robotiklab

Die digitale Gesellschaft und das Internet der Dinge sind derzeit alles beherrschende Begriffe. In 2015 waren 20 Mrd. Geräte und Maschinen über das Internet vernetzt, bis 2030 wird es eine halbe Billion sein. Dies zeigt deutlich, dass intelligente Geräte und Maschinen, die die klassischen sukzessive ersetzen und via Internetanbindung den Alltag des Menschen unterstützen, stark an Bedeutung zunehmen. Die Umsetzung von Konzepten wie Industrie 4.0, Smart City oder autonomes Fahren zielen auf den Wandel hin zur digital vernetzten Gesellschaft ab. Diese technologischen Entwicklungen werden sich zwangsläufig auch auf Branchen wie das Bauwesen auswirken.

Derzeit ist es Stand der Technik, dass durch die Nutzung von Automatisierungstechnik im Betonfertigteil und Halbfertigteilbau schon abgegrenzte Herstellprozesse nahezu vollautomatisiert durchgeführt werden. Diese Entwicklung spart Zeit und Geld und ermöglicht es, höhere Qualitäten reproduzierbar zu realisieren.

Auch der Planungsprozess erfährt einen stetigen Wandel hin zur Digitalisierung, mit dem Building Information Modellig soll der gesamte Planungs- und Bauprozess digital abgebildet werden. Vor allem durch neue Materialkombinationen wie Carbonbeton bieten sich neue Chancen zur Automatisierung hin zur digitalen Prozesskette, von der Planung über die Fertigung bis hin auf die Baustelle.

Robotik im Bauwesen - Automatisierte und bedarfsgerechte Carbonbewehrungsherstellung im Fertigteilwerk

Mit der Einführung des faserbewehrten Betons im Bauwesen unterliegen Herstellungs- und Fertigungsprozesse einem Wandel. Die neuartige Bewehrung aus Carbonfaser, in Form von Gelegen und Stäben, verlangt für ihre Herstellung neue Arbeitsabläufe und eine andere Qualität im Umgang mit den Materialien. Nur eine optimierte Fertigung, mit reproduzierbaren Qualitäten, kann die Kosten dauerhaft gering halten und somit wirtschaftlich sein. Derzeit unterliegt die Faserbewehrungsherstellung noch vielen manuellen Schritten, was sich im Vergleich zur Stahlbewehrung als nachteilig darstellt.

Die Herausforderung ist es, ein automatisiertes, kostensparendes und zeiteffizientes Herstellverfahren zur direkten Verlegung von Carbongarnen zu entwickeln. Anstatt vorgefertigte Gelegegitter zuzuschneiden, ist eine lastorientierte Ablage nahezu verschnittfrei möglich. Ein neuartiges Schalsystem erlaubt eine solch lastorientierte Garnablage durch sehr hohe Freiheitsgrade.

Es wird die Grundlage geschaffen, das Verfahren beispielhaft in automatisierte Umlaufprozesse innerhalb eines Fertigteilwerks zu integrieren. Es wird, bezogen auf den Materialeinsatz an Carbonfaser, bis zu 50% Materialersparnis gegenüber der Nutzung klassischer textiler Bewehrungsstrukturen erwartet.

Bei der Herstellung von konventionellen Betonfertig- und Halbfertigteilen mit dem Streben nach einem erhöhten Automatisierungsgrad in den Produktionsprozessen, hielten in einer Vielzahl von Betonwerken vollautomatische Robotersysteme namhafter Hersteller Einzug.

Durch den Einsatz von Lager-, Schalungs- und Entschalroboter können alle schalungsbezogenen Prozessschritte vollautomatisiert abgearbeitet werden. Trotz dieser automatisierten Schalungsherstellung erfolgt die nachgeschaltete Positionierung von Einbauteilen oder etwaigen Funktionselementen teilweise noch händisch, dies ist dem hohen Anteil nicht standardisierter Bauteile geschuldet.

Die Robotertechnik bietet neue Möglichkeiten, die ein Umdenken der etablierten Fertigungsprozesse mit sich bringen. Sie ermöglicht eine automatisierte Produktion filigranerer Bauteile mit mehr Gestaltungsfreiheit bei der Formgebung. Realisiert wird dies durch Roboter, die im dreidimensionalen Raum arbeiten können.

Technische Daten:

• KUKA Industrieroboter KR 60-3
• KRC4 Steuerung / Profinet Bus
• 60 kg Nenntraglast
• 2033mm Arbeitsbereich
• Einbaulage am Boden

Innerhalb des robotiklab können verschiedenste Validierungsprüfungen neu entwickelter Automatisierungsverfahren für die Baubranche durchgeführt werden. Diese können sich von Installations- und Bestückungsapplikationen über die automatisierte Bewehrungsablage bis hin zu Konfektionierungslösungen von Dämmstoffen erstrecken. Weiterhin kann die Handhabung neu entwickelter Produkte für den Bausektor auf ihre Tauglichkeit für eine Werksautomation untersucht werden.

Im robotiklab an der HTWK Leipzig wird daran gearbeitet, Ein- und Anbauteile positionsgenau sowie die erwähnten Funktionselemente auf Grundlage der Fertigteil-CAD-Daten in die vorbereitete Schalung einzubringen. Durch das geringe Gewicht von Carbonbewehrung kann diese ebenfalls mit Hilfe der Roboter vollautomatisch während des Betonageprozesses eingebaut werden. In Folge der somit erreichbaren Prozessqualität und Taktzeiten wird es in Zukunft möglich sein, ökologisch sowie ökonomisch optimierte Betonfertig- und Halbfertigteile herstellen zu können.