Autonome Baumaschinen gegen den Fachkräftemangel

Bei ausgewählten Bauprozessen, beispielsweise im Erd-, Straßen- oder Spezialtiefbau, seien solche intelligenten Baumaschinen umsetzbar. „Solche Lösungen haben das Potenzial für merkliche Effizienz- und Produktivitätssteigerungen“, unterstreicht Müller. Denn sie könnten Maschinenführerinnen und Maschinenführer bei sich wiederholenden und ermüdenden Tätigkeiten entlasten. Intelligente Baumaschinen seien zudem unabhängiger von deren individuellen Fähigkeiten – in Zeiten des Fachkräftemangels ein nicht zu unterschätzender Vorteil, so der Branchenkenner. Wie weit die Bauindustrie auf dem Weg zu autonomen oder zumindest intelligenten Baumaschinen schon ist, werden die Aussteller der bauma 2022 in München zeigen, der weltgrößten Messe für Baumaschinen, Baustoffmaschinen, Bergbaumaschinen, Baufahrzeuge und Baugeräte.

Intelligente Baumaschinen kommunizieren miteinander

Um zunächst eine Teilautonomie auch auf komplexeren Baustellen zu ermöglichen, ist eine herstellerübergreifende Maschine-zu-Maschine-Kommunikation entscheidend. Die Voraussetzungen dafür will der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA) zusammen mit dem Hauptverband der deutschen Bauindustrie (HDB) schaffen. Deshalb gründeten die Verbände auf der bauma 2019 die Arbeitsgemeinschaft „Machines in Construction 4.0“ (MiC 4.0). „Aktuell haben wir 105 Mitglieder aus sieben Nationen sowie 31 Arbeitsgruppen“, berichtet Dr. Darius Soßdorf, der Geschäftsführer von MiC 4.0. Damit die Prozesse auf den Baustellen in Zukunft digitaler, intelligenter und letztlich auch autonomer ablaufen können, müssen beispielsweise die Daten zu den Maschinenzuständen vereinheitlicht werden. Das klingt zwar trivial, erforderte aber jahrelange Verhandlungen um einen gemeinsamen Datenstandard zwischen den Baumaschinenherstellern. Zum Beispiel in Bezug auf die Information, ob eine Maschine an oder aus ist. „Während dies bislang die Hersteller für ihre Produkte selbst definierten, gilt jetzt für alle Hersteller, die sich zu MiC 4.0 bekennen: Bei jeder Baumaschine mit Verbrennungsmotor, die das Signal ‚an‘ sendet, dreht sich die Kurbelwelle des Motors“, beschreibt Soßdorf. Dieses und viele weitere der in den letzten drei Jahren von MiC 4.0 erreichten Ergebnisse werden der Fachöffentlichkeit auf der bauma in der Innovationshalle LAB0 neben dem ICM am Messeeingang West vorgestellt. Dabei wollen die beteiligten Unternehmen nicht nur „Papierkram“, nämlich die in der Arbeitsgemeinschaft erarbeiteten Dokumente, präsentieren, sondern planen auch eine physische Demonstration.

„Cobots“ beschleunigen den Bauprozess

Maximilian Schöberl vom Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München rechnet damit, das in zehn Jahren vielfältige sogenannte „Cobots“ auf den Baustellen aktiv sein werden. Der Begriff ist die Verbindung der englischen Worte Collaboration und Robot. Er beschreibt Roboter, die für die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen konzipiert wurden. Für Entwicklungen in diese Richtung gingen Schöberl und ein Forschungsteam des Lehrstuhls von einer handelsüblichen, funkferngesteuerten Rüttelplatte aus. Diese wurde zunächst mit entsprechenden Sensoren und Steuereinheiten „autonomiefähig“ gemacht. Anschließend koppelten die Wissenschaftler die Maschine im Leader-Follower-Prinzip an einen Bagger: Der Bagger erstellte ein Planum, während ihm die Rüttelplatte selbsttätig und kontinuierlich folgte und dabei das Erdreich verdichtete. „Im Ergebnis konnten durch die Kooperation Arbeitsschritte parallelgeschaltet und die Prozesszeit im Idealfall halbiert werden“, berichtet Schöberl.

Sensorbestückte Laufroboter für Bauwerksinspektionen

Können Roboter helfen, den Zustand von Bauwerken, wie zum Beispiel der 3,6 Kilometer langen Köhlbrandbrücke in Hamburg, zu überwachen? Das ist eine der Fragen, mit denen sich Forscherinnen und Forscher vom Institut für Digitales und Autonomes Bauen der Technischen Universität Hamburg beschäftigen. Dazu setzen sie den vierbeinigen Laufroboter I-DOG ein. Die Maschine von der Größe eines Pudels ist mit Sensoren zur Erfassung, Verarbeitung und Analyse von Gebäudestrukturdaten ausgestattet. Außerdem ist sie in der Lage, Schwingungen aufzunehmen und zu analysieren, über die Bauwerksschäden entdeckt werden können. Für seine genaue Lokalisierung im Raum – eine Schlüsselvoraussetzung von autonomen mobilen Systemen – nutzt der mechanische Spürhund die Light Detection and Ranging (LiDAR)-Technologie, die auf der Grundlage von Laserscans Rückschlüsse auf den eigenen Standort zulässt.

Die Hamburger Köhlbrandbrücke dient in einem kürzlich gestarteten Projekt als Referenzobjekt. In dem im Jahr 1974 in Betrieb genommenen Bauwerk sollen sich für Brückeninspektionen mehrere I-DOGs bewegen. Sie sammeln dabei eigene Daten und übernehmen solche, die von intelligenten, in der Brücke fest verbauten Sensoren generiert werden. „Das Ziel sind Roboterflotten, die miteinander kommunizieren. Durch die Fusion der Sensordaten entsteht mit vergleichsweise geringem Aufwand ein umfassendes Bild des Bauwerkszustands, das wir dann – zum Beispiel für die Sanierungsplanung – in ein digitales Modell einpflegen können“, schildert der Projektleiter Prof. Kay Smarsly. Mehr über den I-DOG und seine Einsatzmöglichkeiten erfährt man ebenfalls in der Innovationshalle LAB0 der bauma 2022 am Stand „Science Hub“.