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News | Markt und Bauwirtschaft
02.12.2021

Technische Revolution für den Mauerwerksbau dank Forschung

Ein neu entwickelter Seilroboter soll künftig über mehrere Stockwerke umfangreiche Mau-rerarbeiten autark erledigen. Diese völlig neue Lösung für die Bauwirtschaft wurde von der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. gemeinsam mit Forschenden der Universität Duis-burg-Essen (UDE) und des Instituts für Angewandte Bauforschung Weimar entwickelt und am 27. Oktober 2021 an der Universität Duisburg-Essen vorgestellt.

Foto: © UDE/Birte Vierjahn - Der Seilroboter in Duisburg erinnert in seiner Funktionsweise sowie Beweglichkeit an Kameras, die an Seilen ge-spannt, in Fußballstadien das Spielgeschehen mit Abstand und aus unterschiedlichen Perspektiven aufzeigen.
Foto: © UDE/Birte Vierjahn - Der Seilroboter in Duisburg erinnert in seiner Funktionsweise sowie Beweglichkeit an Kameras, die an Seilen gespannt, in Fußballstadien das Spielgeschehen mit Abstand und aus unterschiedlichen Perspektiven aufzeigen.

Auch wenn die Digitalisierung und Robotik im Bauwesen insgesamt auf dem Vormarsch sind, weist der Mauerwerksbau in Deutschland einen eher geringen Automatisierungsgrad bei Baustellenprozessen auf. Innerhalb weniger Pilotanwendungen werden zwar schon programmgesteuerte mobile Roboter eingesetzt, die auf Bodenplatten oder Geschossdecken Mauerwerk fertigen können, jedoch sind diese relativ fehleranfälligen 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: Sei es, dass Fugen nachgezogen oder Kimmlagen händisch erstellt werden müssen. Eine ganzheitliche Lösung zur konsequenten Automatisierung und Digitalisierung möglichst vieler Prozessschritte im Mauerwerksbau sieht sicherlich anders aus! Das soll der neu entwickelte Seilroboter in Zukunft ändern.

Etwa zwei Jahre haben die Fachleute aus Robotik und Bauwesen vom Lehrstuhl für Mechatronik der Universität Duisburg-Essen und der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. an diesem Prototyp getüftelt. Und das Ergebnis beeindruckt: Ein an Stahlrahmen und Seilen befestigter Roboter schwebt über der Baustelle, holt selbstständig Kalksandsteine vom Lagerplatz, legt sich präzise den benötigten Mörtel vor und versetzt die Steine vollautomatisch. Möglich wird dies durch eine über vier Pylonen gespannte Seilkonstruktion, die um das Baufeld aufgestellt wird. Hier bewegt sich der Roboter dreidimensional hin und her und schwebt an äußerst festen und sehr leichten Kunststoffseilen über das Gebäude, ähnlich wie eine Stadionkamera. Was heute noch wie Utopie klingt, soll bald Wirklichkeit sein.

Mauern, schleppen, mörteln – noch nie war es so einfach! Der Einsatz von Seilrobotern hat viele Vorteile. So können große Bauvolumina - auch bei komplexen Geometrien - in kürzester Zeit errichtet werden. Innerhalb weniger Stunden mauert der Seilroboter aus handelsüblichen Kalksandsteinen eine ganze Etage. Der Seilroboter kann äußerst weitreichend arbeiten und benötigt selbst nur wenig Platz. „Der Einsatz von Seilrobotern stellt die sachgerechte Verarbeitung der Baumaterialien auch in Zukunft sicher. Schon heute hat das Bauhandwerk große Schwierigkeiten, junge Menschen für die Ausbildung in den Bauberufen zu gewinnen. Der Einsatz von Seilrobotern kann diesen Fachkräftemangel ausgleichen“, konstatiert Jan Dietrich Radmacher, der Vorstandsvorsitzende beim Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.V. „Wird der Maurerberuf durch den Einsatz von Robotern aussterben?“ mag sich jetzt der eine oder andere fragen. Nein! Digitalisierung und Automatisierung werden neue Berufe und Berufsstrukturen schaffen, ist sich Jan Dietrich Radmacher sicher. „Den Maurerberuf, den wir heute kennen, wird es zwar auch in Zukunft geben, aber die Anforderungen werden sich deutlich verändern, um mit der Digitalisierung des Bauprozesses Schritt halten zu können. Vielleicht stellt die Möglichkeit, auch auf der Baustelle mit digitalisierter Technik zu arbeiten, für die kommende Generation ein neues Attraktivitätsmerkmal dar und kann sie für das Berufsfeld Mauerwerksbau neu begeistern?“

Und der neue Roboter kann noch mehr: Steine in unterschiedlichen Formaten versetzen, Stürze einziehen und die automatische Bemörtelung übernehmen. Grundlage ist ein digitaler Plan, das sogenannte BIM-Modell. Dessen digitale Daten werden an den Roboter geschickt. „Damit unser Roboter auf der Baustelle auch wirklich sinnvoll und wirtschaftlich eingesetzt werden kann, müssen die Baustellenorganisation, die Baustellenplanung und auch der eigentliche Bauprozess neu gedacht werden. Angefangen bei der erforderlichen Vorkonfektionierung der Steinlieferungen, bei der Planung von Anfahrtswegen über die Baustelleneinrichtung bis hin zum Transport und Einsatz des Roboters auf der Baustelle. Der gesamte Prozess muss durchgängig digitalisiert und konsistent sein. Wenn dies von der Bauwirtschaft berücksichtigt und entsprechend umgesetzt wird, können Kosten dauerhaft reduziert und die Produktivität konsequent gesteigert werden“ betont Professor Bruckmann, der das Forschungsthema im Bereich Robotik und Automatisierung am Lehrstuhl für Mechatronik der Universität Duisburg-Essen koordiniert. Der Lehrstuhl unter Leitung von Professor Dieter Schramm ist bereits seit 1998 in der Seilrobotik aktiv.

Bis der Roboter allerdings Marktreife erreicht hat, muss sich die Baubranche noch ein wenig gedulden. „Damit ist in den nächsten zehn Jahren zu rechnen. In dieser Zeit wird die fortschreitende Digitalisierung und Automatisierung einen erheblichen Wandel in der Bauwirtschaft bewirken. Viele kleinere Bauunternehmen werden sich spezialisieren und neue Geschäftsmodelle werden entstehen: die Vermietung von Robotern beispielsweise oder ein Wiedereinstieg der Hersteller in das Baugeschäft, indem sie zum Beispiel die Roboter und die vorkonfektionierten Steine zusammen liefern. Wir blicken daher sehr gespannt in Richtung Zukunft“, so Dr. Wolfgang Eden, der wissenschaftliche Leiter bei der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V.  

Finanziell unterstützt und gefördert wird das Projekt über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) und über das Programm „Digitalisierung der Bauwirtschaft und innovatives Bauen“ vom Ministerium für Heimat, Kommunales, Bau und Gleichstellung des Landes Nordrhein-Westfalen.