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In Zusammenarbeit mit mehreren Partnern hat das Fraunhofer IPA einen Roboter entwickelt, der die Sanierung von gemauerten Abwasserkanälen wesentlich vereinfacht. Bis zum Ersten Weltkrieg vorwiegend in Großstädten gebaut, erstreckt sich dieses Kanalnetz aus Ziegeln in Deutschland über rund 16.000 Kilometer.
Ein nicht unbeträchtlicher Teil des Kanalnetzes der Bundesrepublik - ca. 16.000 Kilometer - besteht aus gemauerten Abwasserkanälen. Etwa zehn Prozent dieser Kanäle sind dringend sanierungsbedürftig, wie eine Prognos-Studie aus dem Jahr 1993 ergab und bis heute hat sich die Situation eher noch verschlechtert. Diese Abwasserkanäle wurden bis zum ersten Weltkrieg gebaut, vorwiegend in den Innenstädten damals bedeutender Zentren, wie den Hansestädten, Berlin, Köln oder Frankfurt. Das Ziegelmauerwerk ist äußerst robust und relativ gut zugänglich für Wartungsarbeiten. Ein kompletter Neubau dieses Kanalnetzes ist weder aus verkehrspolitischen noch aus ökonomischen Gründen vorstellbar - in offener Bauweise müßten über 150 Mrd. DM aufgewendet werden.
Da etwa 95 Prozent der Kanäle begehbar bzw. »bekriechbar« sind, wurden sie in der Vergangenheit - auch um Störungen des Verkehrsflusses zu vermeiden - vor allem in geschlossener Bauweise saniert. In Zusammenarbeit mit mehreren Partnern hat das Fraunhofer IPA einen Roboter entwickelt, der diese Art der Sanierung wesentlich vereinfacht. Im jüngst abgeschlossenen Projekt arbeiteten folgende Firmen und Institutionen zusammen: Verantwortlich für die gesamte Anlagentechnik war Jenoptik, Jena, als Pilotanwender mit Erfahrung im Kanalbau beteiligte sich die Hochtief AG, Niederlassung Hamburg, das Fraunhofer IPA steuerte seine wissenschaftliche Kernkompetenz in der Robotertechnik bei und das Institut für Baukonstruktion und Festigkeit der Technischen Universität Berlin ihr Know-how in der Bauverfahrenstechnik.
Ziel dieses Gemeinschaftsprojekts war, die händischen Arbeitsinhalte eines bereits erprobten und weitgehend abgenommenen, manuellen Sanierungsverfahrens unter Beibehaltung der geschlossenen Bauweise durch ein Robotersystem mit weitgehend automatischen Arbeitsabläufen zu ersetzen. Das neue System baut auf einen Anfang der 90er Jahre vom Fraunhofer IPA entwickelten Telemanipulator zur Sanierung gemauerter Abwasserkanäle auf. Es schafft die Grundlage für eine flächendeckende Sanierung gemauerter Abwasserkanäle in besserer Qualität und zu humaneren Arbeitsbedingungen, als es bisher möglich war. Ein beabsichtigter Nebenaspekt war die Schaffung der technologischen Voraussetzungen zur Sanierung von Kanälen auch anderer Bauwerkstoffe. Im Hinblick auf die unterschiedlichen Ausprägungen der Schäden wurden die in gemauerten Abwasserkanälen vorkommenden Schadensbilder klassifiziert und geeigneten verfahrenstechnischen Maßnahmen zugeordnet. Weiterhin entwickelten die Projektpartner Modulkomponenten (Werkzeuge), mit denen nach Maßgabe der Schadensbilder schadhafte Mauerfugen freigeschnitten und neu vermörtelt werden können. Zerstörungsfreie Prüfverfahren ermöglichen es, die Qualität dieser Arbeitsvorgänge online zu überwachen. Das endgültige System soll außerdem über die Option verfügen, vorhandene Hohlräume und Auflockerungen, wie sie z. B. durch Hinterspülungen des Kanals entstehen, eindeutig zu lokalisieren und geeignete Maßnahmen zur Auffüllung einzuleiten.
Gerätetechnische Basiskomponenten des Sanierungssystems sind ein Geräteträger (Schreitwerk) und ein integrierter mehrachsiger Roboter. Diese Komponenten können in fast allen vorkommenden Kanalklassen mit eiförmigem und elliptischem Querschnitt im Durchmesserbereich von DN 800 bis DN 2000 eingesetzt werden. Außerdem entstand ein intelligentes sensorgestütztes Telemanipulationsinterface (Mensch-Maschine-Interface/MMI), das eine gezielte und effektive Interaktion des Bedieners auf der Basis weitestgehend automatisierter Arbeitsabläufe gewährleistet.
Für das Fraunhofer IPA ergaben sich aus dem Verbundprojekt wissenschaftlich eine ganze Reihe neuer Ansatzpunkte: Das entwickelte Robotersystem kann schreiten, sehen und sensorisch adaptieren. Außerdem ist es mit einer »Intelligenz« ausgestattet, die es ihm erlaubt, in bescheidenem Rahmen selbst zu entscheiden - d. h. es kann sich automatisch an die gegebenen räumlichen Zustände anpassen. Nach Abschluß der Entwicklungsarbeiten und Erprobung des Ende 1998 fertiggestellten Prototyp in einem realen, stillgelegten Kanal in Hamburg, beginnen die Industriepartner nun mit der Umsetzung der Projektergebnisse in ein Seriengerät.
Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart
Dipl.-Ing. Frank Dallinger
Telefon 0711/970-1303, Telefax 0711/970-1229, e-mail fd@ipa.fhg.de
Criteria of this press release:
Construction / architecture, Mechanical engineering
transregional, national
Research results
German
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