Kollege Roboter mauert Kalksandstein-Wände

KIEL, 02.04.2019 – Ersetzen Roboter bald Bauarbeiter? Kostendruck und Fachkräftemangel könnten die Automatisierung am Bau beschleunigen. Forscher der Universität Duisburg-Essen testen zurzeit den ersten Seilroboter, mit dem Wände aus Kalksandstein maschinell gemauert werden können.

von Benno Stahn

Seilroboter errichtet Kalksandsteinwände
Unter fast realistischen Bedingungen: Ein Seilroboter errichtet erfolgreich eine Kalksandsteinmauer. | Foto: Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl für Mechatronik

Mit einem menschenähnlichen Androiden hat der von der Uni Duisburg entwickelte Roboter keine Ähnlichkeit. „Wenn wir einen Roboter gebaut hätten, der wie ein Mensch arbeiten soll, hätte das zu nicht brauchbaren oder nicht optimalen Lösungen geführt“, sagt Dr. Tobias Bruckmann vom Lehrstuhl für Mechatronik an der Universität Duisburg. „Wir müssen nicht darauf schauen, wie heute Probleme gelöst werden. Die Frage ist: Wie muss ein Prozess aussehen, um auf automatisiertem Weg ein äquivalentes Ergebnis zu bekommen?“
Entstanden ist die Idee für einen Bauroboter aus einem Logistikprojekt heraus, zu dem der Bauingenieur Arnim Spengler vom Institut für Bauwesen und Baumanagement (IBB) und der Bauinformatiker Prof. Markus König von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) stießen. Sie stellten fest, dass ein Hochregallager durchaus einer gemauerten Wand ähnelt. So entstand der Gedanke, dass Bauwesen und Seilrobotik zusammenpassen könnten. Hinzu kam, dass im Bauwesen noch sehr wenig automatisiert wird und entsprechend viel Potenzial zu entwickeln ist. „Da kam die Seilrobotik ins Spiel. Auch weil am Bau typischerweise für große Produkte auch große Roboter gebraucht werden“, so Bruckmann. Bei dem Projekt kooperieren Wissenschaftler vom Lehrstuhl für Mechatronik mit dem IBB sowie dem Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen an der Ruhr-Universität Bochum.

Fachkräftemangel als Forschungstriebkraft


Auch das Problem des Fachkräftemangels habe eine Rolle gespielt: „Dass es auch insoweit einen Bedarf zur Automatisierung gibt, zeigt schon die Tatsache, dass die Bauingenieure sich überhaupt mit der Robotik befassen wollten“, sagt Bruckmann.
Die Wissenschaftler stellten sich die Frage: Gibt es eine Technologie, die möglichst viel abdeckt? Denn zurzeit werden eher die Einzelprozesse gesehen, und dafür werden dann Lösungen gesucht. Im ungünstigsten Fall bedeutet das, dass für jeden Schritt ein eigener Roboter gebraucht wird – sicher kein vielversprechender Ansatz.

Machbarkeitsstudie gab den Ausschlag


Eine Machbarkeitsstudie der Universität Duisburg im Jahr 2016 ergab, dass die Probleme technisch lösbar sind. Aber, gibt Bruckmann zu bedenken: „So etwas lässt sich in der Praxis nur realisieren, wenn es bei einem Anwender auch den Bedarf gibt. Die Zukunft muss zeigen, ob das Ganze von einem Bedarf am Markt weitergetrieben wird. Das ist letztendlich eine wirtschaftliche Entscheidung. Denn der Forschungsaufwand, bis man Roboter soweit hat, dass er auch zuverlässig seine Aufgaben erledigt, ist enorm groß, das braucht noch viel Zeit. Bleibt auch die Frage: Ist das die effizienteste Lösung zur Automatisierung des Baus?“
Was es schon gibt, sind Roboter, die Teile wie beispielsweise Ziegel automatisiert verlegen können. Dafür wurden Roboter wie „Hadrian“ und „SAM“ entwickelt. „Das ist aber nur ein Schritt, um Gebäude zu errichten“, so Bruckmann. „Unser Wunsch oder Hoffnung ist, dass die Seilrobotik zu mehr taugt, als nur kleine Ziegel zu setzen. Wir haben mit Kalksandsteinen getestet, weil wir zeigen wollten, dass auch höhere Nutzlasten bewegt werden können. Auch große Elemente sind für die Seilrobotik kein Problem.“ Der leitende Gedanke sei gewesen, die Baustelle so zu automatisieren, dass eine Vielzahl von Prozessschritten auf der Baustelle erledigt werden könnten.


Dr. Tobias Bruckmann (zweiter von rechts) und sein Team forschen und entwickeln Seilroboter
Dr. Tobias Bruckmann (zweiter von rechts) und sein Team forschen und entwickeln Seilroboter. Von links: Roland Boumann, Robin Heidel und Patrik Lemmen. | Foto: B_I/B. Stahn

Bau trifft auf Mechatronic


Ein noch zu lösendes Problem sei, so Dr. Bruckmann, dass hier zwei sehr unterschiedliche Branchen aufeinandertreffen: der Maschinenbau, der in der Automatisierungstechnik stark von der Mechatronik und der IT getrieben wird. Und der Bau, bei dem dies nicht so sei. Dort werde argumentiert, dass unter extrem schweren Bedingungen gearbeitet werden müsse. „Das wird sich so schnell nicht ändern, vor allem, wenn man sich an alte Prozesse klammert. Es müsste diskutiert werden, dass der Bau ganz anders aussehen könnte. Etwa wie im Maschinenbau, wo so geplant werde, dass ein Produkt automatisierbar ist“, fordert Bruckmann.
Sind andere Branchen weiter? Bruckmann: „Die Seilrobotik ist nicht verbreitet, abgesehen von den Seilrobotern in Fußballstadien. Es gibt erste universitäre Spin offs, die sich die Seilrobotik vornehmen. Wir haben in Förderprojekten teilweise Spin offs der Universitäten mit drin, aber das sind noch kleine Initiativen, um einen Fuß in den Markt zu bekommen, aber auch um Erfahrungen zu sammeln. Bis vor wenigen Jahren war Seilrobotik noch Grundlagenforschung. Heute sind wir schon in der Phase, wo darüber nachgedacht wird, in welchen Anwendungsfällen diese Technologie effizient genutzt werden kann.“

Partner aus der Bauindustrie gesucht


Die Aufgabe, die sich jetzt stelle, sei, die richtigen Partner zu finden, um branchengerechte Lösungen anbieten zu können. „Wir würden uns freuen, wenn wir in den nächsten fünf bis zehn Jahren die Gelegenheit hätten, unter realistischen Bedingungen ein Gebäude zu errichten. Wir als Maschinenbauer brauchen für die Baupraxis sowohl die akademische Unterstützung als auch die der Industrie, der Verbände, der Normungsausschüsse etc. Und wir müssen Projekte entwickeln und die Ressourcen bekommen, um das Thema weiterzutreiben.“ In diesem Sinne konnte die Projektidee bereits Unterstützung und Expertise durch die Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. gewinnen, mit der sich die Forscher gemeinsam um den Bauma-Innovationspreis 2019 beworben haben. Bis in die finale Auswahlrunde haben sie es mit dem Kalksandstein-Seilroboter geschafft.
Das Spannende an dem Projekt sei, findet Bruckmann, dass die wenigsten Fragen von einem reinen Bauingenieur oder einem reinen Maschinenbauer zu lösen seien. „Man braucht mindestens beide Fachrichtungen. Wir müssen letzten Endes versuchen, nicht den Prozess zu replizieren, wie er heute ist, sondern wir müssen schauen, wie kann ich das Ergebnis auf automatisiertem Weg herstellen. Wir werden also um die Ecke denken müssen und Dinge ganz anders angehen als bisher“, so Bruckmann. Zum Beispiel müsste mit einem Bauingenieur geklärt werden, wie ein Türsturz automatisiert erstellt werden könnte. Es werde nur dann gute Lösungen geben, wenn die entsprechenden Partner mitspielten. Das könnte der derzeitige Brückenschlag von Bauingenieurwesen zur Mechatronik bewirken.
Schema eines Seilroboters: Wie ein 3D-Kran kann er Bauteile präzise positionieren
Das Schema eines Seilroboters: Wie ein 3D-Kran kann er Bauteile präzise positionieren. | Foto: Fraunhofer IPA

Automatisierung wird Menschen am Bau nicht ersetzen


Verändert sich durch die Robotik das Berufsbild Bau? Werden Arbeitskräfte überflüssig? „Die Automatisierung in anderen Branchen hat gezeigt, dass immer auch in anderen Bereichen Fachkräfte notwendig wurden. Es wird nie eine Baustelle ohne Menschen geben“, sagt Tobias Bruckmann. „Tätigkeiten werden sich ändern, aber Menschen werden weiterhin gebraucht. Wenn der Facharbeitermangel bleibt, sind wir aufgerufen, den Menschen so einzusetzen, dass er an der Stelle möglichst nützlich ist. Wir gehen aber davon aus, dass die Tätigkeiten deutlich angenehmer werden, als man es heute kennt, vor allem was die physische Belastung angeht. Ein Bauarbeiter möchte ja vielleicht mit 60 noch arbeiten und eine Arbeit machen, die mit Erfahrung zu tun hat. Also noch eine Perspektive bietet.“
Deutschland hätte gute Chancen, im Bereich Baurobotik die Nase vorn zu haben, denn im Ausland ist man nicht weiter, im Gegenteil. Bruckmann: „Mir ist nicht bekannt, wo sonst noch über das Mauern im Kalksandstein nachgedacht wurde, mit Hilfe von Seilrobotik. Da sind wir die ersten. Es gibt andere Initiativen, wo über Seilrobotik und Bau nachgedacht wird, aber auch eher im Labormaßstab. Wir sind die ersten mit Forschung an einem realistischen Seilroboter mit Kalksandstein.“ Deutschland führend in der Baurobotik – das wäre doch mal was.



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