Technik

Konzeption industrieller Prozesse zur Produktion architektonisch anspruchsvoller Doppelwände

Das von der Firma Jousselin 2008 auf den Markt gebrachte Inov’Mur(i) hat zahlreiche technische Weiterentwicklungen bei der industriellen Integration der Dämmung aufzuweisen. Den Anstoß für die Inov’Mur(i)-Technologie gaben Anforderungen bezüglich der thermischen Vorschriften (Règlementation Thermique) RT 2000 ab 2012 und die Normen für Niedrigenergie- (BBC, bâtiment de basse consommation) oder Plusenergiehäuser. J Y Jousselin nutzte eine bestehende Umlaufanlage als Basis für die Produktion einer Doppelwand, wobei die Aufgabe über die einfache Integration der Dämmung hinausging. Zum einen sollte jede Wärmebrücke vermieden werden und zum anderen die Spezialität von Jousselin, Architekturbeton für Fassaden, wie weißer, bunter, strukturierter, polierter oder gestockter Beton, integriert werden. Zur Umsetzung dieser Ideen wurde Jousselin ingénierie gegründet.

Eine der ersten Entwicklungen war ein aus alkaliresistenten Glasfasern bestehendes athermisches Verbindungselement, das dank seiner Form und der Erweiterung um zusätzliche Funktionen das Weglassen der Abstandhalter zwischen den beiden Wänden sowie der Tellerdübel auf der Dämmung ermöglichte. Das Verbindungselement kann so eingestellt werden, dass es eine Betonüberdeckung von ein bis drei Zentimeter aufweist.

Zusammen mit dieser Entwicklung wurde ein ebenfalls aus Glasfasern gefertigter Abhebeanker entworfen, der sogar eine Dämmung im Innern des Abhebeankers in gleicher Dicke, wie sie für die Wand gefordert ist, ermöglicht, wodurch nicht nur Wärmebrücken, sondern auch mögliche Rostfahnen auf der Fassade vermieden werden.

Der gesamte Prozess wurde mit der Entwicklung einer vollständig robotisierten Fertigungseinheit durch Jousselin ingénierie umgesetzt. Die Programmierung dieser Einheit ist benutzerfreundlich, dank der Eingabe von Größenangaben auf einem Touchscreen, auf dem entweder das Foto des Verbindungselements oder des Abhebeankers erscheint. Der Abhebeanker ersetzt mehr als 40 verschiedene Haken, wodurch die Gefahr eines unpassenden und falsch eingesetzten Ankers und die Möglichkeit des Abreißens vermieden wird. Lohnkosten für diesen Prozess fallen nicht an, da die Arbeit vollautomatisch ausgeführt und während der Produktion vom Roboter gesteuert wird.

Fertigungseinheit
Automatisierte Fertigungseinheit, entwickelt von Jousselin ingénierie.

Verdichten mittels Ultraschall

Eine der wichtigsten Neuerungen zielte darauf ab, die sichere Einbindung des Verbindungselements in den Beton zu garantieren. Dies wurde durch ein patentiertes Verfahren gewährleistet, bei dem Ultraschall-Schwingungen über die Glasfaserelemente in den Beton eingetragen werden. Klassisches Rütteln hätte dazu geführt, dass die Dämmelemente sich verschoben hätten, wodurch Maßungenauigkeiten entstanden wären. Manuelle Nacharbeiten sind dadurch überflüssig.

Die Kollisionen zwischen Verbindungselementen und Stahlmatten bilden einen kritischen Punkt des Inov’Mur(i) Prozesses und wurden tiefgreifend bei Jousselin untersucht. Es galt eine ordnungsgemäße Verteilung der athermischen Verbindungselemente sicherzustellen, ohne dabei Gefahr zu laufen, beim Einsetzen des Verbindungselements sowie beim Herumdrehen zur Verbindung beider Seiten mit der Bewehrungsmatte unter der Dämmung zu kollidieren. Weiterhin musste die Dämmung ausreichend genau durchbohrt werden, ohne dabei Undichtigkeiten (Auslaufen von Zementleim) zu begünstigen.

Jousselin schlug seinem CAD-Partner, dem Unternehmen IDAT vor, eine spezifische Anwendung für Dämmungen zu entwickeln, welche diese Kollisionskontrolle beinhaltet. Dies ermöglicht die Integration der Dämmelemente bereits in der Konzeptionsphase, mit automatischer Berechnung der Positionen der Verbindungselemente gemäß vorher festgelegten Berechnungsregeln. Diese erscheinen virtuell auf der Bewehrungsmatte, und wenn eine Kollision vorliegt, wird das Verbindungselement rot dargestellt und der Anwender kann durch Verschieben eine kollisionsfreie Position wählen. Eine „Unitechnik“-Datei für die Bearbeitung des Dämmstoffs wird umgehend generiert und an die für das Zuschneiden und Bohren des Dämmstoffs von Jousselin entwickelte Maschine weitergeleitet.

Das Zuschneiden und Bohren der Dämmung folgt direkt aus der voran beschriebenen Anwendung. Ausgehend von CAD IDAT wird eine Datei an das Bearbeitungszentrum übermittelt, die das Lochen der Dämmung an den richtigen Stellen gewährleis­tet, um Kollisionen mit der Bewehrungsmatte zu vermeiden.

Anfänglich konnte nur Polyester verarbeitet werden. Das Zuschneiden und Bohren der Elemente erfolgte ausgehend von den marktüblichen Formaten. Mit der Möglichkeit, nicht nur Polyester, sondern auch Polyurethan und später – zwecks Sicherstellung des Brandschutzes – Steinwolle zu verarbeiten, hat sich die Nachfrage rasch entwickelt.

Die Entwicklung dieses Prozesses sollte die Integration von Polyester, Polyurethan, Steinwolle, Schaumglas und bei Bedarf jeden festen oder halbfesten Dämmstoff ermöglichen.

Jousselin ingénierie hat eine innovative Lösung für das Wasserstrahlschneiden ausgearbeitet. Diese Lösung vermeidet den Lärm beim Schneiden, welcher unter Umständen der Lautstärke eines Flugzeugtriebwerks gleicht. Außerdem erforderten die Motoren der Verfahrachsen angesichts der Anzahl der Löcher für die Verbindungselemente (Vier Stck/m²) grundsätzlich eine massive Ausbildung der Tragstruktur. Um hohe Schneidgeschwindigkeiten zu ermöglichen, (etwa mehr als 25 m/min bei Steinwolle) hat Jousselin ingénierie ein Konzept für die Steuerung der NC-Achsen entwickelt, welches in einem Leichtbaurahmen umgesetzt wurde.

Die Entwickler haben die Verlegeplanung und Beschriftung mittels eingebautem Plotter integriert, was Fehler bei der Herstellung der Dämmfläche auf der Palette vermeiden hilft.  Die Konstruktion ist so ausgeführt, dass sich der Bewehrungsstahl beim Betonieren nicht mehr bewegt. Somit wird ein möglicherweise fehlerhaftes manuelles Eingreifen unnötig.

Zuschneiden und Bohren mittels Ultrahochdruckwasserstrahl.
Zuschneiden und Bohren mittels Ultrahochdruckwasserstrahl.

Verschweißen des Stahls

Noch vor kurzem wurde dieser entscheidende Arbeitsgang der Positionierung des Bewehrungsstahls bei Jousselin per Hand ausgeführt. Die gewöhnlich von den Herstellern der Umlaufanlagen vorgeschlagenen Lösungen, nämlich Roboter für einfache Verlegearbeiten, konnten J Y Jousselin nie wirklich überzeugen. Auch wenn diese Option bei einfachen ungedämmten Wänden noch geeignet war, stellt sie keine Hilfe im Fall der gedämmten Wände dar.

Im Gegenteil, der Prozess wird in erheblichem Maße erschwert, wenn der Bewehrungsstahl ungleichmäßig positioniert wird, so dass eine manuelle Nacharbeit erforderlich ist. Es werden Ressourcen verbraucht und der Umlaufzyklus der Paletten wird verlangsamt. Der Grund dafür ist, dass der Zugang zur Richtanlage aufgrund der obligatorischen Sicherheitsbarrieren verhindert wird, und somit keine Nutzung der Stahlschneidemaschine möglich ist.

Für dieses Problem wurde eine Lösung ausgearbeitet, welche im Anschluss an Laborversuche freigegeben und von einer durch Oseo beauftragten Zertifizierungsstelle (CETIM) zertifiziert wurde.

Die auf dem Markt angebotenen Schweißmaschinen waren sowohl in punkto Kosten, als auch in punkto Platzbedarf aus der Sicht von Jousselin verbesserungswürdig. Aufgrund dessen hat Jousselin einen eigenen automatischen Fertigungsprozess für Bewehrungsmatten entwickelt. Die Matten werden entsprechend der CAD-Pläne positioniert und geschweißt. Das besondere hierbei ist, dass dieser Prozess über der Umlaufanlage, also in ungenutztem Raum stattfindet.

Jousselin hat sich für eine Lösung entschieden, wobei anthropomorphe Roboter mit sieben Achsen (sechs Dreh- und eine Linearachse) die entscheidende Arbeit leisten. Der Positionie-rungstisch ist mit drei Robotern für das Verlegen des Stahls und zwei Schweißrobotern, die die MIG/MAG Schweißtechnik verwenden, ausgestattet.

Vorbereitete Dämmung und Verbindungselemente aus alkaliresistenten Glasfasern.
Vorbereitete Dämmung und Verbindungselemente aus alkaliresistenten Glasfasern.

Automatisch gesteuerte Verteilerbrücke

Um den Prozess so weit wie möglich zu beschleunigen, hat Jousselin zudem eine digitale Verteilerbrücke entwickelt, welche die auf Maß gefertigten Matten direkt auf die darunter liegende, mit zusätzlichen Schalungselementen versehene Palette ablegt.

Die Positionierungseinheit ist in der Lage, die Stahlelemente bis auf 1/10 Millimeter genau zu verlegen. Da die Schweißroboter ebenfalls in der Lage sind, auf 1/10 Millimeter genau zu schweißen, treten keine Genauigkeitsprobleme bei der Schweißung an den Kreuzungsstellen der Stähle auf. Darüber hinaus sorgen Positionshalter, dank derer nur geringe Fluchtungsabweichungen beobachtet werden, dafür, dass sich die vom Schweißen verursachten Verformungen in Grenzen halten.  Dies ermöglicht kontaktlose Verbindungen, was im Falle von gerichteten Stählen – die nicht immer ganz gerade sind – einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Punktschweißen darstellt, welches ein mechanisches Aneinanderpressen erfordert.

Jousselin hat ein neues, auf einem anthropomorphen Roboter installiertes und mit Palettenverfolgungsfunktion ausgestattetes elektrostatisches Zerstäubungssystem entwickelt. Die Versuche haben ergeben, dass eine Beimischung von weniger als zwei Prozent eines speziellen Zusatzstoffs dafür sorgte, dass das Schalöl mit dem elektrostatischen Prozess aufgetragen werden konnte. Durch dieses Verfahren wurde nicht nur ein übermäßiger Auftrag von Schalöl vermieden (außerdem befindet sich kein Personal mehr im Zerstäubungsbereich), sondern auch eine außergewöhnliche Qualität und Auftragsfeinheit erzielt. Der dünne Ölfilm hinterlässt nach dem Entschalen keine optischen Spuren, was für architektonisch anspruchsvolle Betonfertigteile äußerst wichtig ist.

Schweißen der Bewehrungsmatten mithilfe von mehrgelenkigen Robotoren von Kuka.
Schweißen der Bewehrungsmatten mithilfe von mehrgelenkigen Robotoren von Kuka.
Reinigen.
Reinigen mit -80°C kaltem CO2.

Reinigung mittels Kryotechnik

Die Reinigung der Paletten der Umlaufanlage ist maßgebend für die Qualität der Betonoberflächen. Das herkömmliche Abbürsten der Schalflächen erwies sich als völlig unzureichend, um die Sauberkeit zu garantieren. Nach langen Überlegungen wurde eine Reinigungslösung implementiert, die sich der Kryotechnik bedient (unter hoher Geschwindigkeit wird - 80°C kaltes CO2 zerstäubt) und durch einen Roboter mit Palettenüberwachung ausgeführt wird.

Dieses Verfahren entfernt die in der Tiefe der Stahlstruktur angesammelten Partikel, welche sich oft mit dem Schalöl vermischen. Diese feinsten Partikel bilden oft einen Schmutzfilm, der normalerweise beim Reinigen lediglich verschmiert wird und sich schlussendlich auf der Betonoberfläche wiederfindet.

Die in dieser Produktionseinheit für gedämmte, architektonisch anspruchsvolle Doppelwandelemente entwickelten Prozesse, der Robotisierungsgrad und die verwendeten Techniken (für einige ist es eine Weltpremiere in diesem Gewerbe), machen diese Produktionseinheit zu einer der leistungsfähigsten ihrer Art.

Fertige Doppelwand montiert auf der Baustelle.
Fertige Doppelwand montiert auf der Baustelle. Nicht nur die Betonoberflächen entsprechen höchsten Qualitätsansprüchen.
 
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