Fachbeiträge & Interviews
Samstag, 25. Juni 2022
Ausgabe 7614 | Nr. 176 | 21. Jahrgang
D.I.E. Baustatik Software - Einfach | Anders | Besser
Autor: Fabian Hesse
Herausgeber: bauingenieur24 Informationsdienst email-weiterempfehlendruckansicht

Vorfertigung: Modulare Baufabrik soll Modulbau ersetzen

# 21.06.2022

Universität Stuttgart erhält weltweit erste Robotergesamtplattform. Forschung soll cyber-physikalisches Bauen voranbringen. Großraumlabor erlaubt Zusammenspiel von digitalem Planen und Bauen auf allen Ebenen

Roboter fertigen Holz- und Faserbauteile

Mithilfe zweier mobiler Roboterplattformen (im Bild: Anlage zur Vorfertigung von Holzbauteilen) können im Großraumlabor LCRL der Universität Stuttgart individuelle Bauteile digitalgestützt hergestellt werden. Foto: W. Scheible / Uni Stuttgart / IntCD Mithilfe zweier mobiler Roboterplattformen (im Bild: Anlage zur Vorfertigung von Holzbauteilen) können im Großraumlabor LCRL der Universität Stuttgart individuelle Bauteile digitalgestützt hergestellt werden. Foto: W. Scheible / Uni Stuttgart / IntCD

An der Universität Stuttgart befindet sich die weltweit erste Gesamtplattform für cyber-physikalisches Bauen (Large-Scale Construction Robotics Laboratory, kurz LCRL). Es handelt sich dabei um ein Großraum-Robotiklabor und Flaggschiff des Exzellenzclusters "Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC)".

Ziel der Forschung ist eine mobile und flexible und dabei robotische Vorfertigungstechnik. Das Kernstück des Labors sind vier containerbasierte Roboter-Plattformen, von denen zwei für die Fertigung von Holz- und zwei für Faserbauteile ausgelegt sind.

Die hohe Steifigkeit der Roboter für Holzarbeiten ermöglicht sowohl additive als auch subtraktive Fabrikationsschritte mit höchster Präzision und Schnelligkeit (z.B. Fräsarbeiten in 2m/sec.).

Zu den verwendbaren Werkzeugen zählen Fräs- und Sägespindel, Greifer, Nagelpistolen, Schraubautomaten, Klebstoffapplikatoren und zahlreiche Kamera- und Sensorsysteme. Auf der ähnlich dimensionierten Faserplattform können in Harz getränkte Carbonfasern zu transparenten Leichtbauelementen von bis zu zehn Metern Länge gewickelt werden.

Klare Absage an monotonen Modulbau

Zukünftig sollen die beiden Robotereinheiten auch gemeinsam als rekonfigurierbare, digitale Baufertigungseinheit genutzt werden können. Dadurch werde laut Achim Menges, Direktor des IntCDC, nicht das Bausystem an sich modularisiert, sondern die Vorfertigungsfabrik.

"Der Modulbau führt häufig zu Monotonie und mangelnder Passgenauigkeit gerade im urbanen Kontext und wird dem grundsätzlichen Anspruch, dass jedes Gebäude seinem soziokulturellen Umfeld und geographischen Standort angepasst sein sollte, nicht gerecht", erklärt Menges.

Menschliches Handwerk mit maschinellem Digitalwerk verbinden

"Unsere Maxime ist es, dass die Hardware gleichbleibt und die Anpassung an die unterschiedlichen Bauformen durch Umprogrammierung eines digitalen Zwillings erfolgt", so Menges weiter.

Im Bauproduktionsprozess der Zukunft sollen nicht Menschen durch die Maschine ersetzt werden. Vielmehr geht es den Forschenden um neuartige Möglichkeiten der Zusammenarbeit von Digitalwerk und Handwerk. "Ein erheblicher Teil unserer Forschung im Exzellenzcluster befasst sich mit neuen Formen der Mensch-Maschine-Interaktion", erklärt Menges.

Robotische Kranführung als weiteres Forschungsfeld

Zum Einsatz kommen dabei Methoden der Augmented und Mixed Reality und digitale Zwillinge. "Letztendlich geht es darum, die spezifischen Skills des Roboters und des Menschen auf zielführende Weise zusammenzubringen", betont Menges.

Neben den neuen Roboterplattformen verfügt das LCRL unter anderem über zwei Spinnenkräne und einen Turmkran zur Erforschung der robotischen Kranführung sowie Anlagen für die Betonforschung. Bald soll auch ein autonomes Vehikel zum Labor hinzukommen, das die Werkstücke von Plattform zu Plattform transportiert.

Forscher von nachhaltigerem Bauen durch Co-Design überzeugt

Das Large-Scale Construction Robotics Laboratory (LCRL) des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart verfügt derzeit über vier Roboterplattformen zur Vorfertigung von Bauteilen. Foto: Christoph Zechmeister / Universität Stuttgart / IntCD Das Large-Scale Construction Robotics Laboratory (LCRL) des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart verfügt derzeit über vier Roboterplattformen zur Vorfertigung von Bauteilen. Foto: Christoph Zechmeister / Universität Stuttgart / IntCD

Bis zum Jahr 2025 soll das LCRL in das neue Clustergebäude auf dem Campus Vaihingen der Universität Stuttgart umziehen. Das Labor wird dort als zentrale Plattform fungieren, die die drei Hauptziele des IntCDC vereint:

  1. die Erforschung integrativer und digitaler Planungs- und Ingenieursmethoden
  2. die Entwicklung neuartiger Verfahren für die cyber-physikalische Vorfertigung
  3. das robotergestützte Bauen vor Ort und die damit verbundene Entstehung intelligenter und nachhaltiger Bausysteme
Die neuen Roboter sollen dabei zunächst beim Bau des Demonstratorgebäudes eingesetzt werden und dann als Forschungsinfrastruktur darin ihren Platz finden.

"Das IntCDC-Gebäude wird", so Achim Menges, "der gebaute Beweis sein, dass Co-Design, also die digitale Vernetzung von Planungsmethoden, Bauprozessen und Bausystemen, funktioniert und attraktivere wie auch nachhaltigere Gebäude ermöglicht."

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