Vom Forschungsbegriff zum industriellen Hebel

Auf dem Internationalen Fluidtechnischen Kolloquium 2026 in Aachen machte Prof. Katharina Schmitz deutlich, dass die Fluidtechnik an einem strategischen Wendepunkt steht. Digitalisierung, Künstliche Intelligenz und digitale Zwillinge sind aus ihrer Sicht keine Zusatzoptionen mehr, sondern zentrale Werkzeuge, um Produktivität, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zugleich zu steigern. Gerade in einer Branche, deren Systeme tief in mobile Arbeitsmaschinen, Industrieanlagen und pneumatische Anwendungen eingebettet sind, entscheidet die Qualität digitaler Modelle zunehmend über die Zukunftsfähigkeit realer Maschinen. Der Handlungsdruck ist erheblich: Nach den im Vortrag genannten Größenordnungen verursachen fluidtechnische Maschinen weltweit rund fünf Prozent der energiebezogenen Emissionen. Das entspreche etwa dem 2,4-Fachen des globalen Luftfahrtsektors. Besonders relevant ist dabei, dass ein großer Teil dieser Emissionen nicht aus der eigentlichen Arbeitsleistung resultiert, sondern aus Verlusten in der Kraftübertragung sowie aus Verbrennungs- oder elektrischen Prozessen. Genau hier setzt der digitale Zwilling an: Er schafft Transparenz über Zustände, Lasten, Wirkungsgrade und reale Einsatzprofile – und damit die Grundlage für gezielte Effizienzsteigerungen.

Wie digitale Zwillinge Effizienzpotenziale sichtbar machen

Der besondere Mehrwert digitaler Zwillinge liegt in ihrer Fähigkeit, die Lücke zwischen Konstruktion und Nutzung zu schließen. Während Hersteller heute oft nur begrenzt wissen, wie ihre Komponenten im Feld tatsächlich betrieben werden, kann ein digitaler Zwilling Daten über den gesamten Lebenszyklus hinweg zusammenführen. Damit wird aus der klassischen „Cradle-to-Gate“-Perspektive eine echte „Cradle-to-Grave“-Betrachtung. Für die Fluidtechnik ist das von hoher Relevanz: Erst wenn bekannt ist, wie ein Ventil, eine Pumpe oder ein hydraulischer Antrieb real beansprucht wurde, lässt sich belastbar beurteilen, wie groß der tatsächliche CO2-Fußabdruck ist, wo Optimierungspotenziale liegen und welche Optionen am Ende des ersten Lebenszyklus sinnvoll sind.

Digitaler Zwilling unterstützt Betrieb und Wartung

Im Betrieb eröffnet der digitale Zwilling neue Möglichkeiten der Echtzeitoptimierung. Betriebsparameter lassen sich laufend anpassen, um Maschinen energetisch günstiger zu fahren. Das kann zunächst über Assistenzfunktionen erfolgen, die dem Bediener Hinweise für den effizientesten Arbeitspunkt geben. Perspektivisch reicht der Ansatz jedoch deutlich weiter: In autonomen Systemen kann das virtuelle Abbild gemeinsam mit KI-basierten Verfahren selbst entscheiden, welcher Betriebsmodus unter den gegebenen Randbedingungen der beste ist. Aus Sicht der Fluidtechnik ist das ein Paradigmenwechsel – weg von der isolierten Komponentenoptimierung, hin zu einem datenbasierten, adaptiven Gesamtsystem.

Dabei ist Effizienz nicht nur eine Frage des Energieverbrauchs, sondern auch der Produktivität. Eine Maschine, die einen Arbeitsprozess schneller, präziser und mit weniger Stillstand absolviert, benötigt für dieselbe Aufgabe insgesamt weniger Energie. Digitale Zwillinge unterstützen diesen Zusammenhang über Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Wenn Zustände kontinuierlich überwacht und Wartungsbedarfe frühzeitig erkannt werden, sinken ungeplante Ausfälle, während Verfügbarkeit und Prozessstabilität steigen. Für Betreiber entsteht daraus ein doppelter Nutzen: geringere Emissionen und höhere Wirtschaftlichkeit.

Welche Rolle KI in der Fluidtechnik übernimmt

Eine Schlüsselrolle spielt Künstliche Intelligenz dort, wo klassische Modelle an Grenzen stoßen. Prof. Schmitz betonte, dass fluidtechnische Systeme häufig hochkomplexe multiphysikalische und multiskalige Zusammenhänge abbilden müssen. Genauigkeit und Rechengeschwindigkeit stehen dabei oft in einem Spannungsverhältnis – insbesondere dann, wenn Modelle in Echtzeit arbeiten sollen. KI-Verfahren, etwa Physics-Informed Neural Networks, können helfen, komplexe physikalische Effekte schneller zu berechnen und Simulationen massiv zu beschleunigen. Ebenso wichtig ist KI beim Data Mining, bei der Verdichtung großer Datenmengen und bei der Ableitung neuer Zustandsinformationen aus vorhandenen Signalen.

Ein anschauliches Beispiel für diesen Nutzen sind virtuelle Sensoren. Statt zusätzliche Hardware zu verbauen, lassen sich bestimmte Größen softwarebasiert aus vorhandenen Messwerten berechnen. In der Fluidtechnik kann das etwa bedeuten, aus Drucksignalen, Stromstärke, Spannung oder Schieberpositionen auf Durchflussraten oder andere schwer direkt messbare Zustände zu schließen. Solche Soft-Sensoren reduzieren den Hardwareaufwand, vermeiden zusätzliche Bauraum- und Kostenbelastungen und erweitern gleichzeitig die Informationsbasis für Überwachung und Regelung. Sie sind damit ein typischer Baustein jener „smarten Systeme“, die Prof. Schmitz als Voraussetzung für die nächste Entwicklungsstufe der Fluidtechnik beschreibt.

Wie virtuelle Inbetriebnahme Entwicklungszeiten verkürzt

Auch im Engineering verschiebt sich der Maßstab. Durch virtuelle Inbetriebnahme können Regelparameter am digitalen Modell optimiert werden, noch bevor die reale Maschine vollständig aufgebaut ist. Im Vortrag wurde von einer möglichen Reduktion des Zeitaufwands für die Inbetriebnahme um bis zu 70 Prozent gesprochen. Für Maschinenbauer ist das weit mehr als ein Effizienzgewinn im Detail: Entwicklungszeiten verkürzen sich, physische Prototypen lassen sich reduzieren, und die Time-to-Market sinkt. Gerade in einem Umfeld steigender Komplexität und wachsender Variantenvielfalt wird der digitale Zwilling damit zu einem zentralen Element moderner Entwicklungsprozesse.

Kreislaufwirtschaft braucht digitale Durchgängigkeit

Ein weiterer Schwerpunkt des Vortrags war die Kreislaufwirtschaft. Für Prof. Schmitz ist sie ohne digitale Durchgängigkeit kaum realisierbar. Erst die systematische Erfassung von Nutzungsdaten erlaubt belastbare Entscheidungen darüber, ob eine Komponente recycelt, umkonfiguriert oder generalüberholt werden sollte. Der digitale Zwilling liefert dafür die nötige Informationsbasis. Er macht sichtbar, ob ein Bauteil tatsächlich das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat oder ob eine weitere Nutzung technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. Damit wird Nachhaltigkeit von einer abstrakten Zielgröße zu einer datenbasierten Praxisfrage.

Warum die Umsetzung in der Praxis anspruchsvoll bleibt

Allerdings verschwieg der Vortrag auch die Hürden nicht. Die Implementierung digitaler Zwillinge scheitert in der Praxis häufig nicht an einer einzelnen Technologie, sondern an der Summe vieler Herausforderungen: heterogene Datenformate, unklare Zuständigkeiten, fehlende Interoperabilität, ungeklärte Eigentums- und Zugriffsrechte sowie die Frage nach dem konkreten wirtschaftlichen Mehrwert. In diesem Zusammenhang verwies Schmitz auf die Verwaltungsschale, die als standardisierte digitale Repräsentation eines Assets den Datenaustausch über den Lebenszyklus hinweg strukturieren kann. Sie schafft gemeinsame Semantik, ordnet Informationen und hilft dabei, Rechte und Zugriffe sauber zu definieren. Gerade für vernetzte Wertschöpfungsketten ist das eine wichtige Voraussetzung.

Entscheidend ist dabei der Perspektivwechsel, den Schmitz im Vortrag mehrfach betonte: Nicht die einzelne Komponente steht im Mittelpunkt, sondern das Zusammenspiel im Gesamtsystem. In Mobilhydraulik, Bau- und Bergbaumaschinen oder industriellen Anlagen entfaltet sich das größte Potenzial dort, wo Maschine, Prozess und Umgebung gemeinsam gedacht werden. Ein digitaler Zwilling kann dann nicht nur den Zustand einer Pumpe oder eines Ventils abbilden, sondern auch den Arbeitsfortschritt auf einer Baustelle, den Materialfluss in einem Prozess oder den energetisch günstigsten Ablauf eines kompletten Einsatzszenarios. Genau in dieser ganzheitlichen Betrachtung liegt seine strategische Stärke.

Der Vortrag von Prof. Katharina Schmitz zeigt damit vor allem eines: Die Zukunft der Fluidtechnik entscheidet sich nicht allein an neuen Komponenten, sondern an der Fähigkeit, reale Systeme digital verständlich, modellierbar und optimierbar zu machen. Digitale Zwillinge, KI und standardisierte Datenräume sind dafür keine Selbstzwecke. Sie sind das Instrumentarium, mit dem die Branche Energieverluste reduzieren, Entwicklungsprozesse beschleunigen, Kreislaufwirtschaft ermöglichen und ihre Rolle in einer klimaneutralen Industrie neu definieren kann. Damit wird der digitale Zwilling vom Forschungsbegriff zum industriellen Hebel.