Wissenschaftliche Nachwuchsförderung im Mittelpunkt

Die NWK richtet sich an Forschende in frühen Karrierephasen – von fortgeschrittenen Studierenden bis zu Promovierenden. In einem kollegialen Umfeld können sie erste Erfahrungen mit wissenschaftlichen Vorträgen, Posterpräsentationen und Begutachtungsverfahren sammeln. Die Konferenz findet jährlich an wechselnden Hochschulen statt und lebt von der engen Zusammenarbeit der beteiligten Einrichtungen. Schmalkalden richtete die Veranstaltung zum dritten Mal aus und knüpfte dabei an die Erfahrungen früherer Austragungen an.

Die 26. NWK vereinte Beiträge aus Ingenieur-, Natur-, Gesundheits-, Sozial-, Architektur- und Designwissenschaften. Diese fachliche Vielfalt eröffnete neue Perspektiven und machte den Austausch über Disziplingrenzen hinweg zu einem zentralen Merkmal der Tagung. Forschende diskutierten ihre Projekte, erhielten wertvolles Feedback und tauschten Erfahrungen über die Herausforderungen wissenschaftlicher Karrierewege aus. Die offene, konstruktive Atmosphäre prägte die gesamte Veranstaltung und machte sie zu einem Ort gemeinsamen Lernens.

Ausgezeichnet wurden unter anderem Arbeiten zur nachhaltigen Produktion biobasierter Fettsäuren, zu Hanfwerkstoffen und zur Bewertung von Investitionen in grünen Wasserstoff. Bei den Vorträgen gingen die ersten beiden Plätze an Forschende der Hochschule Schmalkalden, deren Projekte sich unter anderem mit nachhaltigeren Verfahren der Mikrostrukturfertigung und dem Einsatz neuronaler Netze zur Erkennung epileptischer Anfälle bei Hunden beschäftigten.

Auch die prämierten Poster zeigten die thematische Vielfalt – von biotechnologischen Wachstumsmodellen über Halbleitertechnologien bis hin zum Schutz von Wildbienen.

Gemeinsam zum Erfolg

Zum Gelingen der Konferenz trugen zahlreiche Studierende, Gutachter und Session-Leitungen ebenso bei wie die unterstützenden Förderinstitutionen. Ihr Engagement machte deutlich, dass wissenschaftlicher Austausch auf Zusammenarbeit und gemeinsamer Verantwortung beruht.

Zum Abschluss wurde der symbolische Schlüssel der NWK an die Technische Universität Wildau übergeben, die die Konferenz 2027 ausrichten wird. Schmalkalden verabschiedete sich damit als Gastgeber – mit der Vorfreude, im kommenden Jahr als Teilnehmerin zurückzukehren.

Cobots unterscheiden sich von klassischen Industrierobotern dadurch, dass sie für die Zusammenarbeit mit Menschen konzipiert sind. Sie übernehmen repetitive Aufgaben wie Montage, Qualitätskontrolle oder Pick-and-Place-Prozesse und gelten als vergleichsweise leicht programmierbar. Während hochwertige Modelle bereits in anspruchsvollen Produktionsumgebungen eingesetzt werden, weisen günstige Varianten oft Einschränkungen bei Präzision und Geschwindigkeit auf. Genau hier setzte das Projekt an: Es sollte geklärt werden, ob preiswerte Cobots technisch so verbessert werden können, dass sie mit möglichst wenig Aufwand hochgenaue Messoperationen durchführen können.

Ein wichtiger Treffpunkt zum Austausch über Entwicklungen und Herausforderungen ist die Schmalkalder Werkzeugtagung, organisiert von GFE, Hochschule Schmalkalden und VDMA. Unter dem Motto „Ressourceneffiziente und wirtschaftliche Werkzeugentwicklung, -fertigung und -nutzung“ lag der diesjährige Fokus auf der Verbindung von Nachhaltigkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit als Schlüssel für die Zukunftsfähigkeit der Branche.

Rohstoffknappheit und regulatorische Hürden

Zu den größten Herausforderungen zählt derzeit die Rohstoffverfügbarkeit. Materialien wie Wolfram, essenziell für Hartmetallwerkzeuge, sind knapp und teuer geworden. Ursachen sind unter anderem Exportbeschränkungen und verstärkte Nachfrage aus China. Selbst Recyclingmaterialien wie Schrott werden zunehmend vom europäischen Markt abgezogen. Die Branche reagiert darauf mit verstärkter Sicherung eigener Rohstoffquellen und einem Ausbau von Recyclingstrategien. Ziel ist es, Ressourcen effizienter zu nutzen und Kreisläufe zu schließen.

Neben Rohstoffproblemen belasten auch bürokratische Anforderungen die Unternehmen. Komplexe nationale und europäische Vorschriften erschweren insbesondere den Import von Materialien. Gleichzeitig fehlt es häufig an langfristiger Planungssicherheit seitens der Politik, was Investitionen und Transformationsprozesse erschwert. Forschung und Entwicklung werden daher zunehmend als Mittel genutzt, mit regulatorischen Einschränkungen umzugehen. Ein Beispiel ist das Verbot von Blei in Werkstoffen: Da Blei die Spanbildung beim Fräsen verbessert, müssen alternative Lösungen gefunden werden, etwa durch angepasste Werkzeuggeometrien oder neue Legierungen.

Bereits zu Beginn der Pandemie zeigte sich das enorme Innovationspotenzial medizinischer Forschung: Innerhalb kürzester Zeit wurden wirksame Impfstoffe entwickelt und fortlaufend angepasst. Ohne diese Leistungen der pharmazeutischen Forschung wären die Folgen der Pandemie weitaus gravierender gewesen. Die schnelle Reaktion verdeutlicht das Potenzial moderner Health-Tech-Ansätze, die technologische Innovation mit dem Wohl der Patient:innen verbinden.

Forschung in Progress

Doch die Forschung ist längst nicht abgeschlossen. Neue Virusvarianten erfordern eine ständige Anpassung der Impfstoffe, während zugleich die Langzeitfolgen der Infektion besser verstanden werden müssen. Wie bei der Impfstoffentwicklung stellt auch hier die Neuartigkeit des Erregers die Wissenschaft vor Herausforderungen: Zunächst gilt es, das Krankheitsbild zu definieren und seine vielfältigen Ausprägungen zu charakterisieren – erst darauf können therapeutische Maßnahmen aufbauen.

Das Post-Covid-Syndrom betrifft viele Betroffene und beeinflusst ihr tägliches Leben erheblich. Während Long Covid Symptome beschreibt, die über vier Wochen bis zu drei Monate nach der Infektion anhalten, bezeichnet Post Covid Beschwerden, die darüber hinaus bestehen. Diese können unterschiedliche Organsysteme betreffen – etwa Herz, Lunge, Gehirn oder das Nervensystem. Schätzungen zufolge leiden 10 bis 20 Prozent der Erkrankten längerfristig an Beschwerden wie Erschöpfung (Fatigue), Kreislaufproblemen, Gleichgewichtsstörungen oder Schmerzen. Als mögliche Ursachen werden eine Überaktivierung des Immunsystems und Mikrothromben diskutiert. Ziel therapeutischer Maßnahmen ist es, die Symptome zu lindern, chronische Verläufe zu verhindern und die gesellschaftliche Teilhabe wiederherzustellen.

Der Blended-Therapy-Ansatz

Einen vielversprechenden Weg stellt der sogenannte Blended-Therapy-Ansatz dar, den Professor Urban analysierte und empirisch erprobte. Er kombiniert klassische Präsenztherapien mit digitalen Anwendungen, um flexiblere und kontinuierlichere Behandlungen zu ermöglichen. Mobile Apps, Smartwatches und Kamera-Monitor-Systeme erlauben eine engmaschige Selbstkontrolle, digitale Nachverfolgung und Echtzeit-Analyse von Belastung und Leistungsvermögen. Damit kann Therapie orts- und zeitunabhängiger sowie individueller gestaltet werden.

Da bisher keine einheitlichen, empirisch überprüften Post-Covid-Standards existieren, bietet der Ansatz eine innovative Alternative. Orientiert an der S2k-Leitlinie der Deutschen Gesellschaft für Neurologie und am Post-COVID-Versorgungskonzept der LMU München entwickelte Urban ein Verfahren, das Betroffene zwar fordert, aber gezielt Überlastungen vermeidet. Gerade die postexertionelle Malaise – plötzliche Erschöpfungszustände nach geringer Belastung – machte bisherige Rehabilitationsformen schwierig. Urbans Konzept setzt auf kontrolliertes Belastungstraining, individuelles Energiemanagement und eine Kombination aus motorischen Übungen, Gleichgewichtstraining und kognitiver Verhaltenstherapie.

Die Materialwissenschaft verbindet Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften zu einem interdisziplinären Feld, das sich mit Aufbau, Eigenschaften und Herstellung von Werkstoffen beschäftigt. Ziel ist es, Stoffe auf atomarer und molekularer Ebene zu verstehen – durch Analysen ihrer Zusammensetzung, Struktur sowie thermodynamischer und kinetischer Eigenschaften. Methoden wie Phasendiagramme und Diffusionsuntersuchungen helfen, Zustandsübergänge und Wechselwirkungen zu erfassen.

Dieses Wissen ermöglicht gezielte Materialentwicklungen, etwa für Mikroelektronik oder Hochleistungstechnologien. So schlägt die Disziplin eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung – ein zentrales Merkmal für Hochschulen angewandter Wissenschaften.

Ein Schlüsselfaktor ist die Zeit: Diffusions- und Reaktionsprozesse verlaufen oft langsam, ihre Effekte sind jedoch entscheidend für Stabilität und Leistungsfähigkeit von Materialien. Durch gezielte Temperaturerhöhung lassen sich Alterungsprozesse beschleunigt simulieren – ein wichtiger Beitrag zur effizienten Serienfertigung.

Materialinnovation und Nachhaltigkeit

Technologischer Fortschritt bringt ökologische Verantwortung mit sich. Seyring und Knechtel arbeiten daher im Projekt „MatInWLP“ (Material-Innovationen im Wafer-Level-Packaging) an einer nachhaltigen Weiterentwicklung der Mikrochipproduktion. Ziel ist es, elektronische Bauteile direkt auf dem Wafer – der Trägerscheibe aus Silizium – aufzubauen, statt sie in vielen Einzelschritten weltweit montieren zu müssen.

Dieses Wafer-Level-Packaging (WLP) reduziert Transportwege, Materialverbrauch und ökologische Belastungen erheblich. Zugleich eröffnet es neue Möglichkeiten durch den Einsatz von 3D-Druckverfahren. Das Projekt, gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung im Schwerpunktthema Ressourceneffizienz, läuft bis 2027 und wird mit 1 Million Euro unterstützt. Es bündelt technologische, ökonomische und ökologische Ambitionen – mit dem Ziel, die Produktion von Mikrochips effizienter, nachhaltiger und ressourcenschonender zu gestalten.

Fazit

Die Materialwissenschaft zeigt, dass alles in Bewegung ist – auch im scheinbar Starren. Vom atomaren Gitter bis zur globalen Lieferkette offenbart sich ein Netz aus Beziehungen, Veränderungen und Wechselwirkungen. „Panta rhei“ wird so zur Formel einer Disziplin, die Wandel nicht nur beschreibt, sondern aktiv gestaltet – für eine technologische Zukunft, die das Fließen der Materialien mit dem Fließen der Ideen verbindet.

Extrusion ist ein kontinuierliches Fertigungsverfahren, bei dem Materialien wie Kunststoffe, Metalle oder Lebens – mittel aufgeschmolzen und durch eine formgebende Düse (Matrize) gepresst werden. So entstehen „endlose“ Produkte wie Schläuche, Rohre oder Folien. Die Anlage besteht typischerweise aus mehreren Komponenten: Das Rohmaterial – meist Kunststoffgranulat – wird über einen Trichter in den Extruder geleitet. Dort fördert eine rotierende Schnecke (oder Schnecken) das Material, wobei Reibung und externe Heizbänder das Granulat aufschmelzen, verkneten und homogenisieren. Die Schmelze wird durch die Düse gepresst, anschließend abgekühlt, kalibriert und schließlich abgelängt oder aufgewickelt.

Entscheidend für die Qualität des Endprodukts sind zahlreiche Parameter: Schneckentyp, Fördergeschwindigkeit, Temperaturführung, Additive sowie die Gestaltung der Werkzeuge. Besonders bei hohen Stückzahlen können Optimierungen entlang der Prozesskette große Effekte erzielen, was Forschung lohnenswert macht.

Das Forschungsprojekt ExAM

Hier setzt ExAM an: Das Projekt untersucht, ob sich die bekannten Vorteile der additiven Fertigung auch auf die Extrusion übertragen lassen. Die Konstruktion additiver Werkzeuge eröffnet mehr Freiheitsgrade, was eine präzisere Formgebung und effizientere Schmelzeführung ermöglicht. Zugleich wird im Projekt ermittelt, ob der höhere Entwicklungsaufwand durch wirtschaftliche und technische Vorteile aufgewogen wird.

ExAM ist ein Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es verfolgt eine vorwettbewerbliche Zielsetzung, von der alle beteiligten Unternehmen profitieren können. Die Ergebnisse sollen in einem Leitfaden münden, der Unternehmen praxisorientierte Hilfestellungen bei der Entwicklung additiver Werkzeuge bietet.

Partner und Perspektiven

Drei Partner arbeiten zusammen:
• Die Hochschule Schmalkalden bringt ihre Expertise in Extrusion und Health Tech ein.
• Die Universität Paderborn steuert Kunststofftechnik und technische Konstruktion bei.
• Das Fraunhofer IAPT Hamburg konzentriert sich auf Simulation und additive Fertigung mittels laserbasiertem
Pulverbettverfahren.

An der HSM liegt ein Fokus auf der Bewertung kommerziell verfügbarer Werkzeugstähle für den 3D-Druck. Ziel ist eine möglichst unkomplizierte Integration in bestehende Prozesse. Dabei werden auch Wechselwirkungen innerhalb der Extrusionsanlage berücksichtigt.

Neue Möglichkeiten durch neue Technik

Ein wichtiger Impuls für das Projekt kommt durch die Inbetriebnahme eines neuen 3D-Druckers nach dem Pelletdirektextruderprinzip. Dieser erlaubt die direkte Verarbeitung von Granulaten – auch metallhaltigen sogenannten Feedstocks. Nach dem Druck werden diese gesintert und erhalten die Eigenschaften konventioneller Stähle. Das Verfahren bietet eine wirtschaftliche Alternative zum aufwendigeren Laserschmelzen. Die Anschaffung wurde durch das Thüringer Zentrum für Maschinenbau und EFRE-Mittel der EU unterstützt.

Fazit:
Mit ExAM wird nicht nur erforscht, ob additive Fertigung das Extrusionsverfahren verbessern kann – es wird auch gezeigt, wie praxisnahe Forschung den Technologietransfer beschleunigt. Die Nutzung additiver Werkzeuge in der Extrusion könnte neue Maßstäbe in Effizienz, Qualität und Nachhaltigkeit setzen.

Neue Köpfe

Prof. Dr. iur. Karsten Löw
Anfang März diesen Jahres hat Karsten Löw die Professur für Wirtschaftsrecht, insbesondere dem Recht der Digitalisierung sowie dem Handels und Gesellschaftsrecht, an der Hochschule Schmalkalden übernommen. Seine Schwerpunkte liegen im Unternehmensrecht, dem KI-Recht sowie im Recht der Digitalisierung. Neben seiner einschlägigen wirtschaftswissenschaftlichen Forschungstätigkeit unter anderen in Marburg und Frankfurt am Main konnte er als langjähriger Richter profunde Erfahrungen und Einsichten in die Praxis der Rechtsanwendung sammeln.

Faktoren der Bindung

Was hält Mitarbeiter:innen an ihren Arbeitsstellen? Ein Faktor der Bindung lässt sich mit „commitment“ umschreiben, das begrifflich zwischen Verpflichtung, Hingabe und Engagement schwankt und aus verschiedenen Komponenten besteht: Im affektiven Commitment, das in der Studie im Fokus stand, geht es um eine gefühlte Bindung an das Unternehmen und den Job. Demgegenüber zielt das normative Commitment auf eine wahr genommene Verpflichtung gegenüber dem Unternehmen. Und schließlich hebt das kalkulatorische Commitment auf eine vergleichsweise oberflächliche Bindung qua rationaler Erwägungen ab.

Die Frage der Studie ist nun, wie und ob die Bindungseffekte des affektiven Commitments mit der Einbettung in den Job und dem psychologischen Vertragsbruch zusammenhängen respektive sich positiv oder negativ auf die Mitarbeiterbindung auswirken. Um dies zu klären, wurde eine Online-Befragung von über fünfhundert Teilnehmenden vorgenommen und ausgewertet.

Einbettung und psychologische Verträge

Die Einbettung besteht nicht nur selbst aus verschiedenen Aspekten, es ist zudem wichtig, zwischen den Sphären des Beruflichen und des Privaten zu trennen. Die Verbindungen sind der erste Aspekt: Sie beziehen sich auf das soziale Umfeld und die Aktivitäten, also neben dem Kreis der Kolleg:innen und den Führungskräften auch kollektive Teambuildingmaßnahmen auf der einen Seite, und das familiäre Umfeld sowie die Freundes- und Bekanntenkreise und die Freizeitaktivitäten auf der anderen Seite. Die Passung als zweiter Aspekt zielt auf die Kompatibilität zwischen dem Individuum mit seinen Kenntnissen, Talenten und seiner Biografie und dem Anforderungsprofil des Jobs: Ein Mangel dieses Faktors könnte zu einer Über- oder Unterforderung bzw. zu Frustrationserfahrungen führen. Auf der anderen Seit fällt hier die Work-Life-Balance ins Gewicht. Die dritte Komponente ist der Verzicht und meint die Vorzüge, die bei einem Jobwechsel seitens des Beschäftigten aufzugeben wären. Neben der Vergütung sind dies unter anderem Home-Office-Regelungen, Job-Tickets, betriebliche Rentenversicherungen oder Möglichkeiten der Kinderbetreuung.

Der dritte Faktor ist der psychologische Vertragsbruch: Der psychologische Vertrag lässt sich als eine gegen seitige Erwartungshaltung verstehen, die durch verschiedene Situationen und Akteure geprägt werden kann. Von Seiten der Beschäftigten kann dies bereits durch die Selbstpräsentation des Unternehmens im Internet geschehen, durch Bewerbungsgespräche oder auch den Onboarding-Prozess. So entsteht eine Erwartungshaltung des oder der Beschäftigten gegenüber der Organisation, seien es monetäre Versprechungen, die Ausrichtung der Arbeitsstelle, Weiterbildungen oder andere Dinge. Die Folgen des Vertragsbruchs sind Enttäuschung und Demotivation. Gerade weil dieser Vertrag nicht kodifiziert ist, fällt es in den Aufgabenbereich der Führungskräfte, auf Signale seiner Nichteinhaltung seitens der Beschäftigten zu achten.

Befragung und Auswertung

Die Autorinnen gingen den Fragen der Mitarbeiterbindung über eine Online Befragung Anfang 2024 nach, die sie über Karrierenetzwerke und eine Hochschule für das berufsbegleitende Studium verbreiteten. Im Ergebnis der Studie kann resümiert werden, dass zwischen den angesprochenen Variablen ein direkter, starker statistischer Zusammenhang festgestellt werden konnte. Eine These der Studie war, dass die Einbettung das affektive Commitment stärkt, was wiederum zu einer höheren Mitarbeiterbindung führt: Auch wenn sich diese Annahme bestätigt fand, wurde gleichzeitig eine vom Commitment unabhängige Beziehung der Einbettung und der Mitarbeiterbindung festgestellt. Hier würde sich folglich eine Förderung lohnen.

Empfundene psychologische Vertragsbrüche verringern die Bindungswirkung der anderen Aspekte. Dabei sind Vertragsbrüche keine Seltenheit: Ungefähr ein Viertel der befragten Personen konnte ein oder mehrere Beispiele nennen, wobei sich die meisten ungehaltenen Versprechen auf die Personalentwicklung und das Gehalt bezogen.

Mitarbeiter:innen binden

Im Resultat können Unternehmen, denen an der Mitarbeiterbindung aus guten Gründen gelegen sein sollte, nun auf Stellschrauben zurückgreifen. Neben klassischen Teambuildingmaßnahmen kann die Passung des Jobs beständig optimiert werden. Wichtig ist es bei diesen Maßnahmen, auf die individuellen Bedürfnisse der Beschäftigten zu achten und die Passung der privaten und der beruflichen Sphäre mitzudenken. Daneben sollten Unternehmen und speziell die Führungskräfte und die Verantwortlichen im Personalbereich eine Sensibilität gegenüber dem psychologischen Vertrag ausbilden: Hierbei sind neben den expliziten Aussagen eben auch die impliziten Gehalte wichtig.

Der Artikel wird im April 2025 in der Zeitschrift Führung + Organisation (zfo) erscheinen. Die Studie konnten die Wissenschaftlerinnen auch bei der 28. Fachtagung der Gesellschaft für angewandte Wirtschaftspsychologie (GWPs) Anfang des Jahres in Hamm vorstellen.

Mit dieser Entwicklung erlangt der Forschungsbereich der Data Analytics immer mehr an Bedeutung. Hierbei geht es um Werkzeuge, Technologien und Methoden, mit deren Hilfe Wissen, Muster und Verläufe aus Daten ermittelt werden können. Neben der eigentlichen analytischen Auswertung ist die Sicherung der Qualität der Datensätze und eine effiziente Archivverwaltung für die weiteren Schritte elementar.

Können elektrische Schafe halluzinieren?

Mit der Verbreitung KI-gestützter Technologien wurden Themen der Data Analytics bekannt: Infrage steht, ob zum Beispiel Chat GPT lügen kann. Bei manchen Anfragen kam es zu Ausgaben, die schlicht falsch waren, wie der Anzahl bestimmter Buchstaben in einem Wort. Dieses Phänomen wurde als Halluzination beschrieben und erhielt einige Aufmerksamkeit: Die Ermittlung der Ursache der Fehlausgabe hatte das Problem der Komplexität des Programms, aber nicht nur der Architektur der künstlichen Intelligenz mit seinen Legionen an Knotenpunkten und Schichten, sondern auch in Hinsicht der Datensätze und deren komplexer Verwaltung. Letzterer Aspekt zielt auf die Archivstrukturen und den Umgang mit den riesigen Datenbanken, die großen Sprachmodellen wie Chat GPT für den Trainingsprozess zugrunde liegen.

Neben der Frage, warum diese Fehler überhaupt auftreten, ist offen, zu welchem Zeitpunkt sie entstehen. Die Programme sind selbstredend nicht zur Ausgabe falscher Antworten angehalten, gleich wohl verlangt der Umgang mit der natürlichen Sprache und manchen Anwendungsfällen eine gewisse Kreativität. Zum Beispiel muss das Modell bei dem Wunsch, den dritten Akt von Romeo und Julia in der Sprache modernen Ostküsten-Hip Hops zu reformulieren, selbst „kreativ“ werden. Die Anstrengungen, die Zahl der Halluzinationen zu minimieren, verdeutlicht die Relevanz der Datensatzaufbereitung, -verwertung und -reinigung. An diesen Aufgaben und offenen Fragen, wie komplexe Technologien mit einem Gros an Datensätzen interagieren, setzt Data Analytics an.

Was ist Data Analytics?

Data Analytics befasst sich mit der Analyse von Daten und deren Auswertung zu unterschiedlichen Zwecken. Sie ist ein multidisziplinäres Forschungsfeld zwischen Informatik, Mathematik und Statistik sowie weiterer Bereiche, die produktiv verknüpft werden. Generell lässt sich die Data Analytics in vier Ansätze unterteilen, die wir hier nur aufzählen: Es gibt deskriptive, diagnostische, prädiktive und präskriptive Varianten. Die Ansätze verfolgen nicht nur verschiedene Ziele, sie gehen auch anders mit den Daten um und haben differenzierte Ansprüche an das Datenmaterial.

Gemäß dem Motto des Tages „Der Mensch steht im Mittelpunkt“ ging es um die Bedürfnisse von Menschen, die ein antreibender Motor der Innovationskraft des Maschinen- und Werkzeugbaus in seinen verschiedenen Facetten sind. Die weitere Erhöhung des Lebensstandards zählt hier ebenso wie Produkte ökologischer sowie kostengünstig und daher allgemein verfügbar anzubieten. Um diese Ziele zu erreichen, können Instrumente wie die Künstliche Intelligenz helfen.

Innovationen, Rezyklate und ökologische Potenziale des Schäumens

Die thematische Ausrichtung der Treffpunkte wechselt mit dem Ort der Veranstaltung, und in Schmalkalden steht traditionellerweise der Spritzguss im Fokus. In den Vorträgen des Tages wurden unterschiedliche Aspekte der Nachhaltigkeit verhandelt: Die Frage war unter anderem, wie wir Rezyklate optimal nutzen, Kreisläufe schließen oder den Energiebedarf gemäß ökologischer Imperative decken können. Hier können wir nur einige Aspekte vertiefen: Wer mehr von den Inhalten erfahren will, sei auf den Link auf den Forschungsblog der HSM unter dem Artikel verwiesen.

Den Anfang machte Frank Schockemöhle von dem Unternehmen Pöppelmann, der sich mit dem Thema „Reduzierung der Treibhausgasemission durch Einsatz von Rezyklaten“ befasste. Das Familienunternehmen aus Lohne hat eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft ihrer Produktion und Produkte ins Visier genommen und eine mehrstufige Strategie zur Umsetzung konzipiert. Es versteht sich von selbst, dass der Lebenszyklus von Kunststoffen maximiert werden sollte, werden diese Materialien doch in aufwändigen Verfahren gewonnen. Ein Ansatz ist dabei, Kunststoffe zu recyceln und wieder in den Kreislauf zu überführen, wobei auch die EU den Unternehmen aufgibt, entsprechende Mengen an postconsumer-Material, das in anderen Worten schon einmal genutzt wurde, einzubringen. Probleme sind dabei der Aufwand der Aufbereitung und die eingeschränkten Möglichkeiten der Wiederverwendung. Diese wird umso aufwändiger, je mehr Materialien, also unterschiedliche Kunststoffe oder andere Materialien, wie Papier und Metall, Verwendung finden. Etiketten oder die Aluminiumdeckel bei Joghurtbechern sind bekannte Beispiele. Die Recyclingfähigkeit ist mithin bereits beim Produkt- und Produktionsdesign zu bedenken.

Dr. David Welling von der Aachener Werkzeugbau Akademie (WBA) skizzierte anschließend die Möglichkeiten und die Herausforderungen eines öko-effektiven Werkzeugbaus, in dem sich die Spannungen von Ökologie und Ökonomie produktiv aufheben. Einen Einblick in die aktuellen Entwicklungen beim Karosseriebau bei BMW Landshut gaben Klaus Sammer, Leiter Werkzeugbau, Instandhaltung und Vorentwicklung der Leichtmetallgießerei, und Thomas Kopp: Wie können bestimmte innovative Technologien zum Beispiel beim Verfahren des Aluminium-Druckgusses effizienter und nachhaltiger werden und zugleich den notwendigen Standards an Qualität und Rentabilität genügen? Noch erwähnt sei der Beitrag Uwe Kolshorns vom Kunststoff-Instituts Lüdenscheid, der auf die Vorzüge des Schäumens in Aspekten der Ökologie aber auch der Produktivität hinwies. Zentral sei, die materiellen Charakteristika des Schaums wiederum beim Produktdesign zu denken, um alle Potenziale zu heben.

Das Praxisforum wurde abgerundet durch einen Besuch der Formconsult Werkzeugbau GmbH aus Schmalkalden. Das Resümee der Veranstaltung legt einen Blick auf den Anfang der Veranstaltung nahe, also die Begrüßungsworte von Prof. Thomas Seul: Sein Plädoyer war die konstruktive Zusammenarbeit von Hochschulen für angewandte Forschung und Unternehmen. Durch diese Kooperation ließe sich die Expertise der akademischen Forschungsbereiche zum beiderseitigen Vorteil nutzen.

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Popkulturellen Narrativen ist dabei gemein, dass sie zu der realen Version der Künstlichen Intelligenz nur vereinzelte Parallelen aufweisen. In der banalen Wirklichkeit verliert die KI zwar viel von den Klischees zwischen Ideal- und Dämonisierung, sie gewinnt jedoch an praktischem Nutzen.

Künstliche Intelligenz (KI)

KI lässt sich am ehesten als ein Instrument beschreiben, das bei der Verarbeitung von Daten helfen soll. Der Bereich der KI ist eine Untergruppe aus dem Forschungsgebiet des Maschinellen Lernens (ML). Beide Begrifflichkeiten lassen sich meist nicht scharf trennen und fließen ineinander. Im Fokus dieser Themen komplexe standen lange Zeit Fragen wie: „Wie komme ich an Daten?“, „Welche Sensoren kann ich einsetzen?“ oder „Wie kann ich diese Daten auswerten?“. Heute ist dagegen die Herausforderung, wie wir enorme Mengen an Daten komprimieren, auswerten oder Entscheidungen nachvollziehen. Hier kommen dann Begrifflichkeiten wie z.B. Big Data, Dimensionsreduktions-Algorithmen oder erklärbare KI (explainable artificial intelligence (XAI)) zum Einsatz.

Das Forschungsgebiet „Big Data“ ist ursprünglich mit der Expansion der Informationsquellen entstanden. Infolge der Möglichkeit, kostengünstige Mikroelektronik und Sensorik herzustellen, ist die Zahl an potenziellen Datenquellen explodiert und zugleich die Herausforderung der Aus- und Bewertung dieser Daten akut geworden. Nun mussten effiziente und schnelle Algorithmen entwickelt werden, welche es den Menschen in annehmbarer Zeit ermöglicht, komplexe Muster, Zusammenhänge und Verläufe in den Daten zu erkennen und auch verstehen zu können.

So lassen sich mehr und mehr Informationen aus den großen Beständen an Daten ziehen und für nachlaufende Erklärungen, tiefere Verständnisse des Gegebenen und vorlaufende Abschätzungen der möglichen Zukunft nutzen. Gerade weil die Vermessung unserer Welt durch Sensoren in Geräten wie Smartphones oder auch modernen Automobilen immer weiter voranschreitet, wächst ein Fundus an Wissen, der produktiv genutzt werden kann.

Zugleich ist es angebracht, nicht von der einen Künstlichen Intelligenz zu sprechen, sondern dies eher als Sammelbegriff verschiedener, teils recht unterschiedlicher Formen von KI zu verstehen. Diese umfasst diverse Verfahren der Datenverarbeitung, die sich für unterschiedliche Kontexte, Fragenstellungen und Materialien eignen. Zum Beispiel können KI-Modelle, die sich für Bildererkennung eignen, nicht für Sprachprogramme wie Chat GPT verwendet werden.

Damit ist auch schon eine Schwäche in der Nutzung von KI angesprochen: Nicht alle Modelle eignen sich für jede Anwendung, die produktive Nutzung verlangt einen reflektierten Umgang.

Werkzeuge in der Industrie

Was meint es nun, von der KI als Werkzeug in der Industrie zu sprechen? Stellen wir uns einen Produktionsprozess von Plastikteilen vor: Wir haben auf der einen Seite die vielen kleinen Plastikkügelchen am Anfang, die aufgeschmolzen und in eine bestimmte Form gebracht werden, um zum Ende als gefertigtes Teil aus der Maschine entnommen zu werden. Was zunächst wie ein idealer, unendlich wiederholbarer Vorgang erscheint, hängt im Alltag der Produktion von vielen Faktoren ab. Die Erfahrung von Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen mit den Maschinen und Materialien ist hier für den Produktionsprozess zentral, und wird es absehbar bleiben. Eine hilfreiche Komponente kann aber zugleich eine Sensorik sein, die unter anderem Parameter wie Temperatur und Druck permanent misst und eine erste Auskunft über die erwartbare Güte der produzierten Teile zum Beispiel durch eine Ampel gibt, beziehungsweise vor wahrscheinlichen Fehlern warnt und Anpassungsvorschläge liefert.

Für solche in den Produktionsprozess integrierten Beurteilungen ist nicht eine Messung entscheidend, sondern ein Zusammenspiel verschiedener Werte und Schwellen sowie unterschiedlicher, teils zusammenhängender Verläufe, wodurch sich dynamische Verarbeitungssysteme wie KI-Modelle anbieten. Moderne Sensoren sind nicht nur hochempfindlich, sie können auch an Punkten angebracht werden, die dem Menschen während der Produktion nicht zugänglich sind.

Der Mensch wird hier also nicht ersetzt, sondern durch die Technik unterstützt. In verschiedenen Forschungsprojekten wie zum Beispiel „Powermoulds“, „Wasabi“ oder auch „SMoSys“ arbeiten Manuel Schneider und Norbert Greifzu aus dem Team der „Eingebetteten Diagnosesysteme (EDS)“ von Professor Andreas Wenzel an solchen Lösungen für eine smarte Industrie und dem Einsatz vom KI an anwendungsnahen Problemstellungen. Die Forschungsgruppe EDS ist Teil einer Hauptforschungsrichtung „Adaptive Signalanalyse“ der Hochschule Schmalkalden.

Eine längere Version dieses Artikels und eine Liste interessanter Veröffentlichungen der Forschungsgruppe finden Sie hier.