Einblicke in die digitale Zukunft des Asphalteinbaus gegeben

Limburg a. d. Lahn (ABZ). – Herkömmlicherweise werden beim Asphalteinbau Abweichungen vom Soll erst nach Abschluss des Einbauprozesses festgestellt. Dann ist ein Eingreifen nicht mehr möglich – ggf. entstandene Fehler müssen ausgebessert, heißt ausgefräst und neu asphaltiert werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes QUASt ("Neue Ansätze bei der Qualitätsüberwachung im Straßenbau") suchten die Forschungspartner Androtec, Bomag, Moba Mobile Automation, TH Köln, TPA (Strabag) und RWTH Aachen Lösungsansätze, um früher reagieren zu können.

Kürzlich wurden bei einer Abschlussveranstaltung mit Präsentationen und einem Live-Demonstrationseinbau die Ergebnisse der Forschungsarbeiten präsentiert. Die gute Nachricht: Das gesetzte Forschungsziel wurde erreicht. Die maßgeblichen Parameter – Belagsbreite, -dicke, -querprofil, Längsebenheit und Verdichtungsgrad – lassen sich mit den im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelten Lösungen flächendeckend nun schon während des gesamten Einbauprozesses überwachen. Neu am Ablauf ist u. a., dass die Walze nicht mehr rein als abschließendes Verdichtungswerkzeug fungiert, sondern als Messinstrument, das das finale Einbau-Ergebnis vermisst und die gesammelten Messwerte mit den vorgegebenen Referenzwerten abgleicht. Dabei werden alle Stationen des Einbauprozesses – von der Mischanlage, dem transportierenden Lkw über Beschicker und Fertiger bis hin zu Splittstreuer und Walze – in einen Regelkreis integriert und bei notwendigen Korrekturen direkt in Echtzeit angesprochen.

Der Vorstand für Entwicklung der Moba Mobile Automation, Alfons Horn, konnte die Repräsentanten der Forschungspartner und Interessierte aus der Branche sowie Vertreter der Presse am Firmensitz in Limburg an der Lahn begrüßen. Oliver Ripke, stellvertretender Referatsleiter der Bundesanstalt für Straßenwesen, stellte die Historie des Projektes vor. Der Vorläufer PASt (Prozesssicherer automatisierter Straßenbau), bei dem der Fokus auf der Automatisierung des Straßenfertigers lag, wurde mit weiterentwickelt, um eine größere Prozesssicherheit herzustellen. Mit QUASt war nun die komplette Fertigungskette Objekt der Forschungsarbeiten. Und auch zukünftig soll dem Fortschritt in der Digitalisierung Rechnung getragen werden. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist, mit der Autonomisierung von Baumaschinen die Sicherheit des Straßenbaupersonals zu vergrößern – insbesondere das des besonders gefährdeten Mitarbeiters an der Fertigerbohle auf Baustellen im "rollenden Verkehr", dessen ständige Präsenz direkt an der Bohle nicht mehr erforderlich sein soll. Der Startschuss für das entsprechende Folgeprojekt "Robot – Straßenbau 4.0" ist bereits gefallen.

Prof. Dr. Alfred Ulrich von der TH Köln, Leiter des Projektes QUASt und Gründer des ebenfalls beteiligten Kölner Labors für Baumaschinen (KLB), stellte das zugrunde liegende Forschungsziel vor. Bereits während des Einbaus sollen dem Maschinisten die Messdaten zu den maßgeblichen Parametern geliefert werden. Was in stationären, also Fabrikproduktionen, bereits üblich ist, ist im Straßenbau bisher noch nicht möglich, so Prof. Dr. Ulrich. Aktuell werden nach der letzten Walzenüberfahrt die tatsächlichen Messdaten (Endergebnis) mit den Solldaten aus dem zugrundeliegenden Vertrag abgeglichen. Abweichungen müssen dann meist aufwändig behoben werden. Besondere Schwierigkeit bei der Erfassung von belastbaren Messdaten ist u. a. die frei schwimmende Bohle am Fertiger. Die Erfassung der extrem komplexen Aspekte ihrer Arbeit war eine besondere Herausforderung bei dem Projekt.

Die Digitalisierung des Straßenbaus und die Vergrößerung der Transparenz durch Echtzeit-Messwerte ist eine der Kernkompetenzen der Moba Mobile Automation. Alfons Horn erläuterte die umfangreichen Messkonzepte für Fertiger und Walze. Ziel sei immer ein "stabiles, störungsfreies und robustes Arbeiten, denn Unterbrechungen kann man sich in der Praxis nicht erlauben. Die Komplexität der Systeme ist enorm angestiegen." Daher werden Hilfsmittel zur Unterstützung immer wichtiger. Produkte, die die Ebenheit steuern (Moba-matic II und Big Sonic-Ski) oder Schichtdicke (Moba Pave-TM) bzw. Temperatur des Einbaumaterials (Moba Pave-IR) messen und dokumentieren sowie die flächendeckende Verdichtungskontrolle (Moba MCA-3000) gehören schon ins Produktportfolio des Unternehmens. Sie haben sich am Markt bereits bewährt und wurden, wie im Falle des Schichtdickenmesssystems Pave-TM, preisgekrönt (VDBUM Förderpreis und bauma Innovationspreis). Diese Produkte konnten im Rahmen von QUASt und unter Verwendung der neu erworbenen Erkenntnisse in Zusammenarbeit mit den anderen Forschungspartnern weiterentwickelt und verbessert werden.

Ein wichtiger Aspekt bei der Optimierung der Einbauqualität ist die Berechnung der erreichten Verdichtung. Hierauf lag auch ein Hauptaugenmerk im Rahmen der QUASt-Forschungsarbeiten. Diese lässt sich nicht direkt messen – wie bspw. Länge oder Breite. Die erreichte Verdichtung wird unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Parameter errechnet. Für den Fertiger gilt: Aus dem eingebauten Volumen (Wegstrecke x Bohlenbreite x Einbaustärke) und der dafür aufgewendeten Masse (angelieferte Tonnagen abzgl. der verbleibenden Restmenge) ergibt sich die Dichte der aktuell eingebauten Schicht und damit die Vorverdichtung. Für die Walze kommt noch das Setzmaß hinzu: Mit einem Laser als Höhenreferenz wird die erreichte Reduzierung der Schichtdicke für jede Walzenüberfahrt ermittelt und damit das veränderte Volumen – und die neue Verdichtung der eingebauten Schicht.

Für ein möglichst exaktes Ergebnis wurden die Möglichkeiten zur Messung der einzelnen Parameter weiter verbessert. Für die Wegstrecke wird die Arbeitsgeschwindigkeit des Fertigers mit hochgenauen GNSS-Messungen und Bewegungs-Triggern ermittelt. Die Schichtdickenmessung wurde weiter optimiert. Herausforderung war und bleibt die Ermittlung der Menge des bereits eingebauten Materials – denn, was der Fertiger von der geladenen Menge tatsächlich bereits eingebaut hat, lässt sich nicht so einfach messen. Doch mit fortschreitender Einbauzeit und steigender Anzahl verbauter Lkw-Ladungen addieren sich die Abweichungen nicht auf, sondern werden verschwindend klein.

Eine neue Dimension bei der Laservermessung stellte AndroTec, vertreten durch Geschäftsführer Michael Kasper, vor. Mit "DynaPlane" erfolgt die Referenz nicht mehr – wie aktuell Standard – über eine Messebene, die durch einen rotierenden Laserstrahl aufgespannt wird. Das neu entwickelte System arbeitet mit einem Messraum in Form von zwei Kegeln, die sich an der Spitze (am Ausgangspunkt des Lasers) berühren. Diese entstehen durch eine taumelnde, schräg stehende Laserebene, die erforderlichen Sensoren können viel kleiner und punktförmig sein. Höhen- und optional Positionsbestimmungen sind jetzt in einem Umkreis von 400 m und bis in 80 m Höhe möglich. Dieses System misst sehr genau – so präzise, dass sogar temperaturbedingte Ausdehnungen von Stativen und Masten berücksichtigt werden.

Dank der TPA – der Gesellschaft zur Optimierung von Technischen Prozessen, Arbeitssicherheit und Qualität aus dem Konzernverbund der Strabag – konnten alle Testergebnisse in der Praxis erprobt werden.

Und so bekamen die Teilnehmer zum Abschluss der Veranstaltung auf dem Testgelände der Moba Mobile Automation die Ergebnisse des Forschungsprojektes im Live-Einsatz zu sehen. Mit einem Fertiger und einer Walze aus dem Hause Bomag wurde eine Demonstrationsstraße eingebaut. Die gezeigten sog. Demonstratoren werden nun zu Prototypen weiterentwickelt werden, um in Zukunft, nach erlangter Serienreife, den Straßenbau zu revolutionieren. Man darf erwarten, dass der Einbauprozess dann nicht nur für das Straßenbaupersonal sicherer werden wird, sondern dass auch Zeit, Geld und wertvolle Ressourcen eingespart werden können, da es nun möglich ist, entstehende Abweichung direkt zu erkennen und zu beheben.