Automatisierte Fließfertigungsanlage für adaptive, hochpräzise Betonmodule

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501824812

Beantragt wird eine vielfach variable Anlage für die Fertigung von präzisen Bauteilen aus bewehrtem Beton. Die Bauteile entsprechen Modulen, die auf der Baustelle zu einem Tragwerk zusammengesetzt werden. Aufstellungsort der Anlage ist die Versuchshalle KIB-KON an der Ruhr-Universität Bochum. Die Anlage soll die vollständig qualitätsgesicherte Fertigung nach dem Fließprinzip erforschen und weitgehend automatisiert robotergestützt arbeiten. Sie deckt die Prozesse des automatisierten Schalens und Bewehrens, der Betonage, der Schnellhärtung durch geregelte Wärmebehandlung, die geometrische wie materielle Qualitätskontrolle und die sensorische Ausstattung bzw. Kennzeichnung ab. Sämtliche Prozesse erfolgen aufeinander aufbauend, ganzheitlich qualitätsgesichert und interaktiv gesteuert aus einer digitalen Gesamtrepräsentation (digital twin). Wichtig ist hohe Variabilität in Geometrien, Bewehrung, Einbauteilen, im Wärmeeintrag über Platten und Heißluft und in der Qualitätssicherung mit optischen, thermischen und mechanischen Verfahren. Forschungsziele sind: Geometrische und materielle Präzision. Die Grenzen erzielbarer Genauigkeiten sind zu erforschen und zu erweitern. Zielanspruch sind Abweichungen geschalter Flächen ≪1 mm, Bewehrungslagen <2 mm, Bauteilkanten relativ zueinander <1 mm. Betone müssen durchgehend geringe Festigkeitsstreuung (Standardabweichung <2 MN/m²) besitzen. Geometrische Adaptivität und Freiform. Die Module sollen ähnlich sein, nicht gleich, und in Grundparametern wie Längen, Breite, Winkel, Bewehrung oder Oberflächen variabel. Sie sind flächig oder stabförmig und müssen beliebig gekrümmte Oberflächen besitzen können. Konzept der Schalung sind verstellbare Wandungen und Einbauteile zur Umsetzung gekrümmter Ränder. Metallische oder nicht-metallische Bewehrungen sollen vorgefertigt eingebaut und durch Roboter geschweißt oder per Klips verbunden werden. Schnelligkeit in Gesamtprozess und Einzelschritt. Forschungsziel ist die Minimierung der Herstellzeit eines Moduls unter 3 h inkl. der Betonhärtung. Teilziele sind die speziell geregelte Wärmebehandlung (<2 h) und dafür geeignete Betone. Teilprozesse sind im Spannungsfeld zwischen Schnelligkeit, Genauigkeit und erzielter Tragfähigkeit zu entwickeln. Lückenlose Qualitätssicherung. Ziel der Fertigung ist eine lückenlose Qualitätskontrolle aller relevanten geometrischen, mechanischen und prozessspezifischen Parameter. Entwicklungsziel ist die Übertragung der „Null-Fehler-Qualitätsstandards“ (Six Sigma, also 99,99966% fehlerfrei mit DMAIC) der Produktionstechnik auf die Vorfertigung im Bauwesen. Vorgesehen sind optische Kontrollverfahren (Laser, Kameratechnik), thermische Analysen (Thermographie) und indirekte Festigkeitsprüfungen, die von festen Stationen oder Roboterarmen agieren. Ankopplung an digitale Gesamtrepräsentation. Sämtliche Prozesse der Fertigung, der Qualitätssicherung und der Kennzeichnung sollen aus digitalen Modellen in Echtzeit gesteuert, kontrolliert bzw. geregelt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Automatisierte Fließfertigungsanlage für adaptive, hochpräzise Betonmodule
• Gerätegruppe: 2300 Baustoffmaschinen
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Peter Mark