Die TU Darmstadt hat am 2. März die ETA-Fabrik eröffnet. In der „Modellfabrik der Zukunft“ erforschen Maschinenbauer, Bauingenieure und Architekten gemeinsam, wie sich industrielle Produktionsprozesse energetisch optimieren lassen. An der Südfassade wurde erstmals das Schüco Parametric System an einem Gebäude verbaut: Die dreidimensionalen, zum Teil bedruckten Glaselemente schützen die Maschinen in der Halle vor direkter Sonneneinstrahlung und erlauben spannende und großzügige Sichtbezüge. Das Parametric System erleichterte die Planung, Vorfertigung und Montage der komplexen 3D-Fassadenelemente.
Bei Bürogebäuden oder Privathaushalten ist Energieeffizienz seit Jahren ein großes Thema. In der industriellen Produktion werden die Einsparmöglichkeiten dagegen noch oft unterschätzt. Dabei können sie bei langfristig steigenden Energiekosten und zunehmendem Kostendruck zum entscheidenden Wirtschaftsfaktor werden. In der Anfang März auf dem Campus „Lichtwiese“ der TU Darmstadt eröffneten ETA-Fabrik wollen Maschinenbauer, Bauingenieure und Architekten nun fachübergreifend erforschen, wie sich industrielle Produktionsprozesse künftig energiesparender gestalten lassen. Das Potenzial ist enorm: Die ETA-Fabrik soll rund 40 Prozent weniger Energie benötigen als eine Standardproduktionshalle.
Hierzu wird eine für die metallverarbeitende Industrie typische Prozesskette aus Drehen, Bohren, Schleifen, Reinigen und weiteren Fertigungsschritten abgebildet. Das Besondere daran: Statt wie bisher üblich Maschinen, Gebäude und technische Infrastruktur isoliert zu betrachten, sind die Systeme „intelligent“ vernetzt. So dient etwa die Abwärme der Werkzeugmaschinen in der Produktionshalle dazu, Reinigungsbäder vorzuheizen und die Halle zu klimatisieren. Die inneren Dach- und Wandelemente der Längsseiten aus Normalbeton und die äußeren Dach- und Fassadenplatten aus ultrahochfestem Beton sind mit wasserführenden Kapillarmatten durchzogen und lassen sich thermisch aktivieren: Im Winter heizen, im Sommer kühlen sie die Halle.
Als „Forschungsgroßgerät“ bezeichnet Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider vom Institut für Statik und Konstruktion der TU Darmstadt die ETA-Fabrik: „Ein Prototyp, an dem wir innovative Materialien und Systeme testen.“ Das Gebäude ist dabei nicht bloß eine Hülle, sondern integraler Bestandteil der Produktion – ein völlig neuer Ansatz. Ungewöhnlich war auch der Planungsprozess: 39 Projektpartner aus Wissenschaft und Industrie entwickelten interdisziplinär die „Fabrik der Zukunft“. „Wir haben die ETA-Fabrik von innen nach außen geplant: Erst wurden die Anforderungen an die Maschinen definiert, darauf aufbauend entstand das Gebäude und die Fassade. Durch die ganzheitliche Betrachtung ließen sich neue Energiesparpotentiale aufdecken“, sagt Jens Schneider.
Verglaste Stirnseiten als Eyecatcher
Neugierig auf das Geschehen in der Zukunftsfabrik machen die vollständig verglasten Stirnseiten: Auf der Nordseite schützt eine Schüco FW60+ Structural Glazing (SG)-Fassade die dahinterliegenden Büros vor Überhitzung. In die Scheibenzwischenräume der opaken Öffnungsflügel wurden hochdämmende Vakuumisolierpaneele eingelegt, um einen hohen Wärmeschutz und Nutzerkomfort zu gewährleisten.
Auf der Südseite verhindern in den oberen zwei Dritteln der Fassade Lichtlenklamellen in den Scheibenzwischenräumen der Schüco Element-Vorhangfassade USC 65 FSG eine direkte Solareinstrahlung. „Die Maschinen könnten sich sonst durch die Strahlungswärme thermisch verformen und die Maßgenauigkeit könnte darunter leiden“, berichtet Jens Schneider. So aber lenken die Lamellen das Tageslicht an die Decke, von wo aus es reflektiert wird und die Fabrikhalle gleichmäßig ausleuchtet. Die Arbeitsplätze der Forscher erscheinen hell und freundlich – ein erfreulicher Kontrast zu sonst dunklen, nur mit Kunstlicht beleuchteten Industriehallen.
Ein Eyecatcher ist die spektakulär gestaltete Verglasung im unteren Fassadendrittel: Erstmals wurde hier das Schüco Parametric System an einem Gebäude verbaut. Die parametrischen Glaselemente erlauben einen effektiven Sonnenschutz an der stark dem Zenitlicht ausgesetzten Südfassade. Zugleich ermöglichen sie vielfältige Sichtbezüge zwischen Innen und Außen. Die Fassade besteht aus sechs vorgefertigten, je 3,5 x 2,4 m großen Elementen, die mit einem Autokran in das zuvor aufgestellte Stahlskelett eingehängt wurden. Bei den drei oberen, stärker der Sonne ausgesetzten Scheiben sind 32 Prozent des Glases mit einem Punktmuster als Sonnenschutz bedruckt. Die unterste Scheibe ist transparent und nach vorn zum Boden geneigt: So lassen sich störende Reflexionen vermeiden und Passanten können von außen blendfrei in die Halle schauen.
Die Konstruktion kragt um knapp 70 Zentimeter aus. „Wenn Sie sich innen direkt vor die Verglasung stellen, stehen Sie quasi mitten in der Fassade: ein beeindruckendes Gefühl“, sagt Herbert Hölscher, Geschäftsführer der ausführenden Firma Hölscher Stahlbau-Leichtmetallbau aus Kleve. Die Montage der Parametric Elemente dauerte nur einen Tag: Die Monteure hängten jedes der raumhohen Elemente an zwei Haltebolzen, die sie vorher im Werk an die Stahlrahmen geschweißt hatten. Mit Schrauben wurden die Elemente in der Höhe ausgerichtet. Dann verlegten sie die Koppeldichtungen und pinselten diese mit einem Gleitwachs von Schüco ein, um sie ineinander zu schieben. „Jedes der Elemente wiegt rund 750 Kilo: Ohne Schmiermittel bekommen Sie so ein Gewicht gar nicht bewegt“, weiß Herbert Hölscher. Die Elemente mussten sehr präzise gesetzt werden: Die Handwerker hatten maximal zehn Millimeter Spiel in der Waagerechten. „Damit sie möglichst waagerecht hängen, haben wir vorher eine passgenaue Hebetraverse angefertigt. Die oberen Anker dienten auch gleichzeitig als Ösen für den Kranhaken“, verrät der Metallbauer.
Wertvolle Planungshilfe
Sehr komplex gestaltete sich die Vorfertigung des Aluminium-Rohrrahmensystems: An den Knotenpunkten der Parametric Elemente laufen je drei Rundrohre zusammen, die einwandfrei ineinander greifen müssen. Jeder dieser Knoten ist anders. „Die Frage war daher: Wie kann man die Verbindungen ohne großen Zusatzaufwand planen und ausführen? Dabei war das Schüco Parametric System eine wertvolle Hilfe“, sagt Herbert Hölscher. Dank des Parametric Systems lief die Detailplanung komplett automatisiert ab: Sägezuschnitt, Fräs- und Bohrarbeiten der Aluminium-Rohrrahmen wurden im CNC-Bearbeitungszentrum von Schüco vorgenommen. Die Verbindungsknoten zu den Rohren hatten zusätzlich eine individuelle Nummer auf jedem Knotenarm graviert, so dass die Zuordnungen zu den Rohren später nicht verwechselt werden konnten.
In der Werkhalle der Firma Hölscher fixierten die Metallbauer die Rohrrahmen dann mit Hilfe von Schablonen und verschraubten die Profile untereinander über Steckhülsen. Anschließend montierten sie die Rohre mit Anschlussprofilen an den äußeren, tragenden Elementrahmen. Dann klebte ein für Structural Glazing zugelassener Fachbetrieb die Zweifach-Isolierverglasung auf die Verkleberahmen, die über Adapterprofile mit dem Rohrrahmen verbunden werden. Die Silikonverklebung nimmt Winddruck-, Windsog- und Erdbebenlasten auf, verdeckt liegende Glasträger sichern zusätzlich die Eigenlast der Scheiben. Weitere Pressleisten oder Halteprofile entfallen. Die Zweifachverglasung wurde als Stufenfalz ausgeführt, so dass die äußere Scheibe etwas größer ist. So entstand eine schöne, schmale Optik.
Die Lösung für komplexe 3D-Fassaden
Nicht nur Metallbauern wie Herbert Hölscher erleichtert das Schüco Parametric System die Planung, auch Bauherren, Ingenieure und Architekten profitieren. Denn die Komplexität von Fassaden nimmt international zu. Bislang waren individuell gestaltete 3D-Fassaden nur mit aufwendigen Sonderlösungen realisierbar. Mit dem Schüco Parametric System lassen sich dreidimensionale Freiform-Fassaden nun erstmals als einfach zu planende Systemlösung umsetzen und mit der Sicherheit eines Serienprodukts kalkulieren. Die Projektbeteiligten können dabei in allen Entwurfs-, Planungs- und Fertigungsstufen auf eine durchgehend geschlossene digitale Prozesskette zurückgreifen. Auf diese Weise lassen sich Schnittstellenprobleme umgehen und Kosten für Änderungswünsche frühzeitig bilanzieren. Teure Überplanungen werden vermieden und die Zahl der Nachträge verringert sich. Weiterer Vorteil: Durch Kombination und Fügung der Einzelelemente lassen sich verschiedene Geometrien abbilden und unterschiedliche Gläser oder Füllungen einsetzen. „Man kann Fassadenstrukturen ein anderes Gesicht geben“, sagt Bauingenieur Prof. Jens Schneider. „Die dreidimensionale Faltung der Fassade ermöglicht es, lokale Gegebenheiten aufzugreifen, Sichtbezüge herzustellen und großflächige Fassaden zu gliedern. Vor allem bei Bürogebäuden oder Hochhäusern entstehen dadurch interessante Gestaltungsmöglichkeiten.“
Bautafel
Objekt: Neubau der ETA-Fabrik auf dem Campus Lichtwiese der TU Darmstadt
Bauherr: TU Darmstadt
Gesamtprojektkoordination: TU Darmstadt, Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW), Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele
Entwurfsarchitekten: Prof. Jo Eisele, Frank Lang, TU Darmstadt
Ausführende Architekten: Dietz Joppien Architekten AG, Frankfurt/Main
Fassadenplanung: Institut für Statik und Konstruktion, TU Darmstadt
Metallbau: Hölscher Stahlbau-Leichtmetallbau GmbH, Kleve
Schüco Produkte
Fassadensystem Schüco FW 60+ SG
Schüco Fassade USC 65 FSG
Schüco Parametric System
Kennzahlen Neubau
Baubeginn: 12. August 2014
Fertigstellung und Eröffnung: 2. März 2016
Partner: 39 Forschungspartner aus Industrie und Wissenschaft
Netto-Grundfläche (NGF): ca. 810 m2
Brutto-Grundfläche (BGF): ca. 1450 m2
Nutzfläche Maschinenhalle: ca. 550 m2
Weitere Infos: www.eta-fabrik.de
Bei Bürogebäuden oder Privathaushalten ist Energieeffizienz seit Jahren ein großes Thema. In der industriellen Produktion werden die Einsparmöglichkeiten dagegen noch oft unterschätzt. Dabei können sie bei langfristig steigenden Energiekosten und zunehmendem Kostendruck zum entscheidenden Wirtschaftsfaktor werden. In der Anfang März auf dem Campus „Lichtwiese“ der TU Darmstadt eröffneten ETA-Fabrik wollen Maschinenbauer, Bauingenieure und Architekten nun fachübergreifend erforschen, wie sich industrielle Produktionsprozesse künftig energiesparender gestalten lassen. Das Potenzial ist enorm: Die ETA-Fabrik soll rund 40 Prozent weniger Energie benötigen als eine Standardproduktionshalle.
Hierzu wird eine für die metallverarbeitende Industrie typische Prozesskette aus Drehen, Bohren, Schleifen, Reinigen und weiteren Fertigungsschritten abgebildet. Das Besondere daran: Statt wie bisher üblich Maschinen, Gebäude und technische Infrastruktur isoliert zu betrachten, sind die Systeme „intelligent“ vernetzt. So dient etwa die Abwärme der Werkzeugmaschinen in der Produktionshalle dazu, Reinigungsbäder vorzuheizen und die Halle zu klimatisieren. Die inneren Dach- und Wandelemente der Längsseiten aus Normalbeton und die äußeren Dach- und Fassadenplatten aus ultrahochfestem Beton sind mit wasserführenden Kapillarmatten durchzogen und lassen sich thermisch aktivieren: Im Winter heizen, im Sommer kühlen sie die Halle.
Als „Forschungsgroßgerät“ bezeichnet Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider vom Institut für Statik und Konstruktion der TU Darmstadt die ETA-Fabrik: „Ein Prototyp, an dem wir innovative Materialien und Systeme testen.“ Das Gebäude ist dabei nicht bloß eine Hülle, sondern integraler Bestandteil der Produktion – ein völlig neuer Ansatz. Ungewöhnlich war auch der Planungsprozess: 39 Projektpartner aus Wissenschaft und Industrie entwickelten interdisziplinär die „Fabrik der Zukunft“. „Wir haben die ETA-Fabrik von innen nach außen geplant: Erst wurden die Anforderungen an die Maschinen definiert, darauf aufbauend entstand das Gebäude und die Fassade. Durch die ganzheitliche Betrachtung ließen sich neue Energiesparpotentiale aufdecken“, sagt Jens Schneider.
Verglaste Stirnseiten als Eyecatcher
Neugierig auf das Geschehen in der Zukunftsfabrik machen die vollständig verglasten Stirnseiten: Auf der Nordseite schützt eine Schüco FW60+ Structural Glazing (SG)-Fassade die dahinterliegenden Büros vor Überhitzung. In die Scheibenzwischenräume der opaken Öffnungsflügel wurden hochdämmende Vakuumisolierpaneele eingelegt, um einen hohen Wärmeschutz und Nutzerkomfort zu gewährleisten.
Auf der Südseite verhindern in den oberen zwei Dritteln der Fassade Lichtlenklamellen in den Scheibenzwischenräumen der Schüco Element-Vorhangfassade USC 65 FSG eine direkte Solareinstrahlung. „Die Maschinen könnten sich sonst durch die Strahlungswärme thermisch verformen und die Maßgenauigkeit könnte darunter leiden“, berichtet Jens Schneider. So aber lenken die Lamellen das Tageslicht an die Decke, von wo aus es reflektiert wird und die Fabrikhalle gleichmäßig ausleuchtet. Die Arbeitsplätze der Forscher erscheinen hell und freundlich – ein erfreulicher Kontrast zu sonst dunklen, nur mit Kunstlicht beleuchteten Industriehallen.
Ein Eyecatcher ist die spektakulär gestaltete Verglasung im unteren Fassadendrittel: Erstmals wurde hier das Schüco Parametric System an einem Gebäude verbaut. Die parametrischen Glaselemente erlauben einen effektiven Sonnenschutz an der stark dem Zenitlicht ausgesetzten Südfassade. Zugleich ermöglichen sie vielfältige Sichtbezüge zwischen Innen und Außen. Die Fassade besteht aus sechs vorgefertigten, je 3,5 x 2,4 m großen Elementen, die mit einem Autokran in das zuvor aufgestellte Stahlskelett eingehängt wurden. Bei den drei oberen, stärker der Sonne ausgesetzten Scheiben sind 32 Prozent des Glases mit einem Punktmuster als Sonnenschutz bedruckt. Die unterste Scheibe ist transparent und nach vorn zum Boden geneigt: So lassen sich störende Reflexionen vermeiden und Passanten können von außen blendfrei in die Halle schauen.
Die Konstruktion kragt um knapp 70 Zentimeter aus. „Wenn Sie sich innen direkt vor die Verglasung stellen, stehen Sie quasi mitten in der Fassade: ein beeindruckendes Gefühl“, sagt Herbert Hölscher, Geschäftsführer der ausführenden Firma Hölscher Stahlbau-Leichtmetallbau aus Kleve. Die Montage der Parametric Elemente dauerte nur einen Tag: Die Monteure hängten jedes der raumhohen Elemente an zwei Haltebolzen, die sie vorher im Werk an die Stahlrahmen geschweißt hatten. Mit Schrauben wurden die Elemente in der Höhe ausgerichtet. Dann verlegten sie die Koppeldichtungen und pinselten diese mit einem Gleitwachs von Schüco ein, um sie ineinander zu schieben. „Jedes der Elemente wiegt rund 750 Kilo: Ohne Schmiermittel bekommen Sie so ein Gewicht gar nicht bewegt“, weiß Herbert Hölscher. Die Elemente mussten sehr präzise gesetzt werden: Die Handwerker hatten maximal zehn Millimeter Spiel in der Waagerechten. „Damit sie möglichst waagerecht hängen, haben wir vorher eine passgenaue Hebetraverse angefertigt. Die oberen Anker dienten auch gleichzeitig als Ösen für den Kranhaken“, verrät der Metallbauer.
Wertvolle Planungshilfe
Sehr komplex gestaltete sich die Vorfertigung des Aluminium-Rohrrahmensystems: An den Knotenpunkten der Parametric Elemente laufen je drei Rundrohre zusammen, die einwandfrei ineinander greifen müssen. Jeder dieser Knoten ist anders. „Die Frage war daher: Wie kann man die Verbindungen ohne großen Zusatzaufwand planen und ausführen? Dabei war das Schüco Parametric System eine wertvolle Hilfe“, sagt Herbert Hölscher. Dank des Parametric Systems lief die Detailplanung komplett automatisiert ab: Sägezuschnitt, Fräs- und Bohrarbeiten der Aluminium-Rohrrahmen wurden im CNC-Bearbeitungszentrum von Schüco vorgenommen. Die Verbindungsknoten zu den Rohren hatten zusätzlich eine individuelle Nummer auf jedem Knotenarm graviert, so dass die Zuordnungen zu den Rohren später nicht verwechselt werden konnten.
In der Werkhalle der Firma Hölscher fixierten die Metallbauer die Rohrrahmen dann mit Hilfe von Schablonen und verschraubten die Profile untereinander über Steckhülsen. Anschließend montierten sie die Rohre mit Anschlussprofilen an den äußeren, tragenden Elementrahmen. Dann klebte ein für Structural Glazing zugelassener Fachbetrieb die Zweifach-Isolierverglasung auf die Verkleberahmen, die über Adapterprofile mit dem Rohrrahmen verbunden werden. Die Silikonverklebung nimmt Winddruck-, Windsog- und Erdbebenlasten auf, verdeckt liegende Glasträger sichern zusätzlich die Eigenlast der Scheiben. Weitere Pressleisten oder Halteprofile entfallen. Die Zweifachverglasung wurde als Stufenfalz ausgeführt, so dass die äußere Scheibe etwas größer ist. So entstand eine schöne, schmale Optik.
Die Lösung für komplexe 3D-Fassaden
Nicht nur Metallbauern wie Herbert Hölscher erleichtert das Schüco Parametric System die Planung, auch Bauherren, Ingenieure und Architekten profitieren. Denn die Komplexität von Fassaden nimmt international zu. Bislang waren individuell gestaltete 3D-Fassaden nur mit aufwendigen Sonderlösungen realisierbar. Mit dem Schüco Parametric System lassen sich dreidimensionale Freiform-Fassaden nun erstmals als einfach zu planende Systemlösung umsetzen und mit der Sicherheit eines Serienprodukts kalkulieren. Die Projektbeteiligten können dabei in allen Entwurfs-, Planungs- und Fertigungsstufen auf eine durchgehend geschlossene digitale Prozesskette zurückgreifen. Auf diese Weise lassen sich Schnittstellenprobleme umgehen und Kosten für Änderungswünsche frühzeitig bilanzieren. Teure Überplanungen werden vermieden und die Zahl der Nachträge verringert sich. Weiterer Vorteil: Durch Kombination und Fügung der Einzelelemente lassen sich verschiedene Geometrien abbilden und unterschiedliche Gläser oder Füllungen einsetzen. „Man kann Fassadenstrukturen ein anderes Gesicht geben“, sagt Bauingenieur Prof. Jens Schneider. „Die dreidimensionale Faltung der Fassade ermöglicht es, lokale Gegebenheiten aufzugreifen, Sichtbezüge herzustellen und großflächige Fassaden zu gliedern. Vor allem bei Bürogebäuden oder Hochhäusern entstehen dadurch interessante Gestaltungsmöglichkeiten.“
Bautafel
Objekt: Neubau der ETA-Fabrik auf dem Campus Lichtwiese der TU Darmstadt
Bauherr: TU Darmstadt
Gesamtprojektkoordination: TU Darmstadt, Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW), Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele
Entwurfsarchitekten: Prof. Jo Eisele, Frank Lang, TU Darmstadt
Ausführende Architekten: Dietz Joppien Architekten AG, Frankfurt/Main
Fassadenplanung: Institut für Statik und Konstruktion, TU Darmstadt
Metallbau: Hölscher Stahlbau-Leichtmetallbau GmbH, Kleve
Schüco Produkte
Fassadensystem Schüco FW 60+ SG
Schüco Fassade USC 65 FSG
Schüco Parametric System
Kennzahlen Neubau
Baubeginn: 12. August 2014
Fertigstellung und Eröffnung: 2. März 2016
Partner: 39 Forschungspartner aus Industrie und Wissenschaft
Netto-Grundfläche (NGF): ca. 810 m2
Brutto-Grundfläche (BGF): ca. 1450 m2
Nutzfläche Maschinenhalle: ca. 550 m2
Weitere Infos: www.eta-fabrik.de
