Bauwirtschaft

Konstruktions-Revolution

Autor*in: STEFAN FREIWALD

Konstruktion ist ohne dreidimensionale Messverfahren kaum noch denkbar. Mit Hilfe hochmoderner Laserscanner lassen sich einfach und sehr genau Bauteile erfassen, von der einzelnen Schraube bis zur kompletten Cornflakes-Fabrik. Neuerdings profitiert auch die Kunststoffindustrie davon.

Aus der Spritzgussmaschine unter den Laserscanner: Franz Bokop (links) und Wilfried Hinxlage (rechts) von der Firma Merkutec nutzen die Technologie von Volker Platen (Mitte), um Schwachstellen bei Prototypen von Kunststoffbauteilen aufzudecken.    

Franz Bokop schaut gerne zweimal hin. Der Werkzeugmacher hat jahrzehntelang für die Kunststoffindustrie gearbeitet. Jetzt testet er, ob andere Werkzeugmacher in der Branche sauber arbeiten. Kunststoffteile die in Serie produziert werden, müssen alle auf den hundertstel Millimeter genau gefertigt sein. Ist aber das Werkzeug nicht hundertprozentig exakt gebaut, entstehen Fehler. Das Teil, was an irgendeiner Stelle in einem Auto, Flugzeug, Schiff, Möbelstück oder sonst wo eingebaut wird, passt nicht.

Damit das nicht passiert, lassen viele Unternehmen bei Merkutec in Langwege bei Dinklage Prototypen produzieren. Franz Bokop überprüft diese Prototypen. Neuerdings benutzt er dafür einen Laserscanner, mit dem er in nur wenigen Minuten ein Bauteil erfassen und checken kann. Sobald die 3D-Daten erfasst wurden, vergleicht der Computer sie mit den eigentlichen Konstruktionsdaten und zeigt Abweichungen von hundertstel Millimetern auf. Danach kann das Werkzeug umgebaut oder verändert werden. Manchmal genüge es auch, gewisse Parameter an der Spritzgussmaschine zu verändern, weiß Projektleiter Wilfried Hinxlage. Eins sei nur entscheidend: Es muss schnell gehen, denn der Hersteller will sobald wie möglich mit der Serienproduktion starten.

Die markante ehemalige Cornflakes-Fabrik von Kellogg’s an der Weser haben Volker Platen und sein Team gescannt – hier eine fotorealistische Punktwolke. Demnächst soll das Gebäude zu einem Hotel umgebaut werden.   

Erst seit Ende des vergangenen Jahres verwendet Merkutec dafür einen Laserscanner, aber Firmengründer Markus Mechelhoff sieht darin einen Zukunftsmarkt. Deshalb hat sich Mechelhoff – Existenzgründer des Jahres 2015 – mit Volker Platen von Laserscan OM zusammengetan und die Firma PM Scan KG aus der Taufe gehoben. Platen hat vier Jahre vor seinem neuen Geschäftspartner den Gründerpreis gewonnen – mit dem Archäologie- Dienstleister denkmal3D. Die neue Geschäftsidee der beiden Gründerpreisträger funktioniert auch andersherum. Früher existierten nur selten Pläne von Konstruktionsteilen aus Kunststoff. Diese werden aber benötigt, um ein Teil nachproduzieren zu können. Also scannen Franz Bokop und seine Kollegen die Bauteile mit dem Scanner und erhalten so alle Daten, die zur exakten Reproduktion benötigt werden.

Fast alle Branchen, in denen es um Konstruktion geht, profitieren von den schnellen und leistungsstarken Lasercannern, die der Vechtaer Volker Platen einsetzt. Platen ist auf großen archäologischen Ausgrabungen ebenso dabei wie bei der Planung von Großbauprojekten, dem Umbau von Fabriken oder alten Schlössern. „3D-Laserscanning hat das Vermessungswesen revolutioniert", sagt Platen. Wofür Experten mit herkömmlichen Vermessungsmethoden Wochen oder Monate benötigen würden, ist Platen mit dem Scanner in wenigen Stunden fertig. So hat Laserscan OM schon in tiefsten Bergwerken des Harzes gearbeitet wie in luftiger Höhe. Wenn zum Beispiel ehemalige Industriebrachen wie die auf dem 15 Hektar großen Kellogg-Gelände in Bremen zu einem neuen Stadtteil mit ökologischen Wohnungen, Kitas, Schulen einem Hotel und anderen Einrichtungen umgebaut werden, dann fußt sämtliche Planung auf den Daten, die Platen und seine Mitarbeiter mit den Laserscannern gemessen haben. Vermessen hat das Team unter anderem den großen, markanten Siloturm des ehemals größten Kellogg-Werkes in Europa auf der Überseeinsel.

Die Archäologen von denkmal3D haben einen 2000 Jahre alten Bohlenweg im Diepholzer Moor ausgegraben. Damit die Bohlen für einen Erlebnispfad rekonstruiert werden können, scannt das Unternehmen den kompletten Weg.   

LASERSCAN-TECHNOLOGIE

Laserscan Oldenburger Münsterland erfasst Gebäude, Bauteile, technische Anlagen und andere Freiflächen mit 3D-Laserscannern. Dabei werden die Objekte durch einen Laserstrahl rasterartig abgetastet. Der Scanner erfasst innerhalb einer Sekunde eine Million Punkte. Jeder Punkt innerhalb dieser so genannten Punktwolke ist durch dreidimensionale Koordinaten, Farbwerte und Laserreflexionswerte definiert.

Dabei spielt die Größe der Objekte, die es zu vermessen gilt, keine Rolle. Sie reichen vom einzelnen Streichholz bis hin zu einer Fabrikanlage. Zudem können die Vermessungstechniker anhand komplexer Rechenmodelle auch für den Scanner unerreichbare Teile einer Anlage darstellen.

Die Laserscanner können allerdings noch mehr als nur exakt messen. Sie haben auch eine Kamera an Bord, die dazu auch Fotos erstellt, um eine möglichst realistische Darstellung zu erhalten. Außerdem erfasst sie die Reflexionswerte einer Oberfläche und kann so Unebenheiten im Millimeter-Bereich ausmachen.

„Das Planen im Bestand ist kompliziert, weil oftmals präzise Daten von der Größe und Beschaffenheit der Umgebung fehlen", erklärt Platen. Ein Laserscanner erledige auch komplexe Vermessungen innerhalb kurzer Zeit. Das passt zum Megatrend, der unter dem Stichwort Industrie 4.0 bekannt ist. Sämtliche Prozesse werden digitalisiert. Deswegen hat auch die Bremer Wohnungsbaugesellschaft GEWOBA angefangen, ihre Wohnhäuser von außen scannen zu lassen, um einen Überblick über den Bestand zu bekommen und Daten für künftige Umoder Neubauten bereit zu haben.

Nicht nur die Industrie, Stadtplaner und die Immobilienwirtschaft machen sich die Scanner-Technik zunutze. Gleiches gilt auch für die Archäologie. Vor etwa zehn Jahren fing damit sogar alles an. Vermessungstechniker Volker Platen gründete mit dem Archäologen Falk Näth das Unternehmen denkmal3D. Denn Archäologen buddeln nicht nur, sie vermessen auch und dokumentieren Funde für die Nachwelt.

Einen besonderen Fund gräbt das Unternehmen im Diepholzer Moor aus. Es handelt sich um einen mehr als 1000 Jahre alten Bohlenweg. Das 520 Meter lange Teilstück des Weges, das derzeit ausgegraben wird, lässt sich nicht an Ort und Stelle bewahren, denn rundherum wird Torf abgebaut und anschließend wiedervernässt. Nachdem die Archäologen Teile des Weges freigelegt haben und bevor die Bohlen zur Konservierung ins Industriemuseum Lohne kommen, vermisst Volker Platen den Weg mit dem Laserscanner. Es entstehen Millionen von dreidimensionalen Daten. „Dadurch wird es hinterher möglich, den Weg virtuell zu erhalten und zu rekonstruieren", erläutert Platen.

Die Wandgemälde in Schloss Burg müssen restauriert werden. Dazu hat Volker Platen mit seinem Team 5-fach HDR-Fotos und Punktwolken erstellt. Sie ermöglichen die exakte Restaurierung der Bilder.   

Das Ausgrabungsprojekt ist nach Angaben des Niedersächsischen Landesamts für Denkmalpflege, das größte seit Jahrzehnten an einem Bohlenweg. Dabei seien nicht nur neue archäologische Funde zu erwarten, die gewonnenen Daten lieferten auch neue Erkenntnisse über die Landnutzung vor 2000 Jahren. Das Ziel des Projektes ist es, die Ergebnisse der Ausgrabung erlebbar zu machen. Eine moderne Rekonstruktion des Bohlenweges soll in Form einer einen Kilometer langen „Moorloipe" zu einer Aussichtsplattform führen, von der aus Besucher natürlich erhaltene Moorfläche überblicken können. Am Wegesrand der Moorloipe sollen Infomationen über die kulturhistorische Bedeutung des Weges, den Lebensraum Moor sowie dessen Bedeutung für den Klimaschutz vermittelt werden.

Rund 150 CAD-Pläne haben Platen und seine Mitarbeiter auch von einem der größten mittelalterlichen Burgen Deutschlands erstellt: Schloss Burg in der Nähe von Solingen. Dort restauriert der Schlossbauverein für rund 33 Millionen Euro die Gebäude. Der Umbau, dessen Grundlage denkmal3D mit den Plänen geliefert hat, dauert acht Jahre. Vorher existierten so gut wie gar keine Pläne von der mittelalterlichen Schlossanlage, die im 19. Jahrhundert noch einmal ausgebaut wurde. Nicht nur die Mauern und Dächer haben Platen und seine Mitarbeiter vermessen. Sie haben auch die zahlreichen Wandgemälde im Rittersaal gescannt, sowohl die Ahnengalerie der Fürsten als auch die Bilder aus dem 19. Jahrhundert wie von der Schlacht von Worringen, die von Malern der berühmten Düsseldorfer Schule angefertigt wurden und an denen der Zahn der Zeit mächtig genagt hat.

Blick auf den Bergfried von Schloss Burg. Die Vechtaer Firma denkmal3D hat von der imposanten Anlage rund 1600 Scans angefertigt.   

Aus den Messdaten berechnet der Computer eine so genannte Punktwolke, die so gestochen scharf aussieht wie ein Farbfoto – mit dem Unterschied, dass die Punktwolke tausende von Messdaten enthält. Diese wollen die Restauratoren nutzen, um die Bilder nach einer umfassenden Reinigung wieder in den Zustand von vor rund 100 Jahren zu versetzen.

Insgesamt gibt es von Schloss Burg rund 1600 Scans, die Laserscan Oldenburger Münsterland in nur wenigen Wochen erstellt hat. Eine herkömmliche Vermessung hätte weitaus länger gedauert. Schwer zugängliche Bereiche wie auf dem markanten Bergfried hätten überhaupt nicht erfasst werden können. „Ohne die Vermessungsdaten könnten wir mit der Restaurierung nicht anfangen", sagt Philipp Reinsdorf, Architekt aus dem Restaurierungsteam der Stadt Solingen. Konstruktion ohne digitale Daten, Punktwolken und fünffache HDR-Aufnahmen? Auch im öffentlichen Sektor ist das heute für große Projekte nicht mehr denkbar.

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