An der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben Forschende einen Seilroboter entwickelt, der umfangreiche Maurerarbeiten mit Kalksandstein über mehrere Stockwerke erledigen kann. Im flächendeckenden Einsatz könnte die neue Technologie für schnelleres und hochwertiges Bauen sorgen und dem Fachkräftemangel entgegenwirken.
„Momentan weist der Mauerwerksbau in Deutschland einen eher geringen Automatisierungsgrad bei Baustellenprozessen auf“, erklärt Jan Dietrich Radmacher, Vorstandsvorsitzender beim Bundesverband Kalksandstein-Industrie (BV KSI). „Zwar werden innerhalb einiger Pilotprojekte schon programmgesteuerte mobile Roboter eingesetzt, die auf Bodenplatten oder Geschossdecken Mauerwerk fertigen können, jedoch sind diese Systeme auf das reine Mauern beschränkt und müssen aufwändig zwischen Geschossen eines Bauwerks transportiert und neu eingerichtet werden. Viele Arbeiten können zudem nur manuell durchgeführt werden. Das wollen wir mit unserem neu entwickelten Seilroboter ändern.“
Der Seilroboter-Prototyp zeigt, wie die Zukunft der Robotik aussieht. Er bewegt sich auf Grundlage eines BIM-Gebäudeplanes dreidimensional über die Baustelle, greift vollautomatisiert nach den Kalksandsteinen, portioniert maßgenau den Mörtel und errichtet in kurzer Zeit eine komplette Etage. Dank des digitalen Bauplans lässt sich der Roboter äußerst flexibel und präzise an die jeweiligen Bedingungen des Bauvorhabens anpassen.
Enorme Potenziale für Produktivität der Baubranche
„Dieser Seilroboter wird eindrucksvoll belegen, welche Bedeutung die Einführung dieser Technologie im Bauwesen haben kann“, so Radmacher. „Die Bauautomatisierung bietet enorme Potenziale, die wir dringend nutzen sollten. Mit dem Seilroboter wird ein weiterer Baustein gesetzt, um die Herausforderungen in der Bauwirtschaft in der Zukunft besser zu meistern. Technische Lösungen erleichtern die Arbeit, sorgen für schnelles und hochwertiges Bauen.“
Und Prof. Tobias Bruckmann vom Fachbereich für Mechatronik an der UDE ergänzt: „Der Einsatz eines Seilroboters hat noch weitere Vorteile. Er kann äußerst weitreichend arbeiten und benötigt selbst nur wenig Platz. In kürzester Zeit können große Bauvolumina – auch bei komplexen Geometrien – errichtet werden.“
Der Seilroboter liefert also einen nachweislichen Nutzen für den Mittelstand im Bauwesen und kann dem voranschreitenden Fachkräftemangel im Bauhandwerk entgegenwirken. Zudem sichert er eine schnellere und sichere Verarbeitung auf den Baustellen und stärkt damit die Wettbewerbsfähigkeit mittelständischer Unternehmen. Mithilfe der neuen Technologie ließen sich sowohl die Baukapazitäten als auch die Produktivität der Baubranche deutlich steigern.
Digitalisierung als Voraussetzung für Automatisierung
Automatisierung ist ein wichtiger Aspekt, wenn es darum geht, zukunftsfähig und produktiv zu bauen. Die Nutzung von BIM-Daten macht diese Automatisierung in der Baubranche jedoch erst möglich.
„Damit unser Roboter auf der Baustelle auch wirklich sinnvoll und wirtschaftlich eingesetzt werden kann, muss der gesamte Baustellenprozess durchgängig digitalisiert und konsistent sein: von der Organisation über die Planung bis hin zum eigentlichen Arbeiten auf der Baustelle“, so Prof. Dr.-Ing. Dieter Schramm, Leiter Fachbereich Mechatronik an der UDE. „Wenn dies der Bauwirtschaft gelingt, können durch den Einsatz von Robotertechnologien Kosten dauerhaft reduziert und die Produktivität konsequent gesteigert werden.“
BIM-Plugin und Forderung nach einheitlichen Standards
Um die Digitalisierung in der Baubranche voranzutreiben, hat die Kalksandstein-Industrie gemeinsam mit der Ruhr-Universität Bochum ein BIM-Plugin für Kalksandstein entwickelt. Es bildet das Standard-Produktportfolio ab und bietet herstellerunabhängige Produktdaten für den Baustoff Kalksandstein. Damit dieses digitale Tool vollumfänglich von jedem Anwender genutzt werden kann, bedarf es sowohl standardisierter Prozesse als auch hersteller- und softwareunabhängiger Datenstandards, die als Austauschformate einheitlich verwendet werden können.
„Informationen zur dreidimensionalen Gebäudegeometrie sind bei der Modellierung von Bauwerksinformationen nur der erste Schritt. Zur umfassenden digitalen Beschreibung eines Gebäudes sind zusätzliche Informationen, beispielsweise zu den verwendeten Baustoffen und Materialien unabdingbar“, erläutert Prof. Dr.-Ing. Markus König, Leiter Fachbereich Informatik im Bauwesen der Ruhr-Universität Bochum und stellvertretender Leiter des nationalen Zentrums für Digitalisierung im Bauwesen.
Bisher fehlt es an einheitlichen Standards, die für alle im Bauprozess Beteiligten gleichermaßen lesbar und verbindlich sind. Der BV KSI hat daher eine eindeutige Forderung an die Bundespolitik: „Wir brauchen umgehend eine Beschleunigung der digitalen Transformation des Bauwesens, um modelbasiert, kooperativ und effizient in allen Leistungsphasen zusammenarbeiten zu können. Ziel wäre es, eine zentrale BIM-Plattform für Baustoffdaten zu etablieren, ähnlich dem Modell der ÖKOBAUDAT, welche vereinheitlichte Daten für die ökologische Bewertung von Bauwerken zur Verfügung stellt“, so Radmacher.
Forderung nach mehr Forschungsförderung
Die Forschenden am Fachbereich für Mechatronik der UDE entwickeln den Seilroboter-Prototypen seit 2019 gemeinsam mit der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. (FV KS) sowie dem Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH (IAB).
Der Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.V. und seine gemeinnützige Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. betreiben seit 1965 kontinuierlich unternehmensübergreifende und praxisbezogene Grundlagenforschung. Zu den wesentlichen Zielen zählen hierbei die fortlaufende Verbesserung und Entwicklung der Produktions- und Bauanwendungstechnik sowie des Umweltschutzes. Allein in den letzten zehn Jahren wurden mit dieser Zielrichtung über 30 Forschungsprojekte mit 21 Universitäten und Hochschuleinrichtungen realisiert.
Das Seilroboter-Projekt ist ein mit Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums finanziertes Projekt der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen Otto von Guericke e.V. (AiF). Um Innovationen wie den Seilroboter zur Serienreife bringen zu können und ihn zukünftig zum integralen Bestandteil des Mauerwerksbaus zu machen, bedarf es weitergehender Forschung.
Der Bundesverband nimmt hier die Politik eindeutig in die Pflicht: „Die Bundesförderung in der anwendungsorientierten Forschung zugunsten des Mittelstands ist essenziell – auch für die sogenannten etablierten Baustoffe. Nur mit praxisbezogener Forschung kann der dringende Transformationsprozess der Baubranche für noch mehr Nachhaltigkeit, CO2-Neutralität und Klimaschutz gelingen. Wir fordern daher eine gezielte Bauforschungsförderung seitens der Bundespolitik“, so Bernhard Göcking, Vorstandsvorsitzender der FV KS und Präsidiumsmitglied der AiF.
