Additive robotische Fabrikationstechniken für den Holzbau - kreislauforientierte Baumethoden mit wiederverwendeten Materialien

• Antragsteller: Professor Philipp Eversmann; Professor Dr.-Ing. Julian Lienhard; Professor Dr.-Ing. Werner Seim
• Fachliche Zuordnung: Architektur, Bau- und Konstruktionsgeschichte, Bauforschung, Ressourcenökonomie im Bauwesen ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436451184

Als einer der größten CO2-Emittenten und Materialverbraucher steht der Bausektor vor einer großen Herausforderung. Dazu werden in diesem Projekt drei Lösungsansätze aufgezeigt: Materialeffizienz, die Verwendung erneuerbarer Materialien und die Wiederverwendung von Materialien. Die Kombination dieser Strategien ermöglicht es, den Ressourcenverbrauch zu minimieren, CO2 speichernde Materialien in die Konstruktion zu integrieren und neue zirkuläre Wertschöpfungsketten für Baustoffe zu schaffen, die derzeit meist deponiert werden. Das Projekt knüpft an das DFG-Forschungsprojekt " Additive robotische Fabrikationstechniken für den Holzbau" an, in dem materialeffiziente computergestützte Entwurfsmethoden in Verbindung mit robotischer Fertigung untersucht wurden. Dabei wurden robotergestützte Assemblierungs- und Holzverbindungstechniken für leichte Hohlbauteile entwickelt. Im Gegensatz zu konventionellen Deckensystemen wurden bei diesem neuartigen Hohlkörpersystem kurze Holzbalken in statisch optimierter Anordnung zwischen zwei dünnen Plattenlagen eingesetzt. Moderne Holzbausysteme wie CLT basieren auf geklebten Verbindungen, was das Recycling der entstehenden Bauteile erschwert. In diesem Projekt wurden sowohl vollautomatische als auch leimfreie Verbindungsmethoden entwickelt, bei denen Buchenholzdübel in verschiedenen Winkeln robotisch platziert wurden, um sowohl Scher- als auch Zugkräften standzuhalten. Das neue Projekt zielt auf die dritte Strategie, die Wiederverwendung von Baustoffen. In Deutschland fallen nach den jüngsten Gesetzesänderungen, mit denen die Subventionierung der energetischen Verwertung abgeschafft wurde, Millionen Tonnen Altholz an. Da diese Materialien in unterschiedlichen Größen und Materialqualitäten vorliegen, war ihre Integration in industrielle Fertigungssysteme bisher oft technisch zu anspruchsvoll. Die im Vorgängerprojekt entwickelten Konstruktions- und Fertigungsmethoden bieten eine gute Ausgangsbasis, da man sich nicht auf standardisierte Träger- und Plattenabmessungen beschränken muss, und das Leichtbausystem theoretisch unbegrenzt erweiterbar ist. Selbst die Deck- und Bodenplatten unseres Hohlbauteilsystems können aus einer Vielzahl kleiner Elemente zusammengesetzt werden und ermöglichen dennoch eine strukturelle Anwendung. Um variable Abmessungen und Materialqualitäten effizient zu bearbeiten, soll in diesem Projekt eine neue kombinierte Technologie aus robotischer Analyse, Aufbereitung und Fertigung entwickelt werden. Computergestützte Entwurfsmethoden werden erforscht, um diese unregelmäßigen Materialien zu Bauteilen und räumlichen Konfigurationen zusammenzufügen, die aus Platten und Wänden für typische mehrstöckige Holzgebäude bestehen. Anschließend werden verschiedene strukturelle Analyse- und Optimierungsmethoden untersucht, um materialeffiziente Strukturen zu entwerfen. Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt werden Verbindungsmethoden entwickelt, die sich an unregelmäßige Materialien und Prozesse anpassen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen