Presseschau: Mauerziegel aus dem Drucker

26.08.2019

Presseschau: Mauerziegel aus dem Drucker

Ein Beitrag auf haustech-magazin.ch

In Zusammenarbeit mit Studierenden zweier Universitäten entwickelt ein Verbund deutscher Ziegelunternehmen innovative geometrische Mauerziegelformen mithilfe additiver Fertigungstechniken. Der 3-D-Druck soll neue Gestaltungsformen für den traditionsreichen Baustoff ermöglichen und die architektonischen Perspektiven im Fassadenbau erweitern.

Herstellung eines Mauerziegelelements mittels eines 3-D-Druck-Roboters. (Foto: Unipor)
Herstellung eines Mauerziegelelements mittels eines 3-D-Druck-Roboters. (Foto: Unipor)

Die deutsche Baukonjunktur ist zurzeit sehr stabil. Der Markt wuchs in den letzten Jahren durchschnittlich um drei Prozent an. Davon profitieren auch die Ziegelwerke. Zweitstärkster Marktteilnehmer mit einem Anteil von 23 Prozent ist die Unipor-Gruppe mit Sitz in München, ein Konsortium aus acht mittelständischen Unternehmen mit dreizehn Produktionsstandorten. Im Geschäftsjahr 2018 konnte die Gruppe insgesamt 584 Millionen Hintermauerziegel in Normalformat-Einheiten absetzen. Die gute Baukonjunktur verhalf ihr zu einem Umsatz von nahezu 110 Millionen Euro, ein Plus von 4,9 Prozent.

In den letzten Jahrzehnten hat der Ziegelmarkt diverse Hochs und Tiefs durchlebt. Nach einem Bauboom in den Neunzigerjahren ging es stetig bergab. Die Unipor-Gruppe schrumpfe von ursprünglich 40 Mitgliedsfirmen auf heute nur noch acht. Mit der Finanzkrise 2009 eröffneten sich jedoch ungeahnte Möglichkeiten. «Damals entdeckte man sozusagen das ‹Baugold› bei den niedrigen Zinsen und Risiken am Aktienmarkt neu», erinnert sich Thomas Fehlhaber, der seit 2003 als Gruppengeschäftsführer von Unipor amtiert.

Ein Drittel Marktanteil

Der Ziegel ist trotz der Marktkonsolidierungen noch immer der meist verwendete Baustoff für Wände. Unter allen wandbildenden Baustoffen erzielt er in Deutschland einen Marktanteil von 33 Prozent. Im Unterschied zum Holz-, Stahl- oder Stahlbetonbau verwendet der Mauerwerksbau als Baustoff natürliche Sedimentgesteine oder künstliche Steine wie Kalksandsteine, Poren- und Leichtbeton, Lehmziegel und Backsteine. In Deutschland erzielt die Mauerwerksbauweise Marktanteile von regional bis zu 80 Prozent, wovon allein auf den Mauerziegel bis zu 44 Prozent fallen.

Hintermauerziegel – oder wie sie in der Schweiz heissen: Hochlochziegel – liefert Unipor nur vereinzelt ins grenznahe Ausland, etwa ins Südtirol oder in die Nordschweiz. Mit Schweizer Werken wie der Keller AG in Pfungen oder mit der Ziegelei Rapperswil Louis Gasser AG bestehen Kooperationen. Gemeinsam mit letzterer entwickelte Unipor ein gefülltes Einsteinmauerwerkprodukt. Gefüllte Produkte werden in der Schweiz jedoch bisher erst in kleinen Mengen verarbeitet, im Unterschied zu Deutschland, wo sie bereits rund 50 Prozent der Aussenwände im Ziegelbereich ausmachen. «Wir gehen davon aus, dass in Deutschland wahrscheinlich in fünf Jahren im Wohnungsbau nahezu 80 bis 90 Prozent der Aussenwände im Ziegelbereich nur noch gefüllt sind», sagt Fehlhaber, der zuversichtlich ist, dass die gefüllten Produkte auch in der Schweiz einen Markt finden werden.

Experimentelle Forschung

Die Unipor-Gruppe bleibt innovationsfreudig. So hat sie gemeinsam mit den Technischen Universitäten Darmstadt und Delft (Niederlande) ein Forschungsprojekt auf die Beine gestellt. Im Frühjahr 2018 forschten Studierende der beiden Universitäten an experimentellen und intelligenten Fassaden. In praxisorientierten Seminaren widmeten sie sich der Entwicklung neuer geometrischer Mauerziegelformen. Die Aufgabe bestand darin, Wege zu finden, wie sich moderne grossflächige Fassaden optisch aufbrechen und zugleich bautechnisch verbessern lassen. Voraussetzung war ein monolithisches System, das tragende und wärmedämmende Funktionen vereint. Neben einer Einführung in Konstruktionsprinzipien und Materiallehre standen auf dem Seminarplan auch die Grundlagen der 3-D-Gestaltung. Die Studierenden entwickelten neuartige Fassadenmodule, die sich in bestehende Mauerwerksysteme integrieren lassen. Am Computer wurden zwei unterschiedliche Ziegelelemente entworfen, anschliessend mittels eines 3-D-Druckers im Massstab 1:4 gedruckt und schliesslich im Brennofen fertiggestellt.

Integrierte Entwässerung

Fehlhaber kritisiert, dass im Architekturstudium oft einseitige Schwerpunkte auf nachwachsende Rohstoffe wie Holz gesetzt werden, und dafür Baustoffe wie Tone und Lehme aussen vor bleiben. Deshalb entschloss er sich kurzerhand, mit einem Koffer voller Ton zu den Studenten zu gehen und sie zu fragen, was man damit machen könne. Heraus kamen dabei aussenliegende Bewässerungssysteme. «Ziegel können Wasser aufnehmen und wieder abgeben. So kann ich mit einem Ziegelgebäude gegebenenfalls auch das städtische Klima verbessern», schildert Fehlhaber. «Denkt man an die Flächenversiegelung der Städte, so kann die Feuchtigkeit sehr schnell einmal weg sein. Gebäudeoberflächen, die Wasser abgeben und verdunsten, können natürlich auch Kühleffekte haben.»

Haben die Seminare zur Entwicklung neuer Produkte geführt? Eine produktreife Idee habe man von den Studenten in so kurzer Zeit nicht erwarten können, entgegnet dazu Fehlhaber. Doch sie seien wichtige Impulsgeber. «Wir müssen wissen, was sie von unserem Baustoff erwarten, denn sie sind Kunden in spe.» Letztlich führten solche Diskussionen auch immer zu einem stetigen Austausch, der sich auf die Produktentwicklung auswirke.

Sonderlösungen

Die traditionelle Ziegelproduktion beruht auf der Extrusion, bei der aus einem Endlosstrang einzelne Ziegel geschnitten werden, oder auf Schalungen, die dem Baustoff vor dem Brennen ihre Form geben. Eine individuelle Gestaltung war bisher noch nicht möglich oder zu teuer. Dass soll sich nun mit dem 3-D-Druck ändern. Denn mit diesem Verfahren lässt sich der Mauerziegel genau ausgestalten. Dabei wollen die Forschenden den etablierten Standardziegel keinesfalls ersetzen. Es gehe vorderhand darum, die wirtschaftliche Produktion ergänzender Sonderteile zu ergründen, hält Projektleiter Dennis de Witte von der TU Darmstadt fest.

Freiformen und Geometrien

Geometrie, optimierter Materialeinsatz sowie Bauphysik stehen bei der additiven Fertigung im Vordergrund. Eine wichtige Rolle nimmt dabei der eigens entwickelte Roboter ein. Er verfügt über einen Arm und einen drehbaren Kopf und bringt das Rohmaterial anhand eines genauen digitalen Modells aus. Das Projekt ist anspruchsvoll. Zunächst galt es, die Grundlagen zu erarbeiten. In einer Vorstudie machte man sich Überlegungen, was der 3-D-Druck im Bereich des Hintermauerziegels überhaupt bewirken kann. «Wir mussten erst einmal lernen, dass uns die Wirtschaftlichkeit enge Grenzen setzt und wir durch den 3-D-Druck sicher keine Kannibalisierung der althergebrachten Ziegelmassenfertigung befürchten müssen», so Thomas Fehlhaber. «Heutige Ziegel werden extrudiert, das heisst, am Strang gepresst. Beim 3-D-Druck hat man im Prinzip eine Miniaturpresse, die an einem Strang – um es volksmündlich auszudrücken – eine Wurst presst, die einen bestimmten Durchmesser hat, in unserem Fall nur wenige Millimeter, zwei oder höchstens drei.»

Diese Anordnung führte zu grundlegenden Fragestellungen, wie beispielsweise jener nach dem Verbund der einzelnen Stränge oder auch nach der Festigkeit. Ausserdem ging es darum, herauszufinden, welches Material sich überhaupt so fein pressen lässt. In einem weiteren Schritt ging es um die Formen, die überhaupt gedruckt werden können und darum, wie überhängend sie sein dürfen. «Wenn ich eine Freiform drucken will, dann kann ich entweder immer wieder ein Stückchen versetzen und dann hängt eben das Material auch ein Stück weit in der Luft. Und das ist nass und weich, und dementsprechend darf es sich während des Druckens auch nicht verformen», erklärt Fehlhaber. «Oder wir müssen eine andere Druckmethode anwenden und das Material stützen, also erst eine Form drucken, in die wir dann hinein drucken.» Am Ende werde es darum gehen, die gedruckten Freiformen in der Fassade dauerhaft verankern zu können. «Da sind wir noch nicht so weit», gesteht Fehlhaber. Trotzdem soll bis Jahresende ein erstes Mock-up stehen.

Anwendungsbereiche

Bei künftigen Anwendungsbereichen denkt der Unipor-Geschäftsführer nicht nur an die Herstellung von Unikaten, etwa für den Denkmalschutz, sondern auch an Kleinserien. «Diese können entweder tektonische Gründe haben, sodass wir sozusagen ein Fassadendesign ‹on demand› anstreben, uns also am Kunden orientieren, der die Form bestimmt; was dem sogenannten Freiformverfahren entspricht.» Doch dies könne man nur innerhalb gewisser Grenzen realisieren. Weiter gebe es im Hintermauerziegelbereich allenfalls die Möglichkeit, bei der freien Formenwahl andere Geometrien im Ziegel zu erreichen, die es ermöglichen könnten, höhere Festigkeiten durch Form statt durch Materialität zu erzielen. «Denn wir wollen ja so wenig Material wie möglich einsetzen. So könnten wir im Prinzip Formen gestalten, die dem Kraftfluss in einer solchen Wand folgen.»

Antonio Suárez / 23. August 2019

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