Shelter

Ursprünglich war dieses Projekt 2021 als fiktives Fallbeispiel für eine Mastervorlesung (MACI) zur Anlagenautomatisierung gestartet. In diesem Fach werden immer Anlagen geplant, die es mit einiger Sicherheit in der Realität (noch) nicht geben wird. Es soll keine Vorbilder geben.

Die mit dem Klimawandel und den Folgekriegen verbundene Flüchtlingskrise wird kaum zu lösen sein. Derzeit sind 110 Millionen Menschen vertrieben. Bald werden es 200 Millionen sein, so Prognosen von seriösen Unternehmensberatungen. Im Sinne eines wissenschaftlichen Diskurses zur Problematik kann dieses Projekt einen nicht zu unterschätzenden Beitrag hierfür liefern.

Es wurde eruiert, ob vor Ort hochproduktiv mit mobilen Industrieanlagen temporäre Unterkünfte aus nachwachsenden Rohstoffen produziert werden können, deren Baumaterialien nach der Nutzung für den Wiederaufbau in Holzbauweise weiterverwendbar sind. Es können so:

• In kurzer Zeit temporäre, menschenwürdige Unterkünfte für eine Vielzahl von Vertriebenen geschaffen werden.
• Wertschöpfung vor Ort entstehen.
• Weiterbildungen in Punkto Automatisierung und Holzbau angeboten werden.
• Durch die Verwendung nachhaltiger Materialien und deren Weiterverwendung die Nachhaltigkeit und das Bewusstsein hierfür gestärkt werden.

Sowohl das Produkt – eine Unterkunft für Vertriebene – wie auch die Produktionsanlage wurde zwischenzeitlich mehrfach überplant und mit verschiedenen Szenarien getestet. Für einige Produktionsschritte wurde vertieft die Machbarkeit durch konkrete Maschinenkonzepte überprüft. Ein Prototyp der Unterkunft existiert und wird seit 24.1.2025 erprobt. Zusammen mit Daniel Kuberczyk einem Unternehmensberater treibt Prof. Riegel unter dem Projektnamen ModuHaus die Realisierung voran, auch wenn es langsam vorangeht.

Die Unterkunft besteht aus OSB-Platten und überwiegend profilierten Massivholzbalken. Um möglichst viele Teile der Unterkunft wiederverwenden zu können, wird verschraubt oder mit Schraugeln verbunden. Letztere können durch Nageln - auch mit Pistolen - eingetrieben und nach Gebrauch herausgeschraubt werden. Das Dach ist mit Trapezblech ohne Dachlatten eingedeckt und wird im Falle des Sommerhauses von einem schwerentflammbaren Baumwolltuch unterspannt. Die Trapezbleche liegen - auch um in der Wiederverwendung größere Abschnitte zu haben – quer mit einer Neigung von 2° in Fließrichtung auf den Sparren.

Das Haus hat eine Grundfläche von 12 qm und durch drei Etagenbetten eine Nutzfläche von 17,5 qm. Eine 5-köpfige Familie kann darin wohnen (https://spherestandards.org/handbook/). Vor der Tür und Fensterseite hängt das Dach über, um ggf. Schatten zu spenden. Auch kann ein Sonnensegel kann installiert werden. Innen gibt es eine Sitzecke mit einem wegnehmmbaren Tisch und ein Regal. Die Etagenbetten sind 2,4 m lang, so dass auch hier Gepäck und Vorräte untergebracht werden können. Das Interieur nutzt zur Befestigung die Außenwände. Aber auch die Außenwände benötigen zur Verstärkung die Leisten, mit denen die Möbel an der Wand festgeschraubt sind. Im Bereich des oberen Etagenbettes gibt es ein Oberlicht. Alle Fenster sind schiebend zu öffnen und von innen zu verschließen. Sie sind aus Polycarbonat.

Das Sommerhaus kann mit einfacher handwerklicher Arbeit für den Winter aufgerüstet werden. Dazu wird von innen eine Dampfbremse an die Decke getackert und getaped. Dach und Boden werden mit Hartschaumplatten isoliert. Die Außenwände werden außen mit Holzfaserdämmplatten oder Wellpappeisolierung belegt und von innen verschraubt. Witterungsschutz und auch zusätzlicher Brandschutz wird durch eine aufgetackerte unbrennbare bzw. schwerentflammbare Fassadenbahn erreicht. Wärme wird mit einem 2 kW Zeltofen o.dgl. erzeugt, in dem z.B. auch Produktionsreste von der Herstellung verbrannt werden können. 

Eine Unterkunft wurde verkleinert realisiert und wird seit 2025 getestet. Es konnte z.B. im unisolierten Prototyp (s.u.) mit 1,6 kW eine Temperaturdifferenz von 15° zwischen innen und außen erzeugt werden. Auch konnte schon die Funktion der Dachdeckung bei sturzflutartigen Regenfällen nachgewiesen werden. Der Prototyp steht hinter dem Gebäude 3 der TH OWL in Lemgo und kann besichtigt werden. Interessenten wenden sich bitte an adrian.riegel@th-owl.de. Es sollen weitere Prototypen gebaut werden und in anderen Regionen getestet bzw. bewohnt werden. In konkreter Planung ist ein Prototyp in Ghana an der KNUST, Kumasi.

Waldmann-Lambertz-Riegel_21 Holztechnisches Kolloquium TU Dresden_2024.pdf

Der Prototyp ist etwas niedriger und schmaler als das Original und wurde 2024 durch eine Gruppe im Fach Projektmanagement und Studienprojekt errichtet. Der Prototyp kann so ohne Sondergenehmigung auf der Straße transportiert werden und braucht für die drei Jahre der Probeaufstellung keine Baugenehmigung. An ihm wurden und werden bis 2027 folgende Punkte erprobt:

1. Erprobung des Raumgefühls mit Gruppen unterschiedlicher Größe (erfolgreich)
2. Konzipierung und Test der Isolierung für die Winterversion
3. Erprobung des Heizkonzeptes mit dem Zeltofen (erfolgreich)
4. Evaluierung der Belüftung und Dichtheit vor allem der Fenster gegen Schlagregen (Verbesserungsbedarf. konkrete Tests und Verbesserungen in 2026)
5. Erprobung der Einbruchsicherheit (2027)
6. Kurz vor Ende des Bewitterungstests Belastungsprobe und Erprobung der Verwindungssteifheit
7. Finaler Demontagetest

Das Haus kann besichtigt werden. Es steht westlich des Gebäude 3 auf der Wiese. Bitte erfragen Sie den aktuellen Zugangscode unter

adrian.riegel@th-owl.de oder 0179 140 2325.

Präsentation des Prototyps

Rede zur Einweihung des Prototyps am 24.1.2025

Bisher konnte eruiert werden:

Zu a) Das Shelter wurde innen Gruppen mit bis zu 15 Personen gezeigt. Bei 15 Schülern mußten allerdings trotz dreier Hocker einige stehen. 10 Erwachsene können sich treffen. Die Aufteilung funktioniert mit 5 Erwachsenen gut und vermutlich noch besser bei Originalhöhe.

Zu b) Es ist nur die linke Seite und der Bereich unter dem Fenster isoliert. Auf der linken Seite ist so die Wärmeübertragung messbar. Im Bereich des Fensters lässt sich vor allem die Applizierbarkeit der Fassaden- bzw. Unterspannbahnen erproben.

Zu c) In der für heutige Verhältnisse kalten Nacht wurde im Dezember 2025 der Wärmeübergang der unisolierten Sommerversion des Prototyp der Wärmeübergang gemessen und Wärmebildaufnahmen gemacht. Heizquelle war hier nicht der Zeltofen sondern ein Heizlüfter mit 1,6 kW. Die Messungen sollen als Vergleich zur isolierten Wand dienen. Diese Versuche sollen im Winter 2026 laufen.

Zu d) Während der sommerlichen Starkregen in 2024 konnte die Dichtheit der Dacheindeckung schon festgestellt werden. Über das Fenster kamen kleine Pfützen nach innen. Hier muß noch nachgebessert werden. Die genaue Schwachstelle soll 2026 mit künstlicher Beregnung (auch mit Uranin) ermittelt werden. Die Belüftung wird als angenehm und ausreichend empfunden. Bei 36°C im Schatten wird auch im Inneren annähernd diese Außentemperatur erreicht. Mit Belüftung ist es auszuhalten, wenn auch heiß. Die Querbelüftung durch das Fenster bzw. Tür und das Oberlicht funktioniert gut. Auch hierzu wurden Wärmebildaufnahmen gemacht.

Zu f) Beim Umsetzen des Shelters wurde schon festgestellt, dass die Dehnungen bei Schub recht hoch sind. Das Haus muss bei der Aufstellung ins Wasser gebracht werden, sonst klemmen Tür und Fenster

Der Prototyp wurde nachkalkuliert. Die Materialkosten beliefen sich auf 3.100 €. Das meiste Material wurde konventionell ohne Mengenrabatt im Baumarkt besorgt.

Das Haus soll auf einer mobilen halbautomatisierten Anlage vor Ort im oder nahe dem Camp produziert werden. Dazu müssen in einem nicht risikolosen Schritt die Anlagenteile vom Anlandungshafen zum Camp gebracht werden. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Container – z.T. mit schon festmontierten Maschinen und Steuerungen – aber auch um Auflieger mit z.B. Zelten und Gabelstapler ggf. Sonderfahrzeuge. Ein Teil der Flotte wird später für den Betrieb der Anlage ggf. auch des Camps benötigt. Für die Aufstellung wird etwas weniger als die Fläche eines Fußballfeldes benötigt. Diese kann sich aber auch auf bis zu sechs Teilflächen aufgliedern. Der Untergrund muss tragfähig sein. Die Anlage soll autark sein. Ein Stromaggregat mit bis zu 400 kVA ist daher ebenfalls in einen der Container eingebaut, ebenso die IT mit Leitstand.

Bisher wurden zwei Anlagen entworfen und kalkuliert. Eine hochautomatisierte aus dem Wintersemester 2021/22 wurde zwischenzeitlich wieder verworfen, da der Aufwand und das technologische und finanzielle Risiko für zu hoch erachtet wurden. Der folgende Anlagenentwurf stammt aus dem Wintersemester 2024/25, wird aber 2027 in einer Summerschool durch ein noch weiter reduziertes Konzept ersetzt werden.

Die Plattenfertigung und Montage erfolgt in einem Zweischichtbetrieb entsprechend der Abbildung mit einer kalkulierten Zykluszeit von 13 Minuten. Für die Balkenfertigung ist ein kleines Kehlleistenwerk vorgesehen; nach einer Kehlmaschine wird auf Sonder-Holzbearbeitungsmaschinen abgebunden. Dieser Anlagenteil und auch die Kleinteilefertigung, die u.a. die Fenster vormontiert produzieren in drei Schichten. Die Maschinenauswahl erfolgt nach Kosten- und Produktivitätsgesichtspunkten aber auch nach der Aufstellung. Die komplette Anlage soll nach einer Woche lauffähig sein.

Die Anlage wird durch eine kleine Stammmannschaft betrieben. Zusätzliche Kräfte werden aus der Reihe der Vertriebenen rekrutiert und bezahlt. Um mit ungelernten Kräften montieren zu können, sollen möglichst viele Features auf dem CNC-Bearbeitungszentrum vorgebohrt bzw. mit einem Druckkopf auf den Platten angezeichnet sein. Eine Weiterbildung für die Beschäftigten ist avisiert.

Pro Tag sollen so über 60 Häuser entstehen. Die Logistik aber auch der Einkauf der Rohmaterialien und Zukaufteile muss daher im Krisengebiet reibungslos funktionieren. Das Konzept ist daher nicht für jede Krise geeignet. Auch die produzierten Häuser müssen auf den finalen Standort verbracht werden, wo die Bewohner betreut Restarbeiten wie z.B. das mehrfache Ölen der Außenwände durchführen sollen. Da die Anlage je nach Brandschutzauflagen in zwei bis vier Tagen ein Fußballfeld zur Aufstellung der Häuser benötigt, ist hier ebenfalls eine ausgeklügelte Logistik notwendig. In einem Monat könnten rechnerisch 1200 Häuser gebaut und somit 6000 Menschen untergebracht werden.

Vom 4. bis zum 19. September 2027 werden im Rahmen einer internationalen Summer School Studierende verschiedener Fachrichtungen ein neues Produktionskonzept entwerfen. Vorrangiges Ziel ist es, die Investition für die Anlage weiter zu reduzieren, die Produktivität aber nur geringfügig nach unten korrigieren zu müssen. 

Es sollen mehr Fertigungsschritte handwerklich mit Elektrowerkzeugen ausgeführt werden. Die höhere Anzahl an beschäftigten soll aus der Gruppe der Vertriebenen rekrutiert werden. Um dennoch die für die hochproduktive Montage notwendige Genauigkeit zu erreichen, müssen Vorrichtungen und VR-Hilfsmittel zum Einsatz kommen. Auch müssen entsprechende wirksame Schulungskonzepte für Ungelernte flankierend eingesetzt werden. 

Damit reduziert sich auch der Flächenbedarf für feste Einrichtungen, wie Werkstätten in Container und Zelten. Blaupause für eine derartige Anlage können die Fachgruppen des Technischen Hilfswerks sein. In wenigen Fahrzeugen oder Containern sind Anlagen transportabel, mit denen z.B. Trinkwasser aufbereitet werden kann u.dgl..