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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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 2028 weiterhin mit rund 15 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.

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.

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.

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         

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. 

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

„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.

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.

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.

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.

„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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Die Zukunft der Trinkwasserversorgung in Sachsen stand gestern (19. November 2018) erneut im Fokus. An der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) diskutierten zuständige Behörden, Wasserversorger und Fachverbände, wie die Trinkwasserversorgung auch nach dem Jahr 2020 sichergestellt werden kann. „Der Sommer 2018 war extrem und für die Wasserversorger eine Bewährungsprobe“, so der sächsische Umweltminister Thomas Schmidt bei der Eröffnung.

„Die gute Nachricht ist, dass die öffentliche Wasserversorgung gemeistert wurde, so konnte zu jedem Zeitpunkt die Versorgung gesichert werden. Allerdings sind Extremereignisse wie der vergangene heiße Sommer und die noch anhaltende lange Trockenheit künftig häufiger zu erwarten. Das ist der eindeutige Befund der Klimaforscher. Nicht nur die veränderte Wasserverfügbarkeit wegen des Klimawandels, sondern auch demografische Veränderungen sind Anlass, die Wasserversorgung in den Blick zu nehmen. Daher war es richtig, schon im März die Fortschreibung unserer Grundsatzkonzeption zu starten, die für den Zeitraum bis zum Jahr 2030 Handlungsanleitung für die Wasserversorgung sein soll.“

Wichtige Aufgabe sei es dabei, die Trinkwasserversorgung auch in den sogenannten Brunnendörfern zu sichern – also solchen Orten oder Ortsteilen, deren Bewohner sich teilweise oder vollständig aus privaten Hausbrunnen selbst mit Wasser versorgen. „Anders als die öffentliche Wasserversorgung haben diese Hausbrunnen den sommerlichen Härtetest nicht vollständig bestanden, es mussten interimsweise Versorgungen aufgebaut werden“, so Schmidt. „Zwar beziehen weniger als ein Prozent der Sachsen ihr Wasser aus solchen Hausbrunnen. Dort, wo es der Fall ist, müssen die zuständigen Gemeinden und Versorgungsverbände aber nach Lösungen suchen, die eine Wasserversorgung in ausreichender Menge und Qualität auch dauerhaft sichern. Der Freistaat Sachsen prüft, wie er sie bei dieser Aufgabe unterstützen kann.“

Hintergrund

Durch die „Grundsatzkonzeption Wasserversorgung 2030“ wird ein Rahmen für die Verbände festgelegt, wo und wie die Wasserversorgung in den jeweiligen Versorgungsgebieten nachhaltig an sich ändernde Bedingungen angepasst wird. Durch eine nachhaltige und verantwortungsbewusste Planung und Steuerung soll die hohe Versorgungssicherheit mit Wasser, die im Freistaat Sachsen vorhanden ist, gewährleistet bleiben.

Obwohl die Wasserversorgung grundsätzlich in die kommunale Aufgabenhoheit fällt, sieht das Sächsische Wassergesetz die Möglichkeit vor, dass entscheidende, elementare Planungsprozesse durch die Abstimmung und Festlegung von wasserwirtschaftlichen Grundsätzen und konkreten Zielen durch den Freistaat Sachsen gesteuert werden können. Eine solche Grundsatzkonzeption wurde bereits im Jahr 2009 mit einem Planungshorizont bis ins Jahr 2020 erstellt.

Die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig bildet nicht nur die dringend benötigten Wasserwirtschaftler aus. Sie ist außerdem mit dem Thema Versorgungsinfrastruktur Teil eines Netzwerkes der sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. Unter dem Label Saxony⁵ bündeln hier die fünf Hochschulen in Leipzig, Dresden, Mittweida, Zittau/Görlitz und Zwickau ihre Ressourcen und Kompetenzen in einem Transferverbund.

Quelle: Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft, Pressemitteilung vom 19.11.2018

In mehr als jedem dritten deutschen Haushalt steht heutzutage eine Mikrowelle. Kein Wunder, denn das Küchengerät scheint für den Einsatz in Privathaushalten wie geschaffen. Schaltet man es an, so erzeugt ein Generator elektromagnetische Wellen im Mikrowellen-Frequenzbereich und leitet diese ins metallisch abgeschirmte Innere des Geräts. Die Wellen verursachen hier ein elektrisches Feld mit permanent wechselnder Richtung. Darin befindliche Wassermoleküle werden ständig neu ausgerichtet. Durch die Reibung entsteht Wärme. Ein kalter Kaffee oder ein Gericht vom Vortrag wird so innerhalb weniger Minuten heiß, während das Gefäß verhältnismäßig kalt bleibt. Im Vergleich zur Erwärmung über heiße Luft (Backofen) oder Kontakt zu heißen Flächen (Herd) geht das – zumindest bei kleinen Mengen, bei herkömmlichen Geräten sind das einige Hundert Milliliter – schnell und energieeffizient.

Für einige Anwendungen im industriellen Kontext sind die großen Geschwister der Mikrowellen allerdings deutlich besser geeignet: Radio- bzw. Kurzwellen sind etwa 100 Mal länger als Mikrowellen. Mit ihrer geringeren Frequenz können Radiowellen nicht nur Wasser, sondern auch eine Vielzahl von anderen Materialien kontrolliert aufheizen. Außerdem lassen sich mit der Technologie selbst Objekte von mehreren Kubikmetern Größe schnell und energiesparend von innen heraus erhitzen. Voraussetzung für die Erwärmung ist, dass wie auch beim Mikrowellenherd mithilfe der Radiowellen gezielt ein elektromagnetisches Feld in einem abgegrenzten Bereich erzeugt wird.

Entdeckt wurden Radiowellen bereits vor über 100 Jahren von Heinrich Hertz. Je nach Frequenz wird zwischen Mittel-, Kurz- und Ultrakurzwellen (UKW) unterschieden. Wie der Name schon andeutet, machten Radiowellen ihre Karriere zunächst fast ausschließlich im Rundfunk. Heutzutage werden fast nur noch UKW verwendet, aber mit der entsprechenden Technik kann man über Kurzwelle noch immer Radioprogramme aus aller Welt empfangen.

Über die Jahre experimentierten Wissenschaftler auf der ganzen Welt immer wieder damit, Radiowellen ähnlich wie Mikrowellen zur Erwärmung einzusetzen, beispielsweise um Erdöl aus Ölschiefer herauszulösen. In den 1990er Jahren begannen Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig, das Verfahren für die Dekontaminierung von Böden einzusetzen.

Der Physiker Dr. Ulf Roland ist seit damals an der Erforschung und Entwicklung der Radiowellen-Technologie beteiligt. Er erzählt: „Wenn man mit einer geeigneten Elektrodenanordnung durch Radiowellen ein elektrisches Feld in einem Material erzeugt, so erwärmt es sich. Diesen Effekt kann man für eine Reihe von Anwendungen nutzbar machen. In unserer Forschung am UFZ haben wir auf diese Art Böden gereinigt, die mit Schadstoffen belastet waren. Denn so wie Wasser bei erhöhter Temperatur verdunstet, werden auch andere chemische Verbindungen durch Wärme flüchtiger. Das können zum Beispiel Lösungsmittel oder Treibstoffe sein, die in den Boden eingedrungen sind. Durch die Erwärmung des Bodens konnten wir gezielt Schadstoffe freisetzen, absaugen und die Abluft anschließend reinigen. Dadurch war es möglich, vorher belastete Böden schnell und vor allem im großen Maßstab wieder nutzbar machen.“

Ende der 1990er Jahre verlor die Reinigung kontaminierter Böden im Gebiet der ehemaligen DDR an Bedeutung – und die Wissenschaftler vom UFZ überlegten, welche anderen Probleme sich noch mit der Radiowellen-Technologie lösen lassen könnten. Gemeinsam mit Bauingenieuren der HTWK Leipzig entstand die Vision, die Technologie in der Gebäudesanierung einzusetzen. „In unserem ersten gemeinsamen Projekt mit dem UFZ haben wir untersucht, ob sich mit Radiowellen feuchte Gemäuer schneller trocknen und frischer Beton schneller aushärten lässt“, erzählt Detlef Schmidt, Professor für Baustofflehre an der HTWK Leipzig. Die Ergebnisse des „RWBau“-Projekts sind  vielversprechend, die Ideen für abermals neue Anwendungsgebiete sprudeln.

Nach Abschluss des Forschungsprojekts 2014 gründen das UFZ und die HTWK Leipzig gemeinsam mit 13 Unternehmen aus ganz Deutschland das Forschungs- und Innovations-Netzwerk RWTec. Mit Fördermitteln aus dem „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand“ (ZIM) des Bundeswirtschaftsministeriums ist es den Wissenschaftlern möglich, gemeinsam mit interessierten Unternehmen die Technologie weiterzuentwickeln und weitere Anwendungsfelder zu erproben. „Mittlerweile ist die Technologie soweit erforscht, dass Unternehmen sie schon bald erfolgreich einsetzen können“, erzählt Ulf Roland. Seit 2018 ist der Wissenschaftler sowohl am UFZ als auch an der HTWK Leipzig beschäftigt, wo er seitdem über den Transferverbund Saxony⁵ auch die Vernetzung mit sächsischen Wissenschaftlern und Unternehmen gezielt vorantreibt.

Ebenfalls seit 2018 ist die Koordination des Forschungsnetzwerks aus mittlerweile 21 Partnern am Forschungs- und Transferzentrum (FTZ) der HTWK Leipzig angesiedelt. „Das FTZ bietet uns die Entwicklungschancen, die für den weiteren Transfer in die Wirtschaft nötig sind“, erklärt Netzwerkmanager Dr. Ulf Trommler. Perspektivisch soll am FTZ ein Kompetenzzentrum entstehen, in dem Unternehmen unkompliziert Produkte und Dienstleistungen auf Grundlage der vielversprechenden Technologie erproben können. Die weiterhin enge Anbindung an Umweltforschungszentrum und Hochschule garantiert, dass neben der Markteinführung die weitere Erforschung der Radiowellen nicht aus dem Blick gerät.

Möchten Sie mehr über die Radiowellen-Forschung erfahren? Dieser Text ist ein Vorabdruck aus dem diesjährigen HTWK-Forschungsmagazin EINBLICKE (Erscheinungstermin: Herbst 2018). Darin lesen Sie außerdem, wie Radiowellen zur Reparatur von Schlaglöchern, zum Schutz von Kulturgütern und zur Sanierung von feuchten Mauern eingesetzt werden.

„Zuhause habe ich zwar auch Lego, aber keines, was man programmieren kann“, erklärt Julius begeistert. Er ist am 22. Juni mit seinen Eltern Nadine und Knut Ulrich bei der Langen Nacht der Wissenschaften an der HTWK Leipzig unterwegs. Genauer gesagt nimmt er am Workshop „Roboter selbst bauen und programmieren“ teil. Seine Eltern erzählen: „Wir haben Julius das Programmheft gezeigt – hier wollte er unbedingt hin. Da haben wir großes Glück, dabei sein zu können. Draußen stehen ja noch zig Familien und es gibt Tränen bei denen, die nicht rein können.“

Tatsächlich lockt das vielfältige Programm an diesem windigen Juniabend eine Rekordzahl von rund 2.500 Besuchern an die HTWK Leipzig. Am Campus Süd finden gut 40 Veranstaltungen aus allen Wissenschaftsgebieten der Hochschule statt. So kann man im Nieper-Bau im Wettstreit gegen einen Roboterarm Bälle werfen, gemeinsam mit den Nao-Robotern Fußball spielen oder sich vollautomatisiert eine Limo einschenken lassen. Ein Blick in den digitalisierten Spiegel verrät geschätztes Alter und aktuellen Puls, ein Sprung in den Sandkasten der Geotechniker wird als Verdichtungsimpuls auf eine Leinwand übertragen. Per Fön können Sensoren mit Energie gefüttert und Metallblumen zur Bewegung animiert werden. Stets neben den Exponaten: Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, die unermüdlich die Zusammenhänge erklären und Fragen beantworten.

Auch Medienzentrum, Gutenberg-Bau und Hochschulbibliothek haben zu dieser besonderen Nacht ihre Türen geöffnet. Während man in letzterer endlich einmal lärmen und spielen darf, betonieren vor dem Gebäude zahlreiche Kinder kleine Betonmännchen. Daneben wird ein Deichbruch simuliert. Alumnus Enrico Apelt ist dafür extra aus Frankfurt angereist: „Der Besuch der ‚Langen Nacht der Wissenschaften‘ hat für mich sowohl berufliche als auch private Gründe. Ich arbeite als sogenannter ‚Risikoingenieur‘ im Bereich Industrieversicherungen, da gehört Hochwasserschutz neben Brandschutz zu den wichtigsten Themengebieten.“

Bevor es weiter in die offenen Druck- und Verpackungslabore geht, lädt das Jazz-Duo Stiehler/Lucaciu zum Verweilen und Durchatmen ein. Der HTWK-Faschingsverein Ba-Hu Elferrat versorgt mit Gegrilltem und Getränken, die Hochschule verschenkt Zuckerwatte und Luftballons. Kleiner werden die Besuchertrauben erst gegen Mitternacht. Denn mit Forschern Elektroauto fahren, den Maschinensaal einer Druckerei besichtigen oder mit Robotern Fußball spielen – das kann man nur alle zwei Jahre. Die nächste Lange Nacht der Wissenschaften findet im Sommer 2020 statt.

Text: Pauline Reinhardt

Die Digitalisierung verändert nicht nur unseren Alltag, sondern sie markiert auch einen ökonomischen Umbruch. Unternehmen, denen eine Anpassung nicht gelingt, überlassen die künftige Wertschöpfung womöglich anderen. Der Druck dieses Szenarios ist gerade für kleine Betriebe allgegenwärtig. Aber was heißt es konkret, auf die Digitalisierung zu reagieren? Zu dieser Frage laden die Handwerkskammer und die Industrie- und Handelskammer zu Leipzig am 13. Juni von 14.30 bis 17.30 Uhr an die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig), Nieper-Bau, Raum N 101, Karl-Liebknecht-Straße 134, 04277 Leipzig ein. Vier Digitalisierungsexperten – davon drei Wissenschaftler der HTWK Leipzig – werden in kurzen Vorträgen künftige Herausforderungen und Handlungsoptionen für Unternehmen der Region aufzeigen.

„Innovationen basieren nicht nur auf dem Einsatz digitaler Technologien, sondern benötigen auch neue Ansätze beim Denken und Umsetzen. Nur so lassen sich Produkt- und Prozessinnovationen, aber auch neue Geschäftsmodelle zeit- und kundennah umsetzen“, so Dr. Gerold Bausch vom Laboratory for Biosignal Processing an der HTWK Leipzig. Der Spezialist für eingebettete Systeme und digitale Signalverarbeitung hält den Einführungsvortrag der Veranstaltung.

Im Anschluss zeigt Dr. Karl-Peter Fritz von Hahn-Schickard (Stuttgart) auf, wie Unternehmen bestehende Fertigungsprozesse durch „Retrofit“ digital nachrüsten können. Nach einer kurzen Pause folgen zwei fachspezifische Vorträge: Prof. Ulrich Möller referiert über die Digitalisierung im Bauwesen anhand von Building Information Modeling (BIM). Dabei handelt es sich um ein Verfahren, das alle Betriebe betrifft, die Aufträge im Umfeld von Bau-, Sanierungs- oder Abrissprozessen generieren. Zum Abschluss erläutert Prof. Holger Müller die Zeit- und Kostenersparnisse von digitalisierten Einkaufs- und Lieferketten und stellt Studienergebnisse zum Stand von Einkauf 4.0 in Sachsen vor.

Die kostenfreie Veranstaltung richtet sich vorrangig an Vertreter von kleinen und mittleren Unternehmen der Region. » Anmeldung auf der Website der IHK zu Leipzig

Tag für Tag entstehen in den Laboren, Werkstätten und Büroräumen der Hochschulen neue Ideen, neues Wissen und neue Technologien. Damit dieses Know-how noch schneller und zu breiteren Zielgruppen als bisher in die Praxis gelangt, haben sich die sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) in Dresden, Leipzig, Mittweida, Zittau/Görlitz und Zwickau zum Transferverbund Saxony⁵ zusammengeschlossen.

Zur öffentlichen Auftaktveranstaltung des Transferverbunds am 4. Mai 2018 an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) stellten die fünf Hochschulen ihre Strategie und Pläne für die kommenden fünf Jahre rund 150 Gästen aus Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Gesellschaft vor.

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek sagte anlässlich des startenden Transferverbundes: „Unsere Hochschulen sind Orte voller Ideen und Erkenntnisse. Mir ist wichtig, dass wir mit den Ergebnissen aus Forschung und Entwicklung das Leben unserer Mitbürgerinnen und Mitbürger besser machen. Wir arbeiten deshalb daran, dass Innovationen noch schneller bei den Menschen ankommen. Mit Saxony⁵ packen jetzt fünf sächsische Hochschulen mit regionalen Unternehmen und zivilgesellschaftlichen Partnern das Thema an und bilden ein dichtes Netzwerk quer durch den Freistaat Sachsen.“ Deutschlandweit investieren die Bundesregierung und die Länder mit der Initiative „Innovative Hochschule“ über zehn Jahre insgesamt 550 Millionen Euro in die Umsetzung innovativer Strategien des forschungsbasierten Wissenstransfers.

„Ich freue mich, dass die hohe wissenschaftliche Kompetenz der beteiligten fünf Hochschulen mit der Förderung des Bundes für Saxony⁵ bestätigt wird. Im Fokus der Hochschulen für Angewandte Wissenschaften stehen immer die praktische Anwendung und damit der konkrete Nutzen wissenschaftlicher Erkenntnisse. Es stimuliert die Forschung, wenn sie die Anwendungsfragen der Praxis kennt, und es hilft den Unternehmen, wenn sie über Forschungsmöglichkeiten und -schwerpunkte der Hochschulen informiert sind und wissen, wie sie davon profitieren können. Die kooperierenden Hochschulen von Saxony⁵ werden ihre Aktivitäten zum Ideen-, Wissens- und Technologietransfer gemeinsam konzipieren, durchführen und kommunizieren. Damit versorgen sie Wirtschaft und Gesellschaft unseres Landes flächendeckend mit vernetztem Wissens- und Technologietransfer“, so die sächsische Staatsministerin für Wissenschaft und Kunst, Dr. Eva-Maria Stange.

Prof. Gesine Grande, Rektorin der HTWK Leipzig und Gastgeberin der Auftaktveranstaltung, zeigt sich ebenfalls zufrieden: „Seit Jahren kooperieren die fünf Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Sachsen konzeptionell und inhaltlich in der Weiterentwicklung und Profilierung von Lehre, Forschung und Transfer. Saxony⁵ ist für uns eine große Chance, eine neue Qualität im Transfer von Wissen und Technologien zu erreichen. Die Zusammenführung unserer Kompetenzen und Netzwerke in Saxony⁵ ermöglicht es uns, neue Wege zu erproben, um den Austausch mit der Wirtschaft und auch mit der Gesellschaft zu intensivieren.“

Nach den Grußworten stand die Vorstellung der Projektstruktur und der Umsetzungskonzepte der zwölf Teilvorhaben im Mittelpunkt. Umrahmt von einer Posterpräsentation entstanden beim anschließenden Get-together intensive Diskussionen über Potenziale und Wirkungsdimensionen der Transferansätze von Saxony⁵.