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Portalroboter Multifunktionaler Portalroboter fertigt Fachwerkträger digital

| Autor / Redakteur: Marcel Nagel / Mag. Victoria Sonnenberg

Bei einer spektakulären Dachkonstruktion vereinen sich 48.624 Latten und 815.919 Nägel auf einer Fläche von 2308 m² zu einem organisch geformten Ganzen. Das Besondere: Die Fachwerkträger wurden mit einem Portalroboter komplett digital gefertigt.

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Jeder Träger ein Unikat: Der Güdel-Portalroboter bei Erne ermöglicht eine hochindividualisierte Produktion direkt aus den CAD-Daten.
Jeder Träger ein Unikat: Der Güdel-Portalroboter bei Erne ermöglicht eine hochindividualisierte Produktion direkt aus den CAD-Daten.
(Bild: Schunk)

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. 48.624 Latten mit variabler Länge bis 3 m und 64.944 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 sage und schreibe 150 Stunden. Hinzu kamen 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.

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Sieben-Achs-Portalroboter ist derzeit der größte Portalroboter Europas

Der flexibel einsetzbare Sieben-Achs-Portalroboter Güdel Woodflex 56 besteht aus einem Standardportal, das über eine Länge von 53 m verfahren werden kann, einem Drei-Achs-Linearmodul sowie einem robust ausgelegten Drei-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 des Kompetenzführers für Greifsysteme und Spanntechnik Schunk ausgestattet, mit dessen Hilfe die einzelnen Werkzeuge innerhalb kürzester Zeit voll automatisch gewechselt werden.

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 Schunkkupplung 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 voll automatisch die an fest definierten Stationen deponierten Werkzeuge.

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