Aktuelles

Nach unserer Erfahrung verkürzen Simulationen die Entwicklungszeit erheblich, da weniger physische Prototypen gebaut und getestet werden müssen. Dies spart nicht nur Zeit, sondern auch die damit verbundenen Energie- und Materialkosten. Darüber hinaus ermöglichen Simulationstechniken optimierte Wartungsprozesse und verlängern somit die Lebensdauer von Bauteilen. Unter dem Oberbegriff „Predictive  Maintenance“ finden diese Methoden zunehmend Eingang in Unternehmen. Die Simulation ermöglicht Vorhersagen über das Verschleißverhalten und die Lebensdauer von Bauteilen, was die Wartungsplanung beim Maschinenbetrieb unterstützt. Dadurch können Wartungsintervalle optimiert und unvorhergesehene Ausfälle minimiert werden, was wiederum die Ressourceneffizienz verbessert.

Aktuell sehe ich das größte Potenzial im Bereich der automatisierten Simulationen, verknüpft mit maschinellem Lernen. Sprich: das Modellfitting. Damit lässt sich die Wiedergabetreue von Realweltdaten durch Simulationen erhöhen und bietet uns damit Mehrwert bei maschinenbaulichen Anwendungen. Diese Forschung stellt die Grundlage für allgemein nutzbare, gesamtgesellschaftlich wertvolle Toolboxen dar. Je weiter wir hier fortschreiten, desto mehr sollte uns als Maschinenbauer auch die Vorhersage der Technikfolgen für Umwelt und Gesellschaft beschäftigen.

Eine fundierte ingenieurwissenschaftliche Ausbildung ist dabei zwingend erforderlich. Idealerweise erweitern wir diese um Fächer wie Philosophie und Ethik, die sich mit den Technikfolgen auseinandersetzen und von jeher eng mit den Ingenieurwissenschaften verbunden sind.

KI hat auch in der Simulation einen wachsenden Raum. Ich habe Respekt vor neu entdeckten Effekten beim großflächigen KI-Einsatz, hoffe daneben aber vor allem auf bahnbrechende neue Funktionen in bekannten Simulationsdomänen wie beispielsweise der Festkörpermechaniksimulation. Daher ermutige ich die Studierenden, im Bereich der Finite-Elemente-Methode – kurz FEM – die KI aus Forscher- und Ingenieurssicht auszuprobieren.

Ein Einsatzfeld für diese Kopplung aus klassischer Mechaniksimulation und KI-Technik wäre beispielsweise die Medizintechnik – insbesondere die Implantologie.

Unter Nutzung der Simulationstechniken, die ich lehre und betreibe, lassen sich beispielsweise Leichtbaukonzepte in Maschinen einbringen, was im ökologischen Sinne wichtig ist. Zum Thema kommt mir zuerst die Werkstoff-Frage in den Sinn. Wir erleben dabei ein Dilemma: Kunststoffe, Faserverbundwerkstoffe und Aluminium bilden beispielsweise im Automobil- und Luftfahrtbereich die Grundlage für den ingenieurmäßigen Leichtbau. Die Umweltbelastungen beim Gewinnen der Rohstoffe für Kunststoffe und Aluminium, deren Herstellung sowie die Verwertung am Ende des Produktlebenszyklus stellen große technische Herausforderungen dar. Die Erforschung von Substituten für diese Leichtbauwerkstoffe und gleichzeitig die Erweiterung ihrer Kreislauffähigkeit sind daher von großer Bedeutung.

Unsere Simulationen sind dabei wichtige Werkzeuge, da sie reale Prototypenversuche ersetzen und ressourcenschonende Entwicklungsprozesse ermöglichen. Die Aufgaben, globale Volumenmärkte im Bereich der Werkstoffe umzugestalten, finde ich also höchst relevant. Und um auf Ihre Frage zurückzukommen: das Neue an all dem ist, dass wir es ernst meinen mit der Entkopplung von wirtschaftlichem Wachstum und Ressourcenverbrauch und dies in Forschung und Lehre in Köthen in den Mittelpunkt stellen.

Herr Täger, Sie haben bereits einige Projekte im Maschinenbau an der Hochschule Anhalt begleitet. Welche Möglichkeiten haben Studierende an diesen neuen Entwicklungen teilzuhaben?

Ich würde sagen, Forschung und Lehre gehen hier Hand in Hand. Studierende profitieren von Projekten in Form von aktuellem Wissen, interessanten Semester- oder Abschlussarbeiten. Auch in eigenen Initiativen gehen unsere Studierenden ihrer Technikbegeisterung nach. Sie werden dabei durch die umfangreiche Softwarebibliothek der Hochschule unterstützt, die ihnen auch zum Experimentieren zu Hause zur Verfügung steht. Zusätzlich haben wir Im letzten Jahr in der Halle 61 spezielle Arbeitsplätze für Studierende eingerichtet, die mit eigenem Werkzeug ausgestattet sind. Diese wurden bereits für eine Vielzahl von Projekten genutzt, wie zum Beispiel den Bau von Seifenkisten oder die Entwicklung von Mehlwurmfütterungsanlagen.

Ein etwas größeres semesterübergreifendes Projekt ist der Umbau eines Mercedes 190e auf Elektroantrieb. Dabei kommen modernste Simulationstechniken zum Einsatz: Die Studierenden erstellen zunächst mittels 3D-Scanning einen digitalen Zwilling des Fahrzeugs und wenden verschiedene Simulationsmethoden an. So können sie den Umbau virtuell durchführen und mögliche Probleme bereits im Voraus erkennen und beheben, bevor der eigentliche Umbau in die Praxis umgesetzt wird

Weitere Beispiele präsentieren wir auf unserem Instagram-Kanal fb6.emw, den ich gemeinsam mit Jana Wiebach und Martin Wiesner betreue. Zwar steht der Kanal noch am Anfang, doch schon jetzt sind dort abgeschlossene und laufende Projekte zu sehen: beispielsweise der von Christopher Kral mit Hilfe eines digitalen Zwillings entwickelte Spinnenroboter. Gibt es solche Ideen, unterstützen wir unsere Studierenden nach Kräften.

In der Maschinenbauhalle der Hochschule Anhalt: Studierende bauen hier mit Hilfe von Simulationstechniken Fahrzeuge auf Elektroantrieb um.

KMU nutzen diese Tools bereits, und es gibt Spezialanbieter unter kleinen Firmen. Größere Unternehmen versammeln mehrere Subtechniken in der Forschung und Entwicklung, was Produktentwicklungen vorantreibt. Sie verfügen oft über eigene Labore, was komplexere Simulationen begünstigt, aber auch hohe Kosten verursacht. Opensource-Lösungen bieten hier eine interessante Alternative.

Opensource-Lösungen, deren Entwickler beispielsweise Spenden von Industrieanwendern erwarten, sind aber auch eine spannende Alternative zu den proprietären Codes. Auch hier gilt: die oben erwähnte Notwendigkeit einer fundierten Ausbildung im Bereich der elektrotechnischen und mechanischen Formulierungsprinzipien ist enorm wichtig für die erfolgreiche Anwendung dieser Simulationswerkzeuge. Hier möchte ich weiter ansetzen und mit lokalen Unternehmen sprechen, um über Möglichkeiten der Verfeinerung der Modellierungsaktivitäten zu informieren. Dafür nutze ich Kontakte über die duale Ausbildung an der Hochschule Anhalt und weitere studentische Themen.

Auch hochschulintern bin ich mit anderen Simulationsgruppen im Austausch, beispielsweise der der Strömungssimulationsgruppe am Fachbereich Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik.

Insgesamt ist also die Anwendung der FEM im Maschinenbau immer weniger eine Frage der Unternehmensgröße, sondern vielmehr eine Frage der technischen Anforderungen und des Potenzials, das die Methode zur Lösung spezifischer Probleme bietet. Die FEM und die Mehrkörpersimulation ermöglichen es Unternehmen jeder Größe, ihre Produkte effizienter, kostengünstiger und mit höherer Qualität zu entwickeln und zu optimieren.

Prof. Dr. Klaus Günzel: im Hintergrund die Maschinenbauhalle der Hochschule Anhalt. Hier können die Studierenden dank vielfältiger Möglichkeiten selbst aktiv werden und profitieren dabei von den Forschungsprojekten.

Es gibt spannende Themen wie FEM-Entwicklung, Aeroelastik starrflügeliger Flugzeuge und vieles mehr. Über einen Moodle-Kurs gibt es Zugang zur englisch- und deutschsprachigen Liste meiner Themenstellungen.

Ein zentrales Anliegen ist es, die Verzahnung der Fächer zu lehren und praktische Anwendungen zu fördern. Bereits unsere Schülerpraktikanten werden in Projekte eingebunden, sodass sie während ihrer Praktika erste Ingenieurserfahrungen sammeln können. Ein besonderer Fokus liegt auf laborbasierten Arbeiten mit konstruktionsbegleitender Simulation und 3D-Scanning.

Ein zentraler Bereich ist die Mobilität. Ich bringe ein Forschungsthema aus der Luftfahrtindustrie mit an die Hochschule. Tom Scholz und ich forschen gemeinsam mit den beiden KMUs DG Aviation GmbH und IFF E&C GmbH im Bereich der Aeroelastik von Segelflugzeugen. Sie werden vielleicht fragen, was hat das denn nun mit nachhaltiger Mobilität zu tun? Jede Menge, denn die Zieltechnologie dieser Grundlagenforschung wird nach unserer Einschätzung elementar für künftige, deutlich verbrauchsärmere Verkehrsflugzeuge sein. Dazu sind wir auch in Abstimmung mit dem DLR.

Ein weiteres spannendes Mobilitätsthema ist die Fahrzeugtechnik. Wir haben mit dem TÜV Süd zuletzt einen starken Industriepartner hinzugewinnen können.

Wir erforschen eigene Ansätze zur technologischen Weiterentwicklung. Eine neue Technologie bezieht sich auf die Aufbereitung (Refurbishment) von PKW-Karosserieblechen. Richard Täger hat diesen innovativen Ansatz zuletzt gemeinsam mit dem Bachelorstudierenden Wasim Jazzar untersucht, um erste Einschätzungen dazu zu erzielen.

Ein weiteres Projekt bei uns in der Fahrzeugtechnik beschäftigt sich mit der E-Umrüstung des Daimler W201 und der Erstellung eines digitalen Zwillings. Dies ist ein wunderbarer Themengenerator für Studierenden-Projekte, die sehr gut angenommen werden. Es sind viele Themengebiete dabei: Akkutechnik, Simulation der Mechanik des PKW und weitere.

Zum Ende betone ich die inspirierende internationale Atmosphäre in Köthen. In meinen Vorlesungen, wie beispielsweise der zur Maschinendynamik, lehre ich unter anderem das d’Alembertsche Prinzip. D’Alembert war nicht nur ein bedeutender Wissenschaftler, sondern auch ein Philosoph, dessen Arbeiten fundamentale Bausteine für die Modelle der Demokratie und Rechtsstaatlichkeit bildeten. Seine intellektuellen Beiträge beeinflussten das Gedankengut der Aufklärungszeit und legten indirekt den Grundstein für unseren modernen Staat. Für mich schließt sich damit der Kreis zur facettenreichen Maschinenbau-Ausbildung in Köthen!

wurde erst vor kurzem an die Hochschule Anhalt berufen. Im Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen liegt sein Schwerpunkt auf der konstruktionsbegleitenden Simulation. Das Thema hat ihn während Studium, Promotion und als Entwicklungsingenieur bei Bosch, Vorwerk und in der Automobilindustrie geprägt. Neben Publikationen zu einem neuartigen numerischen Modell für das Kopf-Hals-System verweist der 44-Jährige bereits auf verschiedene Patente. Mehr dazu auf seiner persönliche Seite: https://www.hs-anhalt.de/hochschule-anhalt/service/personenverzeichnis/person/prof-dr-klaus-guenzel.html

ist Fachpraktischer Mitarbeiter am Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen. Darüber hinaus ist er Dozent für die Wahlpflichtfächer Fahrzeug- und Fahrwerktechnik und in verschiedene Projekte aus Forschung und Lehre eingebunden. Mehr über die Möglichkeiten und Aktivitäten des Fachbereichs stehen auf dieser Seite: https://www.hs-anhalt.de/hochschule-anhalt/emw/uebersicht.html