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Freitag, 22. Februar 2019

Stahlbau

Künftig wird automatisiert geschweißt

Von Fabian Kurmann | 18. Oktober 2018 | Ausgabe 42

Roboter sind ein Trend in der Branche – als Schweißer oder 3-D-Drucker –, wie Fachleute und Firmen auf dem Deutschen Stahlbautag zeigten.

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Foto: Zeman

Maschinen, die Träger automatisiert zusammenschweißen, könnten die Stahlbaubranche effizienter machen. Bisher werden die meisten Nähte noch von Hand geschweißt.

Für die Stahlbauer läuft es rund. Wurden 2016 im Bereich Planen und Bauen mit Stahl noch 11,3 Mrd. € erwirtschaftet, waren es im vergangenen Jahr bereits 12,7 Mrd. €. „Dank der guten Konjunktur ist die Branche zurzeit sehr gut ausgelastet“, sagt Reiner Temme, Präsident des Deutschen Stahlbau-Verbands (DSTV), am Rande des 39. Deutschen Stahlbautags vergangene Woche in Duisburg.

Trotz der hohen Nachfrage drückt der Schuh die Stahlbauer bereits seit Langem an einer Stelle. „Die Branche klagt über das Preisniveau, da der Wettbewerbsdruck nach wie vor sehr hoch ist“, erklärt Temme. Umgekehrt ist der Automatisierungsgrad bei der Fertigung von Stahlbauteilen vergleichsweise gering. Nach dem Zuschnitt in der Säge-Bohranlage werden viele der Schweißnähte händisch erledigt, ebenso wie die Beschichtung des Stahls mit Korrosionsschutz. In diesem Punkt kündigen sich Veränderungen an, wie sich auf dem Stahlbautag zeigte.

„Wir sind heute mit der Robotertechnik, mit der Sensorik und der Steuerung so weit, dass Roboter Baugruppen automatisch zusammenschweißen“, sagt Temme. Den Beweis dafür liefern Unternehmen wie Zeman Bauelemente. Die Österreicher präsentierten sogenannte Steel Beam Assembler, bei denen ein Stahlträger von zwei Roboterarmen automatisiert mit zusätzlichen Elementen – etwa Stirnplatten für den Anschluss an weitere Bauteile – bestückt wird. Zwischen 30 und 40 solcher Anlagen seien weltweit verkauft worden, heißt es am Zeman-Stand.

Anders als beim Massivbau mit Beton oder Backsteinen wird im Stahlbau fast alles vorgefertigt. „Alle Arbeiten, die in der Werkstatt ausgeführt werden, hat man im Hinblick auf Fertigungsabläufe, Qualitätssicherung, Ressourcen etc. wesentlich besser im Griff als auf der Baustelle“, so Temme. Dort solle nur noch zusammengesetzt und verschraubt werden.

Da ein großer Teil der Wertschöpfung in Werkstatthallen stattfindet, gibt es einiges Potenzial durch Automatisierung. Andere Industriezweige sind hier schon deutlich weiter, doch der Stahlbau hat angefangen aufzuholen. „In Zukunft könnte es in den Stahlbauhallen ähnlich aussehen wie in den Produktionsstätten der Automobilindustrie, wo hoch qualifizierte Arbeitskräfte für Steuerung und Überwachung der Prozesse notwendig sind und die Fertigung voll automatisiert erledigt wird“, sagt der Präsident des DSTV. Während die Roboter von Zeman Bauteile „nur“ zusammenschweißen, erstellen die Roboter von Jörg Lange und seinem Team der TU Darmstadt eigene Bauteile selbst. Die Mario und Luigi genannten Geräte sind 3-D-Drucker, die aus einem Stahldraht fast jede erdenkliche Form schmelzen können.

Ingenieure des niederländischen Unternehmens MX3D haben mit der Technologie eine vollständig 3-D-gedruckte Brücke erstellt (s. VDI nachrichten 41/2017). Doch solche Anwendungen sind weit von der Alltagstauglichkeit entfernt, alleine schon, weil sie sehr kostspielig sind. „In unserer Forschung versuchen wir den 3-D-Druck möglichst schnell in den aktuellen Stahlbauprozess einzubauen“, erklärt Lange. Im Moment nutzt sein Team die Technik noch als Substitution für aktuelle Verfahren, etwa um eine sogenannte Steife passgenau aufzubauen, statt ein Blech einzuschweißen.

Foto: Fotos (2): TU Darmstadt

Steifen werden traditionell über eingeschweißte Bleche realisiert (oben). Man kann sie aber auch vom 3-D-Drucker aufbauen lassen (unten), der die Steife an die Zwischenräume anpasst.

„Die Walzprofilhersteller haben bisweilen Probleme mit den Parallelitäten der Flansche“, sagt der Professor für Stahlbau. Beim Einbau der Steifen könne das zum Problem werden, weil Bleche wieder angepasst und Lücken zugeschweißt werden müssen. „Unser Roboter Mario scannt den Bereich und druckt dann passgenau“, so Lange.

Verfahren wie diese bringen kleine Ersparnisse, weil etwa der Logistikaufwand für zahlreiche kleinere Teile eingespart werden könnte. „Meine Hoffnung ist, dass die Technologie uns noch neue Möglichkeiten eröffnet“, sagt der Forscher. Welche das konkret sind, weiß er aber noch nicht. Auch Reiner Temme ist überzeugt: „Die vollautomatischen Anlagen sind derzeit noch sehr teuer, aber in der automatisierten Fertigung liegt die Zukunft“,

Neben Kostenvorteilen scheinen auch Schwierigkeiten bei der Suche nach gut ausgebildetem Personal ein Anreiz für den Robotereinsatz zu sein. „Ich glaube, dass auch die Mittelständler mehr und mehr auf automatisierte Fertigung umstellen werden, gerade weil die einsetzbaren Fachkräfte weniger werden“, sagt der DSTV-Präsident. Auch Lange kennt das Problem: Im Rhein-Main-Gebiet zum Beispiel können sich Schlosser bei den aktuellen Mieten keine Wohnung mehr leisten. Dort sei es interessant, nur noch einen hoch qualifizierten Anlagenbediener zu benötigen. „Dieser Prozess wird uns die nächsten zehn bis 15 Jahre begleiten“, so Lange. Der Anteil von Robotern an der Wertschöpfung werde im Stahlbau Schritt für Schritt steigen.

Nicht nur die Fertigung steht vor einem Wandel, auch in der Planung setzen sich Trends wie integrale Planung – vor allem bei architektonisch anspruchsvollen Gebäuden – zunehmend durch, ist Lars Feulner, Stabsbereichsleiter Technische Dienste bei Züblin Stahlbau, überzeugt. Er war am Bau der neuen Adidas-Arena beteiligt, die ebenfalls integral, also von der Gründung bis zum Überbau, zusammenhängend geplant wurde. „So kann man Lastreserven ausnutzen und die verwendeten Materialien optimiert einsetzen.“

Auch neue Rechenverfahren helfen bei der Optimierung. Bei der Adidas-Arena konnten so nur die Hauptträger brandschutzbeschichtet werden. „Das Verfahren wurde in England entwickelt und dort schon öfter eingesetzt“, sagt Norbert Sauerborn, Leiter des technischen Büros Stahl + Verbundbau. Wenn die Randbedingungen wie in diesem Fall stimmten, könne man die Nebenträger unbeschichtet lassen.

Neue Ideen im deutschen Bau umzusetzen, sei keine leichte Aufgabe, weiß der Ingenieur. „Heute sind die Normen dick und die Bereitschaft davon abzuweichen, ist klein.“ Selbstverständlich müsse alles sicher sein, aber die Normengläubigkeit verhindere, dass man sich weiterentwickle und Neues ausprobiere, sagt Sauerborn.

Er plädiert auch dafür, beim Geschäftsmodell über den Tellerrand zu schauen. „Der Stahlbau beschränkt sich noch zu stark auf sein Gewerk.“ Sobald ein wenig Beton dabei sei, würden viele Stahlbauer ein Projekt nur ungern anpacken. Doch damit endeten sie oft als Zulieferer statt als Projektabwickler. „Wir müssen im Stahlbau weg von der reinen Fertigung kommen“, ist der Ingenieur überzeugt.

Auch das Arbeiten am 3-D-Modell über die Gewerke hinweg verbreitet sich immer mehr. „Die Modelle, die in der Entwurfsphase entstehen, werden auch für die Preisermittlung herangezogen, im Auftragsfall verfeinert und für die Schnittstellenplanung an die Projektbeteiligten weitergegeben“, sagt Feulner. Der Informationsaustausch ist so weniger anfällig für Fehler – ein Schritt in Richtung der digitalen Planungsmethode Building Information Modeling (BIM).

Für das Gelingen gibt es aber Voraussetzungen: „Man muss von vornherein alle Beteiligten mit ins Boot holen und die Spielregeln erklären“, betont Feulner. So müsse etwa der Nullpunkt des Modellkoordinatensystems klar kommuniziert werden, ebenso wie Kleinigkeiten wie das Abspeichern der Daten im offenen IFC-Format.