Sekisui Fertighäuser - Universelle Automation

Lehrstuhl für Baukonstruktion I (Tragwerklehre)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. W. Führer
Bearbeitet durch: Claudia Röser
Fakultät für Architektur
RWTH Aachen
215812
Seminar „Innovativer Stahlbau“
Sekisui Fertighäuser
Firmenprofil
Nachdem Sekisui Chemical Co., Ltd 1947 als
japanischer Plastikhersteller gegründet wurde, stieg die Firma wie einige andere aus der
Kunststoff- und Automobilbranche 1968 wegen der großen Wohnungsnot in Japan in
den Wohnungsbau ein. Zuerst befaßte man
sich mit der industriellen Fertigung von Sanitär- und Küchenzellen, wenig später auch mit
der Fertigung ganzer Wohnhäuser, von denen die ersten 1971 verkauft wurden.
Sekisuis Ziel war und ist, günstige und gute
Wohnhäuser industriell zu fertigen, weshalb
der Konzern als erster Anfang der 70er Jahre
Bauroboter für die Produktion einsetzte.
Zur Zeit unterhält Sekisui acht Fabriken in
Japan und ist mit einem Umsatz von jährlich
60000 – 70000 Wohnhäusern die größte Fertighausfirma der Welt (Abb. 1).
Abb. 1
Philosophie
„Striving for Optimum Harmony of Man, Housing and Environment“ ist die Philosophie von
Sekisui.
Von Anfang an wollte man den Wohnstandard verbessern; zuerst mit Sanitärzellen,
dann mit Häusern aus Raumeinheiten, den
„unit houses“, die nach dem neuesten Stand
der Technik konzipiert werden.
Wohngebäude sind für die Firma Gebrauchsgegenstände wie Autos, bei denen die Qualität absolute Priorität genießt. Erreicht wird
diese Qualität durch Herstellungsmethoden,
die denen der Automobilindustrie u.a. sehr
ähnlich sind: Das Know-how der Industrieproduktion wird auf den Hausbau übertragen.
So entstehen in Massenfertigung exklusive
Gebäude zu erschwinglichen Preisen, die
präzise (millimetergenau) gefertigt werden.
Um die Qualität zu garantieren (mit Garantien
von 10 Jahren), werden die Bauteile während
der Herstellung ständigen Inspektionen unterzogen.
In der Philosophie von Sekisui werden vier
Anforderungsbereiche berücksichtigt:
Die Sicherheit wird durch Tests bezüglich
der Sturm-, Erdbeben- und Feuersicherheit
garantiert.
Für den Komfort bescheinigen Versuche
hohe Wärmeisolation und Schallschutz, sowie keine Deckenvibrationen beim Laufen,
keinen Tauwasserausfall und eine Wasserundurchlässigkeit der Außenhaut.
Im Bereich der Haltbarkeit wird darauf geachtet, daß innerhalb der zehnjährigen Garantie keine Korrosion auftritt und das Haus
wetterbeständig ist.
Zuletzt erfolgt die ökonomische Beurteilung,
die sicherstellen soll, daß sowohl die Anschaffungskosten, als auch die Betriebskosten der Wohnhäuser gering ausfallen.
Wie bei vielen Gebrauchsgegenständen geht
die Qualitätskontrolle über die makellose
Produktion hinaus, denn drei Mal im Zeitraum
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von zwei Jahren erfolgt eine Inspektion vor
Ort während der „Benutzung“ des Hauses.
Hier gibt es ein sogenanntes „Farmi-S“Programm, das einen umfassenden Kundenservice anbietet.
Grundsatz Fertigteilbau
Wie oben bereits erwähnt, war die Idee der
Sekisui-Häuser das erschwingliche Eigenheim mit hoher Qualität, das in kurzer Zeit
realisiert werden kann. Um einen solchen
Vorsatz zu verwirklichen, muß der Hersteller
auf Massenprodukte zurückgreifen, sein Angebot also standardisieren. Da jedoch unterschiedliche Kundenwünsche zu berücksichtigen sind, die individuelle Häuser fordern,
entwickelt man ein Modulsystem.
Bei Seksui existieren heute neun Grundeinheiten (insgesamt 70 Einheiten) mit verschiedenen Abmessungen (Abb. 2): Es gibt zwei
Breiten und fünf Längen. So wählt der Kunde
aus 1-2 Millionen Teilen sein Haus, das aus
mehr als 300000 Teilen besteht.
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Schnittstellen. Daher ist eine Hierarchie der
Bauteile durch die Bildung von Teilefamilien,
(Subsystemen) unerläßlich, die wiederum
klare Beziehungen untereinander schaffen
(wie beim Karosseriebau). Ferner müssen
alle Schnittstellen genormt werden, damit
sämtliche Module andocken können.
Anbauten oder Erneuerungen bedingt durch
technische Fortschritte zu realisieren (was
innerhalb der langen Bewohnerzeit erwünscht
sein kann),wird durch den modularen Aufbau
sehr leicht möglich (Abb. 3).
Abb. 3
Abb. 2
Der Schwerpunkt eines Modulsystems liegt in
der Entwicklung des Tragwerks und der
Der Fertigteilbau mit seinem hohen Grad an
Vorfabrikation bringt besonders für die Montage große Vorteile mit. Die sogenannte „Unit
Technology“ der Firma Sekisui löst die von ihr
bezeichneten drei grundlegenden Probleme
bei einem Hausbau.
1. Da sich Wettereinflüsse negativ auf die
Qualität eines Gebäudes auswirken, meidet man sie, indem mehr als 80 % der
Produktion bzw. Montage in der Fabrik
geschieht. Hier schafft die Sauberkeit
(wenig Staub etc.) beste Voraussetzungen für hochwertige Produkte. Die Montage vor Ort beträgt nur einen Tag im
Freien, der Innenausbau erfolgt dann im
Trockenen.
2. Die Qualität ist stark von den Fähigkeiten
des einzelnen Handwerkers abhängig,
weshalb bei Sekisui die Produkte zum
Großteil von Robotern gefertigt werden.
Arbeiter beaufsichtigen diese, prüfen die
Qualität und suchen nach ökonomischen
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Fertigungsabläufen. So wird nach Sekisui
ein optimales Arbeitsklima geschaffen.
Nicht zu unterschätzen ist hier natürlich
die pausenlose Tätigkeit der Maschinen,
die zwar hohe Kosten verursachen, diese
aber durch ununterbrochenen Einsatz
rechtfertigen.
3. Um eine Qualitätsgarantie geben zu können, müssen die verwendeten Materialien
möglichst aus einer Hand stammen, nicht
von jedem Handwerker individuell bereitgestellt werden. Daher bezieht die Firma
immer Großposten, die vor ihrer Verarbeitung einer Inspektion unterzogen werden.
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Sekisui Heim
Das Heim-System von Sekisui ist eine Rahmenbauweise ohne Auskreuzungen aus
Vierkantträgern mit Abmessungen von 100x
100mm, die nach Firmenangaben ideal für
Erdbebenzonen geeignet ist (Abb. 4).
Die einzelnen Module werden auf Streifenfundamente gestellt (Abb.5) und durch
Schraubverbindungen befestigt (Abb.6).
Systeme
Die Firma Sekisui stellt zur Zeit zwei unterschiedliche Haussysteme her: zum einen
Stahlkonstruktionen und zum anderen Holzrahmenbauweisen, wie das Two-U Home
(derzeit eher im Trend wegen der Holzkonstruktion).
Bei den Stahlbauweisen existieren zwei Typen: Das Sekisui Heim, bei dem mehrere
vorgefertigte Raumzellen zu einem Haus zusammengefügt werden, und ein Typ, bei dem
eine freiere Grundrißgestaltung möglich ist,
da hier lediglich genormte Wandrahmen verwendet werden.
Gefüllt werden alle Tragstrukturen mit einer
großen Auswahl von Außenpaneelen, AluSchiebefenstern, Innenpaneelen für Wände,
Decken und Böden,... . Ferner sind unterschiedliche Dachformen und Dacheindekkungen sowie Innenausstattungen (sogar
behindertengerechte Wohngebäude) möglich.
Abb. 5
Abb. 6
Abb. 4
Als Häuser aus Raumzellen entwickelt wurden, bestand ein Zimmer aus einer Fertigungseinheit. Heute bestimmt eine Einheit
lediglich das Volumen. Die Raumaufteilung
geschieht danach, unabhängig von den Fertigungseinheiten innerhalb der Volumina.
Dieser Aufbau begünstigt natürlich den Umbau, der oben bereits erwähnt wurde. Durch
raumübergreifende Zellen wurde bekam man
die Möglichkeit, mehrere Module zu einem
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großen Raum zusammenzufassen, wofür
allerdings eine neue Überbrückungskonstruktion entwickelt werden mußte: Seit 1996 verwendet Sekisui die „High Beam“-Konstruktion, bei der ein großer Träger die Spannweite über zwei Module verstärkt, so daß
keine mittleren Stützen mehr notwendig sind
(Abb. 7). Mit dieser Methode können Räume
von 43,3qm stützenfrei realisiert werden.
Abb. 8
Die Produktion eines Sekisui Heims läuft in
17 Schritten ab, die nachfolgend beschrieben
werden.
Grundsätzlich gibt es zehn verschiedene
Produktlinien von Haustypen, die für unterschiedliche Anforderungen konzipiert wurden
(normaler und gehobener Standard, Ehepaare, Familien, behindertengerechtes Wohnen
usw.).
Abb. 7
Der größte Vorteil der Raumzellenbauweise
liegt in der weiteren Senkung der Hauskosten
und Fertigungszeiten gegenüber vorfabrizierten zweidimensionalen Bauteilen (z.B.
Wandpaneelen), die vor Ort nur noch zusammengefügt werden müssen.
Ein Sekisui Heim, mit seinen dreidimensionalen Volumina, wird zu mehr als 80% in der
Fabrik gefertigt, wobei die Erstellung eines
Gebäudes in nur 40-50 Tagen abläuft (für
traditionelle japanische Häuser 40% und 120
Tage, für vorgefertigte Bauteile 50% und 90
Tage).
Die Familie bestellt also ihr neues „Heim“,
fährt in Urlaub, läßt währenddessen das alte
Haus abreißen und das Neue aufstellen, so
daß bei der Rückkehr aus den Ferien das
neue Haus fertig eingerichtet bezogen werden kann (Abb. 8)!
1. Beim Planen prüft ein Team die Marktfähigkeit der Produkte, erforscht Trends
und Lifestyles.
2. Während des Schritts Konzeption, Design und Details erfolgt die gesamte
Planung des Gebäudes, eines „truly
comfortable house“. Aus den Trends werden minimale und maximale Erfordernisse ermittelt, die für das Gesamtsystem
von Bedeutung sind. Anschließend werden diese ausgewertet und in Plänen
umgesetzt. Nachdem Schwachpunkte
korrigiert sind, optimiert man in der Detailphase Einzelteile und bestimmt technische Daten.
In dieser Phase wird das „Traumhaus“
nach den Wünschen des Kunden konzipiert. Hierbei findet das APEX-System (AI
Planning Expert System) Anwendung.
Informationen zum Bauplatz, Kundenprofil, Wünschen und Anforderungen werden
in einen Computer eingegeben, der seinerseits über Informationen bezüglich
Statik, Vorschriften, Brandschutz etc.
verfügt. Innerhalb von 10-15 Minuten
wertet der Computer die Angaben aus
und der Kunde erhält einen ersten 1/100
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Plan von seinem Haus. In weiteren
Schritten wählt der Kunde aus verschiedenen Dach- und Wand- sowie Einbausystemen aus, die dann in 3D-Simulationen
Gänge durch das zukünftige Heim und
Veränderungen ermöglichen, bis alles
gefällt.
Die Werkpläne sind dann CADZeichnungen, die im Folgenden an die
Fertigungsmaschinen gesandt werden,
die diese auswerten. Um robotergerecht
zu planen, geht man nach den Entwurfsprinzipien von ROD (Roboter Oriented
Design) vor, eine Wissensbasis mit den
Schwerpunkten Tragsystem und Verbindungssystem zwischen Fassadenelementen und Tragwerk. Hier kann der Planer z.B. Entwurfsdetails auswählen, die
besonders funktional in der Benutzung
und für die Fertigung sind.
Das HAPPS (Heim Automated Part Pickup System) koordiniert alle Schritte zwischen der Erfassung aller benötigten
Werkstoffe für die Produktion ( ca.
300000 Einzelteile für ein Haus), der Bestellung der Teile über die Produktion bis
zur Verschiffung.
Nun werden alle Komponenten für ein
Haus angeliefert und innerhalb der Fertigungsstraßen verteilt.
Fertigungsmaschinen nageln Deckenund Bodenpaneele automatisch an die
Träger.
Während der Montage fügen Roboter die
Träger samt Decken- und Bodenpaneelen
zu Boxen zusammen, die Raumzelle entsteht mit einer Toleranz von + 2mm. Ferner wird ein Rostschutz auf die Schweiß
stellen aufgetragen (Abb. 9).
Abb. 9
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7. Nun docken andere Maschinen Außenwände an das Traggerüst; Lücken werden mit Dichtungsmanschetten versehen
(Abb. 10).
Abb. 10
8. Trennwände und Ausstattung werden
individuell für jedes Haus von Arbeitern
montiert.
9. Da im Werk bessere Fertigungsbedingungen bezüglich Schmutz und Staub
herrschen und weniger Abfall durch Verpackung produziert wird, werden Küchen,
Bäder und andere Installationen meist
im Werk eingefügt.
10. Nach jedem Schritt führt ein Spezialist
eine Qualitätskontrolle, eine Inspektion,
durch; gesucht wird u.a. nach Lücken in
Wänden, quietschenden Bauteilen, knarrenden Treppen,... .
11. Zum Schutz aller empfindlichen Bauteile
werden diese nach der jeweiligen Kontrolle eingepackt.
12. Der Versand der einzelnen Raumzellen
erfolgt auf speziellen Lastkraftwagen zum
gewünschten Termin an den Bauplatz.
13. Mit Kränen werden die Raumzellen auf
einem schon fertigen massiven Stahlbetonfundament angeordnet und zusammengefügt (Installation der Einheiten
vor Ort) (Abb. 11).
14. Bei der Dachdeckung werden in der Fabrik vorgefertigte Dachteile auf die Zellen
montiert.
Die gesamte Außeninstallation vor Ort
benötigt einen Tag, so daß das Gebäude
der Witterung kaum ausgesetzt ist.
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Abb. 11
15. Alle Materialien für den Innenausbau
werden von der Fabrik angeliefert und im
Trockenen eingebaut.
16. Nun werden abschließend Messungen
zu Formaldehyd-Werten etc. durchgeführt.
17. Von der Installation vor Ort vergehen bis
zur Schlüsselübergabe durchschnittlich
40 Tage.
Insgesamt wurden 1997 23950 Sekisui Heime verkauft.
Typ mit Wandrahmen
Hier können im Konstruktionsraster von
1,00m (nach der Tatami-Matte) zwischen 30
verschiedenen Wandrahmen für ein- oder
zweigeschossige Tragstrukturen aus leichten,
kaltgeformten C-Profilen gewählt werden;
eine Aussteifung erfolgt durch diagonal verspannte Rundeisen. Statisch gesehen kann
die Konstruktion ein Gebäude mit vier Geschossen tragen. Spannweiten sind bis zu
zehn Metern realisierbar.
Der Ausbau verläuft wie oben beschrieben im
Trockenbau.
Da hier kleinere Einheiten vorgefertigt werden, ist der Montageaufwand größer, durch
die leichteren Bauteile kann allerdings weitestgehend von Hand montiert werden; ein
Kran ist nicht nötig. Zur Montage vor Ort wird
das sogenannte „Jack up“-System verwendet, bei der zuerst das Dach aufgestellt wird,
daß dann hochgedrückt wird, so daß alle
weiteren Arbeiten im Trockenen ausgeführt
werden können (Abb. 12). Auch Eigenleistungen des Bauherrn sind möglich.
Abb. 12
Fazit
Ich denke, daß Sekisui die Firmenphilosophie
des günstigen Eigenheims mit hohem Komfort, das in kürzester Zeit realisiert wird, erreicht hat. Die Produkte sind ganz im Sinne
der üblichen Industrieprodukte gut.
Das Bausystem kann allerdings nicht wirklich
innovativ genannt werden. Beim Sekisui
Heim benutzt man eine konventionelle Rahmenbauweise, die jedoch angemessen erscheint. Im Gegensatz zur Autoproduktion
o.ä. Industriezweigen muß man berücksichtigen, daß der Absatzmarkt einer HausProduktlinie, wenn er auch für Häuser hoch
ist, lange nicht die Absatzzahlen bringt, die
beim Autoverkauf erzielt werden. So sind
Firmen gezwungen, auf einfachere Produktionen und somit Konstruktionen zurückzugreifen.
Allerdings bleibt der Ausbau des Traggerüsts
fraglich. Warum baue ich ein Stahlgebäude,
wenn ich es danach als Backsteinhaus verkleide? Das Stahltragwerk findet hier wie sooft lediglich aus Kostengründen und Gründen
des positiven Tragverhaltens (geringe Querschnitte bei großen Spannweiten) Anwendung.
Daß die Häuser jedoch so aussehen wie sie
aussehen, liegt nicht an der Firma, sondern
vor allem an den Kunden, die traditionelles
Aussehen innovativen Konzepten vorziehen.
Wenn man also bei der Beurteilung der Sekisui-Häuser und ähnlichen Bauweisen das
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Erscheinungsbild nicht berücksichtigt, kann
man immerhin feststellen, daß die Fertighäuser technisch und bauphysikalisch gut ausgestattet sind; die Qualität überzeugt, die
Ästhetik nicht so sehr.
Besonders lobenswert finde ich die Tatsache,
daß Sekisui innerhalb ihrer standardisierten
Produkte behindertengerechte Häuser anbietet.
Für den Europäer bleibt jedoch das Verhältnis des Bewohners zum Haus eigenartig.
Denn nicht nur für die Firma, auch für die
Kunden ist das Wohnhaus ein Industrieprodukt, daß nach Belieben verändert und ausgetauscht werden kann. Die neueste Technik
und Ausstattung, die den höchsten Komfort
bietet, ist erwünscht. Durch ein solches Verständnis wird natürlich der Häusermarkt (und
nicht nur der der Automobilindustrie) ständig
angekurbelt, Neuheiten zu entwickeln.
Ob ein solches System in Europa erfolgreich
wäre bleibt fraglich, da hier (zur Zeit zumindest) meiner Meinung nach keine ausreichende Nachfrage nach dem „Industrieprodukt“ Haus besteht, die für die aufwendigen
Maschinen etc. nötig ist.
Bildnachweis
Sämtliche Abbildung stammen aus Publikationen der Firma Sekisui
Ausnahme Abbildung 12, aus dem Artikel
Kundenindividuelle und Mechatronische
Vorfertigung von Thomas Bock
Literatur
Sekisui
- www.harmonate.com
- Sekisui Chemical Co., Ltd.. The Housing
Business of Sekisui Chemical Company.
Tokyo, 1998
- Prospekt Heim Value
- Prospekt Domani
-
-
Bock, Thomas. „Kundenindividuelle und
Mechatronische Vorfertigung“. Beitrag
zum Symposium. Aachen, 10/2000
Bock, Thomas. „Robotik im Bauwesen (1)
- Robotik und Automatisierung in der stationären Fertigung“. Detail 5/1998: 837844
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-
Luig, Klaus, Lenze, Veronika. Stahl im
Wohnungsbau. Berlin: Ernst & Sohn,
1998