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Strategies for cyber-physical robotic fabrication and construction in architecture

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[Quelle: https://d-nb.info]

Vernetzte Maschinen, die Onlinesteuerung von Robotern und sensorbasiertes Feedback ermöglichen die Entwicklung von cyber-physischen Systemen für robotische Fertigungsprozesse in der Architektur und im Bauwesen. Im Kontext der Architektur und des Bauwesens bieten cyber-physische Systeme ein enormes Potenzial. Sie erlauben ein Überdenken der typischen Fragmentierung und Aufteilung der Bauprozesse durch immer mehr Möglichkeiten zur Integration und Zusammenarbeit und einer Bewertung der Rolle von Standardisierung, Darstellung und Simulation innerhalb feststehender Entwurfs- und Produktionsprozesse. Cyber-physische Systeme verbinden die Aktionen mehrerer Maschinen, Werkzeuge und Roboter miteinander und eröffnen dadurch neue Möglichkeiten für die architektonische Umsetzung. Die in dieser Doktorarbeit untersuchten Optionen fallen in vier voneinander abhängige Kategorien: i Flexible, teilautonome und adaptive robotische Prozesse; ii Prozesse, die unbestimmte Materialien, unberechenbare oder nicht standardisierte Fertigungsprozesse beinhalten; iii Kollaborative oder interaktive Fertigungsprozesse, die mehrere Einheiten und menschliche Maschinenbediener zur Erreichung gemeinsamer Ziele verbinden; iv Verstärkte Integration, Entscheidungsfindung während der Laufzeit und Diagnose durch umfassende Monitoring und Datenverarbeitung. Die Arbeit stellt eine Reihe von Methoden zur Implementierung eines cyber-physischen Fertigungsablaufs vor. Diese Methoden umfassen computerbasierte Berechnungstechniken zur Umgehung von Robotereinschränkungen vor und während der Produktion. Weiterhin werden verschiedene erweiterbare Netzwerkarchitekturen für die Online-Steuerung und die vernetzte Kommunikation vorgestellt und deren Anwendungsszenarien diskutiert. In dieser Arbeit werden Berechnungsstrategien und Algorithmen zur Integration von sensorbasiertem Feedback während eines Fertigungs- oder Produktionsprozesses eingeführt und diskutiert. Die identifizierten Potenziale und vorgestellten Techniken werden anhand physikalischer Demonstratoren im großen Maßstab untersucht. Diese beinhalten einzelne robotische Prozesse, die mit sensorbasiertem Feedback erweitert werden, und Multi-Roboter- Fertigungs- und Bauprozesse, bei denen vernetzte Kommunikationssysteme Roboter, Maschinen, Geräte und Benutzer*innen miteinander verbinden, um gemeinsam auf Fertigungs- oder Konstruktionsziele hinzuarbeiten. Die Herausforderungen, mit denen diese Fallstudien konfrontiert waren, machten es schwierig oder unmöglich, sie im Kontext eines linearen und aufgegliederten Produktionsablaufs ohne Feedback, Integration von Sensoren oder einer Anpassung umzusetzen. Die Ergebnisse dieser Arbeit fassen Gestaltungsrichtlinien und Strategien für cyber-physische Roboterbauprozesse zusammen.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Drohnen - Technik und Recht
bei gewerblicher und behördlicher Nutzung
2018, 577 S., 110 sw-Abb. u. Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Unbemannte Fluggeräte (im Volksmund "Drohnen" genannt) gewinnen aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten immer mehr an Bedeutung. Mithilfe dieser kamerabestückten Luftfahrzeuge lassen sich Gebäudeschäden registrieren, Hochspannungsmasten oder Schornsteine kontrollieren, schädliche Immissionen detektieren, Erntezeitpunkte feststellen oder auch Liegenschaften schützen - und dies alles zu einem Bruchteil der Kosten, die sonst für derartige Aufgaben anfallen. Auch die Ordnungsbehörden haben dieses Mittel für sich entdeckt und kontrollieren damit Veranstaltungen (z.B. Detektion von Hooligans bei Fußballspielen), dokumentieren Tatorte oder spüren Straftätern nach. Ist der Nutzen luftgestützter Ermittlungen durch diese ferngesteuerten Fluggeräte mittlerweile unbestritten, so fokussiert sich die Berichterstattung in den Medien auf weniger rühmliche Vorfälle wie den Überflug von Kernkraftwerken, den Transport von Rauschgift in Gefängnisse, Beinahe-Zusammenstöße mit Flugzeugen oder die Störung von Wahlkämpfen. Nicht selten handelt es sich in solchen Fällen um Fluggeräte, die aufgrund ihres geringen Gewichtes oder aufgrund ihrer nichtgewerblichen Nutzung noch unter die Kategorie Spielzeug fallen, aber durch ihren unsachgemäßen Einsatz Gefahren für die öffentliche Sicherheit und Ordnung heraufbeschwören. Auch wenn über dieses neue Phänomen in den Massenmedien und in Fachzeitschriften berichtet wird, gibt es bis heute kein wissenschaftliches Werk, welches sich sowohl mit den technischen Gegebenheiten dieser Fluggeräte als auch mit den rechtlichen Aspekten ihres Einsatzes befasst. Diese Lücke wird durch das Buch geschlossen.

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Patrick Kern
Elastomerreibung und Kraftübertragung beim Abscheren von aktiv betriebenen Vakuumgreifern auf rauen Oberflächen
Karlsruher Reihe Technologie und Management im Baubetrieb, Band 70
Dissertationsschrift
2017, 294 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Die Arbeit beinhaltet die Analyse der Kraftübertragung und die Modellierung des Reibwertes auf rauen Oberflächen beim Abscheren von aktiv betriebenen Vakuumgreifern. Es werden die beiden Hauptkomponenten bei der Elastomerreibung (Hysterese und Adhäsion) modelliert. Zusätzlich wird der Formschluss untersucht und im Detail beschrieben. Mit Hilfe des vorgestellten Reibmodells können Angaben für den Reibwert zur Auslegung von Haltesystemen mit Vakuumgreifern gemacht werden.

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Wolf Jeromin
Gerüste und Schalungen im konstruktiven Ingenieurbau
Konstruktion und Bemessung
2003, xv, 312 S., XV, 312 S. 0 mm, Hardcover
Springer

 

 

Die Spezialisierung im Bauwesen macht es notwendig, Bauleitern, Tragwerksplanern und -prüfern anwendungsgerechte Informationen zur fachlich korrekten Planung und wirtschaftlichen Ausführung von Gerüsten und Schalungen zu liefern.Das über viele Vorschriften verteilte Wissen über Gerüste und Schalungen sowie die Umsetzungen in die Praxis werden in diesem Band zusammenfassend beschrieben. Er ist besonders für Fachleute (Bauwesen und Bautechnik) und für Studierende des konstruktiven Ingenieurbaus (ab 7. Semester) geeignet. Inhalt: Grundlagen, Einwirkungen auf Gerüste und Schalungen, Statik der Trag- und Arbeitsgerüste, technische Regeln für Schalungen und Gerüste, Rechenbeispiele zur Standsicherheit und Kontrolle auf der Baustelle, Konstruktionsformen und -details für Schalungs- und Rüstungsgeräte, Schadensfälle und Konstruktionsbeispiele aus der Praxis.

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Wolf Jeromin
Gerüste und Schalungen im konstruktiven Ingenieurbau
Konstruktion und Bemessung
Repr. d. Ausg. v. 2002
2003, xv, 312 S., XV, 312 S., Hardcover
Springer, Berlin

 

 

Die Spezialisierung im Bauwesen macht es notwendig, Bauleitern, Tragwerksplanern und -prüfern anwendungsgerechte Informationen zur fachlich korrekten Planung und wirtschaftlichen Ausführung von Gerüsten und Schalungen zu liefern.Das über viele Vorschriften verteilte Wissen über Gerüste und Schalungen sowie die Umsetzungen in die Praxis werden in diesem Band zusammenfassend beschrieben. Er ist besonders für Fachleute (Bauwesen und Bautechnik) und für Studierende des konstruktiven Ingenieurbaus (ab 7. Semester) geeignet. Inhalt: Grundlagen, Einwirkungen auf Gerüste und Schalungen, Statik der Trag- und Arbeitsgerüste, technische Regeln für Schalungen und Gerüste, Rechenbeispiele zur Standsicherheit und Kontrolle auf der Baustelle, Konstruktionsformen und -details für Schalungs- und Rüstungsgeräte, Schadensfälle und Konstruktionsbeispiele aus der Praxis.

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Forschungsberichte

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Rolf Brückel, K.C. Fröhlich
Kennwerte von gerollten Aluminiumspindeln
Bauforschung, Band T 3155
2008, 180 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Seit einigen Jahren werden im Traggerüstbau auch Bauelemente aus Aluminium verwendet. Längenverstellbare Baustützen aus Aluminium, für die gegenwärtig der Verwendbarkeitsnachweis durch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung auf Grundlage der "Zulassungsgrundsätze für den Nachweis von Baustützen aus Aluminium mit Ausziehvorrichtung... (Fassung Dezember 1995)" zu führen ist, besitzen dabei bauartbedingt gerollte Aluminiumspindeln mit Längen bis ca. 2,0 m. Die Effekte der Theorie II. Ordnung sind bei diesen Bauteilen sehr groß, da sie mit hohen Axialkräften verwendet werden. Die Kenntnis der Spindelkennwerte, insbesondere die Kenntnis der Biegesteifigkeit, ist daher von großer Bedeutung für die Berechnung der Schnittgrößen und somit für die Tragsicherheit der Bauteile. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden die Kennwerte Querschnittsfläche A und Trägheitsmoment 1 von Spindeln zugelassener Baustützen aus Aluminium nach DIN 4421 und DIN 12811-1 berechnet. Die Spindel einer neuen Baustütze, für die gegenwärtig ein Zulassungsverfahren durchgeführt wird, wurde in die Untersuchung einbezogen. Hierbei zeigten sich Ergebnisunterschiede von bis zu 14 Proz. (Fläche) bzw. 20 Proz. (Trägheitsmoment). Mit Stauch- und Biegeversuchen an den Ausgangsrohren der neuen Spindel zur Überprüfung der Versuchtechnik selbst sowie mit entsprechenden Versuchen an diesen Spindeln sollten die tatsächlichen Unterschiede aufgezeigt werden. Der Vergleich der durch Versuche an der neuen Spindel ermittelten Kennwerte mit denen nach den angeführten Normen berechneten Werten zeigt, dass die Querschnittsfläche A nach DIN EN 12811-1 eine akzeptable Übereinstimmung zeigt während DIN 4421 A erheblich überschätzt. Ähnlich liegen die Ergebnisse für das Trägheitsmoment 1; hier ergibt sich die beste Übereinstimmung mit dem Versuchsergebnis jedoch mit dem Kernquerschnitt der Spindel. Im Hinblick auf die Arbeiten von CEN/TC 53/WG 8 an einer Norm für ausziehbare Baustützen aus Aluminium können daher folgende Empfehlungen, die gleichermaßen bei deutschen

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Karl-Christian Fröhlich
Horizontalaussteifung von Vertikalgliedern in Fassadengerüsten nach DIN EN 12811-3. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3078
2005, 70 S., m. 35 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Kennwerte der Horizontalaussteifung von Vertikaltraggliedern in Fassadengerüsten sollen künftig nach DIN EN 12811-3 bestimmt werden. Am Beispiel von zwei unterschiedlichen Gerüstsystemen mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung wurden Versuche mit Beanspruchung rechtwinklig zur Fassade nach beabsichtigter europäischer Vorgehensweise durchgeführt und den vorliegenden Kennwerten nach bisheriger Zulassungspraxis gegenübergestellt. Für beide Gerüstsysteme ergaben sich jetzt größere Steifigkeiten bei etwas vergrößerter Lose. In Modellberechnungen einer Regelausführung zeigen die Änderungen der Federkennlinie nur geringe Auswirkungen auf die Beanspruchungen der Gerüstbauteile. Auch bei einer unterstellten stärkeren Änderung der Kennwerte (Zunahme der Lose um 10 mm, Reduzierung der Steifigkeit auf 75 Proz. der früheren Werte) steigen die Beanspruchungen nur moderat. Größere Bedeutung besitzt dagegen der künftige Verzicht auf die Reduzierung der Lose um 20 mm bei ebener Berechnung der Vertikalebene (Abschnitt 6.4.2 der "Zulassungsrichtlinie; Anforderungen an Fassadengerüstsysteme" (Fassung Oktober 1996): Im Vergleich zu den Zulassungsberechnungen steigen die maximalen Beanspruchungen bei beiden Gerüstsystemen um ca. 15 Proz. Im Hinblick auf die geplante Übernahme der Regelungen von DIN EN 12811-3 wurden folgende Empfehlungen gemacht: 1. Die Versuchsdurchführung entsprechend DIN EN 12811-3 mit wiederholter zyklischer Belastung lässt keine wesentlich anderen Steifigkeitskennwerten als nach bisheriger Praxis zu erwarten. 2. Die derzeit in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen angegebenen Steifigkeitskennwerte (Lose, lineare Federsteifigkeit) dürfen auch als Größen ermittelt nach DIN EN 12811-3 betrachtet werden. Es besteht daher kein Handlungsbedarf für eine Wiederholung der Versuche für die zugelassenen Gerüstsysteme. 3. Die Beanspruchbarkeit der Federn sollte nach DIN EN 12811-3 durch statistische Auswertung der vorliegenden Ergebnisse bestimmt werden, sofern bislang der kleinste Einzelwert verwendet wurde

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G.E. Völkel, Roland Rück
Untersuchung des Einflusses der Wanddicke von Gerüstrohren auf die Drehwinkelsteifigkeit bei Verbindungen mit Normalkupplungen
Bauforschung, Band T 2835
1998, 29 S., Abb.,Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Überarbeitung der europäischen Norm EN 74 wird kontrovers diskutiert, ob die Wanddicke von Rohren, an denen Gerüstkupplungen angeschlossen werden, von dem bisher gesetzten Grenzwert t=3,2 mm reduziert werden kann. Ziel war es daher, den Einfluß von Wanddicke und Streck- bzw. Dehngrenze des Materials der Gerüstrohre auf die Drehwinkelsteifigkeit von Normalkupplungsverbindungen zu untersuchen. Es wurden insgesamt 13 Kupplungen unterschiedlicher Bauart von verschiedenen europäischen Herstellern und 8 Gerüstrohrtypen in Versuchen in Anlehnung an DIN EN 74 untersucht. Es konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden: Für gleiche Materialien mit gleichen Oberflächen ergibt sich ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen Drehwinkelsteifigkeit und bei dem aus der Wanddicke berechneten Vergleichswert; Die Drehwinkelsteifigkeit bei verzinkten Gerüstrohren ist kleiner als bei blanken Rohren; Die Drehwinkelsteifigkeit ist darüber hinaus von den Reibungsverhältnissen im Bereich der Scharnierbolzen abhängig; Die Drehwinkelsteifigkeit ist abhängig vom Belastungsniveau; Eine Vorbelastung der Rohre und/oder Kupplungen mit bleibenden Verformungen führt zu größeren Drehwinkelsteifigkeitswerten; Bei Keilkupplungen ohne deutlich erkennbaren Prellschlag ist die Drehwinkelsteifigkeit abhängig von der Intensität des Einschlagens der Keile; Das Aufbringen eines Anzugsmoments der Muttern von 50 Nm ist bei einigen Schraubkupplungsvarianten in Verbindung mit dünnwandigen Rohren überhaupt nicht, bei einigen weiteren Varianten nur mit bleibenden Verformungen der Rohre möglich.

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- Schnabel
Strömungstechnische Modellversuche zur Ermittlung der Windlasten auf bekleidete Fassadengerüste. Abschlußbericht
Enthält: Tl.1 Text und Tl.2 Abbildungen.
Bauforschung, Band T 2598
1994, 66 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Berechnung der Windlast auf ein bekleidetes Fassadengerüst nach DIN 4420 Teil 1 werden u.a. ein Lagebeiwert, der die Durchlässigkeit des Gebäudes beschreibt und die aerodynamischen Kraftbeiwerte für das Bekleidungsmaterial benötigt. In der jetzigen Fassung von DIN 4420 Teil 1 geht die Durchlässigkeit des Gebäudes nur bei nicht bekleideten Gerüsten in die Ermittlung des Lagebeiwertes ein. Hinsichtlich der Größe der aerodynamischen Beiwerte werden winddichte und winddurchlässige Bekleidungswerkstoffe weitgehend gleich behandelt. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wurden die aerodynamischen Kraftbeiwerte für sechs Bekleidungswerkstoffe mit (optischen) Durchlässigkeiten von 10% bis 67% und für windundurchlässigen Planen ermittelt. Die Gerüste waren entweder einseitig am Gebäude angebracht oder umschlossen den Baukörper vollständig. Die Gebäudedurchlässigkeit wurde in vier Stufen variiert. Als weitere Parameter gingen die Länge des Gerüstes und die Stirnseitenbekleidung in die Betrachtung ein. (-y-)

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- Völkel, - Zimmermann
Vierendeelträger bei Modulgerüsten mit Drehfedern streuender Steifigkeit. Anhang A1 - Tabellen der Meßwerte
Bauforschung, Band T 2304/2
1990, 160 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Zeitschriftenartikel

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Sonnenberg, Richard
Betonpumpen und Verteilermaste. Entwicklungen und Tendenzen
Beton, 2021

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Auer, Florian; Antony, Bernhard
Präzise Gleislage durch innovative Stopfmaschinen. Teil 1: Entwicklung der Bodenverdichtung
EI Der Eisenbahningenieur, 2021

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Jung, Thomas; Liebelt, Frank
Ortung von Gasaustritten in Biogasanlagen. Einsatz der Gaskamera-Technologie
Euroheat & Power, 2019

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Malkwitz, Alexander; Spengler, Arnim J.; Bruckmann, Tobias
Baubetriebliche Untersuchung von Robotersystemen im Mauerwerksbau
Bautechnik, 2019

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Verdes, Talleres Felipe
What is the right machine for wet comminution?
zi Ziegelindustrie International - Brick and Tile Industry International, 2018

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Highlights aus dem Programm 2022