Automatisierte, qualitätsgesicherte Prozesse zur Schnellfertigung adaptiver, bewehrter Betonmodule – Umsetzung in eine Forschungsanlage

Modulbauweisen mit Baukastenprinzip ermöglichen günstiges und schnelles Bauen. Notwendig sind dazu geometrisch wie materiell präzise gefertigte Module, was sich mit industrieller Vorfertigung umsetzen und weitgehend automatisieren lässt. Allerdings sind derartige Vorfertigungen noch wenig verbreitet und auf gleichartige Serienbauteile wie etwa Schwellen beschränkt. Im Beitrag wird eine Großforschungsanlage entwickelt, die die einzelnen Schritte einer automatisierten Präzisionsfertigung variabel hält und sie so für beliebig flächige oder stabförmige Module öffnet. Mit der Anlage lassen sich die einzelnen Prozessschritte von Schalen, Bewehren, Betonieren, Härten oder Qualifizieren erarbeiten, der Gesamtprozess als qualitätsgesicherte Schnellfertigung mit Fließprinzip entwickeln oder sinnvolle Veränderbarkeiten (Adaptivität) wie etwa in Querschnittsabmessungen oder ‐formen testen. Zur Automatisierung sind drei Roboter integriert. Sie setzen Freiformschalungen und Einbauteile, schweißen Bewehrungen oder qualifizieren geometrisch mit Lasern und Stereokameras sowie mechanisch mit Rückprallhammer. Eine spezielle Härtekammer mit Umluft und Heizplatten mit direktem Kontakt zu den Stahlschalungen ermöglicht geregelte Wärme‐ und Feuchtebehandlungen für Härtezeiten bis unter einer Stunde. Als Teil des Digitalen Zwillings der Anlage wird ein Simulationsmodell entwickelt, was vorab insbesondere die Roboterbewegungen verbessert.

Modular construction methods based on building blocks principle enable cost‐effective and fast construction. This requires geometrically and materially precisely manufactured modules, which can be implemented and largely automated in industrial prefabrication. However, such prefabrication is not yet common and is limited to similar serial components such as railroad sleepers. In the paper, a full‐scale research facility is developed that keeps the individual steps of automated production in high‐precision variable and opens them up to modules of any shape. The system can be used to develop the individual process steps of shuttering, reinforcing, concreting, hardening or qualifying, and to develop the overall process in a quality‐assured rapid circular manner or to test meaningful alteration (adaptivity), such as in cross‐sectional dimensions or shapes. Three robots are integrated for automation. They place free‐form molds and built‐in parts, weld reinforcements or qualify geometrically with lasers and stereo cameras or mechanically with rebound hammers. A special curing chamber with circulating air and heating plates with direct contact to the steel formwork enables controlled heat and moisture treatments for curing times of less than an hour. A simulation model is being developed as part of the plant's digital twin, which will help to improve the robot movements.