Bauen aus dem Baukasten – Toleranzausgleichende Platzierung von modularen Fertigteilen

Die modulare Bauweise basiert auf Baukästen mit wenigen Bauteiltypen. Dadurch können ganze
Tragwerke aus einer Vielzahl von gleichen bzw. ähnlichen Fertigteilen errichtet werden. Die Fertigteile (Module) bieten sich für eine serielle Massenproduktion an und werden nach Fließprinzip qualitätsgesichert vorgefertigt. Das Bauen vor Ort wird so erheblich beschleunigt. Aktuelle Entwicklungen werden derzeit im Schwerpunktprogramm 2187 „Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden“
erforscht.

Ungenauigkeiten der Fertigteile, durch die Herstellung sowie materialbedingt, überlagern sich aufgrund der Vielzahl von Fertigteilen im modularen Tragwerk, sodass bei beliebiger Platzierung der Fertigteile Strukturtoleranzen oft nicht mehr eingehalten werden. Dann bietet sich der Tausch von Modulen gleichen Typs innerhalb des Tragwerks an, um Toleranzen gezielt auszugleichen (Permutation). Ein „zu langes“ Bauteil
wird so mit einem „zu kurzen“ gepaart. Dies ist jedoch bereits für eine geringe Anzahl von Fertigteilen und Fertigteiltypen hochgradig
komplex. Daher wurde ein Verfahren entwickelt, das einerseits die Platzierung der Module steuert und andererseits diejenigen Platzierungen erkennt, die sich maßgeblich auf die Strukturtoleranzen auswirken.
Der erstgenannte Ansatz basiert auf Meta-Heuristiken, mit denen es möglich ist, die Bauteile so zu paaren, dass minimale Strukturabweichungen resultieren. Der zweitgenannte nutzt sensitivitätsbasierte Screeningmethoden, um die Positionen im Tragwerk zu finden, die Fertigteile mit hoher Genauigkeit erfordern. Durch die verbesserte Anordnung lassen sich – ohne die Fertigteile nacharbeiten zu müssen – Strukturungenauigkeiten um mehr als 50 % reduzieren (Abbildung) und zudem die Qualitätsanforderungen der Produktion steuern.