Blick auf das schon fertiggestellte Haus im Baustellenumfeld
Bildquelle: © Heidelberg Cement AG – Steffen Fuchs

Bauwerksbau

Erstes gedrucktes Mehrfamilienhaus


Nachdem in Beckum das erste Einfamilienhaus bereits Mitte 2020 im 3-D-Betondruckverfahren fertiggestellt wurde, ist mittlerweile auch das erste Mehrfamilienhaus in Wallenhausen bezogen worden. Partner des neuen Betondruck-Projekts – und gleichzeitig Bauherr des Hauses – ist die Michael Rupp Bauunternehmung, die hier auch den Ausbau übernahm. Mittlerweile ist das Familienunternehmen auch in den Gebäudedruck eingestiegen und plant weitere Projekte im 3-D-Betondruck. 
 

Blick auf das schon fertiggestellte Haus im Baustellenumfeld
Blick auf das schon fertiggestellte Haus im Baustellenumfeld
Bildquelle: © Heidelberg Cement AG – Steffen Fuchs


Gedruckt wurde das Haus in Wallenhausen bei Ulm in Zusammenarbeit mit der Firma PERI aus dem benachbarten Weißenhorn. Das Unternehmen ist Hersteller und Anbieter von Schalungs- und Gerüstsystemen und verkauft und vermietet seit 2020 auch Betondrucker. Für ein Pilotprojekt zum Thema 3-D-Druck suchte PERI über eine Ausschreibung Partner für weitere Projekte. Das Familienunternehmen Rupp beteiligte sich an diesem Projekt und stellte nicht nur ein geeignetes Grundstück zur Verfügung, sondern übernahm auch die Umsetzung. 
 

Vor- und Nachteile des 3-D-Betondrucks

  • ► Weniger Abfall, da beim 3-D-Druck nur das zum Bau erforderliche Material verwendet wird. 

    ► Geschwindigkeit: 3-D-Drucker produzieren schnell und können rund um die Uhr arbeiten – vorausgesetzt, die den Drucker betreuenden Personen arbeiten auch nachts.

    ► Design: 3-D-Drucker können komplexe Designs und ungewöhnliche Formen herstellen, die mit herkömmlichen Techniken kaum zu erreichen sind.

  • ► Kosten: Die kleinsten Betondrucker kosten gegenwärtig rund 200.000 Euro und sind damit zu kostspielig für viele Unternehmen aus der Bauindustrie

    ► Integration von Komponenten, die nicht im 3-D-Druck erzeugt werden können.

    ► Teilweise noch fehlende Akzeptanz für fließende Formen bzw. runde Ecken. 

    ►  Bisher gibt es keine standardisierten Genehmigungsverfahren für individuelle 3-D-Druck-Designs. Es kann daher sehr lange dauern, bis eine Baugenehmigung vorliegt.

Schritt in eine neue Ära des Bauens

Selten sind Tradition und Moderne so nahe wie in Wallenhausen, einem Ortsteil von Weißenhorn im Landkreis Günzburg: auf der einen Seite eine Kirche aus dem 18. Jahrhundert und auf der anderen Seite, schräg gegenüber, ein Mehrfamilienhaus aus 3-D-Betondruck. Auch für das Familienunternehmen Rupp, das als Bauherr und ausführendes Bauunternehmen erstmals mit 3-D-Druck in Kontakt kam, ist dies der Aufbruch in eine neue Zeit. 

Zum Familienunternehmen gehören die Michael Rupp Bauunternehmung GmbH, die auf schlüsselfertiges Bauen, Neubau, Umbau, Altbausanierung, Gewerbebau, Verputzarbeiten, Abbruch und Tiefbau spezialisiert ist, und die Michael Rupp Immobilien GmbH & Co. KG, die Wohn- und Gewerbeimmobilien schlüsselfertig entwickelt sowie Grundstücke kauft oder Bauprojekte auf vorhandenen Grundstücken realisiert und vermarktet. 

„Als Familienunternehmen bauen wir schon seit mehr als 25 Jahren Häuser, aber eines aus dem 3-D-Drucker war auch für uns neu“, sagt Fabian Rupp, Mauermeister und Geschäftsführer der GmbH. 

Für ihn war die neue Technik im Bauunternehmen seines Vaters bis dato eher eine „coole Spielerei“. Aber durch das Mehrfamilienhaus-Projekt haben sich Fabian Rupp und sein jüngerer Bruder Sebastian von den Möglichkeiten des 3-D-Drucks begeistern lassen – eine reine Druckzeit von 72 Stunden und eine Gesamtbauzeit von neun Monaten für ein 380 m2 großes Mehrfamilienhaus auf drei Etagen sprechen für sich – und treiben das Thema 3-D-Hausdruck im Familienbetrieb voran.
 

Der Weg zum gedruckten Haus

Den Anstoß für die Beteiligung an diesem Projekt kam über eine Ausschreibung von PERI. Das Schalungs- und Gerüstbauunternehmen beschäftigt sich seit einigen Jahren mit dem Gebäudedruck und ist bereits seit 2018 am dänischen Hersteller COBOD beteiligt, der die COBOD-BOD2-Drucktechnologie entwickelt und für den Markt zur Verfügung gestellt hat. Diese Drucktechnologie wurde schon in Beckum bei einem Einfamilienhaus erfolgreich getestet. Der nächste Schritt war der Druck eines größeren Gebäudes. So entstand das Projekt „Bau eines Mehrfamilienhauses“ in Wallenhausen.

Das Familienunternehmen Rupp beteiligte sich nicht nur mit als Bauherr an diesem Projekt, sondern übernahm auch den Innenausbau. Denn beim Mehrfamilienhaus in Wallenhausen handelt es sich nicht um ein Forschungs- oder Demonstrationsprojekt, sondern die Wohnungen wurden nach Fertigstellung regulär vermietet. Lediglich eine Wohnung wird weiterhin als Musterwohnung genutzt.

Geplant wurde das Mehrfamilienhaus vom Architekturbüro Mühlich, Fink & Partner BDA aus Ulm. Bei der Erarbeitung der Genehmigung unterstützte das Ingenieurbüro Schießl Gehlen Sodeikat. Planung und Durchführung der entsprechenden Zulassungsprüfungen erfolgten durch das Centrum Baustoffe der TU München. 
 

Visualisierung des gedruckten Mehrfamilienhauses nach Fertigstellung
Visualisierung des gedruckten Mehrfamilienhauses nach Fertigstellung
Bildquelle: Rupp Gebäudedruck


Druckvorbereitung und -durchführung 

Vor dem Druck wurde der Drucker mit Daten ‚gefüttert‘, die in gängigen CAD-Software-Programmen erstellt wurden. Er verarbeitet diese Daten und arbeitet sie einfach nacheinander ab. Dadurch lassen sich seine Arbeitszeit und der Ablauf des Bauvorhabens exakt und verlässlich planen. 

Beim Druck des Hauses setzte PERI einen 3-D-Drucker des Typs BOD2 vom dänischen Hersteller COBOD ein. Der BOD2 ist ein Portaldrucker, d. h., der Druckkopf bewegt sich auf einem fest installierten Metallrahmen. Für die Fertigung in Wallenhausen, also den 3-D-Druck, bewegte sich der Betondrucker auf drei Achsen innerhalb eines Metallrahmens. Dadurch konnte sich der Drucker in seinem Rahmen an jede Position innerhalb der Konstruktion bewegen, die aus dreischaligen Wänden besteht, und musste nur einmal kalibriert werden. 
 

3-D-Drucker des Typs BOD2 des dänischen Herstellers COBOD beim Drucken von Beton
Der 3-D-Betondrucker BOD2 schafft bis zu einem Meter pro Sekunde.
Bildquelle: Peri Deutschland GmbH


Das eingesetzte Material ist eine Betonmasse, die von HeidelbergCement speziell für den 3-D-Druck entwickelt wurde. Die Eigenschaften dieser Betonmasse sind auf die besonderen Anforderungen des 3-D-Drucks mit Beton angepasst. Sie lässt sich gut pumpen und schichtweise auftragen, sie ist extrudierbar und harmoniert mit dem BOD2.

Während des Druckvorgangs werden bereits die später zu verlegenden Leitungen und Anschlüsse, etwa für Wasser und Strom, berücksichtigt. Lediglich zwei Personen überwachen per Kamera den Druckkopf und die Druckergebnisse. 

Mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s ist der BOD2 einer der schnellsten 3-D-Betondrucker auf dem Markt. Für 1 m² doppelschalige Wand benötigt er rund fünf Minuten. 

Der BOD2 ist so zertifiziert, dass auch während des Druckvorgangs im Druckraum gearbeitet werden kann. Manuelle Arbeiten, wie z. B. das Verlegen von Leerrohren und Anschlüssen, können auf diese Weise einfach in den Druckprozess integriert werden

Das additive Verfahren ermöglicht Formen, die über klassische Bauweisen nur mit hohem Aufwand realisierbar wären – beispielsweise die runden „Ecken“. Der gerillten Fassade sieht man dabei deutlich die verschiedenen Schichten und damit ihre Herkunft im 3-D-Druck an, durch den sie entstanden ist. 
 

Fertigstellung 

Ein komplett fertiges Gebäude liefert kein 3-D-Drucker der Welt. Vieles wird herkömmlich produziert und montiert, darunter meist auch die Decken, weil es noch keine marktreife Lösung gibt, um Druck-Beton so auszustatten, dass er die Zugbeanspruchung bewältigen kann. 

Gestartet wurde der Bau im Oktober 2020 auf der noch konventionell erstellten Kellerdecke. Noch vor Weihnachten war der Rohbau fertig und unter Dach und Fach. Allerdings gab es durch die Kälte im Januar und Februar einen Baustopp und auch die Auswirkungen der Pandemie haben zu Unterbrechungen geführt. Im Mai 2021 wurde in Wallenhausen der Estrich verlegt, auch ein Dach und Fenster hat das Haus bekommen. 

Damit sich das Haus optimal ins Ortsbild einfügt, erhielt es Gauben, Fensterläden und das Steildach wurde mit Biberschwanz-Ziegeln eingedeckt. So kommt es optisch recht klassisch daher, obwohl es wahrscheinlich im derzeit modernsten Verfahren erbaut wurde. Auch innen erinnert kaum etwas an den 3-D-Druck. Beispielsweise hat Fabian Rupp fast alle Wulstwände von innen verputzt, sodass man die Technik dahinter gar nicht bemerkt. 
 

Drohnenbild von oben auf die Baustelle des schon fertiggestellten 3-D-Hauses,
Das im 3-D-Druck hergestellte Mehrfamilienhaus in Wallenhausen vor dem Ausbau
Bildquelle: Rupp Gebäudedruck
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Blick auf die Baustelle, auf der (konventionell hergestellten) Kellerdecke werden die ersten 3-D-gedruckten Haus-Elemente aufgebracht.
Die ersten gedruckten Haus-Elemente auf der konventionell hergestellten Kellerdecke
Bildquelle: Rupp Gebäudedruck
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Der Bauherr über den 3-D-Betondruck

Beim 3-D-Druck des Hauses, sagt Rupp, sei es unerheblich, ob gerade oder geschwungene Wände, ob glatte oder raue Oberflächen gedruckt werden sollen, was Planern und Architekten eine hohe Designfreiheit erlaube. Auch Überhänge und dergleichen seien problemlos möglich und ersparten Sonderschalungen wie beim konventionellen Verfahren. Darüber hinaus entfielen lange Trocknungszeiten, sodass nachfolgende Gewerke ihren Einsatz exakt planen können. Da der Drucker auch gleich alle Aussparungen und Kanäle, beispielsweise für Sanitärleitungen und Elektrik, mitdruckt, müssen diese später nicht mehr herausgebrochen oder geschlitzt werden. 

Aus diesem Grund ermöglichte der 3-D-Betondruck dem Familienunternehmen eine material- und kostensparende Bauweise, sodass möglichst wenige Rohstoffe verschwendet wurden. Der 3-D-Betondruck wirke, so fassen die beiden Brüder zusammen, also nachhaltig für Geldbeutel und Umwelt. 
 

Die Mieterschaft über ihr Haus 

Fünf Wohnungen sind auf den 380 m² Fläche entstanden, die – bis auf die Musterwohnung – bereits alle vermietet sind. Zu jeder der vier Zweizimmerwohnungen gehören ein Kellerraum und eine Terrasse. Die einzige Vierzimmerwohnung im Haus liegt im Dachgeschoss und verfügt ebenfalls über einen Kellerraum. Außerdem befinden sich im Keller ein Wäscheraum, der gemeinsam genutzt wird, sowie ein Technikraum mit Heizungsanlage und Haustechnik.

Nach fünf Monaten Ausbauzeit haben im Juli 2021 die ersten Mieterinnen und Mieter das Mehrfamilienhaus bezogen und sind von ihrem neuen Zuhause ganz angetan. „Ich fand es total spannend, als einer der Ersten in einem Haus aus einem 3-D-Drucker zu wohnen“, erzählt Felix Jehle, der eine Zweizimmerwohnung in dem Mehrfamilienhaus im Ortskern bezogen hat. „Eigentlich lebt man hier aber nicht anders als in jedem anderen modernen Neubau. Nur an der Außenfassade des Hauses und im Wohnzimmer, wo man als Designelement noch ein Stück der gedruckten Wand unverputzt sehen kann, erkennt man, dass das Haus anders ist als alle anderen.“
 

Blick auf die unverputzte Wand als Stilelement, wo noch die Betondruckwülste zu sehen sind,
In der Musterwohnung ist eine Wand unverputzt geblieben, um den Betondruck als Stilelement zu zeigen.
Bildquelle: Rupp Gebäudedruck


Ausblick auf eine druckreife Zukunft

Dass Neubauten künftig aus dem Betondrucker kommen, davon sind die Brüder Rupp überzeugt. 

Für die Rupps ist das Mehrfamilienhaus in Wallenhausen erst der Anfang. Gemeinsam haben die beiden Brüder nun die Rupp Gebäudedruck GmbH gegründet, die sich als Tochterunternehmen der Michael Rupp Bauunternehmung GmbH ausschließlich mit dem Drucken von Gebäuden befasst. „Unser Familienunternehmen ist seit 25 Jahren erfolgreich in der Branche und hat viele zufriedene Kunden in der Region. Für den 3-D-Betondruck bringen wir also einen großen Wissensvorsprung und jede Menge Erfahrung mit“, sagt Fabian Rupp, künftiger Geschäftsführer von Rupp Gebäudedruck. Sebastian Rupp, ebenfalls künftiger Geschäftsführer im Familienbetrieb, ergänzt: „Gleichzeitig rechnen wir dieser neuen Technologie große Zukunftschancen aus, und wir wollen diese Zukunft mitgestalten. Bei aller Tradition unseres Handwerks sind wir eben auch innovativ und scheuen keine neuen Herausforderungen – im Gegenteil.“
 

Porträt Fabian und Sebastian  Rupp
Fabian und Sebastian Rupp
Bildquelle: Rupp Gebäudedruck


Das Ziel der Brüder ist es, den 3-D-Betondruck massentauglich zu machen, um so das Bauen insgesamt nachhaltiger zu gestalten. „Durch selbstentwickelte, nachhaltige Gebäude wollen wir der Komplettanbieter für 3-D-gedruckte Häuser werden und das 3-D-Druckverfahren in Deutschland und Europa als sichere, günstige, schnelle und ökologisch sinnvolle Bauweise etablieren“, erklärt Sebastian Rupp. Dafür haben sich die beiden einen 3-D-Betondrucker des Typs COBOD BOD2 für ihre neue Firma angeschafft, um Gebäude und Fertigbauteile zu drucken. In Zusammenarbeit mit Architektinnen und Architekten wird derzeit ein Katalog mit möglichen Häusern erstellt und die ersten Projekte sind bereits in der Pipeline: „Wir werden auf jeden Fall einen Teil unserer neuen Firmenzentrale drucken“, erklärt Fabian Rupp. 

Zudem plant Fabian Rupp, künftig bis zu 30 % recycelte Materialien beim 3-D-Druck zu verwenden und so den Kreislauf schließen zu können. Denn das Familienunternehmen erledigt auch Abbrucharbeiten und könnte so den Beton-Müll der alten Häuser in neuen Gebäuden verdrucken. Die Forschung arbeitet daran, jedoch dauert es, bis Innovationen in der Praxis ankommen und umsetzbar sind. 

Und letztendlich sieht Fabian Rupp in der neuen Technologie eine gute Möglichkeit, dem Fachkräftemangel etwas entgegenzusetzen: „Auf der Baustelle braucht es gut ausgebildetes Fachpersonal und mit einer so spannenden und innovativen neuen Technologie wie dem 3-D-Betondruck können wir mehr junge Menschen für unser Handwerk begeistern.“ 
 

Bauaufgabe:
Bau eines Mehrfamilienhauses per 3-D-Druck (380 m2, voll unterkellert, 3 Stockwerke und 5 Wohnungen)


Druck-/Bauzeit:
72 Stunden Druckzeit; Bauzeit: Oktober 2020 bis Juni 2021


Planung des Gebäudes:
Architekturbüro Mühlich, Fink & Partner BDA 


Bauherr:
Michael Rupp Bauunternehmung GmbH


Konzept zur Genehmigungsreife:
Ingenieurbüro Schießl Gehlen Sodeikat


Planung und Durchführung der Zulassungsprüfungen:
Centrum Baustoffe der TU München


Druckmaterial/Druckbeton:
HeidelbergCement


Mischtechnologie:
m-tec mathis technik GmbH


Druck-/Bauausführung:
PERI GmbH und Michael Rupp Bauunternehmung GmbH
 

Autoren

Anke Templiner

Redaktion BauPortal

Katharina Meise

Michael Rupp Bauunternehmung GmbH


Ausgabe

BauPortal 4|2021