Forschungsgebiet Technologien

Technologien

Freiform & Additive Herstellung

Die Fachgruppe Technologie befasst sich mit der Anwendung und Überführung sowie Weiterentwicklungen neuer Technologien in den Bauprozess. Aktuelle Themenbereiche sind parametrisierte Topologieoptimierung, 3D-Prototyping (Kunststoff, Resin, Metall, mineralische Werkstoffe) sowie alternative materialsparende Fertigungsmethoden für Betonbauteile.

Dreidimensionales Drucken

Bei dieser Technologie handelt es sich um ein generatives Fertigungsverfahren bei dem auf Basis von 3D-Konstruktionsdaten Bauteile ´gedruckt` werden können. Das grundsätzliche Prinzip des generativen Prozesses gegenüber dem etablierten System des subtrahierenden Verfahrens (z.B. Fräsen, Spanen) ist der schichtweise Aufbau (flüssige oder pulverförmige Ausgangsstoffe) des Werkstückes ohne Materialverlust. Diese aussichtsreiche Technologie deren Potential noch nicht ganz abschätzbar ist, erlaubt eine ökonomische Produktion von Prototypen bis hin zu einer Kleinserienproduktion. Der wesentliche Vorteil dieser neuartigen Fertigungsmethode ist zu einem die Designfreiheit und Individualisierungsmöglichkeit und zum anderen die Möglichkeit höchst komplexe Bauteile herstellen zu können, die leicht und stabil sein können (Stichwort Topologieoptimierung).

Fabric Formwork / Textiles Schalungssystem

Durch die Verwendung von Textilien als Schalungsmaterial kann der heutige Schalungsbau entscheidend verändert werden. Das bezieht sich neben dem größten Faktor zum einen auf die Umweltbelastung durch Materialeinsparung zum anderen auf den Zeitaufwand und somit auf die Kosten. Das Textil an sich ist, bedeutet als innovative Schalhaut im Vergleich zu etablierten Schalungssystemen, da bereits an der Schalung selbst der Materialverbrauch reduziert werde kann. Zusätzlich dazu wird angenommen, dass der Betonverbrauch durch Formoptimierung und neuen Anforderungen an die Bewehrung und deren Überdeckung stark reduziert werden kann. Ein weiterer ökologisch und ebenso ökonomisch wichtiger Aspekt ist der Transport und die Logistik des Schalungssystems. Der enorme Vorteil der textilen Schalung liegt darin, dass diese aufrollbar bzw. faltbar ist. So kann die Schalung beispielsweise für eine Wand, welche sonst mit einem LKW transportiert werden müsste, mit einem PKW transportiert werden. Dies entlastet die Umwelt durch Reduktion der CO2 Emissionen durch den Transport signifikant. Für die Arbeiter auf der Baustelle bedeutet die textile Schalung vor allem aufgrund des Gewichtes und der hohen Vorfertigung eine Arbeitserleichterung.

DFG Schwerpunktprogramm SPP1542 – Leicht Bauen mit Beton

Grundlagen zur Entwicklung adaptiver Schalungssysteme für frei geformte Betonbauteile

(Kooperationsprojekt mit Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner, Institut für Massivbau der TU Darmstadt)

Für die Realisierung nach bionischen Prinzipien entworfener Betontragwerke mit frei geformten Bauteilkonturen ist die einzusetzende Schalung in technischer und ökonomischer Hinsicht von eminenter Bedeutung. Das Forschungsvorhaben soll sich mit der Entwicklung adaptiver und aktiv regulierbarer Schalungssysteme befassen, welche durch den Einsatz neuartiger Materialien und Konstruktionsprinzipien flexibel auf beliebig geneigte und gekrümmte Bauteiloberflächen reagieren können. Das Schalungssystem selbst soll nach bionischen Prinzipien agieren. Computergestützt ansteuerbare, elektrisch regulierbare Anker- und Stellgliedsysteme ermöglichen effiziente, materialsparende Herstellverfahren und minimieren die Beanspruchung des Schalungssystems. Zwischen dem auf die Schalung einwirkenden Betondruck und dem verwendeten Schalungssystem besteht ein komplexer, nichtlinearer Zusammenhang, welcher insbesondere für geneigte und frei geformte Bauteiloberflächen wissenschaftlich noch nicht untersucht wurde. Die vielfältigen Einflussgrößen auf den Frischbetondruck werden analysiert. Dazu werden umfangreiche Großversuche durchgeführt. Des weiteren wird ein nummerisches Modell entwickelt und mit einem FE-Programm modelliert. Das Modell soll anhand der Versuchsergebnisse verifiziert und ggf. kalibriert werden. Anschließend sollen umfangreiche Parameterstudien durchgeführt werden. Aus den so gewonnenen Erkenntnissen soll ein allgemeingültiges, bisher nicht existierendes Ingenieurmodell zur Bestimmung des auf geneigte und gekrümmte Schalungsflächen einwirkenden Frischbetondrucks erarbeitet werden. Die mit diesem Modell erhaltenen Ergebnisse werden exemplarisch anhand von Bauteilversuchen verifiziert.

Auftragsforschung: HUESKER Synthetic GmbH

In diesem Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Firma HUESKER Synthetic GmbH, welche unter anderem technische Textilien herstellt, eine textile Schalung für eine Säule aus Stahlbeton entwickelt. Schwerpunkte hierbei liegen in der Materialwahl und der Montage. Wichtig sind die Anschlüsse am Kopf- und Fußpunkt, das Aufhängen und das Ausrichten der Schalung. Neben zahlreichen Materialprobekörpern sind verschiedene glatte und texturierte Materialien an 1,60m hohen Probekörpern entstanden. Den Abschluss des Projektes bilden zwei Mockups, einmal glattes und einmal texturiertes Material, in 2,80m Höhe.

Auftragsforschung PERI GmbH

Schalung Gerüst Engineering

Textile Schalung

  • Sascha Hickert
  • Chris Borg Costanzi
  • Carina Kisker
  • Alamir Mohsen
  • Dunja Abdullah Agha
  • Dennis De Witte M.Sc.
  • Robert Akerboom M.Sc.