29. März 2023 | Hannah Schmidt | Interview | Kostengünstiges Bauen | Serielles Bauen

Die Zukunft des Mauerwerkbaus

Interview

Ein Blick auf die Baugeschichte zeigt, dass das Konstruktionsprinzip „Stein auf Stein“ bis in das 10. Jahrtausend v. Chr. zurückreicht und bis heute bewährt ist. Nichtsdestotrotz sucht man aktuell mehr denn je nach Lösungen, die effizientere Planungs- sowie Bauprozesse und Entlastung für Fachkräfte mit sich bringen. Eine vielsprechende Neuheit stellt in diesem Zusammenhang ein Seilroboter für die Erstellung von Kalksandstein-Mauerwerk dar, der von Forschenden der Universität Duisburg-Essen in Kooperation mit dem Institut für Angewandte Bauforschung Weimar und der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. entwickelt wurde. Was es mit dieser Innovation auf sich hat und wie sie die noch immer recht zäh voranschreitende Digitalisierung innerhalb der Baubranche fördern kann, erklärt Prof. Dr.-Ing. Tobias Bruckmann, akademischer Oberrat am Lehrstuhl für Mechatronik in Duisburg.

Herr Bruckmann, wie kamen Sie auf die Idee, den Seilroboter für den Mauerwerksbau zu entwickeln?

Seilrobotik ist ein Thema, mit dem sich der Lehrstuhl, etwa im Bereich der Intralogistik, bereits seit 1998 befasst. Der Seilroboter wird dort als Bediengerät für Hochregallager eingesetzt. Dadurch, dass so ein Hochregal von Weitem wie eine mauerwerksartige Struktur aussieht, sind wir mit dem Institut für Baubetrieb und Baumanagement auf die Idee gekommen, das Potenzial von Seilrobotern auch für die Baubranche zu beleuchten. Im Jahr 2016 haben wir erste vielversprechende Versuche durchgeführt, auf deren Basis wir dann gemeinsam mit der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. größere Projekte angegangen sind.

Portrait Tobias Bruckmann, Universität Duisburg-Essen
Tobias Bruckmann, Universität Duisburg-Essen

Prof. Dr.-Ing. Tobias Bruckmann, akademischer Oberrat am Lehrstuhl für Mechatronik in Duisburg

„Größere Projekte“ – das heißt?

Im Augenblick können wir einen Reihenhausgrundriss mit Dimensionen von ungefähr 6 x 9 Metern mauern. Das ist relativ klein, aber unsere Halle lässt nicht mehr zu. Wenn Sie an die Kameras denken, die über Stadien fahren, können Sie sich aber ungefähr vorstellen, was die Seile, die den Roboter halten, grundsätzlich leisten können. Zudem gibt es ja bereits selbstkletternde Systeme, zum Beispiel für Kräne. Um eine Vielzahl an Geschossen automatisiert zu errichten, können wir uns dieses Prinzip auch für den Roboter vorstellen.

Das System ist vergleichbar mit einer Stadionkamera.

Das führt mich zu der Frage, wie der Seilroboter eigentlich funktioniert?

Das System ist vergleichbar mit der eben schon genannten Stadionkamera. Der Roboter wird an Seilen aufgehängt, die an einer Tragstruktur befestigt und über computergesteuerte Seilwinden auf- und abgewickelt werden. Die Tragstruktur müssen Sie sich wie einen Rahmen vorstellen, der bei unseren aktuellen Versuchen aus Bühnentechnik besteht. Wichtig ist außerdem, dass es einen Lagerplatz für die Kalksandsteine gibt. Im ersten Schritt des automatisierten Prozesses werden diese bemörtelt. Im zweiten Schritt greift der Seilroboter dann die Kalksandsteine und setzt sie an die Position, die durch ein entsprechendes BIM-Modell vorgegeben wird

 

Seilroboter erstellt eigenständig Mauerwerk in Halle
Tobias Bruckmann, Universität Duisburg-Essen

Für die Versuche mit dem Seilroboter wurde eine Rahmenstruktur aus Bühnentechnik errichtet. Auf der Baustelle könnte diese laut Prof. Bruckmann durch Elemente ersetzt werden, die von Turmdrehkränen bekannt sind.

Was ist in der Planungsphase zu leisten, mitzudenken oder ggf. auch anders zu machen, damit das Gebäude dann auch wie gewünscht umgesetzt werden kann?

Die Baubranche arbeitet noch immer „menschzentriert“: Wir errichten Gebäude mit jahrtausendelanger Erfahrung und auf Basis von Prozessen, die für Menschen einigermaßen effizient beherrsch- und umsetzbar sind. Die Herausforderung liegt jetzt darin, ein vergleichbares oder gar besseres Ergebnis zu erreichen, aber auf einem Weg, der für den Roboter optimiert ist. Denn die Technik ist zwar in der Lage hochpräzise, individuell und effizient zu arbeiten, aber bestimmte Konstruktionsverfahren sind automatisiert nur höchst aufwendig zu lösen. Wir brauchen also automatisierungsgerechte Entwürfe.

Wie kann man sich einen automatisierungsgerechten Entwurf vorstellen bzw. wie kommt man dorthin?

Dafür lohnt sich vielleicht ein Blick in den Maschinenbau. Wird hier ein Produkt, beispielsweise ein Auto, entworfen, dann wird im Entwurf zum Beispiel der Tür sofort mitgedacht, ob sie von einem Menschen oder einem Roboter montiert werden soll. Natürlich kann es nicht sein, dass den Planenden aufgebürdet wird, zu Automatisierungsexpert*innen zu werden. Stattdessen müssen Werkzeugketten und Softwaretools her, die an die üblichen Entwurfswerkzeuge angekoppelt werden. Um noch einmal auf die Autotür zurückzukommen: Haben Sie einen entsprechenden Entwurf gemacht, dann wird die Produktion per Software simuliert. Auf dieser Basis können Sie erkennen, ob die Planung automatisierungsgerecht ist oder ob noch einmal nachgebessert werden muss. So etwas muss Architekt*innen natürlich auch an die Hand gegeben werden.

Das klingt, als ließe sich durch Innovationen wie den Seilroboter vieles vereinfachen, es scheint aber auch noch ein weiter Weg zu sein…

Das stimmt. Während man in anderen Branchen bereits deutlich weiter ist, ist das Potenzial der digitalen Planung für die Baubranche noch nicht ganz offensichtlich. Denn der Mehraufwand, der aktuell ins BIM-Modell gesteckt wird, zahlt sich noch nicht unmittelbar aus – und zwar deshalb, weil die Daten nicht für den letzten und eigentlichen Schritt, nämlich für die Realisierungsphase, genutzt werden. Mit dem Kalksandstein haben wir aber einen konventionellen Baustoff gewählt, dessen Konstruktionsprinzipien nicht nur bewährt sind, sondern sich aufgrund Ihrer Einfachheit auch gut als Grundlage für diesen besagten letzten Schritt eignen. Um Baurobotik zukünftig breit zu etablieren, braucht es aber nicht nur Materialien und Maschinen, sondern auch den Konsens aller Beteiligten – also Planende, Bauunternehmen und Verarbeitende, aber auch der Politik.

Seilroboter mauert Kalksandsteinwände
Universität Duisburg-Essen

Aufgrund der einfachen Handhabung werden derzeit Kalksandsteine im 6 DF Format verwendet. Der Roboter ist jedoch in der Lage, Nutzlasten über 100 kg zu bewegen.

Zum Schluss noch ein kleiner Ausblick: Wann können wir denn mit dem ersten Einsatz des Seilroboters auf der Baustelle rechnen?

Da wir unsere Forschung in erster Linie durch Fördergelder finanzieren, lässt sich das leider nicht so genau sagen. Das hängt ein wenig davon ab, inwieweit die Politik das Potenzial von automatisierten Prozessen für die Baubranche erkennt. Der Seilroboter ist jedenfalls in der Lage, den Baustellenfortschritt erheblich zu beschleunigen und vor allem auch die aktuell so raren Fachkräfte zu schonen. Wie bereits gesagt, setzt die Robotik aber eine Veränderung des gesamten Prozesses voraus, die Planende, Hersteller und natürlich auch das Handwerk betrifft. Denn die Fachkräfte müssen auch entsprechend aus- und fortgebildet werden, um die Maschinen eines Tages bedienen zu können.

Autor
Hannah Schmidt

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