Morton/DSK Grad

Russland: Moderne Planungs- und Produktionstechnologie

Der Bau- und Immobilienkonzern Morton geht in Russland vollkommen neue Wege: Er gehört zu den ersten Unternehmen in dem Land, die individuelle Bauprojekte planen und fertigstellen, keine Gebäude-Serien. Das Betonfertigteilwerk DSK Grad bei Moskau produziert dafür die passenden Elemente (s. BFT International 08/2014, 07/2015, 08/2015). Im vorliegenden Beitrag beschreiben die Firma Prilhofer Consulting, die mit der Planung der Produktion des Fertigteilwerks DSK Grad beauftragt war, und die beteiligten Anlagenhersteller das Projekt.

Das neu errichtete Fertigteilwerk DSK „Grad“ hat ein eigenes Konstruktions- und Planungsbüro, das die eigenen Projekte für Wohn- und Sozialbau entwickelt. Eine enge Verbindung von Planung, Produktion und Bau im Rahmen des Herstellungsprozesses reduziert die Planungsfristen deutlich. Die Elemente werden in einem modernen 3D-Modellierungsprogramm geplant, das die Zeit für die Entwicklung der Elemente und des gesamten Projekts um den Faktor 5 reduziert.

Planung von Leitungen ohne Kollisionen

Die Verwendung des einheitlichen Informationsraums „Projektstruktur“ ermöglicht es, die Planung der unterschiedlichen Leitungen für die Haustechnik ohne Kollisionen durchzuführen. Die Elektroeinbauteile in den Betonfertigteilen werden von den Konstrukteuren mit einem BIM-Modell für die Elektroversorgung geplant. Mit einem Ingenieur-Modell planen die Architekten die Aussparungen und übergeben den Konstrukteuren die Aufgaben für diese Aussparungen. Dann werden die Werkzeichnungen und die notwendigen Spezifikationen vorbereitet. BIM-Modellierung in den ersten Planungsstadien verhindert eine Kollision der Montageeinbauteile. Um Planungszeiten zu reduzieren, gibt es zudem einen Einbauteilekatalog. Dieser Katalog ermöglicht die automatische Herstellung der Elementzeichnungen: Schalungszeichnung, Isolierungsplan, Positionen der Verbindungselemente und Bewehrungsplanung.

Im nächsten Schritt werden die Betonfertigteildaten dem Allplan-Technical Information Manager oder TIM übergeben, für die Planung der Transporteinheiten. Die vorbereiteten Daten gehen danach zur Produktion und werden für die Erstellung des Lieferplans verwendet. Die vorbereiteten UNI-Daten werden in ein einheitliches System „1 C Dokumentendurchlauf“ hochgeladen und auf Richtigkeit geprüft, um Fehler bei der Produktion der Elemente zu vermeiden.

Nach allen notwendigen Kontrollen gibt der Chefkonstrukteur die hochgeladenen Daten frei; sie gelangen dann für die Herstellung an die Produktion.

Neue Maßstäbe beim Mischen

Prilhofer Consulting plante die Fabrikanlage in enger Zusammenarbeit mit Morton. Nach einer internationalen Ausschreibung gingen die Aufträge an Firmen in ganz Europa und Russland.

Die Produktionsanlage kann die Betonfertigteile für komplette Wohngebäude, inklusive komplexer Sandwichfassaden produzieren. DSK Grad stellt auch Liftschächte, Ventilationsschächte, Treppen und Balkone her. Da Morton auch Gewerbebauten im Produktionsprogramm hat, kann die Anlage auch Stützen und vorgespannte Binder sowie vorgespannte Hohldielendecken erzeugen.

Mit der Lieferung und Errichtung der Betonmischanlage setzt die Teka Maschinenbau GmbH neue Maßstäbe: Die gesamte Mischanlage setzt sich aus fünf nebeneinander stehenden und komplett eigenständigen und unabhängigen Mischstationen zusammen. Vier der Mischstationen sind mit Planetenmischern vom Typ TPZ 3.750 mit einem Ausstoß von 2,5 m³ pro Charge ausgestattet, eine Mischstation mit dem Teka-Hochleistungs-Turbinenmischer THT 1.500 mit einem Ausstoß von maximal 1,0 m³ pro Charge für die Erzeugung von Farbbeton.

Die Zuschläge werden über zwei Lkw-Aufgabebunker mit einem Volumen von jeweils rund 20 m³ aufgenommen. Das Förderband mit einer Länge von über 100 m beschickt die Siloanlage. Diese ist aufgeteilt in vier Reihen mit jeweils sechs Kammern, also insgesamt in 24 Kammern. Sämtliche Kammern sind beheizt und mit Temperaturfühler überwacht.

Unter jeder Siloreihe befindet sich ein Wiegeband mit Nachbehälter. Acht Bindemittelsilos mit modernster Umwelt- und Sicherheitstechnik versorgen jede Mischstation über insgesamt 19 Förderschnecken mit unterschiedlichen Bindemitteln.

Automatische Produktionsplanung und Logistik

Die Betonlieferung von der Misch­anlage zu den unterschiedlichen Produktionen erfolgt über sechs Kübelbahnen der Firma Dudik, die auch gleichzeitig für den Transport des Waschwassers von den Betonproduktionen zur Recyclinganlage dienen.

Die Produktion von Wänden und Decken erfolgt auf drei Palettenumlaufanlagen der Firma Sommer Anlagentechnik GmbH. Zwei Umlaufanlagen stehen für die Herstellung von Decken und Wänden zur Verfügung; jeweils mit einer Leistung von 5,3 Paletten pro Stunde. Eine Umlauf-anlage für die Herstellung der Sandwich-Elemente bringt es auf eine Leistung von 2,9 Paletten pro Stunde. Die Firma SAA Engineering realisierte die gesamte Produktionssteuerung der drei Umlaufanlagen. Jede Umlaufanlage verfügt über ein eigenständiges Leitsystem (MES); diese drei Applikationen sind gemeinsam auf einem zentralen Server installiert – in virtuellen Umgebungen.

Das technische Büro von Morton stellt die Produktionsdaten in Allplan Precast zur Verfügung. Über das Datenbankinterface werden alle relevanten Prozessdaten für das ERP-System aufbereitet. Nach Import der neuen Fertigteildaten wird die Produktionsplanung, also die Palettenbelegung, am Leitsystem automatisch durchgeführt und eine provisorische Produktionsreihenfolge erstellt – provisorisch deshalb, weil je nach vorhandener Randschalungshöhe der Palette am Schalungsroboter auch eine passende Belegung gesucht und zugewiesen wird.

Die gesamte Logistiksteuerung erfolgt ebenfalls durch die Leitsysteme. Beispiele: rechtzeitige Produktionsfreigabe für die Mattenanlage und Abruf der Matten zur automatischen Übergabe mit einem Mattenkran; rechtzeitige Betonbestellung an der Mischanlage in geforderter Menge und Betonqualität; Vorgabe der Transportrouten für die Paletten in der Umlaufanlage gemäß Arbeitsplan – abhängig von den Fertigteilen und von der aktuellen Anlagenauslastung entscheidet der Leitrechner, welche Station zu welchem Zeitpunkt als nächste angefahren wird (z.B. Matrizenübergabe, Betonierstation, Glättstation, Entschalen und Abheben).

 

Isolierschicht – einfach und schnell verlegt

Am Schalungsroboter der Sandwichanlage werden die Schalungshöhen automatisch dem Bedarf angepasst und vom Roboter selbstständig umgebaut. Die innovative Wasserstrahlschneideanlage schneidet die Polystyrolplatten für die Isolierschicht zu und stellt sie gestapelt für jedes Betonelement bereit – dabei werden die Polystyrolplatten miteinander verklebt, sodass wenige wandhohe Teile entstehen. Das vereinfacht und beschleunigt das manuelle Einlegen auf die Palette und reduziert das Abfall-Volumen beträchtlich.

Für die Fassadengestaltung der Sandwich-Elemente werden Strukturmatrizen verwendet.  Beim automatischen Betonieren muss beim Farbbeton für die Außenschicht der Sandwichplatten die Matrizengeometrie berücksichtigt werden, um die Schichtdicke exakt einzuhalten, sodass die Vorsatzkästen für die Tragschicht eingebaut werden können. Die Tragschale wird mit Flaschenrüttlern, die am Betonverteiler angebracht sind, automatisch verdichtet.

Durch die engagierte Mitarbeit des Bedienungspersonals von DSK-Grad konnten die Anlagen rasch in den Normalbetrieb übergeben werden – für Fragen und Support bei Störfällen stehen die SAA-Ingenieure an der Service-Hotline an sieben Wochentagen rund um die Uhr zur Verfügung.

Für die Sandwichanlage (PU2) entwickelten die Firmen Prilhofer Consulting, SAA, CSF und Sommer eine innovative Lösung. Strukturmatrizen der Firma Reckli erzeugen die jeweils gewünschte Fassadenstruktur in der Schalung. Dazu werden die Matrizen auf Rahmen befestigt und in einem automatischen Power & Free-Lagersystem von CSF vorgehalten – über eine integrierte Schnittstelle hat der Leitrechner zu jeder Zeit die Informationen, welche Matrizen aktuell im Lagerbereich verfügbar sind. Das durchdachte Steuerungskonzept erlaubt es, die Matrizen in der richtigen Menge, in der richtigen Reihenfolge und zum richtigen Zeitpunkt an der Produktionslinie bereitzustellen. Die von der Zentraleinheit angeforderten Matrizen werden aus rund 200 willkürlich gelagerten Teilen ausgesucht.

Jede Matrize ist durch einen RFID-Transponder eindeutig identifizierbar und der Leitrechner kann sie aus dem Lagersystem automatisiert abrufen. Dank der Visualisierungssoftware sind das Statushandling und der Aufenthalts- und Lagerort im System jederzeit abbildbar.

Im System gibt es einen aktiven Bereich, der automatisch abrufbar ist, und einen passiven „Reservebereich“, der mit einem Hallenkran bedient wird. Bei der Zuweisung einer Paletten-Belegung prüft der Leitrechner, ob alle Matrizen im aktiven Lagerbereich verfügbar sind, und nur dann wird diese Belegung zur Produktion freigegeben. Zeitgleich fordert der Leitrechner die erforderlichen Matrizen beim Lagersystem an.

 

Ausgeklügelte Matrizen-Sortierung

Durch ein ausgeklügeltes Sortiersystem des Aktivmagazins wird die jeweils am schnellsten verfügbare Matrize ausgewählt, gebucht und in Blocks zu vier bis sechs Matrizen an den Übergabepunkt transportiert. Bis die Palette an der Einbaustelle angelangt ist, hat das Lagersystem die notwendigen Matrizen zur Übernahme bereitgestellt.

Nach dem Abheben der Elemente an der Kippstation, werden auch die Matrizen abgehoben, an das Lagersystem und eine Inspektionsstation übergeben. Nach vorgegebenen Durchlaufzyklen der Matrizen werden automatische Meldungen für das Wartungspersonal generiert. Nach erfolgter Kontrolle kann der Mitarbeiter durch eine entsprechende Quittierung auf dem Bedienterminal die Matrize entweder zur Reparatur ausschleusen oder zur Wiederverwendung einlagern lassen. Nicht regelmäßig benötigte Matrizen sind im sogenannten Passivmagazin ausgelagert.

An den Schnittstellen zur Produktionslinie und zum Passivmagazin ermöglichen Hub- und Senkstationen Aufgabe und Abnahme in ergonomischer Arbeitshöhe. Über diese Stationen schleusen die Mitarbeiter beispielsweise Matrizen aus dem Passivmagazin aber auch neue Matrizen ins Aktivmagazin ein; nicht mehr benötigte oder beschädigte Formen werden aus dem System ausgeschleust.

 

Spezialmatten just in time gefertigt

AWM erhielt den Auftrag für die Lieferung aller Maschinen zur Bewehrungsfertigung und -bearbeitung sowie der Logistiksysteme für 3D-Korbmontage und -übergabe an die drei Umlaufanlagen und in die Stationärfertigung. Alle Anlagen sind auf einem Zwischengeschoss montiert, über den Umlaufanlagen, um genügend Platz für die Maschinen und das Material zur Bewehrungsvorbereitung zu schaffen.

Zum Projektumfang gehören drei automatisierte Hochgeschwindigkeits-Mattenschweißanlagen vom Typ Flexiweld 3.600 SW-SF, die für die Produktion großer Mengen von flachen und gebogenen Matten ausgelegt sind. Die Mattenschweißanlagen sind mit zahlreichen Biegeeinheiten für die Herstellung von 3D-Elementen ausgestattet und können Spezialmatten gemäß dem Produktionsprogramm „just in time“ fertigen. Nach der Produktion transportieren motorgetriebene Förderbänder die Matten automatisch zu einem Montagebereich, in dem andere motorgetriebene Förderbänder die Montage der Bewehrungskörbe mit den erforderlichen Einbauteilen erleichtern, zum Beispiel Abhebeanker oder elektrische Leitungen. Das Ziel der motorgetriebenen Förderbänder ist die Schaffung eines Mattenvorrats, der ein kurzes Anhalten der Mattenschweißanlage zum Coilwechsel erlaubt. Wenn die Körbe für eine Palette fertiggestellt sind, legt ein Spezialkran pro Umlaufanlage sie in die darunterliegende wartende Palette der Umlaufanlage ab.

Falls keine Korbmontage erforderlich ist, etwa im Fall der Matten für Vorsatzschale-Sandwichwände oder der Matten für die Stationärfertigung, hebt ein automatischer Kran die Matten von der Mattenauslaufbahn und befördert sie zum nächsten Schritt des Produktionsprozesses, ohne die Förderbänder in Anspruch zu nehmen. Ein automatischer Mattenspeicher wurde bereitgestellt, um die flachen Matten zu lagern und einen konstanten Zulauf der Bewehrung zu garantieren. Eine Gesamtanzahl von zwei automatischen und fünf Spezialkränen war im Lieferumfang enthalten, während die Gesamtlänge der motorgetriebenen Förderbänder fast 550 m beträgt.

 

Stabteilschalungen und Kipptische für Sonderteile

Alle modernen Bausysteme sind konzipiert mit dem Ziel, die Modularität der Bauteile und die Optimierung der Umlaufanlagen-Auslastung zu gewährleisten. Ohne Sonderelemente kommt jedoch auch ein optimiertes Bausystem nicht aus. Im Projekt DSK Grad zeichnete Weckenmann Anlagentechnik GmbH & Co KG für den Bereich Sonderschalungen verantwortlich.

Drei Zwillingsstabteilschalungen mit jeweils 75 m Länge, in denen vorgespannte aber auch schlaff armierte Bauteile parallel gefertigt werden können, belegen allein ein halbes Hallenschiff. Die Stabteilschalungen sind mit Außenrüttlern und Hydraulik versehen. Durch die Segmentierung der Seitenschalung können an beliebiger Position Konsolen integriert werden. Zur optimalen Befüllung kommt der Weckenmann-Betonverteiler mit Dreh- und Hubwerk zum Einsatz. Dank des hydraulischen Segmentschiebers kann der Beton exakt in Position und Menge dosiert werden. Die Spanntechnik für die Produktion der vorgespannten Binder wurde von der Firma Paul geliefert.

Für Sonderelemente, die auf den Umlaufanlagen nicht rationell oder wegen der Baugröße gar nicht gefertigt werden können, stehen vier Kipptische mit den Maßen von jeweils 4,5 x 14 m mit Randschalung zur Verfügung; sie sind ausgestattet mit Rüttlern und Heizung für eine effektive Produktion. Die Betonzufuhr erfolgt durch den Betonverteiler der Stabteilschalungen.

 

Liftschächte und Balkonbrüstungen

Im benachbarten Hallenschiff dominieren die zehn mächtigen Liftschachtschalungen. Jeweils fünf für Personen- wie auch für Lastaufzüge. Schrumpfbare Kerne erleichtern das Entnehmen der fertigen Liftschächte und garantieren die Parallelität der Wände. Integrierte Rüttler sorgen für ausgezeichnete Oberflächen, die Heizung für eine schnelle Aushärtung. Zur besseren Reinigung sind die Außentafeln verfahrbar und die Kerne hydraulisch einziehbar. Entsprechend den Stockwerkshöhen können angepasste Liftschachtschächte hergestellt werden.

Zur rationellen Fertigung der Standardtreppen kommt eine Batterieschalung zum Einsatz. Die bekannten Vorteile der Batterieschalung zahlen sich aus. Sondertreppen können in einer zusätzlichen Einzelform in Breite oder Stufenanzahl angepasst werden.

Die Balkonbrüstungen werden in zwei Batterieschalungen gefertigt. Ähnlich konzipiert wie die Treppen-Batterieschalung mit Rüttlung und Heizung kann zusätzlich der Schalungsboden für unterschiedliche Brüstungshöhen eingestellt werden. Jeweils zehn Balkonbrüstungen in Winkelform mit gebrochener Ecke können parallel gefertigt werden. Als Besonderheit können Matrizenträger für verschiedene Balkondekors installiert werden. Es gibt auch zwei Ausfahrwagen mit einer Tragkraft von je 30 t, die für die Umgebungsbedingungen und den autonomen Betrieb eigens mit einem Gasantrieb ausgestattet wurden.

 

Automatisierte Hohldielen-Produktion

Die Hohldielendecken werden auf den Anlagen von Elematic erzeugt. Die Hohldielenproduktion erfolgt in einem kompletten Hallenschiff auf sechs 120 m langen Produktionsbahnen.

Zur Vorbereitung der Produktionsbahnen dient ein multifunktionales Gerät zum Reinigen und Einölen der Bahnen sowie zur Belegung mit Spannlitzen. Die Spannlitzen werden in die Spannwiderlager eingeführt, mit den Spannkeilen versehen und mit der Einzelspannvorrichtung der Firma Paul vorgespannt. Nach der Vorbereitung der Bahnen kann mit dem Betoniervorgang mit dem Extruder begonnen werden.

Für die Betonübergabe findet die Kübelbahn automatisch die Position des Betonverteilers, der dem Extruder entlang der Produktionsbahn folgt und automatisch den Beton in den Extruder übergibt.

Die Belegungsdaten der Bahnen werden drahtlos per WLAN an einen Plotter von Elematic übergeben, der nach abgeschlossenem Betoniervorgang die Schnittlinien und andere Details auf die betonierten Hohldielen plottet. Das Gerät arbeitet automatisch und positioniert sich per Laserabstandsmessung entlang der Bahn.

Die produzierten Teile werden von den Bahnen mit einer verstellbaren Hubtraverse abgenommen und neben den Bahnen auf dem bereitgestellten Ausfahrwagensystem zu Stapeln abgelegt. Das Elematic-Ausfahrwagensystem transportiert die fertigen Stapel zum Lagerplatz transportiert. Mit der automatisierten Elematic-Fertigungsanlage kann DSK Grad eine hohe Produktionskapazität und hervorragende Produktqualität gewährleisten.

 

Effizientes Lagersystem

Der Lagerplatz wurde so konzipiert, dass die Produkte aus allen Produktionsbereichen unter alle Kranbereiche der Lagerplatzkrane ausgelagert werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Lagerfläche optimal genutzt und die Wege der Lagerplatzkrane kurz gehalten werden können.

Der Lagerplatz besteht aus fünf Kranbuchten, die jeweils mit zwei Kranen bestückt sind. Das von Prilhofer Consulting entwickelte Verkehrskonzept stellt sicher, dass Lkw-Bewegungen mit den kürzest-möglichen Wegen und ohne gegenseitige Beeinflussungen stattfinden. Die Krananordnung wurde bereits für eine zukünftige optionale Gleisverladung der Fertigteile ausgelegt.

Für den Transport der flächigen Teile, also Wände und Decken, wird ein Transportsystem von Faymonville eingesetzt. Mit speziellen Transportfahrzeugen, die sich selbstständig beladen und entladen können, sogenannten Innenladern, wird dem hohen Verkehrsaufkommen in der Region Moskau Rechnung getragen. Die Fahrzeuge können die Baustellen in verkehrsarmen Zeiten mit Teilen versorgen, damit ein wie bisher notwendiges Umladen auf der Baustelle entfallen kann. Dies trägt wesentlich zur Steigerung der Effizienz auf der Baustelle bei.

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Morton – das Unternehmen

Russland und die russische Bauindustrie waren in den letzten Jahren immer Thema, wenn es um Bau und Lieferung neuer Produktionsanlagen für Betonfertigteile ging. Was selten erwähnt wurde – eine der seltenen Ausnahmen war beispielsweise das Exklusiv-Interview mit DSK Grad-Geschäftsführer Aleksandr Kovalyov in BFT International 07/2015: Es wurden lediglich alte Produktionssysteme ersetzt; am Bausystem selbst wurde nichts geändert. Auf den neuen Anlagen werden also meist modernisierte Hausserien produziert, mit denen man dennoch schwer auf die individuellen Bedürfnisse der Käufer reagieren kann – die Serienfertigung schränkt die architektonische und planerische Gestaltung ein.

Als einer der größten und innovativsten Bauentwickler im Großraum Moskau sah der Bau- und Immobilienkonzern Morton deshalb die Zeit gekommen, ein neues Bausystem zu entwickeln und die Kundenzufriedenheit zu steigern. Um mit zeitgemäßen Architekturen die benötigten Gebäude bauen zu können, ließ Morton im Moskauer Gebiet bei der Ortschaft Kotovo die Fertigteilfabrik DSK Grad errichtet.

In der Fabrik werden Gebäude, einschließlich aller Betonfertigteile, für individuelle Projekte geplant. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass die Bauteile in der Planungs-, Produktions- und Bauphase aus einer Hand kommen.

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