Keine Fußball-WM ohne Laserrohre

Viele eindruckvolle Gebäude und Stadien, die in Südafrika zur Fußball-WM entstanden sind, waren nur via Laserschneiden in dieser Form und zu einem vertretbaren Auf- wand herstellbar. Wir haben uns nicht nur die lasergerechten Konstruktionen einmal genauer angesehen, sondern auch das italienische Unternehmen besucht, das viele der komplexen, hochgenauen Rohrstrukturen hergestellt hat – auf Laser-Rohrschneidanlagen von Mazak.

In modernen Baustrukturen werden Rohre mit Laser zugeschnitten. Vor allem bei großen Gebäuden, die nicht zu Wohnzwecken dienen, wie Kongresszentren, Stadien und Turnhallen, gewinnt diese Methode mehr und mehr an Bedeutung. Dabei müssen Konstrukteure bei der Planung neben der Ästhetik vor allem auch verstärkt an zeitliche Liefer- und ökonomische Kostenkriterien denken.

Bereits auf der EMO 2005 kündigte Yamazaki Mazak mit einem ausgestellten Musterstück die Absicht an, mit Laser zugeschnittene Strukturrohre für die Realisierung des eigenen Mazak World Technology Center zu verwenden, um passende und präzise Verbindungen zu erhalten. Das Welcome Center und der Show Room des Unternehmens wurden im April 2006 eröffnet.

Seitdem hat sich die Verwendung der laserzugeschnittenen Strukturrohre als eine Lösung mit außergewöhnlichem Potenzial erwiesen, weil sie viele manuelle Vorgänge reduziert und somit Zeit und Kosten minimiert.

Wie in anderen neuen Bereichen auch benötigte es allerdings zuerst einen Konstrukteur, der sich auf diese Technik einließ. Für das Mazak World Technology Center wurde die Situation vereinfacht, da Auftraggeber und Lieferant aus einem Haus kamen und daher die gesamte Schnittarbeit der Rohrstrukturen von Mazak selbst übernommen werden konnte. Der Konstrukteur, der mit dieser innovativen Technologie experimentierte und sie schließlich anwendete, wurde in der Takenaka Corp. gefunden. Dabei handelt es sich um eines der größten internationalen Unternehmen mit Sitz in Osaka, das sich auf die Planung und Realisierung besonderer Konstruktionen und Strukturen spezialisiert hat.

Um Takenakas anfängliche Bedenken, beziehungsweise den Druck der Einhaltung des Realisierungszeitraums zu nehmen, demonstrierte Yamazaki Mazak Optonics – die Abteilung, die sich mit der Planung, der Anfertigung und dem Verkauf der Laser-Systeme für mechanische Bearbeitungen beschäftigt – eine einfache Gitterstruktur. Diese überzeugte alle Beteiligten, dass die vorgeschlagene Methode verwendbar und wirksam war. Der Test hat in der Tat gezeigt, dass diese Strukturen leicht an Ort und Stelle montiert und mit der verlangten Genauigkeit von ± 2 mm geschweißt werden konnten. Dank der Präzision, mit der die einzelnen Elemente mit dem Laser zugeschnitten werden, konnten die Arbeiten sogar schneller als mit traditionellen Baumethoden erfolgen.

Mit der Konstruktion des Mazak Technology Centers begann man im Sommer 2005, wenig Monate vor der Vorstellung der Laser-Rohrschneidanlagen auf der EMO. Die Komponenten wurden alle von Mazak zugeschnitten. Für den automatischen Laserschnitt von Rohren bis 300 mm Durchmesser kamen Laseranlagen des Typs 3D Fabri Gear 300 zum Einsatz, Space Gear U 44 -Anlagen für den Schnitt mit manuellem Vorschub von Rohren mit höherem Durchmesser. Konventionelle Systeme setzte man für den Laserschnitt von Flachblechen, allen Verkopplungseinsätzen aus Metall und für die Fixierung der Rohrteile ein.

Ein anderer wichtiger Aspekt war die Montage und das Schweißen jeder einzelnen Struktur bis 25 m Länge gleich in unmittelbarer Nähe der endgültigen Position der gelaserten Rohrstrukturen. Das hat enorm zur Senkung der Montagezeiten gegenüber der benötigten Zeit mit herkömmlichen Methoden beigetragen.

In 5 ½ Stunden gelang es, eine einzelne Einheit der Gitterrohrstruktur zu realisieren. Montage, Schweißung der Komponenten, Lackierung und Positionierung innerhalb der Hauptstruktur inbegriffen. Für die Herstellung der Struktur waren insgesamt 4.200 Tonnen Material notwendig – dem gegenüber stehen 5.000 Tonnen für einen traditionellen Bau. Die Konstruktion dieses großen Centers wurde in etwas mehr als zehn Monaten gefertigt, mit einer Zeitersparnis von rund 38 Prozent – ein neuer großer Erfolg für die Lasertechnologie, die auf diese Weise eindrucksvoll als Basiselement für die Realisierung großer Strukturen in Erscheinung getreten ist.

Doch das war erst der Startschuss. In der Umgebung von Nagoya wurde eine andere Konstruktion mit demselben Prinzip von Takenaka angefertigt: das Nagashima Spa Dome. Dabei handelt es sich um eine kuppelförmige Struktur mit den Maßen 61,6 m x 35 m und einer Gesamtfläche von 3.736 m². Obwohl das Kuppel-Projekt, das mit einer von Trägerpfeilern freien Gitterstruktur verwirklicht wurde, vollkommen anders als das des Mazak World Technology Center ist, setzte der japanische Konstrukteur auch in diesem Fall dieselbe Methode der zugeschnittenen Rohre ein. So erhielt er geeignete Verbindungen, die durch einfache Verkopplungseinsätze aus Blech fixiert wurden. Solche durch manuelle Schweißung versteiften elementaren Strukturen wurden dann an deren Stelle montiert.

Während der Präsentation des Bauwerks wurde speziell auf die Zeitersparnis dank der neuen Technik eingegangen. Die Kuppelstruktur wurde in nur 11 Wochen gebaut, mit konventionellen Methoden wären 24 Wochen notwendig gewesen. In beiden Fällen muss man noch 12 1/2 Wochen für den verbleibenden Teil der Arbeiten dazurechnen. Das heißt, dass die Verwendung der Lasertechnologie eine gesamte Zeitreduzierung beim Bau des Großcenters von mehr als 35 Prozent ermöglichte.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der neuen Bautechnik ist, dass die lasergeschnittenen Teile eine höhere dimensionale Präzision besitzen und die Anpassungsarbeitsgänge der Teile reduziert werden. Das ist besonders wichtig, wenn große Strukturen realisiert werden müssen, bei denen sich Ungenauigkeiten addieren. Da mit der Lasertechnik die Module der Struktur direkt an Ort und Stelle montiert werden, reduzieren sich weiterhin Kosten durch den teilweisen Wegfall des Transports großer und schwerer Komponenten.

Wenn man die Konfigurationen der Strukturen betrachtet, ist man von der großen Vielfalt der Formen überrascht. Das führt zu der Überlegung, dass mit der Verwendung dieser Technik, die die Laserbearbeitung nutzt, die Vielfalt der architektonischen Formen enorm erweitert werden kann. Das bietet Architekten bis heute undenkbare Möglichkeiten.

Die auf die Planung und den Bau eckiger Strukturen mit Hauptträgern aus Eisen spezialisierte südafrikanische Metallbaugesellschaft Tricom Structures konnte die Vorteile der neuen Technik vollkommen nützen. Mit der Bearbeitung von etwa 1.000 Tonnen Eisen in der Woche ist sie in der Lage, rund einhundert 50 m hohe Türme im Monat zu herzustellen. Zweifellos ein idealer Kunde für die Lasertechnologie, wenn man die Tatsache in Betracht zieht, dass Südafrika gerade die Stadien baut, um die nächste Fußballweltmeisterschaft 2010 auszurichten. Tricom Structures, mit Sitz in der Nähe von Pretoria, ist auf den Bau von Strukturen für Telekommunikations-Antennen spezialisiert. Es war nahe liegend, sich der Laser-Lösung in diesem Bereich mit der Herstellung der Strukturen auf einem Kreis um den Trägerturm der positionierten Antennen anzunähern.

Das Unternehmen verwirklichte alle vorher beschriebenen Vorteile mit besonderem Augenmerk auf die Produktionszeit: Eine solche Antenne mit 120 m Höhe für die Firma Celten Gabon wurde innerhalb von 12 Tagen errichtet. Daher die Entscheidung, eine erste Anlage des Typs 3D Fabri Gear 300 Mazak zu erwerben, die in der Lage ist, Rohre, Stangen und offene Profile mit einer Länge bis 15 m zu bearbeiten. Die Entwicklung einer eigens dafür vorgesehenen Software bei Tricom Structures war hierfür notwendig. Nach nur kurzer Zeit war man in der Lage, die Software der 3D Lasermaschine in die neu entwickelte zu integrieren und somit Verbindungen mit vier oder sechs Elementen mit verschiedenen Verbindungsstück-Typologien darzustellen.

In diesem Gesamtbild war es nun möglich, den unterschiedlichen Komponenten der Verbindung schmale Streifen hinzuzufügen, um ihre Montage zu erleichtern und die Zahl der dazu notwendigen Verkopplungseinsätze zu minimieren.

Dank der direkten Verfügbarkeit des Lasersystems und den gewonnenen Erfahrungen auf diesem Gebiet hat das Unternehmen seine Kernkompetenz auf die Herstellung komplexerer Strukturen verlegt. Der erste Auftrag war das ‚Melrose Arch Shopping Center and Mall’ in Johannesburg, eine überdachte Vorhalle in L-Form, 32 m breit und 90 m lang – eine mit Glaspaneelen überdachte Rohrstruktur. Die zweite Realisierung war das ‚Ellis Park Ruby Stadium’, ebenfalls in Johannesburg; in diesem Fall betraf der Bau das Dach der Nord-Halle, aus Haupt-Rohrsäulen bestehend, von denen Netzträger ausgehen. Die dritte Ausführung betraf die Überdachung des ‚Orlando Soccer Stadium in Johannesburg’, eine im vergangenen Mai eröffnete Anlage mit 40.000 überdachten Plätzen. Genau genommen die Herstellung des Trägers mit Gitterhängewerk auf die schon existierenden Betonsäulen. Aktuell ist man mit dem Laserschnitt von Rohrelementen, die die Überdachungsstrukturen des neuen ‚Mbombela Stadium’ mit 40.000 Plätzen vorantreiben sollen und dem Wiederaufbau der Überdachung des ‚Peter Mokaba Stadions’ von Polokwane beschäftigt. Zur Zeit erfährt dieses Verfahren einen ersten Massenerfolg auf afrikanischem Boden, zuerst im Bau ‚einfacher’ Antennen, danach komplexerer Strukturen.

Autor: Antonio Vendramini

www.mazak.de