Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Störgrößenkompensators, der Schwankungen eines Autobetonpumpenmastes ausgleichen soll. Dies ermöglicht wiederum ein toleranzgerechtes additives Ortbeton-Bauverfahren.

Bild Träges Kompensator-Modul

Träges Kompensator-Modul

Kompensator zum störungsfreien 3D-Beton-Druck mittels Autobetonpumpe (Störgrößenkompensator)

Für die additive Fertigung (3D-Beton-Druck) auf der Baustelle ist es naheliegend, Autobetonpumpen zu verwenden, was eine Machbarkeitsstudie der TU Dresden zum schalungsfreien Ortbeton-Bauverfahren “CONPrint3D” belegt. Das teilweise sehr lange Mastsystem herkömmlicher Autobetonpumpen weist am Mastende jedoch dreidimensionale Schwankungen im Bereich von mehreren Zentimetern auf. Diese resultieren u. a. aus der geringen Steifigkeit der Mastkonstruktion und dynamischen Anregungen aus dem Pumpvorgang bzw. entstehen infolge angreifender Windlasten. Sind solche undefinierten Bewegungen für den Pumpprozess fast bedeutungslos, stellen sie für die additive Betonfertigung doch ein erhebliches Problem dar. Denn der Druckkopf am Mastende ist so ruhig zu führen, dass eine Wand mit den gültigen Ebenheitstoleranzen nach DIN 18202 ausgeführt werden kann. Vorschläge zur Reduzierung der Mastbewegungen an einer Standard-Autobetonpumpe genügen bislang aber nicht, um auf der Baustelle norm- und formgerechte Wände zu errichten.

Bild Kinematisches Konzept und MKD-Simulation zum Kompensator

Kinematisches Konzept und MKD-Simulation zum Kompensator

Entwicklung eines elektro-pneumatischen Störgrößenkompensators

Aktuell forscht das IAB Weimar gemeinsam mit der -4H- JENA engineering GmbH an einem elektro-pneumatischen Kompensator, der als bewegliches Gelenk das Mastende der Autobetonpumpe mit dem angehängten Druckkopf verbindet. Die entwickelte Kompensator-Kinematik soll dynamisch auftretende und stochastisch verteilte Schwankungen am Mastende durch Relativbewegungen ausgleichen, um ein toleranzgerechtes additives Ortbeton-Bauverfahren zu ermöglichen. Das Projekt beschäftigt sich dabei nicht mit der Steuerung der Autobetonpumpe oder der Positionsbestimmung des Mastendes im Raum.

Bild Dynamisches Kompensator-Modul

Dynamisches Kompensator-Modul

Kaskadierte Kompensator-Kinematik

Ausgehend von verfügbaren Soll- und Ist-Koordinaten am Druckkopf berechnet ein eigens dafür entwickeltes Modell neue Stellgrößen für die Steuerung der Kompensator-Kinematik. Diese besteht aus einem trägen und einem dynamischen Modul, welche kaskadiert geschaltet sind. Das träge Kompensator-Modul regelt um seine Nulllage niederfrequente Störungen in drei translatorischen Raumrichtungen von ± 15 cm aus. Auf Grund der umgesetzten Kinematik ist perspektivisch auch die Ansteuerung eines rotatorischen Freiheitsgrades möglich. Das nachgeschaltete dynamische Kompensator-Modul soll höherfrequente Störungen und Stöße am Mastende beseitigen. Da es lediglich die vom trägen Modul nicht auszugleichenden Reststörungen quer zur fertigenden Wand übernimmt, ist zurzeit eine Steuerbewegung von ± 5 cm um seine Nulllage vorgesehen. Aus dem Stand können bis zu 4 kg in maximal 750 ms positioniert werden.

Auf Basis der Einzelmodulerprobung und der erforderlichen Zielkriterien wird aktuell ein Funktionsmuster erstellt, das bis zum Frühjahr 2020 noch zu testen ist.


Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Thomas Roske
+49 (0) 3643 8684-144
+49 (0) 3643 8684-113
t.roskeiab-weimar.de

Projektpartner

► -4H- JENA engineering GmbH