Modulares und vollautomatisiertes Fertigungsverfahren für frei geformte Betonschalungen im Hochbau auf Basis von technischen Wachsen
2017-2018 | Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) im Rahmen Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand ZIM
Während in der industriellen Fertigung die aktuellen Diskussionen um die zukünftigen Entwicklungen von den Themen "Industrie 4.0", das heißt die Vernetzung der Produktionstechniken und -prozesse zu einer sogenannten "Smart Factory", sowie der "Mensch-Roboter-Kooperation" bestimmt werden, ist das Bauwesen noch nicht einmal in der Industrie 3.0 angekommen. Die digitale Revolution hat zwar in den Bauplanungsbüros in Form leistungsfähiger Entwurfs-, Berechnungs-, Konstruktions- und Simulationsprogramme stattgefunden, auf der Baustelle jedoch werden die hochwertigen Werkstoffe und industriell hergestellten Halbzeuge nach wie vor "Stein-auf-Stein" aufeinander gesetzt oder "Naht-für-Naht" zusammengeschweißt mit dem Nachteil großer Qualitätseinbußen und kostenintensiver Arbeitsprozesse. Die Diskrepanz zwischen dem, was wir in der digitalen Planungswelt an Komplexität handhaben und in der realen Welt baulich umsetzen können, hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. War die Motivation zu freieren architektonischen Formen im Bauwesen Anfang des 21. Jahrhunderts noch auf den individuellen Gestaltungswillen einzelner Architekten zurückzuführen (Bilbao-Effekt), ist eine gesteigerte Bauteilperformance durch das Zusammenwirken von äußerer Form und innerem Materialaufbau die grundlegende Voraussetzung für die Umsetzung einer ressourcen-effizienten Bauwirtschaft. Die Entwicklung beim Energieverbrauch bei heutigen Gebäuden, hin zu Null- und Plusenergiehäusern, ist rein auf die Anlagentechnik und die hoch-wärmedämmende Außenhülle zurückzuführen. Äußerlich und strukturell betrachtet bauen wir jedoch noch immer "Kisten" aus Stein und Beton und die Effizienz und Leistungsfähigkeit der konstruktiven Bauteile bleiben in der energetischen Bilanzierung bisher unberücksichtigt.
Hier setzt das beantragte Forschungsprojekt an: Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, wirtschaftliche Effizienz und ökologische Nachhaltigkeit von Schalungen für frei geformte Betonbauten zusammenzuführen. Durch Entwicklung eines Verfahrens einschl. Prozess- und Anlagentechnik wird die Herstellung wiederverwendbarer Schalungsmodule auf Basis technischer Wachse für frei geformte Betonschalungen in einem vollautomatisierten Fertigungsverfahren ermöglicht. Durch das Fügen dieser Module zu einer Gesamtschalung, können Betonbauteile mit einem fast unbegrenzten Formenspektrum in nahezu beliebig erweiterbarer Größe hergestellt werden. Für eine effiziente vollautomatisierte Massenproduktion der Wachs-Schalungsmodule müssen diverse innovative Verfahrensteile entwickelt, realisiert und verifiziert werden: Stahl-Trägerplatten einschl. Verbindungstechnik untereinander und zum Wachs, Aufpressen des Wachs, CAD/CAM-gesteuerte Bearbeitung des Wachs und ein "closed-loop" Recyclingkreislauf. Durch die Entwicklung und Bereitstellung dieser Technologie werden Potenziale digitaler Planungs- und Herstellungsprozesse im großen Maßstab für die Bauindustrie nutzbar gemacht und die Integration von Form, Effizienz, Ökologie und Ästhetik im Betonbau der Zukunft ermöglicht.
Bild 1 zeit die Anwendung des modularen und vollautomatisierten Fertigungsverfahren am Beispiel einer freigeformten Stütze.
Bild 1: Anwendung des modularen und vollautomatisierten Fertigungsverfahrens für frei geformte Betonschalungen im Hochbau auf Basis von technischen Wachsen am Beispiel der Betonierung frei geformter Stützen
Dieses Forschungsvorhaben wir im Rahmen des Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und in Form eines Kooperationsprojekts zusammen mit der Firma B+S Engineering aus Rheine durchgeführt.