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Untersuchungen zur Eignung der Non-Waste-Wachsschalungstechnologie für die automatisierte, individuelle Fertigung von Betonbauteilen

Wirth, Franz Wilhem

Durch den Einsatz von Robotern wurden viele Industriezweige unter anderem im Maschinen- und Automobilbau in den vergangenen Jahrzehnten automatisiert. Hierdurch konnten sie nicht nur ihre Wertschöpfungskette weiterentwickeln, sondern auch ihre Produktivität steigern. Besonders die Automobilindustrie, in der robotergestützte und autonome Serienfertigung von Fahrzeugen vorherrscht, zeigt dabei eindrucksvoll, wie immer höhere Stückzahlen in hoher Qualität bei gleichzeitig sinkenden Produktionskosten realisiert werden können. Im Bauwesen hingegen ist die Automatisierung bisher noch kaum angekommen und speziell im Betonbau herrscht heutzutage immer noch eine Vielzahl von manuellen Herstellungsprozessen vor.
Zwar existieren heute bereits Ansätze zur automatisierten Herstellung von standardisierten Betonfertigteilen, jedoch erfüllen diese kaum den Wunsch nach individuell geformten Bauwerksstrukturen, die besonders im Wohnungsbau vorherrschen. Im Vergleich zur Automobilindustrie, in der hohe gleichbleibende Stückzahlen gefertigt werden, sind Bauaufgaben meist individueller und die Stückzahlen gering. Der Umstand, dass sich Automatisierungen bisher nur über große Stückzahlen amortisierten, kann somit als Hemmnis dafür angesehen werden, dass sich die Automatisierung von Prozessen im Betonbau bei der Herstellung von freigeformten individuellen Betonbauteilen bisher nicht wirtschaftlich darstellen lässt. Um eine Automatisierung im Betonbau wirtschaftlich umzusetzen, fehlt es an neuen innovativen automatisierten Herstellungsprozessen für Betonfertigteile, mit denen sich auch Kleinserien und Unikate wirtschaftlich schalen und somit herstellen lassen.
Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Es soll ein vollautomatisierter Fertigungsprozess entwickelt werden, mit dem freigeformte Betonbauteile abfallfrei hergestellt werden können. Hierzu wird Wachs als vollkommen recycelbares Schalungsmaterial zu Wachskörpern (Rohlingen) gepresst, die anschließend durch maschinelle Fräsbearbeitung zu freigeformten Schalungsmodulen geformt werden. Die so entstehenden Wachsschalungsmodule können im Anschluss aufgrund ihrer Modularität zu einer beliebig großen Gesamtschalung zusammengesetzt und mit Beton befüllt werden. Nach dem Erhärtungsprozess des Betons werden die nun nicht mehr benötigten Wachsschalungsmodule sowie die im Fräsprozess anfallenden Wachsspäne durch einen ebenfalls zu erforschenden Recyclingprozess in den Fertigungsprozess zurückgeführt.

 

In recent decades, the use of robots has automated many branches of industry, including mechanical and automotive engineering. Consequently, these industries have been able to further develop their value-added chain while significantly increasing productivity. The automotive industry, in particular, dominated by the largely autonomous, robot-supported series production of vehicles, is an impressive example of how ever-increasing quantities of high-quality automobiles can be produced while production costs continue to decrease. In the building industry, however, automation is scarce, especially in concrete construction, where a multitude of manual production processes still prevail.
Current methods for the automated production of standardized precast-concrete elements do not meet the demand for individually shaped building structures, which are particularly prevalent in residential construction. Production of specialized construction materials is much less common compared to the continuous, large-scale production seen in the automotive industry. So far, automation has only proven cost effective for mass production, and it can be seen as a barrier to the low-cost construction of individual free-formed concrete components. A need exists in the construction industry for innovative automated processes with which unique, precast concrete parts can be economically formed and manufactured in small series.
This need represents the starting point of the present study. A fully automated production process is to be developed for the waste-free manufacture of free-formed concrete components. For this purpose, wax - a completely recyclable formwork material - is pressed to wax bodies called blanks, which are then shaped into free-formed formwork modules by mechanical milling. Due to their modularity, the resulting wax formwork modules can then be assembled into a complete formwork of any size and filled with concrete. After the concrete has hardened, the disposable wax formwork modules and the wax shavings resulting from the milling process are returned to the production process through a recycling process.

 

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