Schalhaut aus dem 3D-Drucker

In der Schalungswelt greifen Mitarbeiter bei vielen Arbeitsbereichen schon längst auf moderne Technik zurück. Schalungsplanung: erfolgt digital. Schalungsfertigung: zum Großteil automatisiert. Diese Entwicklung hält auch in der Zusammenstellung von Schalung selbst Einzug. Je nach Anforderung kann besonders aufwendige Sonderschalung mit Rückgriff auf neue Technologien wesentlich effizienter gefertigt werden. Individuelle Elemente, die meist nur einmal für ein ganz bestimmtes Bauteil zum Einsatz kommen, werden normalerweise aus Holz oder Kunststoff gefräst, geglättet, versiegelt und anschließend zusammengesetzt. Für das Gros an Schalungsobjekten ist dies auch die wirtschaftlichste Methode hinsichtlich Kosten-Nutzen-Relation. Doch es gibt auch Fälle, bei denen sich andere Herstellungsprozesse besser eignen: In Kooperation mit der voxeljet AG hat der Schalungsspezialist Doka in einem Pilotprojekt eine 3D-gedruckte Schalhaut für eine Sichtbetontreppe mit ausgefallener Geometrie realisiert. Das Ergebnis: Deutliche Zeitvorteile und makellose Betonoberflächen.

Hoher Anspruch an Treppenform und -oberfläche
Beim Rohbau des Hauptsitzes der Sächsischen Aufbaubank (SAB) in Leipzig, welcher durch die Arbeitsgemeinschaft Rohbau SAB Leipzig – Ed. Züblin AG, Bereich Sachsen & GP Papenburg Hochbau GmbH, NL Ost realisiert wurde, sollte eine halbgewendelte Treppe mit Zwischenpodest errichtet werden, die auf einer Tragwand aufgesattelt ist. Wie der gesamte Neubau ist auch die Treppe, die den Aufgang von der Tiefgarage ins Foyer bildet, architektonisch anspruchsvoll. Sie ist zu 40 Prozent – bis zum Zwischenpodest – an eine Wand angelehnt und wird danach freitragend. Die Oberfläche der Innenseite war zudem als Sichtbeton auszuführen. Durch eine entsprechende Nachbehandlung mittels Sandstrahlen sollte eine weitestgehend Lunker-freie und farblich homogene Oberfläche hergestellt werden. Die geometrischen und optischen Anforderungen stellten einen hohen Anspruch an das dafür konzipierte Schalsystem. Für die Lösung dieser Aufgabe wandte sich die ausführende ARGE an Doka.

Analyse der Schalungsform
Im ersten Schritt kategorisierte Doka die verschiedenen Oberflächen entsprechend ihrer Komplexität: Einachsige, geschwungene Oberflächen mit zylindrischen oder konischen Formen konnten konventionell wirtschaftlich geschalt werden. Ein besonderes Merkmal der Treppe war jedoch eine dreiachsig gekrümmte Oberfläche im Bereich des gerundeten Überhangs hin zur Wandseite. Eine konventionelle Fertigung der nötigen Sonderschalung wäre recht zeitaufwendig gewesen, ganz zu schweigen von der Montage vor Ort.
 
Digitales Modell dreidimensional gedruckt
Doka entschied sich daher für eine innovative Lösung: In Zusammenarbeit mit der voxeljet AG, einem Anbieter von 3D-Drucksystemen für den industriellen Einsatz, wurde in einem additiven Fertigungsverfahren eine spezielle Schalhaut für die Sonderschalung hergestellt. Ausgangspunkt war ein CAD-Modell: Doka plante die sieben Schalhautteile zuerst virtuell mit einem sehr hohen Detaillierungsgrad. Anhand dieser Spezifikationen stellte voxeljet im sogenannten Powder-Binder-Jetting-Verfahren die Schalhautteile in einer Wandstärke von nur 21 mm her. Dabei wird eine Partikelschicht, in diesem Fall Sand, in mehreren Schichten hauchdünn aufgetragen und an jenen Stellen mit Harz verklebt, an denen das gewünschte Bauteil entstehen soll. Der Vorgang wird in mehreren Schritten solange wiederholt, bis das Bauteil fertiggestellt ist. Eine Stützenkonstruktion ist nicht notwendig, loses Material wird danach entfernt. Die 3D-gedruckten Bauteile sind spannungsfrei gefertigt und müssen nur noch mit Epoxidharz infiltriert und anschließend geschliffen und lackiert werden.

90 % weniger Montagezeit
Die dreidimensional gekrümmten Elemente wurden so gestaltet, dass sie sich problemlos mit der Doka-Standardschalung (Xlife-Platten) kombinieren ließen: Bohrungen und Steckverbindungen waren bereits integriert. Dadurch ergab sich ein sehr einfacher Montageplan mit Stecksystem. Der Aufbau auf der Baustelle verlief entsprechend schnell und effizient: Die Monteure benötigten aufgrund des hohen Vorfertigungsgrades der Einzelteile nur etwa ein Zehntel der sonst üblichen Zeit. Auch der Aufbau des Schalsatzes erwies sich aufgrund der hohen Präzision der per digitaler Daten gefertigten Komponenten als äußerst einfach.
Die Ecken der Elemente waren zu 100 Prozent passgenau und konnten als Einmessecken genutzt werden. Die durchgängig digitale Datenverarbeitung der 3D-gedruckten Geometrien führte zu einer sehr hohen Präzision bei der Fertigung, die sich auch beim Betonbild widerspiegelte: Das Gussergebnis entsprach genau der Planung. Dank der geschlossenen, digitalen Datenkette war auch die Bereitstellung einer Qualitätssicherung kein Problem.

Formstabil trotz Wind und Wetter
Zum optimalen Resultat beigetragen hat darüber hinaus die große Witterungsbeständigkeit und Kratzfestigkeit des nachbehandelten Epoxid-Sand-Gemisches. Denn bevor betoniert wurde, stand die fertige Schalung einen Monat – von März bis April – auf der Baustelle. Bei Witterungsverhältnissen mit Frost, Feuchte und zwischenzeitlich auch Wärme hätte es bei konventioneller Sonderschalung, deren Form unter Spannung steht, leicht zu Rissbildungen und damit zu Mängeln in der Oberfläche kommen können. Dank des neuen Verfahrens fielen jedoch keinerlei aufwendige Korrekturen oder Ausbesserungen an. Nach der erfolgreich betonierten Treppe war man sich einig: Es hätte durchaus noch mehr Fläche mit 3D-gedruckter Schalhaut realisiert werden können.

Im Überblick
- Projekt: Neubau Sächsische Aufbaubank (SAB), Leipzig
- Architekt: acme, London
- Bauherr: Sächsische Aufbaubank (SAB)
- Bauausführung: Arbeitsgemeinschaft Rohbau SAB Leipzig – Ed. Züblin AG, Bereich Sachsen & GP Papenburg Hochbau GmbH, NL Ost
- Dienstleistungen: Technische Bearbeitung, Statik prüffähig, Fertigservice, Schalungsservice Basic, Concremote
- Schalungssysteme: Framax Xlife Rahmenschalung, Framax Xlife Stützenschalung, KS Klappstützenschalung, Top50 Trägerschalung, RS Rundsäulenschalung, Dokaflex 20 Deckenschalung, Dokamatic Deckentische, Staxo 40 Traggerüst, Staxo 100 Traggerüst
- Schalungseinsatz: 11/2017 bis 09/2019