Zukunft Bau Pop-up Campus Projekt // Robotische Stampflehmbar (Robotische Fabrikation von Bauteilen aus Stampflehm)

Lehm gehört zu den ursprünglichen Baustoffen und ist in Kulturen weltweit in unterschiedlichen Bauweisen vertreten. Stampflehmwände sind als Massivbauweise geeignet, Lasten abzutragen, daher kann auf Stützkonstruktionen weitestgehend verzichtet werden. Die Herstellung von Stampflehmwänden erfolgt traditionell manuell in einer steifen Schalung aus Holz: Erdfeuchter Lehm wird in Lagen in der Schalung verteilt und durch manuelle Druckstöße gleichmäßig verdichtet.

Durch robotergestützte Fertigungsprozesse kann das Material Lehm zu neuer Leistungsfähigkeit und neuen Ausdrucksformen gebracht werden. In dem Forschungsvorhaben „Robotische Fabrikation von Bauteilen aus Stampflehm“ wurde ein neuartiges, automatisiertes Verfahren entwickelt, mit dem Stampflehmbauteile robotergestützt in Vorproduktion gefertigt werden können.

Um das Potenzial der robotergeführten Stampflehmbauweise zu untersuchen, wurde in dem eingangs erwähnten Forschungsvorhaben das Konzept des gleichzeitig ausgeführten Schalens und Verdichtens durch einen digital gesteuerten Roboterarm systematisch für die großmaßstäbliche 1:1 Herstellung von Stampflehmbauteilen weiterentwickelt. Im Wesentlichen unterscheidet sich das Verfahren von den handwerklichen Methoden in drei Punkten:

1. Die Gleichzeitigkeit der Prozesse Schalen und Verdichten:

Während bei der traditionellen Stampflehmbauweise die Schalung vorab gestellt wird und das Befüllen und Verdichten nachläuft, erfolgt bei der vorliegenden Methode das Schalen, Befüllen und Verdichten in einem kontinuierlichen Prozess. Dies spart Ressourcen in Form von nicht benötigtem Schalungsmaterial, Bauzeit durch den Entfall des Umbauens der Kletterschalung und schlussendlich Baukosten.

2. Die robotergestützte Automatisierung erlaubt es, die Effizienz des Prozesses nicht in der Vergrößerung der Schalungsteile zu suchen, sondern in der präzisierten Prozesssteuerung. Insbesondere die Erhöhung der Frequenz der Wiederholungen des Verdichtungsprozesses ermöglicht die Reduzierung der im Stampflehmbau üblichen Lagenhöhen, wodurch sich auch die Verdichtungsenergie entsprechend verringert, was wiederum die Schalung entlastet. So kann der Herstellungsprozess optimiert werden. Neben der Optimierung der Steifigkeit ist auch die Reibung zwischen Schalung und Bauteil bei einer kleineren Schalungseinheit mit reduzierter Verdichtungsenergie deutlich geringer. In einem automatisierten Verfahren können die Parameter Schalungsdimension, Lagenhöhe und Verdichtungsenergie präzise aufeinander abgestimmt werden.

3. Durch den automatisierten robotischen Fertigungsprozess ist eine gleichbleibende Qualität sichergestellt, die sich auch auf die Materialkennwerte, insbesondere in der Druckfestigkeit auswirkt. Die zu erwartenden geringeren Streuungen können die Zulassung höherer Festigkeiten für die Bemessung von Stampflehmbauteilen zur langfristigen Folge haben.

Im Rahmen des o.g. Forschungsvorhabens wurde für den Zukunft Bau Pop-up Campus in Aachen eine Stampflehm-Bar in robotergestützter Fertigungstechnik hergestellt auf Basis der im Forschungsprojekt entwickelten Technologie.