Produktionsautomatisierung in der Bauindustrie

Multifunktionaler Portalroboter im Holzbau

| Redakteur: Silvano Böni

Ohne Einsatz des Roboters wäre die Dachkonstruktion des «Arch_Tec_Lab» an der ETH Zürich nicht wirtschaftlich realisierbar gewesen.
Bildergalerie: 5 Bilder
Ohne Einsatz des Roboters wäre die Dachkonstruktion des «Arch_Tec_Lab» an der ETH Zürich nicht wirtschaftlich realisierbar gewesen. (Bild: Arch-Tec-Lab AG / Andrea Diglas)

Das «Arch_Tec_Lab» beeindruckt mit einer optisch wie technologisch spektakulären Dachkonstruktion. 48 624 Latten und 815 919 Nägel vereinen sich auf einer Fläche von 2308 Quadratmetern zu einem organisch geformten Ganzen. Das Besondere: Die Fachwerkträger wurden komplett digital gefertigt.

Wenn das Undenkbare plötzlich real wird, wenn technologische Grenzen sich auflösen und neue, bislang unentdeckte Horizonte zutage treten, spricht vieles für den Beginn eines neuen Zeitalters. Es ist wohl kein Zufall, dass just das ETH Zürich Institut für Technologie in der Architektur (ITA) und die Professur für Architektur und Digitale Fabrikation (Gramazio Kohler Research) hinter einem Projekt stehen, das das Potenzial hat, den Automatisierungsgrad im Holzbau nachhaltig zu verändern. 48624 Latten mit variabler Länge bis 3 m und 64944 unterschiedlich geartete Knotenpunkte machen das Dach des «Arch_Tec_Lab» zu einem Meisterstück moderner Architektur und zugleich zu einem Meilenstein des digitalen Holzbaus. Kein Träger gleicht dem anderen. 168 robotergestützt assemblierte Fachwerkträger bilden eine frei geformte, geometrisch komplexe Dachkonstruktion.

Durchgängige digitale Kette vom Entwurf bis zum Nagelgerät

Was konventionell bislang kaum realisierbar, geschweige denn bezahlbar war, lässt sich heute dank digitaler Fabrikation präzise und wirtschaftlich umsetzen. Der multifunktionale Portalroboter WoodFlex 56 der Güdel AG war der Schlüssel, mit dem die Erne AG Holzbau das von Gramazio Kohler Research entworfene und von der Arch-Tec-Lab AG geplante «Sequenzielle Dach» direkt aus den CAD-Daten heraus realisieren konnte. «Früher haben Architekten bei komplexen Formen nie in Holz gedacht, sondern immer in Beton», erläutert Thomas Wehrle, Vizedirektor der Erne AG Holzbau. «Unsere Anlage zeigt nun, was mit Holz möglich ist.» Bei einem ersten, zu Versuchszwecken konventionell gefertigten Träger lag der Aufwand für die Produktion bei 150 Stunden. Hinzukamen rund 50 Stunden allein für die Arbeitsvorbereitung. Der Güdel-Portalroboter hingegen benötigte einen Bruchteil der Zeit: Nach gerade einmal 12 Stunden war ein kompletter Träger direkt aus den CAD-Daten gefertigt. Ein einziger Mitarbeiter genügte, um die Anlage zu steuern, das Nagelbild jeder Lage mittels Tablet-Computer optisch zu kontrollieren, Vernagelungen zu korrigieren und Verbrauchsmaterial nachzufüllen.

Der flexibel einsetzbare 7-Achs-Portalroboter Güdel WoodFlex 56 besteht aus einem Standardportal, das über eine Länge von 53 m verfahren werden kann, einem 3-Achs-Linearmodul sowie einem robust ausgelegten 3-Achs-Handgelenk. Wichtige Steuerungstechnik wurde von ROB Technologies AG implementiert. Mit einem Arbeitsraum von 48 m Länge, 5,6 m Breite und 1,4 m Höhe ist er der derzeit grösste Portalroboter Europas. Seine Überfahrkapazität ist mit stolzen 8 t auf die maximale Traglast der Stapler bei Erne ausgelegt. Bei Bedarf lässt sich die Anlage über die komplette Hallenlänge von 100 m erweitern und gegebenenfalls mit einem zweiten Portal ausstatten. Damit der Roboter vollautomatisch handhaben, sägen, fräsen, verlegen, nageln und klammern kann, wurde er mit einem leistungsfähigen Schnellwechselsystem von Schunk ausgestattet, mit dessen Hilfe die einzelnen Werkzeuge innerhalb kürzester Zeit vollautomatisch gewechselt werden.

Sekundenschneller Werkzeugwechsel

Gerade das Schnellwechselsystem ist nach Ansicht von Thomas Wehrle ein wesentlicher Schlüssel, um die erforderliche Flexibilität zu erzielen. Bislang seien Anlagen im Holzbau meist mit vier fest installierten, mitfahrenden Aggregaten ausgestattet. «Bei dem Portalroboter mit der Schunk-Kupplung hingegen besteht die Möglichkeit, unbegrenzt Aggregate anzudocken und auch komplexe Werkzeuge einzusetzen», unterstreicht Wehrle. So verfüge beispielsweise der mit einer eigenen Steuerung ausgestattete Lattengreifer über ein Greifmodul, das auf einer Linearachse verfährt, und ein Nagelgerät, das in Z-Richtung zwei Arbeitspositionen einnehmen kann, nämlich das Heften bei gegriffener Latte und das Nageln. Alle erforderlichen Steuersignale sowie die Energie würden sauber über die Schnellwechselkupplung übertragen. Gleiches gelte für eine mobile Kreissäge, für wassergekühlte Spindeln oder für einen Vakuumgreifer zur Handhabung von Platten. «Für den Wechsel benötigen wir weder einen Mitarbeiter noch einen Kran», so Wehrle. Bei Bedarf wechselt der XXL-Roboter vollautomatisch die an fest definierten Stationen deponierten Werkzeuge.

Die Schnellwechselmodule aus dem Roboterzubehörprogramm von Schunk minimieren unproduktive Nebenzeiten, indem sie einen vollautomatisierten Wechsel der Aktoren ermöglichen. Sie bestehen aus zwei Teilen: einem Schnellwechselkopf, der am Roboterarm montiert ist, und einem Schnellwechsel­adapter, der mit dem jeweiligen Werkzeug verbunden ist. Beim Werkzeugwechsel werden beide Teile automatisch miteinander gekoppelt. In Sekundenschnelle gewährleisten diese eine stabile mechanische Verbindung und sorgen zugleich für eine zuverlässige Durchleitung von Pneumatik, Strom und elektrischen Signalen. Das patentierte «No-Touch-Locking-System» stellt bei den Schnellwechselmodulen auch dann einen zuverlässigen Wechsel sicher, wenn Kopf und Adapter bis zu 2,5 mm voneinander entfernt sind. Zusätzlich ist das Verriegelungssystem mit einer patentierten Selbsthemmung ausgestattet, die eine prozessstabile Verbindung zwischen Schnellwechselkopf und Schnellwechseladapter mit einer Wechselgenauigkeit von 0,015 mm gewährleistet. Der Antrieb und die Luftdurchführung sind unmittelbar ins Gehäuse der Schnellwechselmodule integriert.

Inhalt des Artikels:

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 44176073 / Robotik)