studie wurde von Prof. Holger Müller von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) und Prof. Ronald Bogaschewsky (Universität Würzburg) im Auftrag des Bundesverbandes Materialwirtschaft, Einkauf und Logistik e.V. (BME) durchgeführt. Partner waren der Bundesverband Materialwirtschaft, Einkauf und Logistik in Österreich (BMÖ) und die Allocation Network GmbH.

Im BME-Barometer untersuchen Müller und Bogaschewsky seit 2018 jährlich den aktuellen Stand der Digitalisierung sowie zukünftige Entwicklungen in ausgewählten Bereichen des Einkaufs und des Supply Chain Managements. An der aktuellen Befragung nahmen 168 Unternehmen aus Industrie, Dienstleistungsgewerbe, Handel und öffentlichen Institutionen im Zeitraum von Oktober bis Dezember 2019 teil.

Was die Nutzung digitaler Lösungen verhindert

Hinderungsgründe für die weitergehende Nutzung digitaler Lösungen im konventionellen E-Procurement-Bereich liegen nach wie vor primär in einer mangelnden internen Datentransparenz und -strukturierung. Danach folgen nahezu gleichauf innerbetriebliche Widerstände, fehlende Unterstützung seitens der Geschäftsführung, als ungenügend oder fehlend empfundene Standards, Kosten sowie unzureichende interne technische Voraussetzungen. Diese Faktoren werden von den Befragten teilweise noch intensiver als Hinderungsgründe empfunden als im Vorjahr.

Die Umfrage ergab auch, dass die Notwendigkeit des Einsatzes der E‐Tools von Klein- und Mittelunternehmen im Vergleich zu Konzernen fast durchweg geringer eingeschätzt wird – ein Trend, der seit Jahren zu beobachten ist. Es wurden aber auch signifikante Veränderungen deutlich. So schätzen im Gegensatz zum Vorjahr die Befragten aus Industrieunternehmen die jeweilige Relevanz des Einsatzes der E‐Tools über nahezu alle Kategorien hinweg höher ein als die Dienstleister.

Digitalisierung sollte Chefsache sein

„Die diesjährigen Umfrage-Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Digitalisierung ganzer Wertschöpfungs- und Lieferketten den Unternehmen alles abfordert“, betont BME-Hauptgeschäftsführer Dr. Silvius Grobosch. Immer mehr Unternehmen würden die Notwendigkeit des Einsatzes elektronischer Lösungen in Einkauf, Logistik und Supply Chain Management erkennen. Allerdings müssten einige von ihnen noch stärker als bisher an der Beseitigung der Hinderungsgründe für deren Nutzung arbeiten.

Ronald Bogaschewsky, Professor für BWL und Industriebetriebslehre an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg, appelliert insbesondere an die Verantwortlichen der Unternehmen, die komplette Automatisierung der operativen Beschaffungsprozesse endlich zur Chefsache zu erklären. „Einige Geschäftsführungen denken in Bezug auf den Einkauf und das Supply Chain Management wohl immer noch, das Internet sei nur eine vorübergehende Erscheinung“, fügt er hinzu.

Digitalisierungstrends und Zukunftstechnologien

Ähnlich wie im Vorjahr werde eine nahezu komplette Automatisierung des operativen Einkaufsprozesses bis vor dem Übergang zur Rechnungsprüfung und ‐buchung von über zwei Dritteln der Unternehmen in absehbarer Zeit erwartet und sei zum Teil schon vollzogen. Ähnliches gelte für die Integration der Buchungs‐, Rechnungsprüfungs‐ und Zahlungsprozesse mit dem Bestellprozess im Sinne eines unterbrechungsfreien P2P‐Prozesses sowie das Empfangen von Lieferantenrechnungen in elektronischer Form.

Nach Einschätzung von Holger Müller, Professor für Betriebswirtschaftslehre, insbesondere Supply Chain Management, an der HTWK Leipzig, sei „dieses Handlungsfeld offenbar nicht nur als wichtig erkannt worden. Es ist vielmehr zu erwarten, dass die Mehrheit der befragten Unternehmen diese Prozesse zügig in integrierte Lösungen überführen wird, sofern dies nicht bereits erfolgt ist.“

Die aktuelle BME-Umfrage gibt auch Aufschluss, welche Zukunftstechnologien für Einkauf, Logistik und Supply Chain Management die größte Bedeutung haben. Danach liegt Big Data Analytics wie ein Jahr zuvor erneut auf Platz eins. Auf den Plätzen folgen „Intelligente Objekte zur Steuerung des Materialflusses“ und „Gemeinsame Datenräume entlang der Supply Chain“. Blockchains bilden das Schlusslicht. Insgesamt werden die „Zukunftstechnologien“ deutlich weniger positiv gesehen als im Vorjahr.

Bis ins hohe Alter selbstständig wohnen, das wünschen sich wohl alle. Doch die wenigsten Altbauten sind barrierefrei, und Treppen sind mit zunehmendem Alter immer schwieriger zu bewältigen. Fahrstühle und Treppenlifte können nicht in jedem Haus installiert werden, außerdem sind sie nicht gerade billig. Die beiden Nachwuchswissenschaftler Felix Weiske und Max Böhme von der HTWK Leipzig haben deshalb eine Art Siebenmeilenstiefel fürs Treppensteigen entwickelt.

Äußerlich ähnelt das Gerät einer klassischen Orthese, wie sie zur Rehabilitation von Knieverletzungen verwendet wird. Doch im Inneren befinden sich mehrere Sensoren sowie ein kleiner Motor. „Unser Ziel ist eine Art intelligenter Stiefel, der leicht an- und ausziehbar ist und die noch vorhandene Muskelkraft individuell unterstützt“, erklärt Böhme. Innerhalb von drei Jahren sind die beiden Ingenieure diesem Ziel ziemlich nahegekommen.

Wie funktioniert Treppensteigen?

Zunächst haben Böhme und Weiske im Biomechaniklabor der Universität Leipzig die Bewegungsabläufe beim Treppensteigen von 25 Personen untersucht, darunter 13 Seniorinnen und Senioren. Die Fragestellung: In welchem Gelenk wird wieviel Kraft aufgebracht, um eine Stufe zu bewältigen? Außerdem interviewten sie die Teilnehmenden zu ihren Vorstellungen und Bedürfnissen.

„Ein wichtiger Aha-Effekt für uns war: Für viele ist es schwieriger, treppab die Balance zu halten als treppauf die nötige Kraft aufzubringen. Unser System muss also automatisch erkennen, welche Bewegung unterstützt werden soll“, sagt Weiske. Der Elektrotechnik-Ingenieur hat die Algorithmen programmiert, auf deren Grundlage das sogenannte Exoskelett den individuellen Gang eines Menschen erlernt. „Das ist das, was gemeinhin mit künstlicher Intelligenz bezeichnet wird: eine selbstlernende Maschine“, erläutert Weiske.

Gewinner im Hochschulwettbewerb

Anfang 2019 stellten Böhme und Weiske die erste Version fertig. Wenige Wochen später waren sie damit schon im Fernsehen. Denn mit ihrem Exoskelett gewannen die beiden als eines von 15 Forschungsteams den Hochschulwettbewerb zum Wissenschaftsjahr „Künstliche Intelligenz“. Das Preisgeld in Höhe von 10.000 Euro nutzen Böhme und Weiske zur Gestaltung mehrerer interaktiver Ausstellungen in Leipzig, Köln und Berlin. Ein Ziel: möglichst viel Feedback von potenziellen Anwenderinnen und Anwendern zu erhalten.

„Der technologische Fortschritt findet schnell und oft ohne Einbindung der Gesellschaft statt. Genau das wollen wir anders machen“, erklärt Böhme die Motivation der beiden Forscher. Dabei bekamen sie viel Lob, aber auch Verbesserungsvorschläge. Beispielsweise finden einige Ältere das Exoskelett zu schwer, außerdem sieht es manchen nach „zu viel Technik“ aus. Die Anregungen sollen in der nächsten Version des Exoskeletts Berücksichtigung finden.

„Unsere Vision ist, dass das Gerät später in einer Ladestation neben der Treppe steht und im Handumdrehen angezogen ist. Das könnte älteren Menschen das Wohnen in ihrer vertrauten Umgebung einige Jahre länger ermöglichen“, sagt Böhme.

In großen Städten wird es immer enger, während es in vielen ländlichen Regionen immer leerer wird. Das gilt auch für die Schwarmstadt Leipzig und ihr Umland. Beispielsweise hat der Landkreis Nordsachsen seit dem Jahr 2000 rund 14 Prozent seiner Bevölkerung verloren. Viele Gebäude stehen leer. Immobilienfachleute prognostizieren, dass in ein paar Jahren auch das Leipziger Umland vom Boom der Großstadt profitieren könnte – aber bis dahin müssen zahlreiche unbewohnte Häuser vor dem Verfall bewahrt werden.

Wasserschaden in unbewohntem Haus

So auch ein unscheinbares Einfamilienhaus am Rand der Dübener Heide, das die beiden Ingenieure Dr. André Dollase und Johannes Braun von der Nachwuchsforschungsgruppe DemoS 2019 besuchten. Ihr Ziel: einen Wasserschaden im Keller verursachen – und dabei testen, ob ihr neu entwickeltes Monitoring-System für Feuchteschäden funktioniert. „Alles natürlich mit dem Besitzer abgesprochen – und ohne die Bausubstanz zu schädigen. Nach dem Versuch haben wir das Gemäuer wieder fachgerecht getrocknet“, versichert Bauingenieur Dollase.

Der Eigentümer des Hauses wohnt im rund 35 Kilometer entfernten Leipzig und hat das Haus geerbt. Seit Jahren findet er für die Immobilie weder eine Käuferin noch einen Mieter – aber selbst zurück aufs Land ziehen, das will er auch nicht. Also versucht er, das Haus bestmöglich zu erhalten. Doch aus der Ferne ist das gar nicht so einfach.

„Wird das Mauerwerk feucht, ist schnell die gesamte Bausubstanz gefährdet“, sagt Dollase. Zum einen könne gefrierende Nässe Risse und kleine Löcher ins Gemäuer sprengen. Zum anderen könne sich Schimmel bilden. „Unbewohnte Gebäude sind einem besonderen Risiko ausgesetzt, da sie weder geheizt noch gelüftet werden – und weil niemand mitbekommt, wenn es zu einem Rohrbruch kommt“, so Dollase. Gemeinsam mit dem Elektrotechnik-Ingenieur Johannes Braun hat er innerhalb von drei Jahren das Monitoring-System für Feuchteschäden in leerstehenden Gebäuden entwickelt.

Neues Messsystem überwacht Gebäudeklima

Etliche Stunden Programmierarbeit und zahlreiche Laborversuche gingen dem Testeinsatz in der nordsächsischen Provinz voraus. Entstanden ist dabei ein Messsystem, das kontinuierlich das Gebäudeklima überwacht. Dazu werden mehrere kleine Messeinheiten an den Kellerwänden verteilt. Jede Messeinheit registriert mithilfe von Mikrowellen die Feuchtigkeit der Kellerwand sowie zusätzlich Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit.

Übertragen werden die Daten ganz ohne Kabel, wie Johannes Braun erklärt: „Eine zentrale Steuereinheit empfängt die Messwerte per Funk und wertet sie anhand eines von uns entwickelten Algorithmus aus. Diese Auswertung wird per WLAN an ein Tablet oder einen Computer übertragen.“ Werden an einer Messeinheit kritische Grenzwerte überschritten, erhält die Hausverwaltung einen Warnhinweis. Sie kann dann Gegenmaßnahmen einleiten – ein geplatztes Rohr reparieren lassen oder einen Luftentfeuchter aufstellen. „Manchmal reicht es auch schon, zum richtigen Zeitpunkt kräftig durchzulüften“, ergänzt Dollase.

Dr. André Dollase
(*1981) studierte Bauingenieurwesen an der HTWK Leipzig. Nach dem Studium erforschte er als wissenschaftlicher Mitarbeiter, wie mit Mikrowellen das Trocknungsverhalten von frischem Beton und Estrich beurteilt werden kann. Diesen Ansatz übertrug er im Rahmen von DemoS auf die Feuchtigkeitsmessung in Altbauten. Die Ergebnisse beider Projekte flossen in seine Doktorarbeit ein. Mittlerweile arbeitet Dollase bei der Deutschen Bahn als Bauwerksprüfer und strebt eine Weiterbildung zum Sachverständigen an.

Johannes Braun
(*1989) studierte an der HTWK Leipzig im dualen Studium Elektrotechnik und Informationstechnik und machte eine Ausbildung zum Elektroniker für Betriebstechnik. Anschließend studierte er im Master Wirtschaftsingenieurwesen. Nach zwei Jahren als Projektingenieur und -leiter bei einem Automatisierungsunternehmen kam er für DemoS zurück an seine Hochschule. Seine begonnene Promotion zur Funkkommunikation verschiedener Sensoren im „Smart Home“ führt er in der Arbeitsgruppe von Prof. Faouzi Derbel weiter.

Verfallende Fabrikhallen, unbewohnte Häuser und stillgelegte Bahnhöfe – vielerorts sind die Auswirkungen des demografischen und strukturellen Wandels augenscheinlich. Ohne Feuchteeintrag, Schädlingsbefall oder Vandalismus können Gebäude mehrere Jahrzehnte leer stehen, ohne substanziell geschädigt zu werden. Soll wieder jemand einziehen, wird häufig saniert. Oft wird der Anlass genutzt, um ein Gebäude an veränderte Wohnbedürfnisse anzupassen: In einstigen Wohnhäusern für Großfamilien finden Ein-Raum-Apartments ihren Platz, ehemalige Fabriken werden zu Loftwohnungen umgebaut und in Bahnhöfen entstehen soziokulturelle Zentren.

Umbau statt Abriss

„Es ist viel nachhaltiger, leerstehende Häuser umzubauen und wieder nutzbar zu machen, als sie abzureißen und neu zu bauen – zumal diese Gebäude ja auch den Charakter einer Stadt prägen. Allerdings treten bei einem Umbau oft Überraschungen auf, die den Bauprozess verteuern und in die Länge ziehen“, erklärt die Architektin Lena Salm von der Nachwuchsforschungsgruppe DemoS und führt weiter aus: Zwar sollten sich im Bauaktenarchiv einer Stadt neben dem Bauantrag sämtliche Akten zum Gebäude befinden. Was im Laufe der Jahrzehnte nachträglich verändert wurde, sei allerdings oft unvollständig dokumentiert – ebenso wenig die Setzung und Verformung des Gebäudes über die Jahre.

Der erste Schritt zur Wiederbelebung ist deshalb das sogenannte Aufmaß: eine umfangreiche Vermessung und Dokumentation der Bausubstanz. Salms Kollegin Sophie Seifert erklärt: „Die meisten Architekturbüros arbeiten dabei analog, mit Distanzmessern und Zollstöcken. Das heißt, sie notieren sich die Daten vor Ort und erzeugen danach im Büro ein digitales Gebäudemodell. Ungenauigkeiten oder fehlende Werte fallen frühestens beim Übertragen der Daten in die Konstruktionssoftware auf. Für Nachmessungen geht es erneut zum Objekt. Das kann ganz schön Zeit fressen.“

Alternativ wird ein Vermessungsbüro beauftragt, das mit Laserscannern arbeitet. Dabei entstehen zwar sehr exakte, aber gleichzeitig riesige Datenmengen. Für die Weiterbearbeitung zu digitalen Modellen müssen diese reduziert werden – ebenfalls eine aufwendige Angelegenheit.

Aufmaß per HoloLens

Im Rahmen der Nachwuchsforschungsgruppe haben die beiden Architektinnen deshalb untersucht, inwieweit sich die Mixed-Reality-Brille HoloLens für das Aufmaß verwenden lässt. Die Brille funktioniert ähnlich wie ein Smartphone. Über ihre halbdurchsichtigen Gläser können virtuelle Inhalte dreidimensional ins Blickfeld eingeblendet werden.

„Die HoloLens ist mit einer sogenannten Time-of-Flight-Kamera ausgestattet. Mit diesem Kamerasystem kann die Entfernung und die dreidimensionale Struktur von Gegenständen in Echtzeit erfasst werden. Im Automobilbereich wird eine vergleichbare Technik beispielsweise für Fahrerassistenzsysteme genutzt“, sagt Salm. Gemeinsam mit Seifert hat sie für die Brille einen Workflow konzipiert, der das Erfassen der Raumarchitektur in Echtzeit ermöglicht. Herzstück ist eine eigens programmierte App.

Anfang 2019 haben die beiden Architektinnen das System live in einer leerstehenden Wohnung getestet. Salm erläutert das Vorgehen: „Die etwa 65 Quadratmeter große Dachgeschosswohnung im Leipziger Gründerzeitviertel Stötteritz sollte mit dem restlichen Dachstuhl zu einer großen Wohnung umgebaut werden. Wir haben die Wohnung auf zwei verschiedene Arten vermessen. Mit dem Laserscanner waren wir vier Stunden beschäftigt, mit der HoloLens haben wir nur eine halbe Stunde benötigt.“

Hinzu kommt in beiden Fällen noch die Datennachbereitung am Computer. Salm urteilt: „Herkömmliche Verfahren wird die HoloLens nicht komplett ablösen. Dazu werden Kanten und Ecken nicht exakt genug erkannt. Aber für die frühe Planungsphase ist die Detailtiefe der HoloLens ausreichend."

Sie hatten sich schon sehr darauf gefreut: In der kommenden Woche wollten die beiden frischgebackenen Nachwuchswissenschaftler Fabian Eidner (21) und Theodor Reinhardt (21) von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) ihre Skulptur Swaying Straws (Wiegende Halme) auf der Sonderschau Talente zeigen. Die renommierte Ausstellung ist seit vielen Jahren Teil der Internationalen Handwerksmesse in München. Sie zeigt die Ergebnisse eines internationalen Wettbewerbs für Gestaltung und Technik und richtet sich an junge Designer und gestaltungsorientierte Handwerker. Für den Wettbewerb gingen mehr als 600 Bewerbungen aus rund 50 Ländern ein. Von den 99 ausgestellten Exponaten sollten die besten acht Beiträge am 14. März 2020 mit dem Talente-Preis prämiert werden. Aufgrund der Verbreitung des Coronavirus wurden sowohl die Messe als auch die Sonderschau nun kurzfristig abgesagt. „Sehr gern hätten wir unsere Arbeit als eine von 99 Exponaten aus der ganzen Welt auf einer so bedeutenden internationalen Messe präsentiert. Umso mehr bedauern wir die Absage, haben jedoch vollstes Verständnis für die Entscheidung der Organisatoren, die nach der dringenden Empfehlung des Krisenstabs der Bayerischen Staatsregierung gehandelt haben“, so Reinhardt.

Die Skulptur Swaying Straws besteht aus insgesamt 320 schwarzen Papierstrohhalmen und 160 orangenen Verbindungselementen aus Kunststoff und sieht aus wie ein säulenförmiges Netz, das sich im Wind zu wiegen scheint. Hinter dem Designobjekt steckt eine neue Konstruktionsidee für organisch gekrümmte Gebäudefassaden. Die Innovation sind die Verbindungselemente: Sie haben alle eine individuelle Geometrie und stammen aus dem 3D-Drucker. Jeder Knoten verbindet vier gerade Stäbe. Bei Swaying Straws entsteht so eine 2,36 Meter hohe Netzstruktur mit 80 Zentimeter Durchmesser. Maßstäblich vergrößert, könnte das Netz die Unterkonstruktion für eine Fassade aus Glas-, Metall- oder Holzplatten bieten. „Ziel unserer Forschung ist es, mehrfach gekrümmte Fassaden- und Dachkonstruktionen in Zukunft mit deutlich weniger Materialeinsatz – und damit ressourcenschonender – bauen zu können. Dafür setzen wir auf eine konsequente Digitalisierung des gesamten Entwurfs-, Planungs- und Fertigungsprozesses und auf automatisierbare Verfahren wie den 3D-Druck“, sagt Alexander Stahr, Professor für Tagwerkslehre. Er hat Eidner und Reinhardt für das Projekt Swaying Straws in seine Forschungsgruppe FLEX (Forschung. Lehre. Experiment) geholt.

Noch als Studierende im Bachelor-Studiengang haben die beiden sechs Monate lang neben dem Studium an ihrer Idee gearbeitet. Erstmalig präsentiert wurde Swaying Straws bei den Messen „Rapid.Tech + FabCon 3.D“ in Erfurt und „Designers’ Open“ in Leipzig. Im Januar 2020 erhielten Eidner und Reinhardt eine „Anerkennung“ beim Bremmer-Preis, einer jährlich verliehenen Auszeichnung für die besten Entwurfsarbeiten von Architekturstudierenden der HTWK Leipzig. Vor wenigen Tagen haben beide ihr Bachelorstudium mit großem Erfolg abgeschlossen. Seit März arbeiten sie als Nachwuchswissenschaftler in der Forschungsgruppe FLEX daran, ihre Konzeptstudie in die Anwendbarkeit zu überführen. Der nächste Schritt: das Verbindungselement aus Metall statt aus Kunststoff fertigen. Bis dahin werden sie ihre Skulptur Swaying Straws auch trotz der bedauerlichen Absage der Internationalen Handwerksmesse künftig zeigen. „Die Wissenschaftler von FLEX arbeiten weiter an dem Zukunftsthema ‚3D-Druck‘ im Kontext bautechnischer Anwendungen. Die Swaying Straws werden wir das nächste Mal am 10. Juli 2020 bei der Langen Nacht der Wissenschaften an der HTWK Leipzig ausstellen“, sagt Stahr.

Swaying Straws (Wiegende Halme) heißt die Skulptur, die die zwei Architekturstudenten Fabian Eidner und Theodor Reinhardt von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) bei der Sonderschau Talente zur Internationalen Handwerksmesse vom 11. bis 15. März 2020 in München (Messegelände, Halle B1) präsentieren. Insgesamt 320 schwarze Papierstrohhalme und 160 orangene Verbindungselemente aus Kunststoff bilden ein säulenförmiges Netz, das sich im Wind zu wiegen scheint. Dahinter steckt eine neue Konstruktionsidee für organisch gekrümmte Gebäudefassaden.

Die Innovation sind die Verbindungselemente: Sie haben alle eine individuelle Geometrie und stammen aus dem 3D-Drucker. Jeder Knoten verbindet vier gerade Stäbe. Bei Swaying Straws entsteht so eine 2,36 Meter hohe Netzstruktur mit 80 Zentimeter Durchmesser. Maßstäblich vergrößert, könnte das Netz die Unterkonstruktion für eine Fassade aus Glas-, Metall- oder Holzplatten bieten.

„Ziel unserer Forschung ist es, mehrfach gekrümmte Fassaden- und Dachkonstruktionen in Zukunft mit deutlich weniger Materialeinsatz – und damit ressourcenschonender – bauen zu können. Dafür setzen wir auf eine konsequente Digitalisierung des gesamten Entwurfs-, Planungs- und Fertigungsprozesses und auf automatisierbare Verfahren wie den 3D-Druck“, sagt Alexander Stahr, Professor für Tagwerkslehre. Er hat die beiden Architekturstudenten für die Umsetzung von Swaying Straws in seine Forschungsgruppe FLEX (Forschung. Lehre. Experiment) geholt.

Hier haben Fabian Eidner (21) und Theodor Reinhardt (21) sechs Monate lang neben dem Studium an ihrer Idee gearbeitet. Erstmalig präsentiert wurde Swaying Straws bei den Messen „Rapid.Tech + FabCon 3.D“ in Erfurt und „Designers’ Open“ in Leipzig. Im Januar 2020 erhielten die beiden Studenten eine Anerkennung beim Bremmer-Preis, einer jährlich verliehenen Auszeichnung für die besten Entwurfsarbeiten von Architekturstudierenden der HTWK Leipzig. Vor wenigen Tagen haben Eidner und Reinhardt ihr Bachelorstudium mit großem Erfolg abgeschlossen. Ab März arbeiten beide als Nachwuchswissenschaftler in der Forschungsgruppe FLEX daran, ihre Konzeptstudie in die Anwendbarkeit zu überführen. Der nächste Schritt: das Verbindungselement aus Metall statt aus Kunststoff fertigen.

Swaying Straws ist eines von 99 Exponaten bei der Sonderschau Talente 2020, einem internationalen Wettbewerb für Gestaltung und Technik. Für die Ausstellung gingen mehr als 600 Bewerbungen aus rund 50 Ländern ein. Die besten acht Beiträge werden am 14. März mit dem Talente-Preis prämiert.

Im Internet können Forschungsergebnisse frei zugänglich für alle veröffentlicht werden. Doch bislang werden solche Open-Access-Publikationen wegen hoher Verlagsgebühren zu wenig genutzt. Eine Lösung für dieses Problem hat nun ein Forschungsteam der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) entwickelt: Das Team beschreibt in einer detaillierten Anleitung, wie Wissenschaftseinrichtungen selbst Open-Access-Bücher herstellen und veröffentlichen können. Vorgestellt wird das – im Internet frei zugängliche – Handbuch auf der Fachtagung „Road to Open Access“ am 11. März an der HTWK Leipzig (Gustav-Freytag-Straße 42, 04277 Leipzig).

Für die Open-Access-Veröffentlichung eines Fachbuchs berechnen Wissenschaftsverlage bis zu 15.000 Euro Gebühr. „Solche Beträge liegen weit über den tatsächlichen Herstellungskosten“, sagt Prof. Alexander Grossmann. Er ist überzeugt: „Für Forschungseinrichtungen und Hochschulen ist es deutlich günstiger, die Angelegenheit selbst in die Hand zu nehmen und eigene Verlage zu betreiben.“ Grossmann war selbst jahrelang in verschiedenen Wissenschaftsverlagen tätig. Im vom Bundesforschungsministerium geförderten Pilotprojekt „Open-Access-Hochschulverlag“ entwickelte er gemeinsam mit Prof. Michael Reiche, David Böhm und Antonia Schrader ein Workflow-Modell zur Herstellung und Verbreitung von Open-Access-Monografien. Es ermöglicht Hochschulen und Forschungseinrichtungen, neue Fachbücher zu überschaubaren Kosten selbst herzustellen und sowohl digital als auch als gedrucktes Buch zu veröffentlichen.

Das Forschungsteam erprobte das Modell anhand von fünf Büchern verschiedener Fachrichtungen. Eines davon ist das Projekthandbuch selbst. Es ist ab März online frei verfügbar und als Soft- oder Hardcover über den regulären Buchhandel zu beziehen (ISBN 978-3-96627-015-1). Neben Checklisten und Kalkulationen beziffert es anhand von fünf Fallbeispielen den finanziellen, personellen und zeitlichen Aufwand für die Publikation von Open-Access-Monografien. Grossmann: „Mit unserem Publikationsworkflow für akademische Bücher schöpfen wir das derzeit im Verlagsbereich technisch und wirtschaftlich Mögliche aus. Unser Handbuch kann von anderen akademischen Einrichtungen genutzt werden, um den Aufwand eines eigenen Open-Access-Verlags einzuschätzen und selbst einen solchen Verlag zu gründen.“

Das Forschungsteam stellt das Buch „Open-Access-Publikationsworkflow für akademische Bücher“ bei der Fachtagung „Road to Open Access“ am Mittwoch, den 11. März 2020 an der HTWK Leipzig vor. Daneben erwartet die Teilnehmenden ein breites Angebot von Vorträgen und Diskussionen rund um das Thema Open Access.

Bis zum Jahr 2050 soll Strom vorwiegend aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen werden. Grüner Wasserstoff kann einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende leisten. Dieser Energieträger lässt sich durch regenerativ erzeugten Strom gewinnen, transportieren und anschließend speichern. Damit Industrie und Privathaushalte grünen Wasserstoff in Zukunft nutzen können, bedarf es einer entsprechenden Infrastruktur. Wissenschaftler der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) testen seit Mai 2019 unter realen Bedingungen im Wasserstoffdorf im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen gemeinsam mit der Mitteldeutschen Netzgesellschaft Gas (MITNETZ GAS), dem Forschungsunternehmen DBI Gas- und Umwelttechnik, dem Kunststoffhersteller Rehau und dem TÜV Süd, wie Wasserstoff verteilt werden kann.

Wie Wasserstoff verteilt werden kann

Konkret nutzen die Forscherinnen und Forscher im HYPOS-Projekt „H2-Netz“ auf dem insgesamt 12.000 Quadratmeter großen Versuchsgelände hochdichte Kunststoffrohrleitungen im Verteilnetz und für Inneninstallationen, testen verschiedene Verlegeverfahren und erproben die erforderliche Sicherheitstechnik für den Wasserstofftransport. Prof. Robert Huhn von der HTWK Leipzig forscht im Projekt zur ökonomisch-ökologischen Bewertung von Wasserstoffnetzen. „Unser Ziel ist es, entlang des gesamten Lebenszyklus der modernen Wasserstoffinfrastruktur die Kosten sowie den CO₂-Fußabdruck zu berechnen und klassischen Erdgasnetzen gegenüber zu stellen“, so Huhn.

Tage der offenen Tür im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen

Damit auch Außenstehende Einblicke in das Projekt und die Anlagentechnik erhalten können, lädt MITNETZ GAS zu Tagen der offenen Tür ein. Am 13. Mai, 10. Juni, 8. Juli, 9. September, 14. Oktober, 11. November und 9. Dezember informieren Expertinnen und Experten vor Ort Interessierte und Fachpublikum über aktuelle Entwicklungen und beantworten Fragen zum Wasserstoffdorf. Für die kostenfreie Teilnahme ist eine Anmeldung erforderlich.

Seit 2013 beschäftigt sich das HYPOS-Konsortium (Abkürzung für „Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany“) mit dem Aufbau einer grünen Wasserstoffwirtschaft in Form einer Modellregion im mittel- und ostdeutschen Raum. Die über 100 Mitglieder des HYPOS e.V. – eines davon ist die HTWK Leipzig – bündeln darin ihre Kompetenzen aus Forschung und Praxis im Wasserstoffsektor. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ gefördert.

Vom 4. bis 6. März 2020 werden an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) mehr als 150 Vertreterinnen und Vertreter von Unternehmen und deutschsprachigen Hochschulen zur 17. Konferenz für Angewandte Automatisierungstechnik in Lehre und Entwicklung (AALE) erwartet. Der Fokus liegt dieses Jahr auf dem Zusammenspiel von Automatisierung und Mensch-Technik-Interaktion in Anwendungsbereichen wie Produktionstechnik, Medizintechnik und hochautomatisiertes Fahren. Daneben werden neue technische Entwicklungen in den Bereichen Industrie 4.0, Digitalisierung und Cyber-Security sowie deren Auswirkungen auf Studium und Lehre in der Automatisierungstechnik diskutiert.

Gastgeber der Konferenz ist HTWK-Professor Jens Jäkel. Als langjähriges Mitglied des AALE-Beirats freut er sich besonders, dass die jährliche Konferenz nun erstmals an der HTWK Leipzig gastiert. „Die Automatisierungstechnik hat hier eine lange Tradition in Lehre und Forschung“, sagt Jäkel. „Automatisierung wird und kann den Menschen nicht ersetzen. Aber es ergibt sich eine neue Aufgabenteilung zwischen Mensch und Technik. Dabei muss der Mensch im Fokus der Entwicklungen stehen.“

Neben seiner Funktion als Gastgeber ist Jens Jäkel auf der diesjährigen AALE-Konferenz auch selbst im Programm vertreten. Sein Doktorand Felix Weiske wird eine Methode zur intelligenten Regelung von tragbarer Technik vorstellen, die Menschen bei wiederkehrenden Bewegungen unterstützt. Ein Beispiel hierfür wäre eine Art Roboteranzug, mit dessen Hilfe Beschäftigte in der Industrieproduktion schwere Lasten leichter bewegen können. „Ziel ist es, den Menschen individuell und situationsangepasst zu unterstützen. Dazu muss das System der menschlichen Bewegung folgen und diese bei Bedarf korrigieren. Unser Beitrag zeigt, wie es ein solches Verhalten mithilfe neuronaler Netzwerke erlernen kann“, so Weiske.

Am letzten Konferenztag, dem 6. März, mischen sich unter die Konferenzgäste zusätzlich 140 Schülerinnen und Schüler von einem Beruflichen Gymnasium, einer Fachoberschule und einer Fachschule in Leipzig. Sie können sich neben den neuesten Entwicklungen in der Automatisierungstechnik über Studienmöglichkeiten und Berufschancen informieren.

Die AALE-Konferenz wird von einer Industrieausstellung begleitet, auf der aktuelle Produkte und Dienstleistungen der automatisierungstechnischen Industrie sowie Lösungen für den Einsatz in Studium und Lehre gezeigt werden. Die Konferenz findet im Nieper-Bau der HTWK Leipzig, Karl-Liebknecht-Straße 134, 04277 Leipzig statt.

Schlechte Witterungsbedingungen, holprige Straßen, ruppiger Fahrstil: All diese Aspekte führen auf Dauer zum Fahrzeugverschleiß – auch bei Straßenbahnen. Alle acht Jahre fahren die Bahnen zur Hauptuntersuchung. Hier wird entschieden, ob eine Komponente getauscht wird oder weitere acht Jahre in Benutzung bleibt. In seiner Doktorarbeit beschäftigt sich der Maschinenbauingenieur Maik Wolf von der HTWK Leipzig mit der Frage: Wie kann der Verschleiß von Straßenbahnen mithilfe von Sensoren früher erkannt werden? Einen Auszug seiner Ergebnisse stellte er auf der 41. Internationalen JVE-Konferenz für Schwingungstechnik am 30. September 2019 in Leipzig vor. Dafür erhielt er jetzt einen Best Paper Award.

Die Forschung von Maik Wolf basiert auf einem gemeinsamen Projekt der HTWK Leipzig zusammen mit den Leipziger Verkehrsbetrieben (LVB) und zwei Messtechnikunternehmen aus Leipzig und Zwenkau. Darin entstand ein Diagnosesystem, das den Verschleißzustand von Antriebskomponenten anhand ihrer Schwingungsmuster erkennt. Das System besteht aus mehreren Schwingungssensoren, die am Getriebe einer Straßenbahn befestigt werden und ihre Auswertung an einen Computer senden. Damit die Messgeräte dauerhaft einsatzfähig sind, funktionieren sie vollkommen energieautark. Sie gewinnen also allen nötigen Strom selbstständig aus ihrer Umgebung.

Im ausgezeichneten Konferenzbeitrag stellt Maik Wolf zusammen mit Prof. Mathias Rudolph (HTWK Leipzig) und Prof. Olfa Kanoun (TU Chemnitz) – Doktorvater und Doktormutter seiner Promotion – einen Ansatz zur Datenauswertung in den Messgeräten vor. „Damit die Sensoren ohne zusätzlichen Strom und damit ohne Kabel auskommen, dürfen sie nur sehr wenig Energie verbrauchen. Deshalb ist es nicht möglich, alle Messdaten kontinuierlich an einen Computer zu schicken und erst dort auszuwerten. Die Sensoren müssen einen Teil der Diagnose selbst übernehmen“, erklärt Wolf. In seinem Konferenzbetrag beschreibt er seine Lösung für diese Herausforderung: Die Messgeräte prüfen kontinuierlich, ob die Rahmenbedingungen für eine Diagnose ausreichend gut sind und tauschen sich untereinander darüber aus. Denn beispielsweise ein schlechter Gleiszustand macht die Messungen ohnehin unbrauchbar. Erst wenn alle Randbedingungen stimmen, senden die Messgeräte ihre Schwingungsdiagnose an den Computer weiter.

Ein Teil von Wolfs Forschungsergebnissen kommt bereits in Leipziger Straßenbahnen zum Einsatz: Die beiden Messtechnikunternehmen aus dem gemeinsamen Forschungsprojekt nutzen einen abgewandelten Prototyp des entwickelten Systems, um Handlungsempfehlungen für die LVB zum aktuellen technischen Zustand der Straßenbahnen abzuleiten.

Der mit dem Best Paper Award ausgezeichnete Konferenzbeitrag ist online frei verfügbar: Maik Wolf, Mathias Rudolph, Olfa Kanoun (2019): Concept for an Event-triggered Wireless Sensor Network for Vibration-based Diagnosis in Trams. Vibroengineering Procedia 27, S. 55-60, DOI: 10.21595/vp.2019.21033.

Bis Ende 2020 wird in Dresden ein in seiner Bauweise außergewöhnliches und in der Optik futuristisch anmutendes Gebäude entstehen: Der „Cube“, ein 220 Quadratmeter großer Experimentalbau aus Carbonbeton, der gleichzeitig als Versuchsstand dienen soll. Es wird maßgeblich der Erforschung der Langzeittauglichkeit von Carbonbeton aus baukonstruktiver, statischer und bauphysikalischer Sicht dienen.

Der „Cube“ besteht aus zwei Elementen: „Twist“ und „Box“. Die „Twist“-Elemente sind zwei symmetrisch gegenüber angeordnete Schalen, die sich jeweils aus der Wand heraus in ein Dach hinein verdrehen und dadurch gleichzeitig den seitlichen und oberen Raumabschluss bilden. Die „Box“ ist der wesentliche Teils des Versuchstands und ermöglicht das Langzeitmonitoring von Bauelementen. So kann stetig der neueste Stand der Technik getestet und präsentiert werden. 

Das weltweit erste Gebäude aus Carbonbeton ist das Leuchtturmprojekt des vom Bundeministerium für Bildung und Forschung finanzierten Projektes C³ – Carbon Concrete Composite. Der „Cube“ bündelt die Ergebnisse, die seit 2014 in diesem Projekt intensiv erforscht werden. Die Projektleitung obliegt der Technischen Universität Dresden, die HTWK Leipzig ist mit dem Institut für Betonbau beteiligt.

Konzentriert und routiniert platziert Jennes Hünniger eine Kartonprobe auf dem Prägewerkzeug, das zwischen zwei schwere Metallplatten einer Druckprüfmaschine montiert ist. Prägeprozesse lassen Muster auf Papier und Karton entstehen, indem sie das Material gezielt verformen. Am Rechner kann die Ingenieurin nun Prägekraft, Prägeweg und Prägedauer einstellen. Mit nur einem Knopfdruck entsteht in wenigen Sekunden eine perfekte Prägung auf dem Papier. Dahinter steht jedoch ein komplexer Prozess, der bisher kaum erforscht ist.

Leidenschaft für Papier

Wie muss ein Karton beschaffen sein, um eine spezifische Prägung zu erzielen? Welche Kriterien beeinflussen den Prozess und das Ergebnis? Mit diesen und anderen Fragen beschäftigt sich Hünniger in ihrer Doktorarbeit. Für ihren Forschungsgegenstand begeistert sie sich schon von Kindesbeinen an. „Papier liegt mir in den Genen. Schon als kleines Kind habe ich meinem Großvater bei der Arbeit zugesehen, der als Schauwerbegestalter jeden Tag von Farben und Papier umgeben war“, berichtet Jennes Hünniger.

Von der Praxis zur Theorie

Von der ersten Begeisterung für das Material bis zur eigenständigen Forschung vergingen einige Jahre: Nach einer Ausbildung zur Gestaltungstechnischen Assistentin arbeitete sie in einer Offset-Druckerei. Besonders spannend fand sie dabei die verschiedenen Prägeprozesse und die Veredelung von Papieren. Nach acht Jahren Arbeitserfahrung wuchs ihr Wunsch, mehr darüber zu lernen: „Das Interesse an Werkstoffen, vor allem an Papier, und der Wunsch, zu forschen, haben mich an die HTWK Leipzig geführt“, so Hünniger. Hier absolvierte sie zunächst ein Bachelor- und anschließend ein Masterstudium der Druck- und Verpackungstechnik. Gefördert wurde sie mit einem Aufstiegsstipendium der Stiftung Begabtenförderung berufliche Bildung. Diese unterstützt engagierte Studierende mit Berufsausbildung und Praxiserfahrung bei der Durchführung eines akademischen Hochschulstudiums.

Traditionelle Kategorien erweitern

Ein Praxissemester beim Sächsischen Institut der Druckindustrie Leipzig und die enge Vernetzung ihres Professors Lutz Engisch mit der Wirtschaft bildeten für Jennes Hünniger die Brücke zur Forschung. Sowohl die technischen Voraussetzungen für präzise und ästhetisch ansprechende Prägungen, als auch die Rolle der Werkzeuge wurden – gerade im Hinblick auf industrielle Fertigungen – stetig wichtiger. Diese Beobachtungen und die Erkenntnisse aus ihrer Masterarbeit informieren schließlich auch ihre gegenwärtige Forschung: Hünniger fiel schnell auf, dass die traditionell ingenieurwissenschaftlichen Kategorien – Kraft, Zeit und Temperatur – allein nicht reichen, um Prägungen zu beschreiben. Um den Prozess adäquat zu definieren und zu messen, müssen weitere Aspekte berücksichtigt werden. „Das Prägeergebnis hängt von drei Kriterien ab: dem Material und dessen Verhalten bei der Umformung, dem Prägedesign und schließlich dem Prozess des Prägens selbst“, erläutert Jennes Hünniger.

Forschungsneuland betreten

Bisher gibt es keine Standardisierung des Prägeprozesses, keine einheitliche Terminologie und keine Kennwerte, die das Prägeverhalten beschreiben. Das möchte die Doktorandin nun ändern. Seit 2015 promoviert Jennes Hünniger in Kooperation mit der Technischen Universität Dresden zum Umformverhalten von Karton im Prägeprozess. Mit ihrem Promotionsvorhaben betritt sie Neuland: Denn Hünniger ist eine der ersten, die den Vorgang des Prägens von Karton mit einem ganzheitlichen Ansatz erforscht. Seit 2017 wird die Arbeit mit einem Promotionsstipendium der HTWK Leipzig gefördert. Dadurch kann sie sich nun voll und ganz auf ihre Dissertation konzentrieren. Die Doktorandin resümiert: „Ich genieße die Freiheit, unabhängig und finanziell abgesichert forschen zu können. Zugleich motiviert mich das Stipendium, etwas zu leisten und meine Forschung voranzubringen.“

Langfristig umweltfreundlicher prägen

Die Arbeit zum Prägeverhalten von Karton ist zukunftsweisend. Je besser der Prägeprozess und die Voraussetzungen für die Materialbeschaffenheit erforscht sind, desto gezielter und präziser können Prägungen umgesetzt werden. Das Interesse der Wirtschaft an einer Standardisierung und einem besseren Prozessverständnis ist groß: Mit regionalen Unternehmen tauscht sich Jennes Hünniger über Messtechnik, Materialverhalten und Prägewerkzeuge aus. Langfristig erlauben die Untersuchungen, Prägeergebnisse vor der eigentlichen Herstellung gezielt vorherzusagen und damit zu einer umweltfreundlicheren und kostengünstigen Produktion beizutragen.

Schon in den Sommerferien 2017 hat Anja Sack in einem Forschungspraktikum am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena begonnen, ihr eigenes Projekt zu entwickeln – da war sie noch Gymnasiastin: Sie beschäftigte sich mit geklebten optischen Baugruppen am Beispiel von Kameraobjektiven. Normalerweise sind Linsen in Kameraobjektiven mit verklebten Fassungselementen befestigt. Anja Sack testete, ob man die Linsen auch direkt mit Klebstoff und ohne Fassungen fixieren könnte, um Material zu sparen und in der Folge Fertigungsaufwand zu reduzieren. Auf den Untersuchungsansatz ist sie selbst gekommen, als sie einmal ihre Koffer für einen Urlaub packte und überlegte, warum Kameraobjektive eigentlich so schwer sind.

Während der Untersuchung war die wichtigste Frage für sie, ob der Klebstoff zwischen den Linsen über längere Zeit und Temperaturschwankungen hinweg stabil bleibt. Mehr als neun Monate lang testete Anja Sack mit Unterstützung des Fraunhofer Instituts Jena ihre Baugruppen und konnte zum Schluss ein positives Ergebnis verbuchen: der getestete Kleber bleibt bei kleinen Objektiven, wie sie in Handys oder Lesegeräten für CDs verbaut werden, auch auf Dauer stabil.

Von „Jugend forscht“ zum Forschungspraktikum an die HTWK Leipzig

Mit dem abgeschlossenen Projekt bewarb sie sich beim „Jugend Forscht“ Wettbewerb 2019 im Fachgebiet Physik. „Mein Ansatz war 'einfach mal mitmachen und probieren‘, ich habe nicht damit gerechnet, in den Wettbewerbsrunden weiter- und sogar bis ins Bundesfinale zu kommen“, so Anja. Doch schließlich brachte sie der Wettbewerb sogar bis nach China. Denn in der Bundesrunde gewann die Jungforscherin einen Sonderpreis, der ihr die Teilnahme am „China Adolescents Science & Technology Innovation Contest“ in Macao ermöglichte. Dort konnte sie ihr Projekt einer internationalen Jury präsentieren. Auch ein halbes Jahr später ist Sack noch begeistert von der Reise: „Für mich war das ein großartiges Erlebnis, so viele interkulturelle und zwischenmenschliche Kontakte zu knüpfen. Ich tausche mich bis jetzt immer wieder mit den Menschen aus, die ich auf der Reise kennengelernt habe.“ 

Nach dem Wettbewerb konnte Anja Sack dank eines weiteren Sonderpreises aus der Landesrunde Sachsen-Anhalt ein Forschungspraktikum an einer Hochschule beginnen. „Ich hatte keinerlei Vorgaben, also habe mich auf die Suche gemacht und mich gefragt: Was klingt spannend und wo könnte ich reinschauen?“

So ist sie auf die HTWK Leipzig gestoßen und war schnell fasziniert von der G² Gruppe Geotechnik. In ihrem Praktikum unterstützt sie nun die Projektgruppe um Doktorand Alexander Knut, die sich mit der Bestimmung von Bodendichte in einer bestimmten Tiefe beschäftigt. Besonders spannend findet Anja Sack, dass hier Bereiche erforscht werden, die zwar allgegenwärtig sind, die man aber im Alltag meist gar nicht wahrnimmt – wie der Boden unter unseren Füßen.

Alexander Knut hat ein Verfahren entwickeln, mit dem Sand und Boden stabilisiert werden können – und auch hier wird tatsächlich mit Klebstoff gearbeitet. Die mit Kleber fixierten Bodenproben werden in Plättchen zerschnitten, fotografiert und auf dem Computer-Bildschirm auf ihre Dichte untersucht. „Ein Problem dabei: Da die Körner in den Plättchen nicht immer genau in der Mitte durchgeschnitten werden können, ergibt sich eine Ungenauigkeit in den Querschnitten, die es zu bestimmen gilt“, so Alexander Knut.

Pharmazie, Chemie, Stereologie

Direkt neben dem Versuchsaufbau wertet Anja Sack seit Dezember 2019 einmal pro Woche die Messwerte aus und hilft, die Daten zu untersuchen. Den Rest der Zeit studiert sie an der Universität Leipzig Pharmazie im ersten Semester. Auch hier kommt ihr weites Interessensgebiet zum Vorschein: „Ich wollte gerne etwas Naturwissenschaftliches machen, aber mich nicht auf reine Chemie oder Biologie festlegen. Also habe ich mich für Pharmazie entschieden, in der von beidem viel vorkommt.“

Dazu ein Praktikum im Bereich der Stereologie – also der räumlichen Interpretation von Schnitten? „Ein Sprung ins kalte Wasser waren die ersten Tage schon“, gibt Anja Sack zu. „Andererseits macht es gerade Spaß, ohne Vorkenntnisse in die Thematik reinschauen zu können und von der Forschungsgruppe so herzlich aufgenommen zu werden.“
Und auch die Gruppe ist von der Nachwuchswissenschaftlerin angetan: „Sie konnte sich sehr schnell ins Thema reindenken und ist ziemlich clever. Durch ihre Mitarbeit wurde sogar klar, dass unsere Methodik so nicht ganz klappen kann“, erzählt Alexander Knut. Das Praktikum ist zeitlich nicht begrenzt und entwickelt sich mit dem Projekt. Während Anja Sack sich momentan ganz auf ihre Prüfungsphase an der Uni konzentriert, forscht die Gruppe an einer neuen Methodik, die zwischen Februar und März entwickelt sein soll – und dann ist auch Anja wieder dabei.

Ihr „Leben mit Kleben“ geht also weiter.

In Zeiten von Krisen sind wir besonders gefordert umzudenken, um neue Wege und Möglichkeiten zu erschließen. So regte das Ende des Ersten Weltkriegs und die damalige Material- und Wohnungsnot den Merseburger Stadtbaurat Friedrich Zollinger dazu an, eine besonders materialeffiziente Dachbauweise zu entwickeln. Das Resultat war eine gekrümmte, freitragende Dachkonstruktion aus kurzen Hölzern, heute bekannt als Zollingerdach. Damit wurden bis 1928 mehr als 1.000 Häuser und Hallen allein in Deutschland überdacht.

Wer in einem Gebäude mit Zollingerdach den Blick nach oben wendet, staunt über die wabenförmige, regel-mäßige Ästhetik der Lamellen, die das Dach stützen. So erging es auch Alexander Stahr, als er im Januar 2014 das erste Mal die Kunstgalerie Mutter Fourage in Berlin-Wannsee betrat und das Scheunendach des ehemaligen Hofguts bestaunte. Der Professor für Tragwerkslehre an der HTWK Leipzig beschloss, sich mit seinen Studierenden und der interdisziplinären Forschungsgruppe FLEX – ein Akronym aus den Begriffen Forschung, Lehre und Experiment – dem Zollingerdach zu widmen. Warum ist diese Bauweise heute so gut wie verschwunden, wenn sie doch so sparsam war? Was können wir heute, was Zollinger damals noch nicht konnte?

Diesen Fragen ging Stahr zunächst in wöchentlichen Meetings mit Bauingenieur- und Architekturstudierenden nach. Schnell kam die Frage nach der Geometrie auf. Es wurde gelesen, getüftelt und programmiert, bis das Prinzip entschlüsselt war. „Die Besonderheit ist der Zuschnitt der Lamellen. Sie sind nicht rechtwinklig, sondern an beiden Enden windschief und an den Oberseiten kreisbogenförmig zugeschnitten. Daraus ergibt sich ein gekrümmtes Dach. Diese Geometrie ist alles andere als trivial“, so Stahr. Die Studierenden rechneten, sägten, bauten Modelle, machten Belastungstests und verbesserten Details, bis ein großmaßstäbliches Modell fertig war. Das 5 Meter lange, 3 Meter breite und 2 Meter hohe Modell präsentierte das FLEX-Team im Jahr 2016 auf der Denkmal-Messe in Leipzig und erhielt dafür eine Goldmedaille für herausragende Leistungen in der Denkmalpflege in Europa.

Während Zollinger in nächtelanger Arbeit die Statik seines Dachs berechnete und dabei zahlreiche Faktoren einbeziehen musste, berechnen heute Computer Zahlenkolonnen schneller und sicherer. Dadurch können viel kompliziertere und individuellere Projekte umgesetzt werden als zu Zollingers Zeiten. „Kostensenkung trotz Einzelteilfertigung – darin liegt für die Baubranche das Potenzial der Digitalisierung“, ist Stahr überzeugt. Dieser Kerngedanke müsse sich nur noch durchsetzen. „Dank unserer Forschungen ermitteln wir nun in einem System die Geometrie, Statik und Wirtschaftlichkeit. Die Informationen kommen am Ende maschinenlesbar heraus, und schon startet der Fertigungsprozess.“

Perspektivisch ist es denkbar, dass schlechte Hölzer oder fehlerhafte Lamellen mit Hilfe künstlicher Intelligenz automatisch aussortiert werden – technisch wäre das durchaus möglich. Im Labor können die Forscher das nur teilweise simulieren, so Stahr: „Wir sind noch nicht am Ziel. Wenn das moderne Zollingerdach wirtschaftlich konkurrenzfähig werden soll, dann braucht es eine automatisierte Fertigung. Wir brauchen also jemanden, der Geld in die Hand nimmt und an die Idee glaubt.“ Dafür habe er seine Fühler in viele Richtungen ausgestreckt. Ziel ist es, einerseits Partner in der Holzwirtschaft zu finden, die in solche Maschinen investieren, und andererseits Bauherren, die ein neues Gebäude mit dem verbesserten Zollingerdach bauen wollen.

Bisher werden für Neubauten vor allem Beton und Stahl genutzt. Für ihre Herstellung wird viel Energie verwendet und viel CO₂ produziert. Holz dagegen ist weltweit verfügbar, wächst ständig nach, bindet CO₂ und ist einfach im Umgang. Die Nachfrage wird steigen, prognostiziert Stahr: „Seit dem Beginn unserer Forschung zum Zollingerdach hat sich die politische Situation schon deutlich verändert. Während eine CO₂-Bepreisung lange ein eher wissenschaftlich diskutiertes Thema war, wurde sie kürzlich ins Klimapaket der Bundesregierung aufgenommen. Es ist davon auszugehen, dass das Bauen mit Holz auch dadurch eine Renaissance erleben wird.“ Schon jetzt ist zu spüren, dass das Thema Nachhaltigkeit beim Hausbau an Relevanz gewinnt. Vor diesem Hintergrund scheint die bald hundert Jahre alte Bautechnik von Zollinger fast visionär. Die Digitalisierung könnte ihr zu einem Comeback verhelfen.

Dieser Text erschien zuerst im Forschungsmagazin Einblicke 2019 der HTWK Leipzig. Hier können Sie das Magazin digital lesen oder kostenfrei abonnieren.

Der Begriff Industrie 4.0 beschreibt sehr unterschiedliche Chancen und Herausforderungen. Zunehmend werden diese Entwicklungen auch für Industriezweige relevant, die analoge Materialien wie Metall, Kunststoff oder Papier verarbeiten. Denn die gestiegene Rechenleistung ermöglicht es, Produktions- und Verarbeitungsprozesse digital zu simulieren. Dadurch können viele Prozesse verbessert werden, ohne Zeit und Ressourcen durch Versuch und Irrtum zu verschwenden. Doch derartige Simulationen benötigen ausgesprochen leistungsfähige und teure Computer. Unternehmen kleiner und mittlerer Größe können sich derartige Technik oft nicht leisten, zudem fehlt es ihnen an Fachkräften, um eigene Simulationswerkzeuge zu entwickeln.

An der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) startete deshalb im Januar die interdisziplinäre Nachwuchsforschungsgruppe SmartKMU. Fünf Absolventinnen und Absolventen der HTWK Leipzig entwickeln darin für die verarbeitende Industrie Simulationswerkzeuge, die auf konventionellen Rechnern anwendbar sein sollen. Als Anwendungsbeispiel dient ihnen der für die Verpackungsindustrie wichtige Prägeprozess von Karton. Die Nachwuchsforschungsgruppe wird vom Sächsischen Wissenschaftsministerium mit rund 1,3 Millionen Euro aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF) gefördert.

Sachsens Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow: „Sachsens Wirtschaft ist durch viele kleine und mittlere Unternehmen geprägt. Die HTWK Leipzig als technisch orientierte Hochschule leistet einen herausragenden Beitrag zur Qualifizierung von Fachkräften und stärkt zugleich die Innovationsfähigkeit der gesamten Region. Zunehmend etabliert sich die Hochschule als kompetente Ansprechpartnerin im Bereich der angewandten Digitalisierung. Ich freue mich, dass der Freistaat mit dem Einsatz von Mitteln des ESF innovative Projekte wie SmartKMU ermöglichen kann.“

„Mit der neuen Nachwuchsforschungsgruppe eröffnen wir herausragenden Absolventinnen und Absolventen der HTWK Leipzig den Weg zu einer wissenschaftlichen Karriere und zur Promotion. Gleichzeitig unterstützen wir sächsische Unternehmen dabei, die Chancen und Möglichkeiten der Digitalisierung für sich nutzbar zu machen“, so HTWK-Rektor Prof. Mark Mietzner.

Drei Ingenieure, eine Ingenieurin und ein Mathematiker werden gemeinsam mathematische Methoden, Modelle und Software entwickeln, mit denen Prägeprozesse in Karton und Papier simuliert werden können. Die Entscheidung für dieses Anwendungsfeld fiel aus verschiedenen Gründen, erklärt Nachwuchsgruppenleiter Florian Wallburg: „Mit Papier und Karton haben wir alle tagtäglich zu tun – beispielsweise in Form von Lebensmittelverpackungen im Supermarkt. Durch Prägung werden Kartons mit Brailleschrift oder haptischen Effekten versehen. Ähnliche Resultate lassen sich zwar auch durch zusätzliche Lack- oder Folienbeschichtungen erzielen – diese sind allerdings weniger gut recycelbar und somit schlechter für die Umwelt.“

Wie tief ein Prägestempel eingedrückt werden muss, bestimmen Druck- und Verpackungsunternehmen bislang indem sie ausprobieren, was am besten funktioniert. Prägungen sind deshalb aufwendig und teuer. In den kommenden drei Jahren werden die Mitglieder der Nachwuchsforschungsgruppe Prägeprozesse in Karton digital nachbilden und soweit vereinfachen, dass die entstehende Software auf einem gewöhnlichen Arbeitsrechner nutzbar ist. Damit können Optimierungen und Veränderungen im Prozess künftig erst digital simuliert werden, bevor sie in die Produktion gehen. „Durch ihre Faserstruktur sind Papier und Karton ziemlich komplexe Materialien. Wenn es uns gelingt, Umformprozesse bei diesen Materialien zu simulieren, dann können wir die Methoden auch leicht auf andere Materialien und Bearbeitungsprozesse übertragen“, ist der wissenschaftliche Leiter Prof. Stephan Schönfelder überzeugt. Im Rahmen der Projektlaufzeit möchten die Forscherinnen und Forscher ein branchenübergreifendes Netzwerk für die materialwissenschaftliche Simulation von Fertigungsprozessen aufbauen.

SmartKMU („Smarte Simulationswerkzeuge für die Prozessdigitalisierung in klein- und mittelständischen Unternehmen der verarbeitenden Industrie“) ist die zehnte Nachwuchsforschungsgruppe an der HTWK Leipzig, die aus Mitteln des ESF gefördert wird. Der Maschinenbau-Ingenieur Florian Wallburg leitet die Gruppe von vier jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Sie werden von vier Professoren der HTWK Leipzig betreut und vom Graduiertenzentrum der HTWK Leipzig unterstützt.

Herzstück des neuen Labors ist die knapp 10 Meter lange, 5 Meter breite und 3,6 Meter hohe Absorberhalle. Hier können erstmals Geräte und Maschinen von bis zu 2,5 Metern Durchmesser getestet werden. Da die Halle vollständig mit Absorbern ausgekleidet ist, können außerdem Antennenmessungen bis in den Gigahertz-Bereich hinein durchgeführt werden. Rabe: „Damit werden wir der wachsenden Zahl an Funkkomponenten gerecht, die inzwischen Geräte im sogenannten Internet der Dinge miteinander vernetzen.“

„Dem diesjährigen Schwerpunktthema folgend, geht es bei unseren Exponaten vor allem um den Umgang mit neuen Materialien im Kontext architekturbezogener Anwendungen. Ziel war immer, die Konstruktionen individualisierbar und ressourceneffizient zu fertigen. Durch konsequente Digitalisierung wird es möglich, Individualität wirtschaftlich zu gestalten und gleichzeitig sparsam mit den endlichen materiellen Ressourcen umzugehen“, sagt Alexander Stahr, Professor für Tragwerkslehre und Leiter der Forschungsgruppe.

„Swaying Straws“ ist eine maßstäblich verkleinerte Konzeptstudie für gekrümmte Fassaden, die mit Hilfe individueller 3D-gedruckter Knoten-Verbindungselemente realisiert werden können. Das Exponat ist 2,36 Meter hoch und hat einen Durchmesser von 80 Zentimetern. Die Netzstruktur besteht aus 320 identischen, geraden Stäben mit Rohrquerschnitt. 160 geometrisch individuelle Knotenelemente bilden den konstruktiv-kreativen Kern des Projekts. Sie verbinden je vier Stäbe und wurden in einem parametrisch gesteuerten, additiven Prozess hergestellt. Die Knoten bestehen aus PETG (Polyethylenterephthalat, ein mit Glykol modifizierter, vollständig recyclingfähiger, thermoplastischer Kunststoff), die Stäbe sind aus Papier. Ziel der Forschungen ist es, mehrfach gekrümmte Fassaden- und Dachkonstruktionen in Zukunft mit deutlich weniger Materialeinsatz – und damit ressourcenschonender – bauen zu können, indem Prozesse automatisiert etabliert werden. 2017 hatte FLEX bereits den Vorläufer auf den Designers’ Open vorgestellt: den Pavillon „ParaKnot3D“.

„Parametric Bench“ ist konzeptionell verwandt mit den „Swaying Straws“: Es handelt sich um ein digital entworfenes, frei individualisierbares – das heißt, den jeweiligen Bedürfnissen anpassbares- Sitzmöbel, das zugleich bequemes und stylisch ist. Es wurde in Zusammenarbeit mit zwei Unternehmen aus der Region aus einem neuartigen Holz-Polymer-Verbundwerkstoff gefertigt.

Die „Lamella Lamps“ entstanden ebenfalls mit Hilfe eines von FLEX eigens dafür produzierten Algorithmus: Neun unterschiedliche Lampenschirme aus Holz, die auf einem Stecksystem beruhen. Sie können käuflich erworben werden.

Hintergrund

Die Forschungsgruppe FLEX an der HTWK Leipzig ist ein interdisziplinäres Team aus Architekten, Bau- und Wirtschafts-ingenieuren sowie studentischen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Unter Leitung von Prof. Alexander Stahr ist die Forschung zur digitalen Verknüpfung von Planungs- und Ausführungsprozessen - mit dem Ziel, Ressourcen in Architektur und Bautechnik effizienter zu nutzen - eine Kernaufgabe der Wissenschaftler.
Die Forschungsgruppe FLEX ist Mitglied im 2018 gestarteten Transferverbund Saxony⁵ der fünf sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. An das „Co-Creation Lab Additive Fertigung“ können sich Akteure aus Wirtschaft, Politik und Gesellschaft wenden, um Forschungs- und Entwicklungsprojekte in den Bereichen 3D-Druck und parametrisches Design zu realisieren.

Zunächst entwickelte er eine theoretische Schadens-lokalisations-Methodik, die er anschließend in Laborversuchen an der HTWK Leipzig überprüfte. Dr. Max Vollmering forscht in der Arbeitsgruppe Mechanik/Dynamik von Prof. Armin Lenzen, der die wissenschaftliche Arbeit betreut, an einem Langzeitversuch zur Identifikation mechanischer Strukturen im Rahmen eines geförderten Projektes der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Die entwickelte und erprobte Methodik ist in Praxis und Industrie nutzbringend, da strukturelle Schäden im Betriebszustand zwischen Wartungsintervallen von exponierten Bauwerken wie z.B. Brücken oder Windenergieanlagen präventiv festgestellt und lokalisiert werden können. Begutachtet wurde die ausgezeichnete Dissertation durch Prof. Carsten Könke (Bauhaus-Universität Weimar), Prof. Christian Bucher (TU Wien) und Prof. Armin Lenzen (HTWK- Leipzig).

Die digitale Transformation der Wirtschaft erfordert ein Umdenken auf allen Ebenen: von der Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und Dienstleistungen bis hin zu Geschäftsmodellen und -prozessen. Gerade für kleine und mittlere Unternehmen stellt das eine große Herausforderung dar, bei deren Bewältigung gut ausgebildete Ingenieurinnen und Ingenieure eine entscheidende Rolle spielen. Doch die Definition guter Ausbildung unterliegt ebenfalls einem Wandel: Zusätzlich zu den technischen Grundlagen benötigen Ingenieure zunehmend digitale Kompetenzen, unternehmerisches Denken und kreative Problemlösetechniken. Um diese Themen in engem Austausch mit regionalen Unternehmen in die Ingenieur-Studiengänge zu integrieren, hat die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) mit Unterstützung der Leipziger Stiftung für Innovation und Technologietransfer eine neue Stiftungsprofessur geschaffen: Prof. Gerold Bausch lehrt und forscht seit dem Sommersemester 2019 an der Fakultät Ingenieurwissenschaften. Am 16. Oktober um 13:30 Uhr hält er seine öffentliche Antrittsvorlesung zum Thema „Neue Kompetenzen für den Ingenieur 4.0“ (Hörsaal W-08, Wiener-Bau, Wächterstraße 13, 04107 Leipzig).

„Ziel der von unserer Stiftung geförderten Professur ist es, das Berufsbild des Ingenieurs in der Wirtschaft durch neue Lehrmethoden und -inhalte zukunftsfähig fortzuentwickeln. In der Region Leipzig produzieren viele kleine und mittlere Unternehmen, die dringend nach Fachkräften suchen. Deshalb sollen insbesondere Anforderungen der hiesigen Wirtschaft in die Lehre integriert werden. Zugleich wollen wir den Austausch zwischen Unternehmen und Hochschule intensivieren, so den Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die Wirtschaft stärken“, begründet Burkhard Jung, Oberbürgermeister der Stadt Leipzig und Vorstandsvorsitzender der Leipziger Stiftung für Innovation und Technologietransfer.
„Die Absolventinnen und Absolventen der ingenieurwissenschaftlichen Fächer an der HTWK Leipzig sind ein Motor für die wirtschaftliche Entwicklung der Region. Dank der Finanzierung durch die Leipziger Stiftung für Innovation und Technologietransfer verankern wir mit der Stiftungsprofessur neue Digitalisierungskompetenzen dauerhaft in der studentischen Ausbildung und stärken damit zugleich unser Kooperationspotenzial mit der regionalen Wirtschaft“, sagt Prof. Markus Krabbes, Prorektor für Forschung an der HTWK Leipzig.

Der Elektrotechnik-Ingenieur Gerold Bausch hat in den vergangenen Jahren am Forschungs- und Transferzentrum Leipzig e. V. Medizin- und Industrieanwendungen entwickelt und erforscht, die auf vernetzten Systemen und selbstlernenden Algorithmen für die Signalverarbeitung basieren. Dabei hat er in zahlreichen Projekten mit Unternehmen verschiedener Branchen zusammengearbeitet und selbst ein Unternehmen gegründet. Bausch: „Ich habe in der Zusammenarbeit mit den Unternehmen festgestellt, dass es nicht mehr nur den tüftelnden Fachexperten braucht, sondern kreative Querdenker, die neue Technologien kennen und neue Lösungsansätze entwickeln können. Ingenieure von morgen müssen globaler denken und gemeinsam mit Kunden Prototypen entwickeln können. Mein Ziel ist es, diese Fertigkeiten den Studierenden praxisnah durch neue Lehrformate zu vermitteln.“ Ein erstes Beispiel hierfür ist die Data Week, die im September 2019 zum ersten Mal an der HTWK Leipzig stattfand und in der Studierende in interdisziplinären Teams praxisnahe Einblicke in die Analyse von Daten erhielten. Für die Zukunft plant Gerold Bausch außerdem, einen Maker Space in der Hochschule zu etablieren – eine Art offene Werkstatt, wo Studierende eigene Ideen umsetzen können. Der Raum soll gleichfalls offen sein für Unternehmen, die gemeinsam mit Wissenschaftlern an prototypischen Entwicklungen arbeiten.
Die Stiftungsprofessur wird über drei Jahre von der Leipziger Stiftung für Innovation und Technologietransfer gefördert und anschließend in eine reguläre Professur an der Fakultät Ingenieurwissenschaften überführt. Ein Beirat mit Vertretern sechs in Leipzig ansässiger Unternehmen sichert den regelmäßigen Austausch zwischen Stiftungsprofessur und regionaler Wirtschaft.

Zur Person

Gerold Bausch (40) studierte in Leipzig und im schottischen Paisley Elektro- und Informationstechnik und promovierte an der Universität Rostock zum Doktor-Ingenieur. Seit 2013 forscht er an der HTWK Leipzig in der Arbeitsgruppe „Laboratory for Biosignal Processing“ zu Algorithmen und Verfahren für die Verarbeitung von Signalen und Bildern. Von 2015 bis 2019 war er am Forschungs- und Transferzentrum Leipzig für Projektentwicklung und Technologietransfer im Bereich Eingebetteter Systeme und Bildverarbeitung tätig.

Auf den ersten Blick sieht sie fast aus wie ein Bogen Papier, so dünn und glatt ist die weiße Betonschale, die seit September im Berliner Futurium ausgestellt wird. Auf den zweiten Blick fällt ein schwarzes Gitter auf, das am linken Ende aus der Schale herausragt und in acht LEDs mündet. Es besteht aus Carbonfasern und erfüllt gleich zwei Funktionen: Zum einen dient es als Bewehrung, das heißt: es verstärkt den Beton. Zum anderen leitet es Strom zu den LED-Lämpchen.

„Mit dem Exponat wollen wir zeigen, welche Möglichkeiten der neue Verbundwerkstoff Carbonbeton bietet“, sagt Alexander Kahnt vom Institut für Betonbau der HTWK Leipzig und zählt auf: „Carbonbeton ist leichter, flexibler formbar und verursacht weniger CO₂ als herkömmlicher Stahlbeton, außerdem ist Carbon elektrisch leitfähig.“

Seit 2015 forschen die Leipziger Bauingenieure im mehrfach preisgekrönten Forschungskonsortium C³ zu Carbonbeton und entwickelten passende Betonmischungen, Fertigungs- und Prüfverfahren für den neuen Baustoff. Das Ziel: Carbonbeton möglichst schnell industriell einsatzfähig machen. Nun arbeiten die Betonforscher gemeinsam mit den Elektrotechnik-Ingenieuren der HTWK Leipzig daran, das neue Material für die Datenübertragung nutzbar zu machen. In Gebäuden aus Carbonbeton könnten damit in Zukunft zahlreiche Kabel überflüssig werden.

Damit ist die Schale aus Carbon genau richtig aufgehoben im Futurium, dem „Haus der Zukünfte“. Das im September eröffnete Wissenschaftsmuseum vereint Ausstellung, Forum und Zukunftslabor. Das „Starke Leichtgewicht“ ist auch weiterhin im Bereich „Wunderdinge erfinden“ innerhalb des Denkraums „Technik“ zu sehen. 

40 Prozent des Energiebedarfs in Europa entfallen auf den Bereich Bauen, so die Schätzung der Europäischen Kommission. Das dabei am häufigsten verwendete Material ist Stahlbeton. Da Stahl korrodiert, braucht er Beton als Schutz. Carbon hingegen kann nicht rosten – die nötige Betonschicht kann also viel dünner sein. Dies wirkt sich positiv auf den Ressourcenverbrauch aus, außerdem ermöglichen schlanke Bauteile deutlich mehr Möglichkeiten in der architektonischen Gestaltung. Um Carbonbeton möglichst schnell einsatzfähig zu machen, haben sich 160 Unternehmen und Wissenschaftseinrichtungen im Verein C³ – Carbon Concrete Composite zusammengeschlossen. Das Institut für Betonbau der HTWK Leipzig ist an zahlreichen Forschungsprojekten von C³ maßgeblich beteiligt.

Für seinen innovativen Ansatz zur Kindergesundheitsförderung wurde das Leipziger Projekt „Grünau bewegt sich“ von der Deutschen Adipositas-Gesellschaft (DAG) und der Arbeitsgemeinschaft Adipositas im Kindes- und Jugendalter (AGA) mit dem Präventionspreis ausgezeichnet. Das Projekt zielt darauf, die Entwicklungschancen von Kindern durch Veränderungen in ihrem direkten Lebensumfeld zu verbessern und dabei Bewohnerinnen und Bewohner miteinzubeziehen. Modellhaft erprobt wird der Ansatz seit fünf Jahren im Leipziger Stadtteil Grünau. Die Sozialwissenschaftlerin Dr. Ulrike Igel von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) nahm den Preis während der 35. Jahrestagung der DAG am 19. September 2019 in Kiel entgegen.

Der mit 1.000 Euro dotierte Präventionspreis wird seit 2010 an Projekte verliehen, die ein gesundes Körpergewicht bei Kindern und Jugendlichen fördern und deren Ansatz auf andere Städte übertragbar ist. „Grünau bewegt sich“ erfüllt diese Kriterien in besonderer Weise und wurde daher – gemeinsam mit einem weiteren Projekt – von einer unabhängigen Jury aus 15 Bewerbungen ausgewählt. „Die Auszeichnung bestätigt uns in unserem eingeschlagenen Weg und ist gleichzeitig ein wichtiges Signal für alle, die wie wir an der Verbesserung der Lebensbedingungen für Kinder und Familien arbeiten“, freut sich Prof. Wieland Kieß, Direktor der Klinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin am Universitätsklinikum Leipzig und einer der zwei Projektleiter von „Grünau bewegt sich“.

Laut aktuellen Studien ist beinahe jedes zehnte Vorschulkind übergewichtig. Je nach Wohnort und Stadtteil sind die Chancen für ein gesundes Aufwachsen unterschiedlich ausgeprägt. Allerdings erreichen traditionelle Strategien zur Gesundheitsförderung Familien in schwierigen sozialen Lagen in der Regel nicht. „Grünau bewegt sich“ hat daher einen Ansatz gewählt, der vom Gemeinwesen ausgeht. Das bedeutet: Das Wissenschaftlerteam hat die Interessen und Bedürfnisse der Bewohnerinnen und Bewohner des Stadtteils erkundet, berücksichtigt und daraus Handlungsmöglichkeiten abgeleitet. „Die Anerkennung besonderer Lebens- und Arbeitssituationen und die Stärkung von Selbstwirksamkeit sind elementar für nachhaltige gesundheitsförderliche Veränderungen. Das betrifft alle Beteiligte, also sowohl verantwortliche Akteure – wie Eltern, Erzieher, Lehrer oder Nachbarn – als auch die Kinder selbst“, so Projektleiterin Prof. Gesine Grande von der HTWK Leipzig.

Im Rahmen von „Grünau bewegt sich“ entstanden unterschiedliche Anregungen für mehr Bewegung im Alltag und für eine bessere Ernährung bei Kindern. Beispielsweise markierte das Projektteam gemeinsam mit Grundschulkindern mehrere Wege bunt, um mehr Spielgelegenheiten im Stadtalltag zu bieten. Außerdem entwickelte das Projektteam gemeinsam mit den Kindertagesstätten im Quartier verschiedene Aktionen, die Vorschulkinder spielerisch über gesunde und ungesunde Lebensmittel informieren.

„Grünau bewegt sich“ ist ein Verbundprojekt in Trägerschaft der Stadt Leipzig, das unter Leitung von Prof. Dr. Gesine Grande (HTWK Leipzig) und Prof. Dr. Wieland Kieß (Klinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin am Universitätsklinikum Leipzig) von vier Mitarbeiterinnen der Universitätsmedizin Leipzig und der HTWK Leipzig von Januar 2015 bis Dezember 2019 umgesetzt wird. Es wird von der AOK PLUS gefördert und von IKK classic und Knappschaft unterstützt. Die Stadt Leipzig wird die Weiterführung der Angebote im kommenden Jahr durch eigene Finanzmittel ermöglichen.

Als Spezialistin im Druckbereich forscht Orlova zu Feuchtwerken in Offsetdruckmaschinen. Da sich ihr Untersuchungsgebiet gut mit aktuellen Forschungsarbeiten im Studiengang – insbesondere mit Alexandra Hodes‘ Forschungsprojekt zur Charakterisierung des Penetrationsverhaltens von Bedruckstoffen – ergänzt, entstand die Idee, die Wissenschaftlerin für drei Monate an die HTWK einzuladen.

Fachlich wird Orlova in dieser Zeit insbesondere mit Ulrike Herzau-Gerhardt, Holger Zellmer – beide Professoren im Studiengang Drucktechnik – und Alexandra Hodes zusammenarbeiten. Nach Abschluss des Forschungsaufenthaltes ist eine gemeinsame Veröffentlichung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der HTWK Leipzig und der Moskauer Polytechnischen Universität vorgesehen.

Ein Brennen im unteren Rücken und starke Rückenschmerzen, die bis in die Arme oder Beine ausstrahlen, sind typische Anzeichen für einen Bandscheibenvorfall. Die Bandscheibe besteht aus einem gelartigen Kern, der von einer knorpelartigen Außenhülle geschützt wird. Reißt diese Außenhülle, tritt die gelartige Substanz aus und drückt auf den außerhalb der Bandscheibe verlaufenden Nerv oder das Rückenmark, was Reizungen und damit Schmerzen verursacht. „Nicht jeder Patient muss bei Beschwerden an der Bandscheibe zwingenderweise operiert werden. Oft führt auch eine konservative Therapie zum Erfolg und der Patient ist weitgehend beschwerdefrei. Kommt es jedoch zu neurologischen Ausfällen wie beispielsweise Lähmungserscheinungen oder Kontrollverlust bei Blase und Darm, dann ist eine operative Therapie ratsam“, sagt Dr. Christoph Mehren, Chefarzt im Wirbelsäulenzentrum der Schön Klinik München Harlaching.

Kommt es zur OP, wird ein Bandscheibenvorfall meist mikrochirurgisch behandelt. Bei dieser Methode verwendet der Chirurg ein Operationsmikroskop und spezielle, sehr kleine Operationsinstrumente. Er entfernt das ausgetretene Bandscheibengewebe und nimmt damit den Druck auf den umliegenden Nerv und das Rückenmark. Das sehr kleine Operationsfeld von ungefähr zwei mal zwei Zentimetern erfordert vom Chirurgen präzises Arbeiten und höchste Konzentration, um die Strukturen rund um die Bandscheibe nicht zu verletzen.

Traditionell lernen Ärzte derartige Operationen durch das Beobachten erfahrener Chirurgen und das schrittweise Übernehmen einzelner OP-Schritte. Doch neue Technologien werden in der medizinischen Aus- und Weiterbildung immer wichtiger, wie Werner Korb, Professor für Simulation und Ergonomie in der operativen Medizin an der HTWK Leipzig, ausführt: „An Simulatoren lassen sich gezielt spezifische Situationen und Komplikationen herbeiführen, die man am echten Patienten so nicht trainieren kann. Macht der Arzt einen Fehler, kann dieser ausgewertet und korrigiert werden. Am echten Patienten jedoch kann schon ein kleiner Fehler weitreichende Folgen haben.“ Seit bald zehn Jahren entwickelt Werner Korb gemeinsam mit einem interdisziplinären Team Simulationssysteme für die Chirurgie. Das besondere an den Leipziger Simulatoren: Sie sind nicht virtuell, sondern bestehen aus künstlichem Gewebe, Kunstblut und Elektronik.

Parallel zu seiner wissenschaftlichen Arbeit gründete Korb bereits 2015 gemeinsam mit seinem Forscherkollegen Dr. Luis Bernal die Realists Training Technologies GmbH. Seitdem bietet das Unternehmen weltweit Trainings an den Leipziger Simulatoren an – mit wachsendem Erfolg. Bis 2019 lehrte und forschte Werner Korb parallel an der HTWK Leipzig weiter. Im April schloss er das jüngste Forschungsprojekt erfolgreich ab: Mit Förderung des Bundesforschungsministeriums haben die Wissenschaftler der HTWK Leipzig das Lernsystem „SurMe“ entwickelt, das Chirurgen vom Medizinstudium über die Facharztweiterbildung bis in den Klinikalltag begleitet. Das Wirbelsäulenzentrum der Schön Klinik München steuerte als klinischer Partner seine chirurgische Expertise bei. Mit der Heidelberger Firma MRC Systems und dem Leipziger Unternehmen CodeCraft gelang die technische Umsetzung des Projektplans. Die Programmierarbeiten übernahm das uruguayische Softwareunternehmen Buhoview.

SurMe besteht aus einem Serious Game, einem realistischen Wirbelsäulensimulator und einer Lernplattform, auf der sich die Fortschritte des Lerners individuell einsehen lassen. Das Serious Game hält acht Minispiele in unterschiedlichen Schwierigkeitsstufen bereit, mit denen für die Wirbelsäulenchirurgie typische Bewegungen trainiert und perfektioniert werden können. Dabei löst der Spieler auf engstem Raum Geschicklichkeitsaufgaben. So müssen mit einem Spatel, an dem ein Marker angebracht ist und der als Instrument dient, Objekte an einer bestimmten Position für einige Sekunden gehalten oder geschickt um ein Hindernis herummanövriert werden. Je weniger Zeit der Spieler dafür benötigt, desto mehr Punkte erhält er. Ist eine Aufgabe geschafft, wird das nächste Level freigeschaltet. Neben Fingerspitzengefühl muss der Spieler dabei vor allem eins mitbringen – eine ruhige Hand.

An einem Wirbelsäulensimulator, der sich wie ein echter Patient verhält, können  fortgeschrittene Studierende und Assistenzärzte ein reales Operationsszenario trainieren. Über ein Mikroskop sieht der Operateur direkt in die Operationswunde hinein. Die Muskeln, Knochen und das Gewebe können mit echten Instrumenten operiert werden. Sensoren nehmen die Kraft auf, mit denen der Chirurg auf empfindliche Strukturen wie das Rückenmark einwirkt, und die im Projekt entwickelte Auswertungssoftware präsentiert die entsprechenden Kurven auf einem Bildschirm. Ein Vergleich mit den Daten eines Experten zeigt dann, an welchen Stellen der zukünftige Chirurg zu viel Druck ausgeübt hat. Das Simulationssystem und die Kraftsensoren wurden bereits in früheren Projekten der HTWK Leipzig entwickelt und nun von den Wissenschaftlern um die Auswertungssoftware und das pädagogische Bewertungskonzept erweitert.

Eine fertige Version des Serious Games wurde 2018 mit Chirurgen der Schön Klinik München und der Semmelweis Universität Budapest getestet und validiert. Die teilnehmenden Ärzte nahmen das Spiel insgesamt positiv auf und stuften es als unterhaltsam und zugleich lehrreich ein. Testoperationen sowohl mit Assistenzärzten als auch mit erfahrenen Wirbelsäulenchirurgen bescheinigen dem Wirbelsäulensimulator eine hohe Realitätsnähe und zahlreiche Einsatzmöglichkeiten in der Aus- und Weiterbildung in der Wirbelsäulenchirurgie. Dr. Christoph Mehren von der Schön Klinik ordnet ein: „Wir als ausbildende Institution haben die Möglichkeit, über eine Lernkurve den Fortschritt unserer Ärzte zu verfolgen und darüber hinaus zu erkennen, ob ihnen die Chirurgie wirklich liegt.“

Auch in der Öffentlichkeit sorgte SurMe für reges Interesse. Ende November stellten die Wissenschaftler das Projekt in München, Bremen, Leipzig und Aachen im Rahmen der Informationstour Erfahrbares Lernen des Bundesforschungsministeriums einer breiten Öffentlichkeit vor. Zur Hannover Messe 2019 probierte sogar Bundesforschungsministerin Anja Karliczek das chirurgische Lernsystem aus. Nach Projektabschluss konzentriert sich Prof. Werner Korb ganz auf den Transfer der erarbeiteten Forschungsergebnisse in die Praxis. Dazu beitragen wird neben Realists Training Technologies auch ein neues Unternehmen: 2019 gründete Korb mit Vocationeers ein Start-up, das sich auf die berufliche Weiterbildung durch neue Technologien spezialisiert hat.

Autorinnen: Eszter Fenyőházi & Rebecca Schweier

Wir alle atmen circa 20.000 Mal am Tag ein und aus. Dazu benötigen wir ausreichend frische Luft. Den Großteil unserer Zeit verbringen wir allerdings in Innenräumen – im Schlafzimmer, im Wohnzimmer oder im Büro. Ob genügend Sauerstoff in der Luft ist und was wir sonst noch einatmen an Feinstaub, Allergenen oder gesundheitsschädlichen Gasen, wissen wir üblicherweise nicht.

In Städten wird die Luftqualität an Außenmessstationen erfasst, aber jenseits von Rauchmeldern und Temperaturfühlern ist für Privatanwender bislang keine leicht bedienbare und kostengünstige Lösung verfügbar. Das ursprünglich aus Chemnitz stammende und nun in Leipzig ansässige Start-up Corant hat deshalb einen handlichen Luftanalysator entwickelt, der mithilfe mehrerer Sensoren bis zu 14 verschiedene Luftmesswerte erfasst, darunter beispielsweise Sauerstoff, Stickstoffdioxid, Feinstaub, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Am Forschungs- und Transferzentrum e. V. der HTWK Leipzig wurde das Gehäuse des „air-Q“ entwickelt und hinsichtlich der Luftströme optimiert. Außerdem wurden alle Prototypen des Produkts per 3D-Drucker an der Hochschule gefertigt.

„Unser Fokus lag darauf, den air-Q so zu designen, dass die Sensoren möglichst wenig Platz benötigen, die Luft aber optimal durch das Gerät strömen kann. Dadurch konnten wir lüfterlos eine sehr kurze Ansprechzeit des air-Q erreichen. Die kreisförmigen Aussparungen im Gehäuse sehen also nicht nur schick aus, sondern sind essentiell für die Funktion des Luftanalysators“, erklärt Tobias Flath vom Forscherteam Generative Fertigung an der HTWK Leipzig, und führt weiter aus: „Um die Fertigungskosten gering zu halten, haben wir das Gehäuse so konstruiert, dass es aus zwei baugleichen Hälften einfach zusammengeklippt werden kann. Der positive Nebeneffekt dabei: Der air-Q hat keine Vorder- und Rückseite und kann deshalb beliebig in der Wohnung oder im Büro positioniert werden.“

Einmal aufgestellt, misst das Gerät kontinuierlich seine Umgebungsluft. Die Ergebnisse werden in einer App visualisiert und interpretiert. Dabei übernimmt das Gerät auch die Funktion eines Rauchdetektors. So ertönt bei kritischen Verschlechterungen der Luftqualität ein Warnsignal. „Gute, sauerstoffreiche Luft ist nicht nur wichtig, um konzentriert zu arbeiten, sondern auch um sich effektiv zu regenerieren“, ist Corant-Geschäftsführer Mario Körösi überzeugt.

Das Start-up bietet den air-Q derzeit zur Vorbestellung sowie im Rahmen einer Crowdfunding-Kampagne an. Dem Gründerteam gelang es so, bereits mehr als 100.000 Euro einzuwerben. Im Dezember 2019 sollen die ersten air-Q-Modelle ausgeliefert werden.

Bis ins hohe Alter selbstständig wohnen – wer möchte das nicht? Doch die wenigsten Häuser und Wohnungen sind barrierefrei, gerade Treppen werden mit zunehmendem Alter immer schwieriger zu bewältigen. Als flexible Alternative zu Treppenliften entwickeln die beiden Ingenieure Felix Weiske und Max Böhme von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) deshalb eine Art Siebenmeilenstiefel fürs Treppensteigen. Das Besondere: Dank künstlicher Intelligenz soll jeder Mensch ganz individuell unterstützt werden. Vom 19. bis 23. August 2019 können interessierte Bürgerinnen und Bürger das sogenannte Exoskelett im Stadtteilladen in Leipzig-Grünau (Stuttgarter Allee 21, 04209 Leipzig) im Rahmen einer interaktiven Ausstellung ausprobieren, seine weitere Entwicklung mitgestalten und sich über künstliche Intelligenz informieren. Eine weitere Ausstellung findet vom 5. bis 14. September im Bikini-Haus, Budapester Straße 38–50, 10787 Berlin statt.

„Der technologische Fortschritt findet schnell und oft ohne Einbindung der Gesellschaft statt. Genau das wollen wir anders machen“, erläutert Max Böhme. Über mehrere interaktive Ausstellungen in Leipzig und Berlin beteiligen er und sein Forscherkollege Felix Weiske zukünftige Anwender an der weiteren Entwicklung des Exoskeletts.

Noch steckt dessen Entwicklung in den Anfängen – die erste Version ist seit Anfang des Jahres einsatzfähig. Man schlüpft wie in einen Stiefel hinein und schließt die Schnallen an Unter- und Oberschenkel. Sensoren erkennen während des Gehens automatisch, ob eine Treppe hinauf oder hinab gestiegen wird. Die dafür aufgewendete Muskelkraft wird durch einen kleinen Motor verstärkt. „Das Exoskelett muss einschätzen können, welche Bewegungen wie unterstützt werden sollten. Dazu erlernt es den individuellen Gang seines Nutzers – das funktioniert mit künstlicher Intelligenz“, sagt Felix Weiske. Mit ihrer Ausstellung wollen Weiske und Böhme auch das Verständnis für künstliche Intelligenz fördern und Ängste abbauen.

Felix Weiske und Max Böhme sind Mitglieder der Nachwuchsforschergruppe „Systemlösungen für den Demografie- und Strukturwandel“ an der HTWK Leipzig, die von 2016 bis 2019 vom Freistaat Sachsen aus Mitteln des europäischen Sozialfonds gefördert wurde. Die Ausstellung findet im Rahmen des Hochschulwettbewerbs zur Künstlichen Intelligenz statt, bei dem Weiske und Böhme im Februar 2019 als eines von 15 Forscherteams mit 10.000 Euro ausgezeichnet wurden.

Die Wissenschaftler freuen sich über jedes Feedback zu ihrem Demonstrator. Die kostenfreie Ausstellung im Stadtteilladen Leipzig-Grünau kann ohne Voranmeldung zu folgenden Zeiten besucht werden:

• Montag, 19. August, 9–17 Uhr
• Dienstag, 20. August, 9–17 Uhr
• Mittwoch, 21. August, 9–13 Uhr
• Donnerstag, 22. August, 12–17 Uhr
• Freitag, 23. August, 9–17 Uhr

Prof. Stephan Schönfelder von der Fakultät Ingenieurwissenschaften betreut Markus Stöhrs Promotionsvorhaben an der HTWK Leipzig. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS forscht er seit Jahren dazu, wie empfindliche Materialien bereits während der Produktion geschädigt werden und wie die Herstellung verbessert werden kann. „Bauteile aus Silizium – egal ob Mikrochips oder Solarzellen – sind im Endprodukt tief verborgen. Ein frühzeitiger Defekt durch Risse im Material bedeutet oft einen Totalschaden des Smartphones, der PC-Platine oder des Solarmoduls. Wir wollen deshalb Defekte möglichst frühzeitig erkennbar und vor allem im Detail bewertbar machen. Die Auszeichnung bestätigt unsere erfolgreiche Forschungsarbeit im Bereich der Spannungsoptik und motiviert die Promotion von Markus Stöhr umso mehr“, freut sich Schönfelder.

Silizium ist ein wichtiger Materialbestandteil aller Elektronikbauteile – es steckt heute in jeglichen Speichermedien, Sensoren und Solarmodulen. Silizium wird aus Sand gewonnen und zu großen Kristallen geschmolzen. Aus diesen werden anschließend hauchdünne Scheiben, sogenannte Wafer, gesägt. Seine herausragenden Eigenschaften als Halbleiter gehen mit einer speziellen Materialbeschaffenheit einher: Siliziumkristalle sind anisotrop, verformen sich bei Belastung also in verschiedenen Richtungen unterschiedlich stark. Dieser Umstand macht es bislang schwierig, Verspannungen im Material exakt zu bestimmen. „Mit spannungsoptischen Messverfahren werden schon seit Jahrzehnten isotrope Materialien wie beispielsweise Glas analysiert. Dabei wird das Material mit einem polarisierten Lichtstrahl durchleuchtet und aus der Brechung des Lichts die Verspannung berechnet. Aber für Silizium und andere Halbmetalle liefert diese klassische Methode bislang nur sehr ungenaue Ergebnisse. Das macht es schwierig zu entscheiden, ob Spannungen und Risse wirklich kritisch sind. Im Rahmen meiner Forschung habe ich die das Berechnungsverfahren der Methode so weiterentwickelt, dass es nun auch für anisotrope Materialien funktioniert“, erklärt Markus Stöhr.

Markus Stöhr (25) studierte an der HTWK Leipzig Maschinenbau. Für seine kooperative Promotion an der HTWK Leipzig und der Technischen Universität Dresden erhält er ein Stipendium des Freistaat Sachsens aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds.

Ein Kurzbeitrag zum prämierten Poster ist online unter https://dx.doi.org/10.5162/sensoren2019/P2.6 frei verfügbar. Eine Langversion wird Ende des Jahres im „Journal of Sensors and Sensor Systems“ erscheinen.

Literaturangabe:
Markus Stöhr, Gerald Gerlach, Thomas Härtling, Stephan Schönfelder (2019): Analysis of Photoelastic Properties of Monocrystalline Silicon, in: 20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019, Tagungsband, S. 695–699. dx.doi.org/10.5162/sensoren2019/P2.6

Am Mittwoch, dem 10. Juli 2019 wählten die Mitglieder des Forschungs- und Transferzentrums (FTZ) Leipzig e. V. an der HTWK Leipzig Prof. Tilo Heimbold einstimmig zum neuen wissenschaftlichen Direktor. Der Automatisierungsforscher ist Gründungsmitglied des FTZ Leipzig und war dort bereits von 2001 bis 2004 Projektkoordinator. Der bisherige wissenschaftliche Direktor Prof. Wolfgang Reinhold geht im Herbst 2019 in Rente und trat deshalb nicht erneut zur Wahl an.

Tilo Heimbold: „Ich bedanke mich für das Vertrauen der FTZ-Mitglieder und freue mich auf die kommenden Jahre. Ich werde mein Bestes geben, den Erfolg meines Vorgängers und geschätzten Kollegen Wolfgang Reinhold fortzuführen.“ Erster Gratulant war Prof. Volker Slowik, der als Vorsitzender des FTZ-Kuratoriums die Wahl leitete.

Ebenfalls einstimmig wurde Dirk Lippik als geschäftsführender Direktor im Amt bestätigt. Lippik ist Referent für Forschung an der HTWK Leipzig und steht dem FTZ seit mittlerweile zwölf Jahren vor. Er bedankte sich bei Prof. Wolfgang Reinhold für sein großes Engagement und die erfolgreiche Arbeit: „Wolfgang Reinhold führte die Geschicke des FTZ 18 Jahre lang – sechs Jahre lang als geschäftsführender Direktor und seitdem als wissenschaftlicher Direktor. In diesem Zeitraum hat sich das FTZ außerordentlich erfolgreich entwickelt. Die mittlerweile 67 Mitglieder und 53 wissenschaftlichen Mitarbeiter des FTZ werben regelmäßig 20 bis 25 Prozent der Drittmittel der HTWK Leipzig ein. Damit trägt Wolfgang Reinhold entscheidenden Anteil daran, dass sich das FTZ als Bindeglied zwischen Hochschule und Wirtschaft fest etablieren konnte.“

Das Forschungs- und Transferzentrum der HTWK Leipzig verbindet seit 1997 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft mit dem wissenschaftlich-technischen Potenzial der Hochschule. Über 300 Forschungs- und Entwicklungsprojekte wurden seitdem von Wissenschaftlern der Hochschule am FTZ durchgeführt. Im Geschäftsjahr 2018 verzeichnete der gemeinnützige Verein mit rund 2,5 Millionen Euro Drittmitteleinnahmen einen neuen Umsatzrekord.

AviComp ist eine weltweit agierende Firma mit Sitz in Leipzig, die sich auf die Automatisierung von industriellen Verdichter- und Turbinenanlagen spezialisiert hat. Dr. Rico Schulze, damals noch Elektrotechnik-Student an der HTWK Leipzig, schrieb nach dem Praktikum seine Diplomarbeit bei AviComp. Anschließend wurde er als frisch gebackener Absolvent übernommen. Seitdem betreute Schulze mehrere aufeinander aufbauende Forschungsprojekte, auch in Kooperation mit seiner Hochschule. Dabei entstanden in enger Zusammenarbeit Softwarekomponenten und Systeme, die eine Simulation der Anlagen und eine Zustandsbewertung von Verdichtern ermöglichen. Parallel dazu hat Rico Schulze seinen Doktor-Ingenieur gemacht. Mittlerweile leitet er die F&E-Abteilung von AviComp.

„In der Automobilentwicklung ist es längst üblich, die Funktionsweise von komplexen Steuerungsvorgängen wie zum Beispiel der Bremsautomatik bereits vor dem Einbau ausgiebig zu testen und Extremsituationen zu simulieren. Dazu wird das Steuerungssystem an einen Prüfstand angeschlossen, in welchem das Fahrzeug virtuell nachgebildet ist“, erklärt Rico Schulze. „Gemeinsam mit der HTWK Leipzig haben wir diese sogenannte ‚Hardware-in-the-Loop‘-Simulation auch für rotierende Maschinen einsatzfähig gemacht.“ Gefördert wurden die Projekte über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand des Bundeswirtschaftsministeriums. Mit den Ergebnissen kann AviComp die Steuerung eines Verdichters bereits testen, bevor dieser fertiggestellt ist – für den Kunden spart das Zeit und Geld, für AviComp kostbare Nerven und weite Dienstreisen. „Dieser technologische Vorsprung stellt für uns ein enorm wichtigen Wettbewerbsvorteil dar – und er hat sich bereits in lukrativen Aufträgen ausgezahlt“, so Schulze.

Auch für die Fehlersuche in bestehenden Anlagen ergeben sich neue Möglichkeiten. Aktuell beschäftigen sich Hochschule und AviComp in einem gemeinsamen Projekt mit den Einsatzmöglichkeiten sogenannter „digitaler Zwillinge“. Das Konzept gliedert sich in den Themenkomplex Industrie 4.0 ein, wie Projektleiter Prof. Jens Jäkel erklärt: „Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Kopie einer Maschine oder komplexen Anlage inklusive allem was dazu gehört. Er wird über den gesamten Lebenszyklus der Maschine oder Anlage anhand von Echtzeitdaten auf aktuellem Stand gehalten. Wenn Änderungen anstehen oder Probleme auftreten, können am digitalen Zwilling Lösungen erarbeitet werden, ohne Experimente im laufenden Betrieb zu riskieren.“

Einen beträchtlichen Teil der Kosten für die gemeinsamen Forschungsprojekte muss AviComp selbst stemmen – für das mittelständische Unternehmen aber alles andere als ein Verlustgeschäft: „Wir wissen, dass wir in Forschung investieren müssen. Durch die Kooperation mit der HTWK Leipzig können wir uns das fördern lassen und haben gleichzeitig einen kompetenten Partner, der uns mit seinem methodischen Know-how ideal unterstützt“, so Schulze. Doch auch die Wissenschaft profitiert von der Kooperation: Rico Schulze hat, betreut von Prof. Hendrik Richter, im kooperativen Verfahren an der HTWK Leipzig und der Universität Magdeburg promoviert. Seine Dissertation steht frei zugänglich im Internet.

Für seinen Doktor-Ingenieur hat sich Schulze mit einem sicherheitsrelevanten Aspekt beim Betrieb von Verdichtern beschäftigt: „Für Verdichter gibt es wichtige Betriebsgrenzen. So wie ein Flugzeug abstürzt, wenn es zu langsam fliegt, wird ein Verdichter geschädigt, wenn er dauerhaft zu langsam durchströmt wird. In meiner Arbeit habe ich gezeigt, wie solche Betriebsgrenzen durch Körperschallmessungen am Gehäuse von Verdichtern erkannt werden können. Darauf aufbauend habe ich einen Regelungsalgorithmus entworfen, der im kritischen Fall automatisch nachsteuert.“ Im Juni 2019 wurde Rico Schulze für seine Arbeit mit dem 1. Förderpreis des VDI-Bezirksvereins Leipzig ausgezeichnet.

Bei AviComp wird Schulze in den nächsten Jahren nun daran arbeiten, die Ergebnisse seiner Dissertation in die Anwendung zu überführen – und natürlich auch weiterhin gemeinsam mit „seiner Hochschule“ weitere gemeinsame Forschungsprojekte in Angriff nehmen.

Nach der Vorführung erläuterte Nihat Ay zunächst, dass es in der Wissenschaft verschiedene Definitionen von „Intelligenz“ und erst recht von „künstlicher Intelligenz“ (KI) gebe. Dabei sorgte er für einige Lacher, als er auf den Unterschied zwischen schwacher und starker KI abhob: „Schwache Intelligenz begegnet uns jeden Tag.“ Er spielte damit auf adaptive Systeme wie Navigationsgeräte oder Suchmaschinen an, die wir bereits im Alltag nutzen. Starke Intelligenz, die wie Ava aus eigenem Antrieb handelt, gebe es noch nicht. Damit beantwortete er die dringlichste Frage aus dem Publikum: Ist die KI-Forschung annähernd so weit, wie in „Ex Machina“ dargestellt wird?

Dem fügte Prof. Jens Jäkel erläuternd hinzu, dass derzeitige Roboter vor allem auf einzelne Aufgaben wie Staubsaugen, Übersetzen, Fußball oder Go spielen spezialisiert seien: „Es wird noch lange dauern, bis eine Künstliche Intelligenz mehrere dieser Fähigkeiten in sich vereinen kann“, so Jäkel. Auch brauche es noch viele Jahre intensiver Forschung, bis sich Roboter so geschmeidig wie Lebewesen bewegen können. Detlef Riemer gab in diesem Zusammenhang einen kurzen Einblick in den Forschungsstand zu künstlichen Muskeln. Fazit: Noch ziemlich am Anfang – einzelne Muskelstränge können schon nachgebaut werden, aber ein komplettes Muskel-Skelett-System ist noch nicht in Sicht. Ohnehin läge der aktuelle Fokus in der Robotik-Forschung nicht auf dem möglichst genauen Nachbau der Natur, sondern in der Übernahme ausgewählter Prinzipien.

Aus dem Publikum kamen im Laufe der Diskussion mehrere Fragen zu ethischen Aspekten, beispielsweise auf den möglichen Missbrauch von KI zur Steuerung von Waffen oder zur Manipulation von Wahlen und Kaufverhalten. „Das Böse steckt immer im Menschen, nicht in der Technik“, positionierte sich Nihat Ay – und plädierte für eine breitere Diskussion innerhalb der Gesellschaft plus politische Regulierung auf internationaler Ebene.

In attraktiven Städten wie Leipzig wird es immer enger. Mehr Einwohner haben mehr Autos und brauchen dafür mehr Platz – zum Fahren und auch zum Parken. In Anbetracht der knappen Ressource Raum sind dabei Probleme vorprogrammiert. Im Projekt „Future Parking“ erarbeiten deshalb sechs sächsische Unternehmen, die TU Dresden und das Automobilzulieferernetzwerk Sachsen eine neue Parkhaustechnologie. Konkret wird eine funkbasierte Indoor-Lokalisierungs-Technologie entwickelt und erprobt, die zukünftig als Grundausstattung oder Aufrüstset eine intelligentere Steuerung von Parkhäusern ermöglichen soll. Dadurch sollen mehr Autos aus dem Straßenbild in den Parkhäusern verschwinden und auch der innerstädtische Verkehrsfluss gelenkt werden.

An der HTWK Leipzig arbeiten fünf Studierende der Fakultät Wirtschaftswissenschaften und Wirtschaftsingenieurwesen daran, das technische Projektteam auf die Vermarktungsphase vorzubereiten (Infos zum Projekt an der Fakultät). Angeleitet wird das studentische Team von Dr. Oliver Crönertz, Vertretungsprofessor für Betriebswirtschaftslehre. „Nur wenn technologische Erfindungen auch durch Organisationen in den Markt gebracht werden und Unternehmen damit Geld verdienen können, wird sich eine Lösung auch ‚in der Fläche‘ verbreiten. Anders herum brauchen innovative Lösungen nicht nur Marketing, sondern eben auch intelligente Erfindungen“, erklärt Crönertz. Zur Gewinnung von Marktinformationen interviewen die Studierenden ab Juni verschiedene Parkhausnutzer (Kurzzeit-, Langzeit-, Dauerparker), Praxisvertreter und Experten (Parkhausbetreiber und -ausstatter, andere Projekte, Stadtplaner, Automobilhersteller etc.). Daneben führen sie eine deutschlandweite Marktanalyse zur Parkhaussituation durch, indem sie alle öffentlichen Parkhäuser in Großstädten ab 100.000 Einwohnern erfassen, und untersuchen bereits vorhandene Navigationslösungen und Apps. Bis Ende September 2019 erarbeitet das Team auf dieser Grundlage passende Geschäftsmodelle.

Für September ist die öffentliche Demonstration der Technologie im Parkhaus des Business & Innovation Centers in Leipzig-Plagwitz geplant.

Die Entwicklung von Geschäftsmodellen wurde vom Leipziger Amt für Wirtschaftsförderung in Auftrag gegeben. Mit Förderungen dieser Art unterstützt Leipzig den Transfer von Forschungsergebnissen in vermarktungsfähige Innovationen.

Mathias Rudolph, Professor für Industrielle Messtechnik an der HTWK Leipzig, hat als Projektleiter gemeinsam mit seinen wissenschaftlichen Mitarbeitern ein drahtloses und energieautarkes Diagnosesystem entwickelt, das den Verschleiß von Straßenbahngetrieben erkennt und daraus direkt eine Wartungsempfehlung ableitet. Dabei hat er mit mehreren Unternehmen aus und um Leipzig zusammengearbeitet.

Für den Sächsischen Transferpreis wurde er vom Projektpartner SDS Schwingungs Diagnose GmbH aus Zwenkau vorgeschlagen. SDS-Geschäftsführer Johannes Köllner begründet den Vorschlag wie folgt: „Mit dem Projekt wird in besonderem Maße die regionale Wirksamkeit der angewandten Forschung sichtbar. Neben der Optimierung von Wartungsaktivitäten wird auch die Zuverlässigkeit der Straßenbahnflotte erhöht.“ Das trage wesentlich zu einer gesteigerten Attraktivität und Akzeptanz des öffentlichen Nahverkehrs bei. Gleichzeitig schaffe die Forschungskooperation für die SDS GmbH „einen bereichsübergreifenden Technologietransfer und damit einen hervorragenden Zugang zur Vielschichtigkeit der Digitalisierung“.

Bereits während ihres Maschinenbau-Studiums haben Frank Schmidt, Michael Sanne und Robert Wedermann an einem Exoskelett für die Handtherapie geforscht. Nun arbeiten die drei Ingenieure daran, ihre Entwicklungen in die Praxis umzusetzen und unter dem Namen Recovics ein Start-up zu gründen. Ihr Professor Detlef Riemer unterstützt sie bei diesem Transfer von der Hochschule in die Praxis – und wurde dafür vom Gründerteam Recovics für den Transferpreis nominiert.

„Professor Detlef Riemer steht uns in der Projekt- und Vorhabenentwicklung auf vielfältige Art und Weise zur Seite. So stellt er all sein Fachwissen sowie seine Labore, Gerätschaften und Technik bereit“, erklärt Frank Schmidt von Recovics. Riemer habe die drei Ingenieure außerdem in die Hochschulstrukturen integriert und bei der Einwerbung eines Gründerstipendiums unterstützt, sodass sie ihren Lebensunterhalt sicherstellen und sich für ihr Vorhaben vernetzen konnten.

Der Sächsische Transferpreis von der Initiative futureSAX ehrt Geberinnen und Geber von Wissen und Technologie, die in besonderer Weise zum Gelingen eines Transferprozesses von der Wissen-schaft in die Wirtschaft beigetragen haben und somit die Innovationskraft des sächsischen Mittel-stands stärken. Die zehnköpfige Jury besteht aus Vertreterinnen und Vertretern sächsischer Wissenschaftseinrichtungen, Unternehmen und Ministerien.

Sind Roboter irgendwann den Menschen überlegen? Wird künstliche Intelligenz zu einer übermächtigen Maschine, einem deus ex machina? Das Filmdebüt des britischen Regisseurs Alex Garland von 2015 setzt sich mit diesem Gedankenspiel auseinander. Gezeigt wird der Film im Rahmen des Wissenschaftskinos Leipzig am 4. Juni 2019 um 19 Uhr im Zeitgeschichtlichen Forum. Nach der Vorführung diskutieren die Professoren Jens Jäkel und Detlef Riemer von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) sowie Professor Nihat Ay vom Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPI-MIS) mit dem Publikum über die Chancen und Grenzen der Forschung zu künstlicher Intelligenz und Robotik. Beginn: 19 Uhr, Eintritt frei.

Der Science-Fiction-Film beginnt damit, dass ein junger Programmierer auf das abgelegene Anwesen des Firmengründers der marktbeherrschenden Internet-Suchmaschine „Bluebook“ eingeladen wird. Dort soll er die Intelligenz des humanoiden Roboters Ava testen. Die Roboterfrau hat bereits ein eigenes Bewusstsein entwickelt und fürchtet, nach dem Test zerstört zu werden. Der Programmierer versucht zu helfen – und der Thriller nimmt seinen Lauf. Im Anschluss an die Filmvorführung diskutieren Experten der HTWK Leipzig und des MPI-MIS aus wissenschaftlicher Perspektive die filmische Darstellung von Robotik und künstlicher Intelligenz und stehen für Fragen aus dem Publikum offen.

Auf dem Podium sitzen:

• Nihat Ay ist Leiter der Forschungsgruppe „Informationstheorie kognitiver Systeme” am MPI-MIS und Honorarprofessor an der Universität Leipzig. Parallel hat er eine Professur am Santa Fe Institute New Mexico, USA, inne. Nihat Ay arbeitet an mathematischen Theorien des Lernens in neuronalen Netzwerken und kognitiven Systemen. Ein Augenmerk liegt auf der Erforschung sogenannter verkörperter künstlicher Intelligenz, die insbesondere das Zusammenspiel von Gehirn, Körper und Umgebung untersucht. -
• Jens Jäkel ist Professor für Systemtheorie und Mechatronik an der HTWK Leipzig und Dekan der Fakultät Ingenieurwissenschaften. Er forscht zu maschinellen Lernverfahren und ihrer Anwendung in der Robotik und Bildverarbeitung.
• Detlef Riemer ist Professor für Mechatronik und Steuerungstechnik an der HTWK Leipzig. Er beschäftigt sich mit den Anwendungsmöglichkeiten von Robotik in verschieden Bereichen, von der Automobilfertigung bis hin zur Medizintechnik. Daneben setzt er sich mit möglichen Roboterentwicklungen und humanistisch-philosophischen Fragestellungen der Roboterzukunft auseinander.

Mit dem Wissenschaftskino Leipzig haben die Leipziger Wissenschaftseinrichtungen in Kooperation mit dem Zeitgeschichtlichen Forum und dem Referat Wissenspolitik der Stadt eine für Leipzig Veranstaltungsreihe entwickelt, die zwei unterschiedliche Formate – Film und Diskussion – mit Wissenschaft verknüpft. Die Reihe geht 2019 ins fünfte Jahr. Das nächste Wissenschaftskino findet am 22. Oktober 2019 mit dem Film „Als wir träumten“ zum Thema Wende- und Nachwende-Zeit mit Experten der Universität Leipzig und des Zeitgeschichtlichen Forums statt. Selber Ort, selbe Zeit. Eintritt frei.

Wissenschaftsministerin Dr. Eva-Maria Stange: „Unsere Hochschulen für Angewandte Wissenschaften bilden in den Regionen nicht nur die dringend benötigten Fachkräfte in verschiedensten Bereichen aus, sondern haben in den letzten Jahren ihre große Forschungsstärke unter Beweis gestellt. Oft übernehmen sie als forschende Dienstleister in Sachsen eine Ersatzfunktion für fehlende Forschungsabteilungen der kleinen und mittelständischen Unternehmen. Der neue Drittmittelrekord der HTWK Leipzig belegt die Leistungsstärke der Hochschule und unterstreicht ihre Bedeutung für die Region Leipzig. Mein Dank gilt dem enormen Engagement der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.“

Prof. Gesine Grande, Rektorin der HTWK Leipzig: „Die Höhe der Drittmittel – 12,1 Millionen Euro – steht für einen großen Erfolg, den viele engagierte Wissenschaftler und Mitarbeiter der Hochschule ermöglicht haben. Dieser Erfolg basiert auch auf unserer Nachwuchsförderung ebenso wie auf unseren vielfältigen Kooperationen mit der Wirtschaft und anderen wissenschaftlichen Einrichtungen. Wir sind eine zentrale Innovationskraft für die Region.“

Die Drittmittel wurden 2018 überwiegend aus Bundesmitteln (34 Prozent) eingeworben, 23 Prozent stammen aus Förderprogrammen der Europäischen Union, 16 Prozent aus der Wirtschaft sowie 12 Prozent vom Freistaat Sachsen. So wurden beispielsweise aus Bundesmitteln mehrere Vorhaben zur Entwicklung des neuen Verbundwerkstoffs Carbonbeton im Rahmen des mehrfach ausgezeichneten Forschungskonsortiums „C³ – Carbon Concrete Composite“ gefördert. Diese besonders langlebige und CO₂-sparende Weiterentwicklung von Beton soll dank enger Zusammenarbeit mit zahlreichen Unternehmen der Bauindustrie innerhalb weniger Jahre marktreif werden.

Aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds werden an der HTWK Leipzig aktuell 13 Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler mit einem Promotionsstipendium sowie zwei Nachwuchsforschergruppen ermöglicht – eine zur Digitalisierung in kleinen und mittleren Unternehmen und eine zum Demografie- und Strukturwandel. Darüber hinaus werden aus europäischen Mitteln über die HTWK Leipzig Bildungs- und E-Learning-Projekte in Ländern wie Jordanien, Usbekistan und Irak unterstützt. Die Wirtschaftsmittel verteilen sich auf viele kleinere Projekte und Forschungsaufträge in Zusammenarbeit mit Unternehmen der Region.

Zusätzliche Mittel des Freistaats Sachsen nutzte die Hochschule unter anderem, um berufsorientierte Zusatzkurse für Studierende anzubieten. Diese Kurse in der vorlesungsfreien Zeit sind ein Vorteil für den Berufseinstieg und nützen auch dem späteren Arbeitgeber. So können die Studierenden beispielsweise ein Schweißtechnikpraktikum absolvieren, sich auf die Zertifizierung als Datenschutzbeauftragte vorbereiten oder zertifizierte Kurse im Projektmanagement belegen.

Für seine an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) verfasste Dissertation zur Mensch-Roboter-Interaktion wurde Dr. Florian Müller mit dem Richard-Hartmann-Preis des Industrievereins Sachsen 1828 e. V. ausgezeichnet. Verliehen wurde die mit 5.000 Euro dotierte Auszeichnung am 7. Mai 2019 im Rahmen des „Tags der Industrie und Wissenschaft“ in Chemnitz.

In seiner Doktorarbeit „Assistierende virtuelle Kraftfelder bei handgeführten Robotern“ beschreibt Müller, wie Industrieroboter Menschen bei schweren Tätigkeiten unterstützen können, indem sie die vom Menschen eingesetzte Kraft verstärken und durch virtuelle Kraftfelder in geeignete Bahnen lenken. Dadurch lassen sich die enorme Kraft und Ausdauer von Robotern mit der Flexibilität und Intelligenz des Menschen sinnvoll kombinieren. „Ziel meiner Forschung war, die Bedienung solcher Roboter für den Nutzer zu vereinfachen und intuitiver zu gestalten. Zu diesem Zweck habe ich eine Robotersteuerung entwickelt, welche den Menschen unterstützt und seine Bewegungen auf eine geeignete Bahn lenkt“, sagt Florian Müller, und erklärt weiter: „Der Roboterarm trägt die Hauptlast, muss aber vom Nutzer im Raum geführt werden. Innerhalb einer vorgegeben Bahn erleichtert der Roboter die Bewegung, möchte der Nutzer den Arm darüber hinausführen, wird eine Gegenkraft erzeugt.“ In zwei Nutzerstudien konnte Müller nachweisen: Die von ihm entwickelte Steuerung reduziert die Fehleranzahl der Probanden im Schnitt um die Hälfte und hat positiven Einfluss auf die Arbeitsbelastung der Arbeiter.

Florian Müller studierte Elektro- und Informationstechnik an der HTWK Leipzig. Im Anschluss forschte er in verschiedenen Forschungsprojekten unter der Leitung von HTWK-Professor Jens Jäkel zur Mensch-Roboter-Interaktion und kooperierte dabei eng mit Unternehmen wie dem BMW-Werk-Leipzig und dem Maschinenbau-Unternehmen Continental Trebbin. In diesem Umfeld erarbeitete er die Grundlage zu seiner Promotion zum Doktor-Ingenieur in Kooperation mit der Technischen Universität Chemnitz. Seit Anfang 2018 ist er dort am Lehrstuhl seiner Doktormutter Prof. Ulrike Thomas tätig.

„Da die sächsische Wirtschaft stark industriell geprägt ist, haben Technologien wie die Mensch-Roboter-Kooperation, welche die Flexibilität erhöhen und die Werker entlasten, einen bedeutenden Einfluss auf den Wirtschaftsstandort“, so Prof. Ulrike Thomas in ihrer Laudatio bei der Preisverleihung in Chemnitz. Die Dissertation von Florian Müller trage somit zu einem zukunftsorientierten Wachstumsmarkt bei.

Der Industrieverein Sachsen 1828 e. V. verleiht jährlich den mit 5.000 Euro dotierten Förderpreis „Richard Hartmann“. Prämiert wird stets eine Arbeit mit herausragenden industrienahen wissenschaftlichen, technischen und betriebswirtschaftlichen Ergebnissen mit einem hohen Neuheitsgrad und einer deutlich positiven Wirkung bezüglich der Stärkung der sächsischen Wirtschaft. Richard Hartmann war Begründer der größten sächsischen Maschinenfabrik in Chemnitz.

Nicht mehr als 1,5 Grad Celsius soll es bis zum Jahr 2100 wärmer werden. Das ist eines der Ziele des Pariser Klimaabkommens. Um es zu erreichen, muss sich unsere Energieversorgung schnell verändern. Mehr erneuerbare Energien allein reichen nicht – denn der sogenannte grüne Strom muss nicht nur von Wind, Wasser und Sonne erzeugt, sondern auch flexibel gespeichert und transportiert werden. Aktuell ist unser Stromnetz dafür nicht ausgelegt. Deshalb muss das Stromnetz intelligenter und dezentraler werden, muss lernen, sich selbst zu steuern – ein bisschen wie das Internet. „Smart Grid“ ist der Begriff, den Fachleute für diese Vision verwenden.

„Wenn wir unsere Energieerzeugung zunehmend auf wetterabhängige Erzeuger wie Wind und Wasser umstellen, müssen wir an sonnigen, windigen Tagen überschüssige Energie speichern und flexibel nachts ins Netz zurückeinspeisen. Elektroautos können zu einem wichtigen Baustein dieses Systems werden“, ist Professor Andreas Pretschner vom Kompetenzzentrum für Elektromobilität und Ladeinfrastruktur an der HTWK Leipzig überzeugt. Das kann zum Beispiel heißen, dass das Auto selbst entscheidet, wann es lädt – nämlich wenn besonders viel Energie zur Verfügung steht. Oder sogar, dass das Auto mit seiner Batterie selbst zum dezentralen, flexiblen Energiespeicher wird, der bei Bedarf Strom ins Netz einspeist oder zur Netzstabilität beitragt. „Attraktiv ist das für Autobesitzer freilich nur dann, wenn die Bereitstellung des eigenen Fahrzeugs als Energiespeicher dem einzelnen keinen größeren Aufwand bereitet und wenn es sich finanziell rechnet“, so Pretschner.

Im Projekt EVALIA arbeitet Pretschner gemeinsam mit mehreren Forschungseinrichtungen und Firmen aus Deutschland und Finnland an der praktischen Umsetzung dieser Vision. Dabei soll die Elektromobilität mithilfe eines intelligenten Lademodells, dem „Smart Charging“, in das Energienetz eingebunden werden. Eine Umrüstung der Elektroautos ist nicht nötig – die Innovation soll in den Ladesäulen stecken, die die Kommunikation mit dem Stromnetz übernehmen.

Viele Partner, ein Ziel

Marco Ulbricht entwickelt als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der HTWK Leipzig seit Sommer 2018 die Software für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladesäule sowie zwischen Ladesäule und Energieversorger. Zu Testzwecken nutzt er im Labor an der HTWK Leipzig Simulationen. „Das deutsche Stromnetz ist aktuell noch nicht so intelligent, dass wir unser System hier testen können“, so Ulbricht.

Die Hardware-Entwicklung übernehmen Ebee Smart Technologies aus Berlin sowie die finnischen Unternehmen ENSTO und Parking Energy. Die elektromagnetische Verträglichkeit der Komponenten wird im EMV-Labor der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) getestet. Das Leipziger Unternehmen Energy2Market wiederum befasst sich mit verschiedenen Geschäftsmodellen und Vergütungsoptionen, die die Teilnahme am Smart Grid für Elektromobilisten, Parkhausbetreiber und Immobilienbesitzer finanziell attraktiv machen soll.

In einem Wohnquartier im Helsinkier Stadtteil Kulosaari soll Mitte 2020 in einer Art Reallabor ein Testnetz entstehen, das Elektroautos, Wohngebäude und Smart Grid miteinander verbindet. „In Finnland ist die Elektromobilität schon viel weiter verbreitet als hier. Auch das Stromnetz ist deutlich besser auf erneuerbare Energien eingestellt“, erklärt Marco Ulbricht. Funktioniert das Smart Charging in Finnland, kann es perspektivisch auch in Deutschland und anderen europäischen Ländern eingesetzt werden.

Fakten zur Versachlichung der Debatte

Die Medienwissenschaftler Prof. Marc Liesching und Prof. Gabriele Hooffacker von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) haben in einer unabhängigen Studie nun erstmals eine Kategorisierung aller Erstsendeminuten der politischen Fernsehbeiträge von ARD und ZDF im Monat vor der Bundestagswahl 2017 vorgenommen. Ein Befund der Studie: Über alle 56 untersuchten Sendungen hinweg zeigt sich eine vielfältige Themenpräsenz mit weitgehend ausgeglichener Gewichtung. Dabei rangiert der Themenkomplex „Migration“ mit knapp 12 Prozent der Sendeminuten hinter „Arbeit/Familie/Soziales“ (15 Prozent) und nur knapp vor „Außenpolitik“ (11 Prozent). Die restlichen Sendeminuten verteilen sich auf weitere elf Sachgebiete, darunter beispielsweise „Umwelt“, „Bildung/Digitalisierung“ oder „Steuer/Finanzen“.

Dementgegen war „Migration“ das Thema Nummer eins in den fünf meistgesehenen politischen Sendungen vor der Bundestagswahl, über ein Fünftel der Sendezeit kreiste um diesen Sachverhalt. Beim TV-Duell Merkel/Schulz, der Sendung mit den höchsten Einschaltquoten, fokussierten sogar 34 Prozent der Sendezeit das Thema „Migration“, weitere 20 Prozent handelten von „Außenpolitik“. Mit niedrigeren Anteilen schließen sich die nahezu gleich gewichteten Themen „Umwelt“ (9 Prozent), „Innere Sicherheit“ (7 Prozent) und „Arbeit/Familie/Soziales“ (7 Prozent) an.

Die detaillierten Ergebnisse der Studie erlauben eigene Auswertungen, beispielsweise nach Einschaltquoten oder nach Sendeformaten. Um das Bild für die Leser abzurunden, haben die beiden Wissenschaftler mehrere Journalisten zu den Abläufen und dem journalistischen Selbstverständnis ihrer Redaktion befragt. Zusätzlich führten Medienstudierende der HTWK Leipzig eine qualitative Analyse durch, bei der die Neutralität der Fragen von Fernsehmoderatoren an Politikerinnen und Politikern im Fokus stand. „Bisher wurde in den Debatten viel mit ‚gefühlten‘ Fakten und Häufigkeiten gearbeitet“, so Medientheorie-Professor Marc Liesching, „wir wollen die Debatten auf ein sichereres Fundament stellen – sodass nun über die Interpretation der Zahlen und auch über methodische Fragen ihres Zustandekommens sachlich fundiert diskutiert werden kann.“

„Agenda-Setting“ und „Framing“ als Begleiter des Journalismus

Liesching und Hooffacker stellen ihre Forschungsergebnisse in den Kontext der Debatten um „Agenda-Setting“ und „Framing“. Die Ausgangsthese: Eine häufige Themensetzung („Agenda-Setting“) kann die Wahrnehmung der Zuschauer beeinflussen. Ebenso kann die Rahmung (das „Framing“) des Themas „Migration“, beispielsweise mit dem Thema „Kriminalität“, Verknüpfungen in den Köpfen des Fernsehpublikums erzeugen und festigen. Eine mögliche Erklärung für die unzutreffende Wahrnehmung der Themenverteilung kann zudem der Hostile-Media-Effekt liefern, wonach Personen mit einer gefestigten Meinung eine ausgewogene Berichterstattung als verzerrend erleben. „Die qualitativen Befragungen haben gezeigt, dass die allgemein anerkannten journalistischen Qualitätsstandards wie Aktualität, Neutralität und Meinungsvielfalt in allen untersuchten Redaktionen eine wichtige Rolle spielen“, fasst Journalistik-Professorin Gabriele Hooffacker zusammen. „Zudem konnten die TV-Redakteure Effekte wie den Hostile-Media-Effekt aus der Praxis bestätigen.“

Klimaforscher warnen, dass es in Zukunft immer häufiger Sommer mit Dauer- und Starkregen geben wird. Auch in Leipzig nehmen Extrem-Niederschläge zu – sogar so sehr, dass dadurch die Bemessungsregeln für die Kanalisation überschritten werden. Die Stadt Leipzig und die Leipziger Wasserwerke riefen deshalb Anfang 2017 das Projekt „KAWI-L – Kommunale Anpassungsstrategie für wassersensible Infrastrukturen in Leipzig“ ins Leben, um die Auswirkungen von Starkregen-Ereignissen zu untersuchen. Teil des Projektes ist die wissenschaftliche Begleitung durch das Institut für Wasserbau und Siedlungswasserwirtschaft (IWS) der HTWK Leipzig.

Ganzheitliche Ansätze

Die Forscherinnen und Forscher des IWS führen Untersuchungen und Berechnungen von Fließwegen im Stadtgebiet, von verschiedenen Regenszenarien mit variierenden Regenmengen und -zeiten sowie zum Ablaufverhalten über die Kanalisation durch. In Zusammenarbeit mit dem Verkehrs- und Tiefbauamt, dem Amt für Umweltschutz und den Wasserwerken entwickeln sie ganzheitliche Ansätze für den Umgang mit extremen Niederschlägen. Auch Erfahrungen aus früheren Regenereignissen sowie aktuelle Luftbilder zur Versiegelung von Flächen sowie andere relevante Parameter fließen in die Betrachtungen mit ein.

„Starkregen, wie sie in den letzten Jahren wieder häufiger auftreten, wurden in der Vergangenheit nur unzureichend bei der Stadtplanung berücksichtigt. Das zeigt sich beispielsweise, wenn Tiefgarageneinfahrten an Fließwegen liegen oder Zugänge in Geschäften und Wohnungen barrierefrei und damit ebenerdig zum Gehweg angelegt wurden“, erzählt Prof. Hubertus Milke, wissenschaftlicher Direktor des IWS.

Forschung für die Leipziger Stadtplanung

„Ziel ist es, langfristig ein neues Arbeitsinstrument für die Stadtplanung und -gestaltung sowie für den Kanalbetrieb zu entwickeln“, sagt die Leiterin des Amts für Umweltschutz, Angelika Freifrau von Fritsch, und unterstreicht: „Bei der Planung neuer Quartiere oder Erschließungsmaßnahmen berücksichtigt die Stadt Leipzig schon heute Aspekte des naturnahen Regenwassermanagements – zum Beispiel im Rahmen der Gründachstrategie. Auch die Wasserwerke setzen schon heute auf eine intelligente Stauraumbewirtschaftung im Kanal.“

Für den Umgang mit zunehmend heftigen und kleinräumigen Regenereignissen stellt die klassische Ableitung über die Kanalisation nicht die alleinige Lösung dar, betont der Technische Geschäftsführer der Wasserwerke, Dr. Ulrich Meyer. Die Leipziger Kanalisation sei wie in der Abwasserbranche üblich für die Ableitung von „normalen“ Regenereignissen ausgelegt. „Die Kanalisation darüber hinaus aber flächendeckend auf die selten und zumeist lokal begrenzten Starkregen auszulegen, wäre aufgrund des Platzmangels im Untergrund schwer umsetzbar und zudem wirtschaftlich nicht vertretbar. Die Kanäle wären dann für den Normalbetrieb viel zu groß“, sagt er. Daher müsse das Niederschlagswasser mithilfe von anderen Maßnahmen bewirtschaftet, das heißt schadfrei zwischengespeichert oder abgeleitet werden.

Mithilfe von KAWI-L erwarten sich die Projektpartner Erkenntnisse, wo bauliche Maßnahmen im Stadtgebiet sinnvoll wären. Bis Mitte des Jahres ist mit konkreten planungsrelevanten Ergebnissen zu rechnen. Dann sollen die aufwendigen Berechnungen und Simulationen abgeschlossen sein.

Die Natur hat Millionen verschiedener Tiere und Pflanzen hervorgebracht, die optimal auf ihre jeweiligen Lebensreiche abgestimmt sind. Die Methode der Natur: Evolution, also Optimierung durch natürliche Auslese und Selektion. Dasselbe Prinzip benutzen auch Informatiker auf der ganzen Welt, um Künstliche Intelligenz (KI) zu entwickeln. Vom 24. bis 26. April 2019 treffen sich mehr als 140 internationale Experten für „Evolutionary Compution“ an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) zur Konferenz EvoStar 2019.

„Die wesentlichen Fortschritte der KI-Forschung wurden zuletzt im Bereich der Neuronalen Netzwerke erzielt. Mittlerweile zeigen sich jedoch gewisse Grenzen der Leistungsfähigkeit dieses Ansatzes. Viele Wissenschaftler hoffen, dass die Zusammenführung von Techniken aus den Neuronalen Netzwerken mit Methoden des Evolutionary Compution zu einem weiteren Innovationsschub führen wird“, erklärt Hendrik Richter, Professor für Regelungstechnik an der HTWK Leipzig und Gastgeber der Tagung.

Im Plenarvortrag zur Eröffnung der Tagung setzt sich Prof. Risto Miikkulainen von der Universität Texas, USA, genau mit dieser Fragestellung auseinander. Konferenz-Gastgeber Hendrik Richter ist deshalb überzeugt: „Das Thema der Konferenz ist nicht nur in wissenschaftlicher Hinsicht spannend, sondern es beschäftigt sich mit einer Zukunftstechnologie, die unser Lebensumfeld mitgestalten wird.“

Die EvoStar ist unterteilt in vier Teil-Konferenzen zu den folgenden Themen: Genetische Programmierung (Genetic Programming), Anwendungen (Applications of Evolutionary Computation), Kombinatorische Optimierung (Evolutionary Computation in Combinatorial Optimisation) sowie Musik, Sound, Kunst und Design (Computational Intelligence in Music, Sound, Art and Design). Während es in den ersten drei Mini-Konferenzen vorrangig um neue Algorithmen und Methoden geht, stehen bei der Teil-Konferenz zu Musik und Kunst auch spielerische Themen eine Rolle. So gibt es beispielsweise Beiträge über einen Kochrezepte-Generator, über künstliche Kreativität bei der Gestaltung von Emojis und über computergenerierte Musik.

Die EvoStar findet seit etwa 20 Jahren einmal jährlich in Europa statt und wechselt üblicherweise zwischen Nord- und Südeuropa. Leipzig ist in diesem Jahr Gastgeber. In den letzten Jahren fand die Konferenz in Parma (Italien), Amsterdam (Niederlande), Porto (Portugal) und Kopenhagen (Dänemark) statt.

Am Sozialgericht stapeln sich derzeit knapp 180.000 Widersprüche und fast ebenso viele Klagen gegen Hartz-IV-Bescheide. Mehr als ein Drittel der Bescheide ist tatsächlich fehlerhaft – die restlichen beruhen auf Missverständnissen. Die Ursachen dieser Verständigungsbarrieren zwischen Jobcenter und Arbeitslosen untersuchte Ulrike Leistner in ihrer Doktorarbeit. Betreut wurde die Sozialwissenschaftlerin an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) in einem kooperativen Verfahren mit der Technischen Universität Dresden.

Insgesamt analysierte Ulrike Leistner knapp 20 Beratungsgespräche und befragte über 200 Sozialarbeiter in Erwerbslosenberatungsstellen, also unabhängigen Anlaufstellen, in denen Arbeitslose zu ihren Jobcenter-Schreiben beraten werden. Dabei fand sie heraus: Eine Hauptursache für die Verständigungsprobleme ist tatsächlich das komplizierte Amtsdeutsch sowie die hochkomplexe Rechtslage. Darüber hinaus ist es aber auch die Logik einer Behörde, die vielen Erwerbslosen unverständlich ist. Dazu kommt als große Barriere, dass viele Erwerbslose generell an der Aufrichtigkeit und dem Wohlwollen des Jobcenters zweifeln.

„Tatsächlich haben die Jobcenter schon vor Jahren erkannt, dass sie ihre Schreiben überarbeiten müssen. Allerdings hat die Überarbeitung zu keinen substantiellen Verbesserungen geführt“, so Leistner zu einem weiteren Ergebnis ihrer Doktorarbeit. Um eine bessere Verständigung zwischen Jobcentern und Erwerbslosen zu erreichen, mahnt die Wissenschaftlerin zwei drängende Nachbesserungen an: eine leichte, allgemeinverständliche Sprache sowie eine bessere direkte Erreichbarkeit der Jobcentermitarbeiter. Sie insistiert: „Verständigungsbarrieren in Verwaltungsschreiben sind kein leidliches Übel, das man hinnehmen muss. Ganz im Gegenteil: Behörden sind in der Bringschuld, ihr Handeln transparent und nachvollziehbar zu gestalten, um die Akzeptanz der Demokratie und des Rechtsstaats zu erhalten“, so Ulrike Leistner. Dazu brauche es auch weiterhin das Engagement Sozialer Arbeit, um nachhaltige, strukturelle Verbesserungen zu erreichen.

Ulrike Leistner studierte an der HTWK Leipzig Soziale Arbeit. Sie blieb nach ihrem Diplom als Wissenschaftlerin an der Hochschule und forschte zum Vertrauen in soziale Dienstleister und Ämter sowie zur Verständlichkeit von Gesundheitsinformationen. Für ihre Promotion erhielt die gebürtige Leipzigerin ein Stipendium aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF). Mittlerweile arbeitet die heute 36-Jährige als Koordinatorin für kommunale Gesundheit bei der Stadt Leipzig.

An der HTWK Leipzig promovieren aktuell rund 80 junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Kooperation mit Universitäten in ganz Deutschland. Mehr als zwei Drittel der Promovierenden arbeiten vor Ort, 13 erhalten aktuell ein ESF-Stipendium.

Gemeinsam mit Dr. Ulrike Helmstedt vom Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung und Dr. Stefan Gramm von der Firma Herlac Coswig koordinierte er in Zusammenarbeit mit der Sächsischen Walzengravur Frankenberg die Erstellung des Bündniskonzeptes.

GRAVOmere ist eines von 20 Bündnissen, die sich erfolgreich im zweistufigen Auswahlverfahren des Programmes „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ unter insgesamt 105 Einreichungen durchgesetzt haben. Damit stehen der Kompetenzregion GRAVOmere seit dem 1. April 2019 und zunächst für zwei Jahre bis zu acht Millionen Euro aus dem Förderprogramm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zur Verfügung. Sollte sich die Kompetenzregion erfolgreich gestalten, kann die Förderung auf fünf Jahre verlängert werden.

Ziel des Bündnisses ist eine stärkere regionale Vernetzung von Unternehmen, Forschenden und Ausbildenden der Bereiche Material-, Oberflächen-, Laser- und Werkzeugtechnik bei Innovationsprozessen. Es ist geplant, Kompetenzen gemeinsam zu entwickeln und auch für innovationsfernere Partner zugänglich zu machen. Aus- und Weiterbildung sollen flexibler gestaltet werden und so mitteldeutschen Unternehmen die Suche nach Fachkräften erleichtern.

„Die Zugangsvoraussetzungen für eine Professur waren damals weniger strikt geregelt als heutzutage. Im Auswahlverfahren war nicht nur die Leistung des Einzelnen interessant. Auch Fragen der sozialen Herkunft oder die der Konfessionszugehörigkeit waren entscheidend“, erklärt Jennifer Blanke, Historikerin an der HAB Wolfenbüttel. Um die Frage nach den relevanten Faktoren im Berufungsprozess einer Professur zu klären, nutzen die Wissenschaftler digitale Technologien. Dies soll zeit- und kostenintensive Recherchen verkürzen und neue Forschungserkenntnisse zutage fördern.

„Informatiker und Historiker haben sehr unterschiedliche methodische Zugänge zu ihren Forschungsgebieten. So spielen für Historiker historische Fakten und deren Nachweisbarkeit eine fundamentale Rolle, während wir Informatiker beispielsweise an Algorithmen für Softwaresysteme forschen. Als Teil des europäischen Forschungsnetzwerks ‚Data for History‘ wollen wir gemeinsam eine Methodik erarbeiten, die beide Forschungsfelder zusammenbringt“, so Thomas Riechert, Professor für Informationssysteme und Datenmanagement an der HTWK Leipzig.

Um den internationalen Austausch zu befördern, haben Riechert und sein Forscherteam für den 4. und 5. April Wissenschaftler aus ganz Europa zu dem Doktorandensymposium „Research on Online Databases in History“ (Forschung zu Online-Datenbanken für die Geschichtswissenschaft) eingeladen. Insgesamt werden rund 30 Teilnehmer aus acht europäischen Ländern erwartet. Das von Riechert mitgegründete Forschungsnetzwerk „Data for History“ wird im Rahmen der Veranstaltung seine dritte Mitgliederversammlung abhalten.

Das Doktorandensymposium „Research on Online Databases in History“ findet am 4. und 5. April 2019 im Hörsaal 116 des Gutenberg-Baus der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (Gustav-Freytag-Straße 42, 04277 Leipzig) statt. Die Teilnahme ist für Wissenschaftler und Studierende kostenfrei.

Die Gesellschaft schon während der Entwicklung neuer Technologien einbinden – das ist das Ziel von Max Böhme und Felix Weiske. Die beiden Nachwuchswissenschaftler der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) arbeiten an einem intelligenten Exoskelett, das beeinträchtige Personen beim Treppensteigen unterstützten soll. Diesen Sommer wollen sie den ersten Prototyp vorstellen und im Rahmen einer interaktiven Werkstatt künftige Nutzerinnen und Nutzer in die Entwicklung miteinbeziehen. Mit dieser Idee haben die beiden die Jury des Hochschulwettbewerbs zum Wissenschaftsjahr 2019 – Künstliche Intelligenz „Zeigt eure Forschung!“ überzeugt. Der Wettbewerb wird jährlich von der Initiative Wissenschaft im Dialog ausgerufen und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Alle der insgesamt 15 ausgezeichneten Forscherteams erhalten für die Umsetzung ihrer Projekte bis Dezember 2019 ein Preisgeld in Höhe von 10.000 Euro.

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek sagt zum Wettbewerb: „Künstliche Intelligenz ist eine der wichtigsten Zukunftstechnologien und wird unsere Gesellschaft verändern. Den Wandel können wir nur gemeinsam gestalten. Dafür ist es wichtig, dass wir Dialoge anstoßen und über Chancen und Herausforderungen von Künstlicher Intelligenz für unsere Gesellschaft sprechen. Mit ihren Beiträgen zum Hochschulwettbewerb zeigen die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie dies auf vielfältige und kreative Weise gelingen kann.“

Die Ingenieure Max Böhme und Felix Weiske arbeiten als Mitglieder der HTWK-Nachwuchsforschergruppe DemoS seit drei Jahren an einem neuartigen Bewegungsunterstützungssystem auf Basis künstlicher Intelligenz. Böhme: „Der technische Fortschritt bietet die Chance, Menschen auch im hohen Alter ein selbstbestimmtes Leben zu ermöglichen. Aber um Anwendungen zu entwickeln, die die Menschen wirklich nutzen wollen, müssen wir sie schon frühzeitig in die Entwicklung miteinbeziehen.“ Für den Sommer planen die beiden Forscher eine interaktive Ausstellung, bei der Besucher den Prototyp testen, erfahren und im Gespräch mit den Entwicklern proaktiv mitgestalten können.

Ziel des Hochschulwettbewerbs im Wissenschaftsjahr ist es, den öffentlichen Dialog über Künstliche Intelligenz anzuregen. Die ausgezeichneten Teams kommen aus Berlin, Bonn, Emden/Leer, Furtwangen, Köln, Konstanz, Leipzig, Marburg, Nürnberg, Reutlingen, Saarbrücken, Würzburg und Zittau/Görlitz. Im Dezember 2019 wird die Jury die 15 Kommunikationsprojekte erneut begutachten. Bis dahin halten die Teams die Öffentlichkeit im Blog über ihre Fortschritte auf dem Laufenden: www.hochschulwettbewerb.net

Die HTWK Leipzig sucht verstärkt den Dialog mit Unternehmen und Bürgern, um innovative Lösungen für die drängenden Herausforderungen unserer Zeit zu entwickeln. Als Mitglied des sächsischen Transferverbunds Saxony⁵ ist sie eine von 48 „innovativen Hochschulen“ in Deutschland. Die gesamte Vielfalt der Kommunikation mit der Öffentlichkeit steht hierbei besonders im Fokus.

Entwickelt und erprobt wurde das Messsystem seit 2017 beispielhaft für den Einsatz an Straßenbahnen. „Um den Zustand von Fahrzeugen und anderen beweglichen Anlagen dauerhaft zu überwachen, muss die Technik losgelöst vom Stromnetz funktionieren“, erklärt Professor Mathias Rudolph von der HTWK Leipzig. „Die Sensoren unseres Messsystems generieren daher ihre benötigte Energie aus den Vibrationen in ihrer unmittelbaren Umgebung. Diese Energie reicht aus, um regelmäßig Messungen durchzuführen, mit anderen Sensoren zu kommunizieren und die Ergebnisse per Funk an eine Auswertungseinheit zu senden.“ Zur Schadensdiagnose werden die Schwingungsmessdaten effizient verdichtet und sogenannte Merkmalsdaten generiert. Das spart Energie und Speicherplatz. Die Auswertungseinheit ordnet die Merkmalsdaten einem aktuellen Maschinenzustand zu und gibt im kritischen Fall eine Handlungsempfehlung an die Person, die die Maschine führt. Das System, das bereits vor zwei Jahren auf der Intec vorgestellt wurde, arbeitet inzwischen noch effizienter. „Die Kommunikation zwischen den Sensoren funktioniert energiesparender als bisher. Außerdem können nun Unschärfen bei der Zustandsbeurteilung in die Auswertung und damit in die Entscheidungsfindung einbezogen werden“, so Rudolph.

Auf der Intec präsentieren Prof. Mathias Rudolph und seine Mitarbeiter den Prototyp des Sensornetzwerks in einem Versuchsstand, der eine Maschine simuliert. Zu finden sind die Wissenschaftler am Gemeinschaftsstand „Forschung für die Zukunft“ in Halle 3, Stand B58 der Intec, der Internationalen Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Fertigungs- und Automatisierungstechnik, vom 5. bis 8. Februar in Leipzig.

Hintergrund

Alle technischen Anlagen und Maschinen nutzen sich mit der Zeit ab. Zahlreiche Verschleißkomponenten werden daher nach festgelegten Zeiträumen getauscht – sicherheitshalber auch dann, wenn die Komponenten noch in Ordnung sind. Gleichzeitig besteht aber die Gefahr, dass ein übermäßig strapaziertes Bauteil frühzeitig ausfällt und zu einem Totalschaden führt. Zahlreiche Ingenieure auf der ganzen Welt erforschen daher aktuell, wie sich verschiedenste Maschinen und Anlagen im „Internet der Dinge“ mit energieautarken Sensoren automatisch überwachen lassen. Dem Trendthema „Energy Harvesting“, also Mini-Computern, die ihre Energie selbst erzeugen, wird ein Marktwachstum von jährlich bis zu 20 Prozent vorhergesagt (MarketsandMarkets 2016). An der HTWK Leipzig laufen auf diesem Gebiet verschiedene Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Prof. Rudolph und seine Mitarbeiter forschen an der Fakultät Maschinenbau und Energietechnik am Thema der Zustandsüberwachung von Maschinen, aber auch im Bereich der Energietechnik sowie am Thema der berührungslosen optischen Messverfahren.

"Ein spezieller inhaltlicher Fokus lag auf den Themen Digitalisierung und Nachhaltigkeit. Besonders wichtig ist für uns, dass der Preis auch die Bedeutung einer gelungenen gestalterischen Einbindung neuer Entwicklungen in unsere Lebenswelt anerkennt", so Prof. Frank Hülsmeier.

„SOLAR_shell“ ist eine parametrisch optimierte Fassade, die nicht nur ästhetischen Ansprüchen genügt, sondern gleichzeitig auch als Energiequelle dient. Dank ihres außergewöhnlichen Designs erzeugt sie bis zu 50 Prozent mehr Energie als herkömmlich angebrachte Solarmodule – und sieht dabei auch noch gut aus. Der Trick: Die Solarmodule in der dreidimensional gefalteten Fassade sind alle so ausgerichtet, dass sie am jeweiligen Gebäude im Jahresverlauf möglichst viel Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.

Diese PV-Sondermodule wurden vom Fraunhofer CSP in Halle (Saale) angefertigt. Der Demonstrator war im Rahmen der internationalen Photovoltaik-Konferenz »PV-Days 2017« erstmals der Öffentlichkeit präsentiert worden.
„Ich freue mich sehr über den Preis und gratuliere insbesondere Prof. Hülsmeier und dem Team der HTWK Leipzig. Auch für uns ist das ein schöner Erfolg, werden damit doch nicht zuletzt die Potenziale der gebäudeintegrierten Photovoltaik verdeutlicht, für die wir auch weiterhin neue Entwicklungen umsetzen“, sagt Sebastian Schindler, der das Projekt am Fraunhofer CSP betreute.

Hintergrund

Das ai:L entwickelt innovative Konstruktions- und Gestaltungskonzepte aus neuartigen Materialien und Technologien.

Die „Energy Awards“ sind eine Initiative der Tageszeitung Handelsblatt, „um die Fortschritte und Veränderungen in der Energiebranche aufzuzeigen“.

„Die Zukunft des professionellen Journalismus könnte im klugen Einbinden von Bürgerjournalisten und partizipativen Formaten liegen“: So fasst die Medienprofessorin Gabriele Hooffacker die Ergebnisse ihrer Forschung zur Zukunft des Lokaljournalismus an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) zusammen. Gemeinsam mit ihrem Kollegen Prof. Uwe Kulisch und Masterstudierenden hat sie über mehrere Jahre hinweg die Zusammenarbeit von lokalen Fernsehredaktionen und Bürgerreportern untersucht. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Journalistik“ online veröffentlicht.

„Wenn das Publikum aktiv Inhalte beisteuert, ist die Zuschauerbindung höher. Gleichzeitig bindet es die Bürgerinnen und Bürger stärker ins lokalpolitische Geschehen ein“, erklärt Uwe Kulisch. In mehreren Lehrforschungsprojekten haben Studierende neue journalistische Formate für den partizipativen TV-Journalismus entwickelt. Die Bandbreite reicht vom Zuliefern von Rohmaterial, das noch geschnitten und bearbeitet werden muss, bis zur Produktion ganzer Fernsehbeiträge mit eigenem Sendeplatz. „Das Smartphone mit seinen vielen Möglichkeiten unterstützt die Produktion von Video-Beiträgen“, meint Gabriele Hooffacker. „Vor allem aber werden Themen und Formate entwickelt, die den klassischen Journalismus ergänzen, nicht ihn ersetzen sollen.“

Unterschiedliche Erwartungen bei Lokalsender und Bürgerreportern

Doch die Bedürfnisse der Lokalsender und der partizipativ tätigen Bürgerreporter passen nicht immer zusammen: Das Interesse der Bürgerinnen und Bürger ist groß, aber die lokalen Fernsehredaktionen haben wenig Ressourcen für das Betreuen der Bürgerjournalisten. Sie erwarten vor allem professionelle Zuarbeit. Zudem haben sie teilweise Vorbehalte gegenüber dem mobilen Journalismus. Dagegen sehen sich lokale Online-Plattformen und Blogs als Ergänzung zum klassischen Journalismus. Im nächsten Schritt untersuchen die Wissenschaftler deshalb den Workflow zwischen Bürgerreportern mit Smartphones und den Redaktionen. Uwe Kulisch erhofft sich davon: „So sollen Abläufe und Modelle für das Einbinden partizipativer Formate entwickelt werden, die auch auf die Praxis lokaler Fernsehsender übertragbar sind.“

Gabriele Hooffacker (Jahrgang 1959) ist Professorin für Medienadäquate Inhalteaufbereitung an der HTWK Leipzig. Seit 2006 gibt sie die Lehrbuch-Reihe „Journalistische Praxis“ heraus. Hooffacker ist außerdem Mitgründerin und Mitherausgeberin der Fachzeitschrift „Journalistik“. Uwe Kulisch ist Professor für Elektronische Mediensystemtechnik an der HTWK Leipzig. Seit 2006 ist er Dekan der Fakultät Medien.

Der Beitrag über „Bürgerreporter: zwischen Partizipation und professioneller Redaktion“ ist online frei verfügbar: http://journalistik.online/aufsatz/buergerreporter-zwischen-partizipation-und-professioneller-redaktion/

Im Rahmen der interaktiven Ausstellung zeigten Forscherinnen und Forscher der HTWK Leipzig zum Beispiel ihre neueste Entwicklung für die Aus- und Weiterbildung von zukünftigen Chirurgen: In einem Lernspiel können Ärzte sowohl erste chirurgische Handgriffe üben als auch an einem hochrealistischen Simulationssystem eine echte Bandscheibenoperation durchführen. Ob die Operation erfolgreich war, zeigt am Ende die Auswertung auf der integrierten Lernplattform. Diese soll angehende Chirurgen vom Medizinstudium über die gesamte Facharztausbildung hinweg begleiten. „Mit chirurgischen Simulatoren können sich Mediziner auf kritische Situationen bei einer Operation vorbereiten, ohne dass dabei ein Risiko für einen echten Patienten ensteht“, sagt Werner Korb, Professor für Simulation und Ergonomie in der operativen Medizin an der HTWK Leipzig.

Eine erste Validierung mit Expertinnen und Experten hat die Funktionalität von Simulator, Kraftsensorik und Lernspiel im Projekt SurMe bereits bestätigt. Aus Sicht der Chirurgie ein wahrer Segen: „Chirurgische Exzellenz bedeutet, die richtige Entscheidung zu treffen und diese technisch optimal umzusetzen. Richtig zu entscheiden, ist praktisch für jeden erlernbar. Gut zu operieren, erfordert Talent und hartes ‚Grundlagen‘-Training. Talentscreening und das Trainieren von Basic Skills sollte nicht auf Kosten der Patienten im Operationssaal stattfinden, so Prof. Michael Mayer, Chefarzt des Wirbelsäulenzentrum an der Schön Klinik München Harlaching und Projektpartner der HTWK Leipzig. Langfristiges Ziel ist die Integration des Gesamtsystems ins tägliche chirurgische Training.

MINT-Themen digital erfahrbar machen

Daneben wurden die Ergebnisse insgesamt neun weiterer Forschungsprojekte zu innovativen Lernsystemen für Schule und Ausbildung ausgestellt – so beispielsweise interaktive Medien zur Aneignung abstrakter Lerninhalte wie Mathematik und Informatik. Am Abend diskutierten Experten aus Wissenschaft und Medizin in einem Podium mit dem Wissenschafts- und Bildungsjournalisten Jan-Martin Wiarda zum Thema. Die Quintessenz der Innovation Night „Wirtschaft – Wissenschaft – Klinik“: Innovative Technologie wie Simulationstraining kann bereits bei der Ausbildung von Ärzten dafür sorgen, dass künftig noch mehr Menschenleben gerettet werden.

Autorin: Tanja Hansen-Schweitzer, VDI/VDE Innovation + Technik GmbH

„Durch die Gründung der neuen Fakultät mit Unterstützung der Deutschen Telekom wird die Forschung in Leipzig weiter gestärkt und übernimmt auf dem Gebiet der zukunftsträchtigen Informationstechnologie eine führende Rolle. Für die Hochschullandschaft in Sachsen ist dieser Schritt zukunftsweisend. So kann sich die HTWK noch stärker im Segment digitaler Kommunikation etablieren. Dies wird für Forschung, Wirtschaft und Gesellschaft eine immer größere Bedeutung haben. Ich danke der Deutschen Telekom AG, dass sie diese Neugründung finanziell großzügig unterstützen und die 17 Professuren stiften wird“, erklärt Ministerpräsident Michael Kretschmer.

Digitalisierung - Herausforderung und Chance

Wirtschaftsminister Martin Dulig unterstreicht: „Die Digitalisierung stellt uns vor große Herausforderungen, aber sie bietet uns auch viele Chancen. Um diese nutzen zu können, benötigen wir Fachleute, die uns den Weg in die digitale Transformation ebnen. Dafür braucht es sowohl Weiterbildung in den Unternehmen als auch gezielte Ausbildung an den Hochschulen. Es freut mich sehr, dass die Telekom mit den Stiftungsprofessuren Verantwortung übernimmt und sich an der Ausbildung unserer zukünftigen Fachleute beteiligt. Sie sind eine gute Ergänzung unserer ohnehin schon hervorragenden Forschungslandschaft. Davon profitiert am Ende nicht nur die Wirtschaft, sondern ganz Sachsen.“

Wissenschaftsministerin Dr. Eva-Maria Stange begrüßt die Vereinbarung: „Diese bundesweit in diesem Umfang einmalige Kooperation einer staatlichen Hochschule und eines privaten Großunternehmens ist wegweisend dafür, wie Staat und Wirtschaft ihrer gemeinsamen Verantwortung für die Deckung des Fachkräftebedarfs gerecht werden können. Das staatliche Hochschulsystem ist flexibel und leistungsstark, um auf aktuelle Ausbildungsbedarfe in technischen Berufen zu reagieren und herausragende Forschungsergebnisse zu liefern. An der Leipziger HTWK wird ein hochspezialisiertes Studienprogramm eingerichtet, das auch die Fachkräfte für die Telekommunikationsbranche der Zukunft auf ihren Berufseinstieg vorbereiten wird. Wir kooperieren einerseits bei der Ausbildung von Fachkräften in einer Zukunftsbranche und erhalten andererseits die fachlichen Kompetenzen aus der Telekom-Hochschule in Leipzig.“

Dr. Elke Frank, Senior Vice President Human Resources Developement der Deutschen Telekom AG begründet das Unternehmensengagement: „Die rasant fortschreitende Digitalisierung macht natürlich nicht vor den Hörsälen und Forschungslaboren der Universitäten halt. Deshalb benötigen wir dringender denn je neue Studien- und Forschungsinhalte sowie Projekte, die es mit der voranschreitenden Digitalisierung aufnehmen können. Schon lange reicht es nicht mehr aus, eine Hardware oder Software, zum Beispiel für die neue Mobilfunkgeneration 5G, einfach nur zu installieren. Unsere zukünftigen Fachkräfte müssen sich mit Cybersecurity ebenso gut auskennen wie mit modernen Kommunikationsprotokollen und agilem Projektmanagement. Genau darum geht es bei unserer neuen Stiftungsfakultät hier in Leipzig. Wir versprechen uns davon neue Impulse für unsere Nachwuchsgewinnung.“

Die HTWK Leipzig - Zentrum für angewandte Digitalisierung

Rektorin Prof. Gesine Grande erklärt: „Die HTWK Leipzig ist die Ingenieurschmiede in der attraktiven Metropolregion Leipzig-Halle. Mit der neuen Partnerschaft wird es gelingen, die Hochschule als Zentrum für angewandte Digitalisierung weiter zu profilieren – zum Nutzen der Hochschule, der Region und des Freistaates Sachsen. Als eine der forschungsstärksten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Deutschland und die am stärksten nachgefragte HAW in Sachsen verfügt die HTWK Leipzig über die Kompetenzen und die Kontakte, um auf diesem Gebiet künftig starke Impulse setzen zu können.“

Zu der neuen Fakultät erklärt Oberbürgermeister Burkhard Jung: „Die Stadt Leipzig begrüßt diese Neugründung ausdrücklich. Damit schaffen wir in Leipzig einen Ort der Wissenschaft, der sich mit der wohl wichtigsten technologischen Frage der nächsten Jahrzehnte befasst. Leipzig wird damit ein Zentrum für Fragen des digitalen Wandels in Deutschland. Wir sehen in der neuen Fakultät auch einen wichtigen Partner für unsere eigenen städtischen Projekte im Bereich der Digitalisierung und freuen uns auf die zukünftige Zusammenarbeit.“ Der Vertrag zwischen dem Freistaat Sachsen, der HTWK und der Deutschen Telekom AG stellt klar, dass die private Finanzierung die Freiheit von Forschung, Lehre und Studium gewährleistet ist. Der gleichberechtigte Zugang zu den Studiengängen ist für alle Bewerber, die die Zugangsvoraussetzungen erfüllen, gegeben.

An der HTWK Leipzig sind aktuell 6.186 Studierende eingeschrieben, mehr als drei Viertel in einem ingenieur- oder informationswissenschaftlichen Fach wie Informatik, Bauwesen, Maschinenbau, Energietechnik, Elektrotechnik, Informationstechnik oder Medientechnik. Zudem wird sich die Deutsche Telekom AG in einem bundesweit einmaligen Umfang an der HTWK Leipzig engagieren, um Lehre, Forschung und Transfer im Themenfeld der Digitalisierung zu stärken. Geplant ist die Einrichtung mehrerer Studiengänge an einer Fakultät „Digitale Transformation“ mit perspektivisch 500 Studierenden.
Prof. Gesine Grande, Rektorin der HTWK Leipzig: „Die HTWK Leipzig ist bereits jetzt eine der forschungsstärksten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) in Deutschland und die am stärksten von Studierenden nachgefragte HAW in Sachsen. Unsere Hochschule ist das ingenieurwissenschaftliche Zentrum der Region; unsere Professoren, Mitarbeiter und unsere Studierenden ein wichtiger Standortvorteil für Leipzig. Dieser Rolle werden wir mit dem neuen Querschnittsprofil „Angewandte Digitalisierung“ künftig noch besser gerecht. Digitalisierung ist ein Querschnittsthema – in Verbindung mit unseren bestehenden vielfältigen technischen Fächern und mit den Bereichen Wirtschaft, Soziales und Kultur können wir Impulse für die Umsetzung der digitalen Transformation hier in der Region setzen.“