Lehm, digital

von Hendrik Lindemann
Redaktion: Christian v. Wissel
20.02.2018

Lehm ist ein rein natürlicher Baustoff, der in fast allen Teilen der Welt verwendet wird. Die Techniken der Verarbeitung sind ebenso vielfältig wie das Vorkommen des Materials. Lehm changiert zwischen mageren Lehm mit einem eher geringen Tonanteil und fettem Lehm, der durch seinen hohen Tonanteil ein sehr plastisches Verformungsverhalten hat. In den verschiedenen Regionen der Welt haben sich, entsprechend der jeweiligen Eigenschaften der natürlichen Lehmvorkommen, spezifische Verarbeitungstechniken entwickelt, aus denen verschiedene Bauweisen hervorgegangen sind.

Mit dem Aufkommen des Stahlbetons seit Ende des 19. Jahrhunderts wurde Lehm als Baumaterial jedoch immer unbedeutender. Dies hatte zur Folge, dass in den industrialisierten Weltregionen althergebrachte Bauprozesse in Vergessenheit geraten sind und mitunter sogar einer Sondergenehmigung bedürfen. Dabei liegen die Vorteile des Baustoffes Lehm auf der Hand: Er ist 100% recyclebar, als Rohstoff weltweit vorhanden und somit günstig und ohne großen Transportaufwand zu beziehen und verfügt über die Eigenschaft, das Klima in Räumen und Gebäuden selbst zu regulieren. Lehm böte also angemessene und nachhaltige Lösungen für eine Vielzahl aktueller Probleme der zeitgenössischen Bauindustrie. Dennoch hat Lehm ein starkes Imageproblem: In Ländern, in denen er nach wie vor große Verwendung findet, gilt er meist als rückständig und wird mit „Armut“ assoziiert. In Industrieländern wiederum wird Lehm mit dem Begriff „Öko“ einseitig konnotiert und ruft bei vielen Menschen ein vorurteilsbelastetes Architekturbild hervor.

Im Sommersemester 2017, im Rahmen des DBFstudios earth construction1, haben Studierende und Lehrende am Institut ITE die Eigenschaften von Lehm als Baumaterial untersucht und insbesondere nach dem Potenzial gefragt, das sich durch eine digitale Baufabrikation ergeben könnte. Traditionelle Lehmbautechniken dienten als Ausgangspunkt für die Entwicklung digitaler Verarbeitungsmethoden. Herkömmliche Verfahren – Techniken, die im direkten Zusammenhang mit regionalen Besonderheiten und Bautraditionen entstanden sind – wurden dabei nicht unreflektiert kopiert, sondern je nach Materialzusammensetzung und Anwendung individuell weiterentwickelt bzw. neu interpretiert. Als Werkzeug wurden dafür vor allem Sechs-Achs-Roboter2 eingesetzt. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht an ein bestimmtes Material oder einen Ablauf gekoppelt, sondern mit ihrer extremen Präzision und Wiederholgenauigkeit offen für eine Vielzahl an denkbaren Prozessen sind. So lassen sich mit geringem Aufwand neue Ansätze für den Umgang mit Baustoffen und Produktionsabläufen erproben.

Im Zentrum unserer Untersuchungen stand die präzise Definition und Kontrolle der angewandten Parameter. Diese umfassten zum einen die genaue Steuerung der Prozessfaktoren wie zum Beispiel der Geschwindigkeit des Roboters oder auch des Umfangs des Auftrags. Zum anderen ging es uns um die Einhaltung genau beschriebener Materialparameter wie etwa des Feuchtigkeitsgehalts und der genauen Zusammensetzung des Lehmgemisches. Aufgrund ihrer direkten Verbindung untereinander mussten alle diese Bestimmungsgrößen stetig angepasst und aufeinander abgestimmt werden. Denn auch bei konstanten Mischverhältnissen kann jedes Material aufgrund sich ändernder Umweltbedingungen die Anpassung an fließende Parameter erfordern, um gleichbleibend optimal verarbeitet zu werden.

Über diese Arbeit an den Parametern hinaus eröffneten unsere Untersuchungen zudem gestalterische Möglichkeiten, die es nun weiter zu erforschen gilt. So zum Beispiel hinterlassen digitale Werkzeuge und Verfahren, ebenso wie in der handwerklichen Verarbeitung, einen individuellen Abdruck auf dem erzeugten Bauteil. Dieser Abdruck verleiht jeder der Arbeiten eine Art Signatur, welche es erlaubt, Rückschlüsse auf das verwendete Material, die eingesetzten Werkzeuge und die vollzogenen Abläufe zu ziehen. Auf Grundlage der absoluten Genauigkeit der Wiederholungen des Roboters kann in der Folge sehr kontrolliert in die zuvor definierte Prozesskette eingegriffen werden, um entweder eine strukturelle oder eine gestalterische Anpassung vorzunehmen. Zwei von Studierenden im DBFstudio entwickelte Ansätze möchte ich genauer darstellen, um die Möglichkeiten der digitalen Fabrikation mit Lehm im Bauwesen paradigmatisch zu illustrieren.

Lehmschalung und dessen Spuren auf dem fertigen Bauteil. Tabea Oltmann und Ansgar Kellner, 2017.

Abbildung 1 zeigt die Arbeit von Tabea Oltmann und Ansgar Kellner. Die beiden Studierenden nutzen den Lehm nicht direkt als Baumaterial, sondern drucken den Lehm 3D, um ihn als Schalung für Beton zu verwenden. Nach dessen Aushärten kann der Lehm entweder entfernt und sofort wiederverwendet oder als gestalterischer und raumklimatisch wirksamer Bestandteil der Wand erhalten bleiben. Sowohl die grobe Körnung des Lehms als auch die Präzision des robotischen Prozesses lassen sich in dem abgeformten Körper ablesen und bilden so einen präzisen Abdruck des zur Herstellung verwendeten Materials wie auch des Verfahrens.

Abb. 2. Slinding Earth Tamper. Erste händische Versuche mit einer Gleitschalung. Joshua Gosslar, 2017.

Joschua Gosslar erforscht in seiner Arbeit die Herstellung einer Stampflehmwand ohne den Einsatz einer festen Schalung. In Anlehnung an das Prinzip der Gleitschalung im Ortbetonbau (vgl. Abb. 2) führt sein Versuchsaufbau dafür (a) das robotische Auftragen der Schichten, (b) deren Verdichtung unter einem Stampfkopf und (c) die Führung des Vorgangs anhand eines kontinuierlich mitgeführten Schalungsflügel in einer wandernden Bewegung zusammen. Der Ablauf stützt sich dabei auf den Umstand, dass Stampflehm direkt nach dem Verdichten annähernd seine Endfestigkeit erhält. Anders als bei Beton, in dem erst eine chemische Reaktion zum Erhärten des Materials führt, bedingt sich die Festigkeit des Stampflehms unmittelbar durch die Dichte der Packung des Gemisches. In der digital fabrizierten Version wird fortlaufend Material in dünnen Schichten unter einen pneumatischen Stampfer „gefüttert“ und sofort verdichtet (Abb. 3). Eine solche Automatisierung der extrem zeitaufwändigen und arbeitsintensiven jahrhundertealten Technik eröffnet nicht nur neue gestalterische Möglichkeiten, sondern könnte das Material auch ökonomisch wieder in den Fokus einer modernen Bauindustrie rücken.

Abb. 3. Slinding Earth Tamper. Robotisch geführter Stampfkopf. Joshua Gosslar, 2017.

Abschließend bleibt festzustellen, dass es nicht das Ziel dieser Experimente war, die Wahrnehmung des Baustoffes Lehm an sich zu ändern. Stattdessen richteten wir unsere Aufmerksamkeit in einem ersten Schritt auf teil-automatisierte Verarbeitungsmethoden. Die individuellen Spuren, die die jeweiligen Methoden dabei hinterlassen, bieten jedoch sehr wohl das Potential, bewusst inszeniert und dirigiert zu werden. Dies wiederum könnte einen Beitrag dazu leisten, Lehm nicht nur wegen seiner ökonomischen und bauökologischen Vorteile, sondern auch seiner ästhetischen Qualitäten wegen wieder populärer werden zu lassen.

1. Das Format des DBFstudios (Digital Building Fabrication Studio) wurde als Lehrformat des ITE 2014 etabliert und dient als Bindeglied zwischen der Forschung am DBFL (Digital Building Fabrication Laboratory) und der Lehre. Es operiert mit einer Art Baukasten von Methoden und Werkzeugen, um Studierenden und Forschenden einen schnellen Zugang zu neuen Technologien in der Baufabrikation zu ermöglichen.

2. Sechs-Achs-Roboter verfügen über sechs Gelenke, welche es ihnen erlauben – in Anlehnung an die Beweglichkeit eines menschlichen Arms – alle möglichen Positionen anzufahren, die sich innerhalb ihrer Reichweite befinden.

Kontext

Der Beitrag präsentiert die Arbeit des DBFstudios earth construction am Institut ITE im Sommersemester 2017.

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