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Vorfertigung im Hausbau

Wann lohnt sich die Investition in eine Kompaktanlage für einen Zimmereibetrieb?

Eine steigende Auslastung und individuelle Kundenwünsche prägen aktuell den Holzbau. Ein zunehmender Vorfertigungsgrad bietet dabei eine große Unterstützung. Viele Betriebe beschäftigen bei der Entscheidung zu einer automatisierten Fertigung Gedanken nach der Rentabilität und Flexibilität.

Die Vielzahl der Betriebe ist momentan sehr gut ausgelastet. Dazu trägt auch die positive Entwicklung der Fertighäuser bei. So berichtete der BDF erst kürzlich, dass die Zahl der Baugenehmigungen in der ersten Jahreshälfte 2017 um 4,1 Prozent auf einen neuen Rekordwert gestiegen sei und der Marktanteil des Fertigbaus auf 19,3 Prozent gestiegen ist. Um dem daraus resultierenden Bedarf gerecht zu werden und die benötigten Kapazitäten fertigen zu können, braucht es eine entsprechende Produktionstechnologie. Dabei beschäftigt nicht nur die Frage nach der Rentabilität sondern auch nach der Flexibilität. Gerade bei kleineren Betrieben sind die Aufträge meist sehr individuell geprägt und eine Fertigung in Losgröße 1 wird benötigt. Daher gibt es Technologien, die speziell auf die Anforderungen des Holzbaus ausgerichtet sind. Dazu zählen zum Beispiel Montagetische oder Multifunktionsbrücken.

Automatisierter Fertigungsprozess

Eine häufig in Zimmereibetrieben zu findende Lösung ist die sogenannte Kompaktanlage. Diese besteht aus einer Multifunktionsbrücke sowie einem Schmetterlingswender, der sich aus zwei Montagetischen zusammensetzt. Aufgrund der oft sehr begrenzen Platzverhältnisse bei den Betrieben, ist die Kompaktanlage so konstruiert, dass sie nur wenig Platz benötigt und auch in einer kleinen Halle gut platzierbar ist. Alle Elemente werden auf nur 34x9 m² hergestellt. Der Fertigungsprozess gestaltet sich folgendermaßen:

  • Das Riegelwerk wird zunächst auf dem Montagetisch manuell erstellt, verschiedene Ausstattungsvarianten erleichtern diesen Vorgang. So geben beispielsweise Anschläge und Spanner die Einlegepositionen vor und Gurte und Stiele liegen im passenden Winkel zueinander an.
  • Nach Auflegen der Beplankung wird diese mit der Multifunktionsbrücke vollautomatisch befestigt und bearbeitet. Das Befestigen erfolgt wahlweise mit Nägeln, Klammern oder Schrauben.
  • Beim Bearbeiten wird die Außenkante formatiert sowie Tür-, Fenster- und Steckdosen-Öffnungen eingebracht. Dies können Fräsungen, Sägeschnitte, Bohrungen und vieles mehr sein. Dazu ist die Multifunktionsbrücke mit einem 12-fach Werkzeugwechsler ausgestattet, welcher die benötigten Werkzeuge vorhält und diese direkt und schnell einwechselt. Auch das Einbringen von beispielsweise Montageöffnungen mit Falz, Installationskanälen und Steckdosenbohrungen in der Installationsebene oder auch Markierungen und Beschriftungen ist kein Problem.
  • Nachdem die erste Elementseite fertig gestellt ist, wird das Element mit Hilfe des Schmetterlingswenders gewendet, notwendige Installationen und Isolierung eingebracht und das Element wird geschlossen.
  • Die zweite Elementseite wird ebenfalls mit der Brücke vollautomatisch befestigt und bearbeitet.

Fertigung in Losgröße 1

Hier wird sich sicher schon der eine oder andere fragen, in wie fern mit dieser Technologie das Herstellen unterschiedlicher Elemente möglich ist. Denn wie schon eingangs beschrieben, ist das Produktspektrum bei Zimmereibetrieben sehr breit und unterschiedliche Elementdimensionen und Wandaufbauten wie Holzweichfaser, Gipskarton oder OSB sind an der Tagesordnung. Die Multifunktionsbrücke ist so konstruiert und ausgestattet, dass diese alle bearbeitet werden können. Ebenso verhält es sich auch mit unterschiedlichen Dimensionen und Elementen, wie Giebeln, Kniestöcken oder Dach-Decken. Dabei ist es ganz egal ob heute ein Mehrgeschosser für die Stadt gefertigt werden soll oder ein individuelles Einfamilienhaus. Die Technologie ermöglicht eine Fertigung in Losgröße 1. Die Engelhardt & Geissbauer GmbH hat beispielsweise Ihren Aufbau der Installationsebene aus Kanthölzern hin zu vollflächiger Holzfaserplatte, in welche die Installationskanäle eingefräst werden, umgestellt. Dies erforderte keinerlei Anpassung an der Maschinentechnik. Werden später weitere Bearbeitungen benötigt, ist auch eine nachträgliche Aufrüstbarkeit kein Problem, verschiedene Optionen wie beispielsweise Leim- oder Schraubaggregate können auch zu einem späteren Zeitpunkt integriert werden.

Durchgängiger Datenfluss - vom CAD bis zur Maschine

Bei der Einführung einer automatisierten Fertigungstechnologie gibt es zunächst einen höheren Aufwand in der Arbeitsvorbereitung. Sind die Daten aber einmal erstellt, können sie immer wieder verwendet werden. Unterschiedlichste Wandaufbauten und Anschlussdetails sind in den CAD-Systemen verfügbar. Die erstellten CAD-Daten werden an die Maschine übergeben und der Bediener kann nach Öffnen des entsprechenden Datensatzes die Maschine direkt starten. Ein Vorteil bei der direkten Übertragung an die Maschine ist auch die Durchgängigkeit der Daten. Es kommen keine Übertragungsfehler vor, in allen Prozessen werden die gleichen Daten verwendet. Zimmermeister Daniel Hamdorf, der seine Produktion 2008 automatisiert hat, beschreibt die Auswirkungen folgendermaßen: "Der Aufwand in der Arbeitsvorbereitung ist gestiegen. Diesen Effekt machen aber kürzere Fertigungs- und Montagezeiten, die durch eine Erhöhung von Bauteilpräzision und Vorfertigungsgrad möglich geworden sind, mehr als wett." Herr Stefan Bauereiß, Prokurist bei der Engelhardt & Geissbauer GmbH beziffert den Mehraufwand in der Arbeitsvorbereitung pro Haus mit 8 Stunden. Das bedeutet mit nur 6 Prozent Mehraufwand in der Planung erhält der Betrieb bis zu 40 Prozent Mehrkapazität. Wie dieser Wert zustande kommt, wird im folgenden Absatz beschrieben.

Eine lohnende Investition

Um den Mehrwert rein gemessen an Zahlen zu bewerten, hat WEINMANN Holzbausystemtechnik folgende Amortisations-Rechnung für die Investition in eine Kompaktanlage aufgestellt. Diese Berechnungen basieren alle auf der eingangs beschriebenen Kompaktanlage. Ausgehend von einer Produktionskapazität von 1.944 m² pro Monat, benötigt ein Betrieb, der manuell produziert, 4 Mitarbeiter pro Tag um dieses abzuarbeiten. Das bedeutet die Produktionskosten pro m² Wand liegen bei 10,3 €/m², ausgehend von jährlichen Personalkosten pro Mitarbeiter von 60.000 €.
Produziert der Betrieb dieselbe Menge automatisiert mit einer Kompaktanlage, benötigt er nur 2 Personen. Die Kosten pro Wand liegen damit bei 6,27 €/m², inklusive aller Kosten, welche die Maschineninvestition betreffen sowie der Personalkosten. Damit erreicht der Betrieb eine Ersparnis von knapp 40 Prozent und dies schon bei einer monatlichen Kapazität von den genannten 1.944 m².
Ausgehend von dieser Berechnung macht sich die Investition in eine Kompaktanlage bereits ab 16 Häuser pro Jahr bezahlt. Dies zeigt auch das Gutachten einer unabhängigen Unternehmensberatung der Schweizerischen Koch AG. Nach diesem arbeitet deren Kompaktanlage rentabel und das Unternehmen fertigt gerade mal 12 Häuser im Jahr.
Das bedeutet die Anlage amortisiert sich schon bei kleinsten Stückzahlen und bietet dazu eine höhere Kapazität. Bei der Fertigung von ausschließlich Wandelementen können mit der Kompaktanlage bis zu 70 Häuser pro Jahr hergestellt werden. Werden alle Elementtypen (Wand, Dach, Decke) für das Haus komplett produziert, liegt die Kapazität bei etwa 30 Häusern. Diese Kapazität ist ohne entsprechende Automatisierung kaum noch erreichbar, da das dringend benötigte Personal sehr schwer zu finden ist und der Fachkräftemangel auch in diesem Bereich immer mehr zunimmt.
Natürlich muss eine solche Kostenrechnung immer auf den jeweiligen Betrieb angepasst werden. Denn die Amortisation der Investition hängt von Faktoren wie der Fertigungsart, der Bauweise, der Hausgröße, den Lohnkosten und vielem mehr ab. Am Beispiel der Firma Brockhaus die 2016 in eine WEINMANN Kompaktanlage investiert hat, lässt sich dies folgendermaßen darstellen. Vor der Automatisierung produzierte Brockhaus pro Tag 4 bis 5 Elemente. Heute werden mit der Kompaktanlage 7 Elemente pro Tag hergestellt. Damit hat Brockhaus seine Fertigungskapazität um 40 Prozent erhöht.
Ein anderes Beispiel ist die Engelhardt & Geissbauer GmbH. Bei der Investition in die Kompaktanlage fasste die Firmenleitung damals 60 Häuser pro Jahr als langfristiges Ziel ins Auge. Mit derzeit 50 Häusern ist man bereits auf einem guten Weg, auch was die anfangs aufgestellte Wirtschaftlichkeitsberechnung betrifft. Stefan Bauereiß (Prokurist): "Es wurde prognostiziert, dass wir unsere Produktivität mit der Anlage um etwa 15 bis 20 Prozent steigern würden, das haben wir auch eingehalten. Die Kompaktanlage ist in jedem Fall eine Investition, die sich für uns gerechnet hat."
Für das Produzieren von geringen Stückzahlen bietet der Hersteller WEINMANN seit kurzem die sogenannte Zimmermeisterbrücke WMS 060. Ausgestattet mit zwei Aufnahmen für Klammer- bzw. Nagelgeräte sowie einem Fräsaggregat erhält der Betrieb eine Lösung, die ein etwas kleineres Einsatzgebiet bietet, dafür aber auch deutlich geringere Anschaffungskosten hat. Auch diese Brücke kann mit einem Schmetterlingswender zu einer Fertigungseinheit kombiniert werden. Diese Lösung amortisiert sich bereits ab einer jährlichen Produktion von 10 Häusern.

Qualität konstant hoch

Bei den oben aufgeführten Rechnungen sind die Kostenersparnisse, die sich aus der Erhöhung der Qualität ergeben, noch nicht eingerechnet. Der automatisierte Prozess hält die Qualität auf konstant hohem Niveau. Ungenauigkeiten und Fehler, die beim manuellen Messen und Zuschneiden an der Tagesordnung liegen, werden ausgeschlossen. Korrekte Abstände der Befestigungsmittel werden gewährleistet, was zu einer Sicherstellung der Statik führt. Auch Markierungen und Beschriftungen erfolgen automatisiert. Dadurch werden unter anderem Positionen von Dachlatten oder Einbauwänden an der korrekten Stelle angebracht, was die nachfolgenden Arbeitsschritte wesentlich erleichtert. Die vorgefertigten Elemente, werden in kürzester Zeit auf der Baustelle montiert, was zu effizienteren Baustellen-Zeiten führt, wobei auch die Abhängigkeit von der Witterung abnimmt.
Der erhöhte Vorfertigungsgrad steigert zudem die Wertschöpfung im eigenen Betrieb. Unternehmen, die den Großteil ihrer Produkte extern fertigen lassen, zukaufen und nur noch das Montieren auf der Baustelle übernehmen, bringt dies einen erheblichen Mehrwert in Form von einer Erhöhung des Gewinns sowie der Unabhängigkeit von Fremdlieferanten.
Gerade im Blick auf die Schwierigkeit gutes und geeignetes Personal zu finden, darf die positive Wirkung, die eine Automatisierung auf den Arbeitsplatz hat, nicht unterschätzt werden. Die Arbeiten für die Mitarbeiter werden deutlich ergonomischer. Die Arbeitshöhen an den Montagetischen und Multifunktionsbrücken sind so eingestellt, dass der Mitarbeiter seine Arbeiten in aufrechter Haltung erledigt und nicht auf das Element steigen muss. Auch schwere Hebearbeiten fallen größtenteils weg. Zudem wird die Logistik optimiert, Materiallager werden direkt an der Anlage positioniert und die Arbeitswege verkürzt. Das Unternehmen bietet seinen Mitarbeitern einen attraktiven und sauberen Arbeitsplatz mit moderner CNC-Technologie.

Investition in die Zukunft

Es wird sehr deutlich, dass die Automatisierung den Betrieben einen großen Mehrwert bringt. Höhere Kapazitäten, eine verbesserte Qualität und ein breiteres Produktspektrum sind die Folge. Es werden mehr Möglichkeiten geboten und dies bei einer deutlich höheren Produktivität. So zeigen sich auch die Betriebe, die automatisiert vorfertigen, sehr zufrieden. Und auch bei der Frage danach, ob sich die Maschinentechnik rechnet, zeigt sich durchweg ein positives Bild. Wichtig ist es, den Umstellungsprozess genau zu durchdenken und zu planen und idealerweise Experten frühzeitig in den Prozess miteinzubinden, um ein bestmögliches Ergebnis zu erhalten. Mit dem Schritt in die Automatisierung wird der Betrieb für die Zukunft aufgestellt.

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