Der Sommer ist die Zeit fürs Renovieren und
Sanieren. Einer der größten Posten bei den Investitionen in den eigenen
vier Wänden ist das Badezimmer. Mieter wie Eigentümer von Wohnraum wollen
ihre Bäder individuell gestalten – dafür profitieren sie von Neuerungen
der Forschung, die sich das Potenzial der Automatisierung zunutze machen.
Innovationen aus dem Kreis der Zuse-Gemeinschaft sind in mehr Komfort,
Ressourcenschutz und Sicherheit gemündet.

Die Sanitärwirtschaft mit ihrer Expertise rund ums Bad gehört mit
jährlichen Umsätzen von mehr als 20 Mrd. Euro zu den wichtigsten Branchen
am Bau. An vorderen Positionen in der Beliebtheitsskala der Verbraucher
rangiert die Sanitärkeramik mit Waschbecken, Wannen und WCs. Glasiert
werden diese zunehmend automatisiert in Roboterlinien. Die einhergehenden
Produktivitätszuwächse mit Automatisierungstechnik aus Deutschland bringen
angesichts des globalen Wettbewerbs Vorteile für die Produktion in Europa.
Damit die Modellwechsel in den Roboterlinien reibungslos und effizient
verlaufen, hat die Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik
(GFaI) den Einsatz der Roboter mit ihrem System CeramDetect vorangebracht.

Laserlichtschnitt meistert Vielfalt auf dem Fließband
Die auf einem Drehtisch platzierte Keramik wird mit dem von der GFaI
entwickelten 3D-System per Laserlichtschnitt komplett erfasst. Aus den
gewonnenen Daten lassen sich dann über eine Datenbank der Typ des Werk-
stücks wie auch dessen ideale Position für die bevorstehende Glasur
bestim-men. Problemlos lässt sich die große Vielfalt von Modellen auf
demselben Fließband - Resultat vieler individueller Kundenwünsche -
automatisiert bearbeiten. Die manuelle Eingabe von Modellnummern entfällt,
denn das Zusammenspiel von Laser- und Rechenleistung meistert die Vielfalt
auf dem Fließ-band. Im Anlernmodus lassen sich neue Modelle bequem
innerhalb von 60 Sekunden pro Modell in die Datenbanken einpflegen. Mit
künftigen Versionen von CeramDetect werden weitere Entlastungen für die
Arbeitskräfte erwartet.

Verlässliche Verbindungen für Fußbodenheizungen
Für Automatisierung, bei der man keine kalten Füße bekommt, steht eine
Forschungsinnovation aus Sachsen: Am Institut Chemnitzer Maschinen- und
Anlagenbau (ICM) haben die Forschenden ein neues kosten- und
materialsparendes Verfahren zur Produktion aufwändiger Verteilerbalken
entwickelt. Es führt das Einbringen der Kragen und Gewinde an den Rohren
mit der Herstellung der Verteilerbalken zusammen, die u.a. für
Fußbodenheizungen benötigt werden.
Ausgangsbasis ist das Innenhochdruck-Umformen (IHU), das durch die
Integration der Gewindeherstellung erweitert wurde. Mit bis zu 2.500 bar
wird beim IHU zunächst eine Wasser-Öl-Emulsion in die Rohlinge gedrückt.
Dadurch fließen die Metalle in eine Werkzeugform. Anschließend werden
Gewindefittinge und Dichteinsätze eingepresst. In einem einzigen
Arbeitsschritt fertigen die Chemnitzer Forscher auf diese Weise aus einem
rohrförmigen Halbzeug die fertigen Endprodukte. Eventuelle Schweiß- oder
Klebeprozesse können entfallen.

Somit lassen sich die Fertigungskosten um rund ein Drittel senken. Durch
die Verfahrenskombination ist es auch möglich geringere Wandstärken des
Ausgangsrohres zu verwenden, wodurch sich Materialeinsparungen bis zu rd.
30 Prozent ergeben. „Das Herstellverfahren ist automatisierbar, das darauf
aus¬gelegte Maschinen- und Werkzeugkonzept flexibel. Somit wird es vor
allem für eine roboterunterstützte Klein- und Mittelserienfertigung
lukrativ“, erklärt ICM-Institutsleiter Dr. Sebastian Ortmann. Die
erfolgreiche Entwicklung für die Sanitärbranche lässt sich nach seiner
Einschätzung auf andere Branchen übertragen, so auf Auto- oder
Lebensmittelindustrie und den Wärmetauscherbau.

Individuelle Gestaltung – Gesellschaftlicher Anspruch
Bei aller individueller Gestaltung des Bades: Mit der Küche bildet es über
den Anschluss an die Kanalisation zugleich die Verbindung zu den
Kreisläufen der Abwasserwirtschaft. Rund 576.000 km Kanalnetz ziehen sich
durch Deutschland, wo jährlich rund 5 Milliarden Kubikmeter Schmutzwasser
entstehen. Das Institut für Automation und Kommunikation (ifak) aus
Magdeburg hat nun in Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft und
Praxis einen kostenlosen Simulator entwickelt, der Anstöße für ein
Umdenken weg von konventionellen Verfahren der Schwemmkanalisation gibt
und neuartige kommunale Sanitärkonzepte visualisiert.

Dabei geht es um die Veranschaulichung von Stoffströmen in der
Wasserwirtschaft. „Mit dem Simulator können Planer und Kommunen
überschlägig einschätzen, welcher Aufwand und welche Vorteile sich durch
ausgewählte oder umfassende Investitionen in ihre Abwassersysteme bieten“,
erläutert ifak-Projektleiter Dr. Manfred Schütze den Ansatz des von der
Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projekts, dessen erste
Ergebnisse jüngst in der Fachzeitschrift Water, Science and Technology
publiziert worden sind. Beispielsweise vermag der Simulator überschlägig
Nährstoffströme, Treibhausgasemissionen und Energiebilanzen in
Abwassersystemen abzuschätzen. „In einer Branche wie der Wasserwirtschaft,
die an vielen Stellen an der Schwelle zur Digitalisierung steht, ist bei
Investitionen auch die Automatisierung von Arbeitsabläufen mitzudenken, so
z.B. beim Betrieb von Pumpen und Klärwerken“, erläutert Dr. Schütze.

In vielen Teilen Deutschland wächst die Bevölkerung wieder und mit ihr der
Bestand an Wohnungen. Für nachhaltiges, effizientes Bauen entwickeln
Forschungsinstitute der Zuse-Gemeinschaft praxistaugliche Innovationen -
vom Ziegel bis zur Heizung.

Berlin, 19. Februar 2019. Mit dem zu Ende gehenden Winter und der milderen
Witterung erhöht sich die Aktivität auf den Baustellen. In den heute
entstehenden Häusern bekommen nicht nur Menschen und Gewerbe ein neues
Zuhause, es wird auch das Fundament für die Energieversorgung der Zukunft
gelegt. Grundlagen dafür haben Wissenschaftler geschaffen: Wie z.B.
Wasserstoff nachhaltig Energie liefert, weiß man beim DBI in Freiberg.
Dort haben Forschende gezeigt, wie sich mit Wasserstoff in
Brennstoffzellen hocheffizient nicht nur Heizenergie, sondern durch Kraft-
Wärme-Kopplung auch Strom erzeugen lässt. Der für die Brennstoffzellen
benötigte Wasserstoff kann dezentral im eigenen Keller z.B. aus Erdgas
gewonnen werden. Aber auch am direkten Einsatz nachhaltig erzeugten
Wasserstoffs arbeiten die Wissenschaftler. Das DBI entwickelt dafür
innovative Komponenten für Brennstoffzellen-Heizungen, wie
Spitzenlastkessel und Deodorierungssysteme.

Solarenergie vom Dach und von der Fassade
Dass Verbraucher nicht nur im Keller, sondern auch auf dem Dach Strom und
Wärme kombiniert erzeugen können, zeigt das Institut für
Solarenergieforschung in Hameln (ISFH). Dem in Kooperation mit
Mittelständlern entstandenen und in Kleinserie verfügbaren solaren
Hybridsystem gelingt eine effiziente Flächennutzung durch die
gleichzeitige Umwandlung der Solarstrahlung in Nutzwärme und Strom. Das
funktioniert, indem der mit Flüssigkeit durchströmte Wärmeüberträger aus
Aluminium zugleich das selbsttragende Montagesystem für die Photovoltaik-
Module bildet, das ins Dach integriert ist. Dass die Nutzung der
Solarenergie nicht aufs Dach beschränkt bleiben muss, zeigt das Institut
für Angewandte Bauforschung in Weimar (IAB). Zusammen mit Partnern hat es
eine solaraktive Designfassade entwickelt. Auch an anderen Instituten der
Zuse-Gemeinschaft arbeiten Forschende an der Integration der Solarenergie
in Bauelemente.

Ziegel arbeitet mit dem Schall
Ist die Gebäudehülle fertig, geht es an den Innenausbau, wo Materialien
gefragt sind, die Behaglichkeit, Ruhe und ansprechende Optik verströmen.
Eine Erfindung des Instituts für Ziegelforschung (IZF) bringt diese
Eigenschaften in einem Schall schluckenden Keramikziegel zusammen. Der hat
nur etwa ein Zehntel des Gewichts, den sein massives Pendant beanspruchen
würde. Um das zu erreichen, nutzen die Bau-Experten aus Essen einen Trick:
Am Anfang der Produktion steht ein Schaumstoffschwamm, der mit einer
dünnen Tonschicht überzogen und dann gebrannt wird. Der Kunststoff
verbrennt, doch der entstehende Ziegel behält die luftdurchlässige
Struktur des Kunststoffs, auf dem er entstanden ist. Wie alle
offenporigen, porösen, Materialien kann der neue Ziegel hervorragend den
Schall aufnehmen. Denn seine poröse Struktur provoziert viel Reibung
zwischen den Luftmolekülen, wodurch sie an Schallenergie verlieren. Der
innovative Ziegel aus Essen eignet sich nicht nur zur Schalldämmung,
sondern auch als schickes Gestaltungsobjekt in Seminarräumen, Restaurants
oder Klassenzimmern. Hinzu kommt: Im Unterschied zu Akustikschaumstoffen
erreicht er die höchste Brandschutzklasse A1.

Forschung mit Fingerspitzengefühl
Ist das Haus schlüsselfertig übergeben, heißt es umsichtig beim Einzug
sein. Denn die meisten Unfälle passieren zu Hause - nicht zuletzt an
Türen. Forschung mit Fingerspitzengefühl hat daher das Institut für
Holzenergie (IHD) in Dresden abgeliefert: Die Tüftler entwickelten
zusam¬men mit zwei Firmen eine neuartige Fingerschutzvorrichtung für die
Montage an Innentüren. Der Mechanismus schlägt nur bei raschen Bewegungen
an, langsam lässt sich die Tür hingegen ganz einfach schließen. Nicht nur
zu Hause, sondern gerade auch in Kindergärten oder Schulen bewahrt dieser
Einklemmschutz vor schlimmen Verletzungen.

„Bei zahlreichen weiteren Forschungsprojekten rund ums Bauen, sei es zur
Energieversorgung oder Bauteilentwicklung, für Baustoffe und für
Gebäudetechnik, haben Institute der Zuse-Gemeinschaft mehr als nur einen
Fuß in der Tür für eine nachhaltige Entwicklung der Branche. Denn für
erfolgreichen Technologietransfer arbeiten die Forschenden eng mit
Unternehmen und anderen Praxispartnern zusammen“, erklärt die
Geschäftsführerin der Zuse-Gemeinschaft, Dr. Annette Treffkorn.

Erfolgreiche Forschung kann damit zu nachhaltigem Bauen und Wohnen
beitragen. Die Wohnflächennachfrage aller Haushalte wird sich laut
Prognose des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) in
Deutschland bis 2030 um rund 7 Prozent auf 3,5 Milliarden Quadratmeter
erhöhen. Dies ist laut BBSR insbesondere dem Bedeutungsgewinn  der
Eigentümerhaushalte sowie der Zunahme der Haushaltszahlen geschuldet.