Er ist klimafreundlich, feuchteregulierend, wiederverwertbar, leicht
abbaubar und ein fast überall verfügbarer Rohstoff: Lehm. Als nachhaltig-
ökologischer Baustoff rückt er jetzt wieder in den Fokus. Wie
Stampflehmbauteile robotisch-gestützt hergestellt werden können,
untersucht die Technische Universität Braunschweig. In einem zuvor von der
Forschungsinitiative Zukunft Bau und nun von der Initiative GOLEHM
geförderten Projekt entwickeln die Braunschweiger Wissenschaftler*innen
diesen Prozess jetzt weiter, um die additive Fertigung direkt auf der
Baustelle einzusetzen.

Seit Jahrtausenden werden Gebäude aus Lehm errichtet. „Dennoch kommt uns
Lehm wie ein neuer Baustoff vor. Das Wissen um verschiedene Bauweisen und
auch die Bauten selbst ist leider zum Teil in Vergessenheit geraten“, sagt
Joschua Gosslar. Der wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für
Tragwerksentwurf (ITE) der TU Braunschweig möchte das traditionelle Wissen
zu den Lehmbauweisen nutzen und auf heutige Fertigungsmethoden anwenden.
Im Lehm sieht Gosslar viele Antworten für das Bauwesen, das einen Großteil
der weltweiten CO2-Emissionen verursacht, etwa bei der Herstellung von
Zement, Ziegelsteinen und Stahl. „Lehm ist unglaublich reversibel. Aus
Lehm hergestellte Bauteile in einem ‚Lehmhaus‘ kann man nach 100 Jahren
abreißen und im Garten verteilen oder umformen und ein neues Haus daraus
bauen.“

Vom Handstampfer zur Additiven Fertigung

Von den Baustellen ist Lehm unter anderem auch wegen des hohen Aufwands
verschwunden. So werden für ein Stampflehm-Haus viele helfende Hände
benötigt. Die alte Bautechnik basiert auf der schichtweisen Verdichtung
des Lehms in einer Schalung mit Hilfe eines handgeführten Holzstampfers.
Die Schalungstechnik ist inzwischen verbessert worden und automatische
Stampfer haben die Handstampfer ersetzt. Das Verfahren ist jedoch nach wie
vor manuell und dadurch im Vergleich zu anderen Baumaterialien und
-techniken eher unwirtschaftlich.

Joschua Gosslar selbst hat vor Kurzem die handwerkliche Ausbildung
„Fachkraft Lehmbau“ vom Dachverband Lehm abgeschlossen und unter anderem
am Aufbau eines Hochregallagers aus Stampflehm mitgearbeitet. „Stampflehm
ist ein extremes Luxusmaterial, obwohl der Lehm quasi nichts kostet und
fast überall vorhanden ist. Allerdings ist die Verarbeitung teuer. Rund
zwei Drittel der Kosten werden durch die Schalung verursacht, die sehr
robust sein muss, damit sie dem Stampfdruck standhält.“

Ganze Fertigungsschritte entfallen

Die digital gesteuerte Technologie der Additiven Fertigung, die das ITE
auch mit den Werkstoffen Beton und Stahl im Sonderforschungsbereich
„Additive Manufacturing in Construction“ (AMC) von TU Braunschweig und TU
München erforscht, könnte hier nicht nur für eine höhere Präzision und
gleichbleibende Qualität sorgen, sondern auch produktiver und damit
wirtschaftlicher sein. „Bei der Additiven Fertigung wird das Material
schichtweise aufgebaut, ohne vorangehenden Formenbau oder nachlaufende
Umformprozesse. Dadurch können ganze Fertigungsschritte wie das Ein- und
Ausschalen im Betonbau entfallen. Zudem sind völlig neue Formen möglich,
die das Material effizienter ausnutzen. Automatisierung und individuelle
Formgebung stellen somit keinen Widerspruch mehr für das Bauwesen dar und
die Additive Fertigung hat das Potenzial, die Zielstellungen von Ökonomie
und Ökologie zusammenzuführen“, erklärt Professor Harald Kloft, Leiter des
ITE und Sprecher des Sonderforschungsbereichs AMC. „Damit erleichtern wir
es auch Planer*innen, sich für nachhaltige Materialien und innovative
Bauweisen zu entscheiden.“

Stampflehm verdichten mit Roboter und Gleitschalung

Die Forschenden haben deshalb eine mitlaufende Schalung und ein
Verdichtungswerkzeug entwickelt, das robotisch betrieben wird. Die
Verdichtungseinheit besteht aus einer Rüttelplatte und pneumatischen
Stampfern, die mit dem Schalungselement mitfahren und sich Lage für Lage
hocharbeiten. Dafür kommt das Digital Building Fabrication Laboratory
(DBFL), der große 3D-Drucker des Instituts, zum Einsatz. „Das Tolle am
Stampflehm ist, dass man die Schalung sofort nach dem Verdichten entfernen
kann. Das Material muss für eine Anfangsfestigkeit nicht aushärten, wie
beispielsweise Beton. Deshalb sitzt die Schalung in unserem Projekt nur
dort, wo auch verdichtet wird und dann wird sie weitergeführt. Es ist also
eine aktive Gleitschalung“, erläutert der Lehmexperte.

Auf Basis dieser Vorarbeiten wollen die Wissenschaftler*innen im neuen
Projekt die robotische Stampflehmfabrikation für die Baustellenfertigung
weiterentwickeln. „Wir wollen das ganze Setup so reduzieren, dass es in
einem mobilen, digitalen Fertigungsprozess benutzt werden kann“, erklärt
Joschua Gosslar.
Unterstützt wird das Forschungsvorhaben von GOLEHM, einer Vereinigung, die
den Lehmbau wieder attraktiv machen möchte, indem sie die alten Techniken
bewahrt und mit innovativen Konzepten dem (Massiv-) Lehmbau eine Zukunft
gibt.

Mobile Produktionseinheit

Gemeinsam mit dem Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB)
und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) will
das Institut für Tragwerksentwurf die Lehmbautechniken optimieren und eine
Roboter-Einheit schaffen, die vor Ort auf der Baustelle eingesetzt werden
kann. „Anstatt den Lehm vorzufertigen, soll lokales Material verwendet und
ein automatisierter Misch-, Förder- und Beschickungsprozess entwickelt
werden“, so Joschua Gosslar. „Einer der reizvollen Aspekte des Lehmbaus
ist, dass Lehm als Baumaterial vielerorts verfügbar ist. Im Gegensatz zu
Beton erfordert dieser Baustoff keine aufwendige Infrastruktur und kann
lokal abgebaut werden, ohne ihn über weite Strecken zu transportieren.“

Zunächst müssen die Wissenschaftler*innen nun die bewegliche
Produktionseinheit konzeptionieren: Herzstück wird ein mobiler 3-Achs-
Portal-Roboter sein, der von Baustelle zu Baustelle bewegt werden kann.
Hinzu kommen die Endeffektoren, sozusagen die Hände des Roboters, und eine
Materialbeschickungseinheit, damit der Baustoff ganz präzise aufgetragen
wird. Vor Ort soll außerdem das lokale Rohmaterial überprüft und optimiert
werden, damit aus dem Erdaushub nutzbares Baumaterial wird.

Am Ende des auf zwei Jahre angelegten Projekts soll ein Demonstrator
stehen, mit dem die Forschenden auch einen Teil eines Gebäudes errichten
wollen.

Projektdaten

Am Projekt zum mobilen, robotischen Stampflehm sind neben dem Institut für
Tragwerksentwurf der TU Braunschweig das Institut für Baustoffe, Massivbau
und Brandschutz (iBMB) und das Institut für Werkzeugmaschinen und
Fertigungstechnik (IWF) beteiligt. Das Vorhaben wird für zwei Jahre bis
November 2024 mit rund 400.000 über die GOLEHM-Initiative gefördert.

GOLEHM – Initiative für Lehmbau und nachhaltige Kreislaufwirtschaft

Das GOLEHM-Bündnis vereint aktive Partner aus Wissenschaft, Bauwirtschaft,
kommunalen Trägern und Gesellschaft, die sich für klimafreundliches,
nachhaltiges Bauen mit Lehm engagieren. GOLEHM wurde 2020 durch das
Landesamt für Denkmalpflege und Archäologie Sachsen-Anhalt, die Martin-
Luther-Universität Halle-Wittenberg und das Berliner Ingenieurbüro ZRSI
ins Leben gerufen. Mittlerweile ist das Netzwerk auf eine Vielzahl von
regionalen und überregionalen Akteur*innen aus diversen Kompetenzbereichen
angewachsen, die den Lehmbau weiterentwickeln und als klimafreundlichen
Baustoff zur breiten Marktanwendung bringen möchten. Im Rahmen mehrerer
inzwischen initiierter Projekte werden wichtige Grundlagen erforscht, um
den Baustoff Lehm aus der Nische zu holen.

Weitere Informationen:
www.golehm.de

Additive Fertigung im Bauwesen

Der Sonderforschungsbereich Transregio 277 Additive Manufacturing in
Construction (AMC) hat das Ziel, die Digitalisierung des Bauwesens
wesentlich mitzugestalten. Innerhalb der Ebenen Werkstoffe und Prozesse,
Computergestützte Modellierung und Steuerung und Planung und Konstruktion
erforscht der AMC das ressourcen- und energieeffiziente sowie nachhaltige,
recyclebare und digitale Bauen. Durch innovative 3D-Druckverfahren werden
Materialien, Prozesse und optimiertes Design völlig neu gedacht.

Weitere Informationen:
https://amc-trr277.de/

Fraunhofer IDMT entwickelt neuartige Aufnahme- und Analysemethoden für das
zeitgleiche Monitoring verschiedener Vital- und Bewegungsdaten via Radar.

Forschende am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in
Oldenburg haben ein neues Verfahren zur Erhebung und Auswertung von
Radardaten des menschlichen Körpers entwickelt. Der Clou: Durch eine
seitliche Positionierung erhebt das Radar berührungslos besonders robust
Vitaldaten der verschiedenen Körperbereiche, wie Atmung und Puls. In
Kombination mit intelligenten Analysemethoden eröffnen sich dadurch neue
Anwendungsmöglichkeiten vom Einsatz in der Medizin bis hin zu
Applikationen im Automotive-Bereich.

Atmungsaussetzer im Schlaf, kritische Vitalparameter eines Säuglings oder
das notwendige Monitoring von Atmung und Herzrate auf der Intensivstation
und in der Pflege: Es gibt viele gute Gründe, um Vitaldaten aufzuzeichnen.
Oftmals kommen dabei kontaktbasierte Sensoren zum Einsatz, die jedoch
Aufwand beim Desinfizieren, Anbringen oder durch notwendiges Justieren
verursachen. Zudem wirken sie konstanten Druck auf den Körper aus, was
unangenehm sein kann und den Sensorverschleiß fördert. Ein Radar misst
Vital- und Bewegungsparameter des Menschen kontaktlos und ist daher
insbesondere für ein Monitoring über längere Zeiträume hinweg geeignet.
Durch seinen Einsatz können in Folge Müll, zusätzliche Arbeit und Kosten
durch Verbrauchsmaterialien und kontaktbasierte Sensoren eingespart
werden. Die Forschenden am Fraunhofer IDMT haben sich das Ziel gesetzt,
durch intelligente Aufnahme- und Analyseverfahren den Einsatz des Radars
im Gesundheitsmonitoring zu stärken.

Vitaldaten aus Körperbewegungen

Ein Radarmessgerät registriert Bewegungen des Menschen aus der Entfernung.
Das können große Bewegungen der Gliedmaßen sein, aber auch kleinere
Bewegungen entlang der Hautoberfläche, wie der Puls oder die
Atmungsbewegung entlang des Torsos. Am Fraunhofer IDMT wird mit einem
Radarsystem gearbeitet, das den Raum vor dem Sensor in gleichgroße
Abschnitte unterteilt. Jeder Abschnitt wird zeitgleich auf Bewegungen
untersucht. Bei Puls- und Atmungsbewegungen nähert sich die Haut im
jeweiligen Abschnitt an den Radarsensor an und entfernt sich wieder. Die
Forschenden am Fraunhofer IDMT arbeiten daran, die vielen
unterschiedlichen Bewegungen im Körper gleichzeitig zu erfassen,
voneinander zu unterscheiden und zu analysieren. So können auch ohne
Kontaktsensoren möglichst viele Aussagen zu Vitalparametern und zum
Gesundheitszustand eines Menschen getroffen werden.

Der Blickwinkel macht´s

Im gängigen Einsatz wird der Radarsensor oft vor dem Bauch oder hinter dem
Rücken der Patientin oder des Patienten positioniert. Dadurch erstreckt
sich der Körper vor dem Sensor nur über wenige Abschnitte, in denen sich
dann viele Bewegungen, wie Puls, die Atmungsbewegung des Torsos und
Bewegungen der Gliedmaßen, überschneiden.

Die Forschenden am Fraunhofer IDMT setzen auf eine seitliche
Positionierung des Radarmessgeräts, z. B. am Fußende des Betts, wodurch
der menschliche Körper aus Sicht des Radars in deutlich mehr voneinander
unabhängige Abschnitte aufgeteilt wird. »Entlang des gesamten Körpers
können verschiedenste Vitalparameter an jeweils vorteilhaften
Körperregionen beobachtet werden. So sehen wir z. B. zeitgleich die
Atmungsbewegung deutlich am Torso und den Puls an den Beinen - ohne eine
störende Überlagerung der Signale. Durch die Aufteilung des Körpers in
Messabschnitte während der Messung entfällt die aufwendige Trennung von
Atmung und Puls nach der Messung in der anschließenden Datenanalyse«,
erklärt Lars Hornig, der das neue Verfahren am Fraunhofer IDMT entwickelt
hat. In dem vollständigen, in Abschnitte aufgeteilten Körpermodell, können
für die Auswertung noch weitere Informationen freigelegt werden. Die
Unterscheidung von Bauch- und Brustatmung ist beispielsweise interessant
für die Erkennung der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) oder
einer obstruktiven Schlafapnoe. Zusätzlich können unzureichend informative
Vitaldaten eines Körperabschnitts durch die Informationen aus einem
anderen Körperabschnitt ergänzt werden.

Ausblick: Vitaldatenmonitoring in Fahrzeugen, am Gefahrenarbeitsplatz oder
zu Hause

Grundsätzlich ist die Überwachung von Vitaldaten mit den neuen Mess- und
Analyseverfahren nicht nur im medizinischen Bereich denkbar. Das Team des
Fraunhofer IDMT testet bereits den Einsatz des Radars im Fahrzeug für
Personen im Sitzen, um die Vitalparameter des Fahrenden zu überwachen, z.
B. bei Berufskraftfahrenden oder perspektivisch in autonomen Fahrzeugen.
In diesem Fall ist die Positionierung des Radars beispielsweise in der
Fahrzeugdecke denkbar. Außerdem könnte der Einsatz am Gefahrenarbeitsplatz
Mitarbeitende durch ein Monitoring von Vitalparametern zusätzlich zu
bisherigen Schutzmaßnahmen absichern. Zuhause kann das Radar Daten für ein
Schlafmonitoring liefern, um lange Wartezeiten auf einen Platz im
Schlaflabor zu umgehen und gleichzeitig besonders aussagekräftige Daten
aus dem Alltag zu erheben. Ebenso wird der Einsatz in einem smarten
Assistenten für das stationäre oder häusliche Leben anvisiert, der neben
Audio- und Video-Sensorik auch das Radar nutzt und dadurch das
Anwendungsspektrum auf die oben beschriebenen Vitaldaten erweitert.
Die Fraunhofer-Gesellschaft hat für das beschriebene Verfahren ein Patent
angemeldet (Patentnummer: 102022208945.6).

Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA am Fraunhofer-Institut für Digitale
Medientechnologie IDMT in Oldenburg

Der im Jahre 2008 unter der Leitung von Prof. Dr. Dr. Birger Kollmeier und
Dr. Jens-E. Appell gegründete Institutsteil Hör-, Sprach- und
Audiotechnologie HSA des Fraunhofer-Instituts für Digitale
Medientechnologie IDMT steht für marktnahe Forschung und Entwicklung mit
Schwerpunkten auf

-       Sprach- und Ereigniserkennung
-       Klangqualität und Sprachverständlichkeit sowie
-       Mobile Neurotechnologie und Systeme für eine vernetzte
Gesundheitsversorgung.

Mit eigener Kompetenz in der Entwicklung von Hard- und Softwaresystemen
für Audiosystemtechnologie und Signalverbesserung setzen über 100
Mitarbeitenden am Standort Oldenburg wissenschaftliche Erkenntnisse in
kundengerechte, praxisnahe Lösungen um.

Über wissenschaftliche Kooperationen ist der Institutsteil eng mit der
Carl von Ossietzky Universität, der Jade Hochschule, der Hochschule
Emden/Leer verbunden. Das Fraunhofer IDMT ist Partner im Exzellenzcluster
»Hearing4all«.

Die Weiterentwicklung des Institutsteils wird im Programm »Vorab« durch
das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur und die
VolkswagenStiftung gefördert.

Weitere Informationen auf www.idmt.fraunhofer.de/hsa

Der Förderverein Herz- und Diabeteszentrum NRW, Bad Oeynhausen e.V.
unterstützt das Agnes Wittenborg Institut für translationale Herz-
Kreislaufforschung am HDZ NRW, Bad Oeynhausen

Dass Fettsäuren zur Gesundheit beitragen, das Immunsystem unterstützen und
Energie liefern, ist bekannt. Ein ganz bestimmtes Molekül nehmen die
Forscherinnen und Forscher der Klinik für Allgemeine und Interventionelle
Kardiologie und Angiologie unter der Leitung von Professor Dr. Volker
Rudolph am Herz- und Diabeteszentrum NRW (HDZ NRW), Bad Oeynhausen, ins
Visier. Privatdozentin Dr. Anna Klinke und ihre Arbeitsgruppe am Agnes
Wittenborg Institut für translationale Herz-Kreislaufforschung untersuchen
schon seit einigen Jahren die Wirkungsmechanismen der Nitroölsäure auf
zellulärer Ebene – mit vielversprechenden Ergebnissen.

„Wir konnten beobachten, dass dieses Molekül beeindruckende Effekte auf
die kleinsten Kraftwerke in den Herzzellen, die Mitochondrien, hat“,
erläutert Anna Klinke. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des
Instituts möchten zukünftig noch besser verstehen, auf welche Weise genau
Nitroölsäure den Verlauf einer Herzschwäche beeinflusst, insbesondere im
Patienten mit Diabetes. „Möglicherweise spielt hier eine Verstärkung der
Energieproduktion eine Rolle. Wenn wir die Wirkungen des Moleküls, die
bereits für andere Krankheiten in klinischen Studien getestet worden sind,
in der Herzschwäche genau kennen, wären somit auch hier langfristig
therapeutische Studien denkbar.“

Dieses Anliegen will der gemeinnützige Förderverein Herz- und
Diabeteszentrum e.V. mit einem ganz besonderen Engagement unterstützen.
„Ganz im Sinne unserer Satzung fördern wir herausragende
Forschungsprojekte am HDZ NRW“, betont Titularprofessor Dr. Otto Foit, der
jetzt zur Freude von HDZ-Geschäftsführerin Dr. Karin Overlack gemeinsam
mit dem Vorstand des Fördervereins einen Spendenscheck in stattlicher Höhe
von 100.000 Euro an die Institutsleiterin überreichte. Der Förderverein
Herz- und Diabeteszentrum NRW, Bad Oeynhausen, e.V. besteht bereits seit
1992. Er wurde von ehemaligen Patientinnen und Patienten gegründet und
nimmt sich überwiegend solcher Aufgaben an, deren Durchführung keine oder
nur unzureichende Finanzierung durch das öffentliche Gesundheitswesen
erfährt.

Das von Privatdozentin Dr. Anna Klinke geleitete Agnes Wittenborg Institut
für translationale Herz-Kreislaufforschung wurde 2018 wesentlich mit
Mitteln der Namensgeberin, einer ehemaligen Patientin, gegründet. „Die
Spende des Fördervereins wird uns enorm dabei helfen, die analytischen
Verfahren, die wir bereits etabliert haben, weiter auszubauen, unser
Forscherteam personell zu verstärken und unsere technische Ausstattung für
das Labor zu verbessern“, freute sich die Institutsleiterin, die neben dem
Forschungsprojekt Nitroölsäure aktuell vier weitere nennenswerte Vorhaben
und entsprechende Arbeitsgruppen mit dem Schwerpunkt
Herzinsuffizienzforschung (Erforschung der Herzschwäche) verantwortet.

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Als Spezialklinik zur Behandlung von Herz-, Kreislauf- und
Diabeteserkrankungen zählt das Herz- und Diabeteszentrum Nordrhein-
Westfalen (HDZ NRW), Bad Oeynhausen, mit 36.000 Patientinnen und Patienten
pro Jahr, davon 14.800 in stationärer Behandlung, zu den größten und
modernsten Zentren seiner Art in Europa.

Die Klinik für Allgemeine und Interventionelle Kardiologie/Angiologie des
HDZ NRW unter der Leitung von Prof. Dr. med. Volker Rudolph ist
spezialisiert auf die Behandlung der Koronaren Herzkrankheit,
Herzklappenfehler, Herzmuskelerkrankungen und entzündliche
Herzerkrankungen. In der Klinik werden jährlich mehr als 5.000
kathetergestützte Verfahren durchgeführt. Modernste diagnostische und
bildgebende Verfahren sowie alle modernen Kathetertechniken sichern die
bestmögliche und schonende medizinische Versorgung der Patienten. Die
Klinik ist Europäisches und Nationales Exzellenz-Zentrum zur
Bluthochdruckbehandlung, anerkanntes Brustschmerzzentrum (CPU – Chest Pain
Unit) sowie als überregionales Zentrum zur Versorgung Erwachsener mit
angeborenem Herzfehler (EMAH) zertifiziert.