KI‐gestützte Qualitätssicherung für die Fließfertigung von UHFB‐Stabelementen

Abstract

Schneller Präzisionsbau erfordert Modulbauweisen mit leichten, gut handhabbaren Bauelementen, die mit hohen Wiederholungsraten hergestellt werden können. Ein modularisiertes Stabwerk stellt eine solche Bauweise dar. Damit die Stabelemente kontinuierlich, schnell und wirtschaftlich hergestellt werden können, braucht es gegenüber dem klassischen Stahlbetonbau neue Fertigungs‐ und Konstruktionskonzepte, bei denen die Konstruktion hocheffizient ausgelegt sein muss (form follows force). Darüber hinaus muss die Konstruktion konsequent die Anforderungen aus einer schnellen Serienfertigung erfüllen. Für solche neuen Fertigungsprozesse bieten sich Qualitätssicherungskontrollen mit Künstlicher Intelligenz (KI) an, die ihre Daten aus einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren und Sensorarten gewinnen. Eine solche KI‐gestützte Produktion wird durch ein Künstliches Neuronales Netz (KNN) umgesetzt, das gegenüber konventionellen Ansätzen die Möglichkeit bietet, nichtlineare Zusammenhänge von heterogenen Daten abbilden zu können. In diesem Beitrag wird die KNN‐basierte Form der Qualitätssicherung (QS) an fließgefertigten Stabelementen exemplarisch für die Beurteilung von Betonoberfläche und Geometrie beschrieben, die einen ersten Schritt in eine Prozessregelung darstellen kann. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass damit sehr effizient auch kleine Fehlstellen eindeutig erkannt und lokalisiert werden können.

Modulare Fußgängerbrücken aus seriell hergestellten Betonfertigteilen

“…Hierfür werden zudem neue, auf diese Verfahren hin abgestimmte und optimierte Materialien wie carbonfaserbewehrter Hochleistungsbeton [27,28], Spritzbeton und selbstverdichtender Beton untersucht. In den Produktionsprozess werden Instrumente zur Qualitätssicherung integriert, welche diesen einerseits unmittelbar steuern und andererseits Informationen für die Assemblierung der Bauteile zur Verfügung stellen [29][30][31][32][33]. Informationen aus der Planung, Herstellung, Qualitätssicherung und Assemblierung der modularen Baukonstruktionen werden in ganzheitlichen digitalen Modellen organisiert [34,35], informieren die jeweiligen Prozessschnittstellen und stehen anschließend über den gesamten Lebenszyklus der Module für deren Instandhaltung, Austausch oder Wiederverwendung zur Verfügung [36].…”

Fertigungstoleranzen von Betonfertigteilen für die modulare Bauweise

“…Diese Verschwendung von Material, Zeit und humanitärer Arbeitskraft sollte vermieden werden [3]. Ein Lösungsansatz ist die Modulbauweise, in der Tragwerke in viele gleiche (oder ähnliche) Betonbauteile (Module) segmentiert werden, die in serieller Fertigung adaptiv, qualitätsgesichert und automatisiert vorgefertigt werden [4][5][6][7]. Sie können zudem formoptimiert [8] und somit ressourceneffizient [9,10] produziert und auf der Baustelle nur noch montiert wer-den.…”

Duktilitätssteigernde Bewehrungssysteme für fließgefertigte Stabelemente aus UHFB

“…So kann es in Zukunft gelingen, Bewehrungssysteme aus Faser‐Kunststoff‐Verbund bereitzustellen, welche im Fließfertigungsprozess herstellbare, extrem leichte und tragfähige Bauteile aus UHFB ermöglichen, die gleichzeitig eine hohe Resttragfähigkeit aufweisen und damit ein sicheres und duktiles Tragverhalten gewährleisten. Der Fließfertigungsprozess erlaubt gleichzeitig eine automatisierte in‐line‐Qualitätssicherung, über die an anderer Stelle in [4] berichtet wurde.…”

“…Der Aufbau der nachfolgend diskutierten weiterentwickelten Elemente (Bild 1, rechts) und das dafür entwickelte Bewehrungssystem richten sich nach den Anforderungen an einen automatisierten Fließfertigungsprozess. Die Elemente werden in einem Extrusionsprozess hergestellt und benötigen keine konventionelle Stabstahlbewehrung, sondern nutzen vielmehr ein Bewehrungssystem, das sich in Form eines Faser‐Kunststoff‐Verbunds (FKV) automatisiert von außen auf im Strangpressverfahren gefertigte UHFB‐Drucktragglieder applizieren lässt [4]. In diesem Beitrag geht es um den Einfluss unterschiedlicher Bewehrungsmaterialien auf ein duktiles Versagensverhalten der Bauteile.…”