Im Projekt B04 des Sonderforschungsbereichs Transregio 141 wurden faserverstärkte Kunststoffe als textile Verstärkung für komplex geformte, dünne Betonschalen entwickelt. Solche Hochleistungsstrukturen können nicht ohne starre und dünne Verstärkungen hergestellt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Betonbauteilen sind die mit dieser Technik hergestellten Elemente wesentlich leichter und somit rohstoffschonender.
Im Projekt wurde ein Pultrusionsverfahren mit UV-Vernetzung von gekrümmten Profilen entwickelt. Im Mittelpunkt standen Profile aus Glasfasern, aber auch Basalt- und Carbonfasern können mit einer geringen Zykluszeit auf die gleiche Weise verarbeitet werden. Da Materialien wie Basalt und Carbon für ultraviolettes Licht nicht durchlässig sind, wurden dem Harzsystem verschiedene Substanzen zugegeben, um eine vollständige Vernetzung in das Innere des Rovings zu erreichen. Um gebogene Profile herzustellen, wurde ein flexibles, UV-durchlässiges Werkzeug entwickelt und erfolgreich eingesetzt.
UV Pultrusion
Für die Herstellung von komplexen Formteilen mit textiler Bewehrung wurde die Faserablage von imprägnierten Carbonrovingen untersucht. Ein Faserablagekopf für die robotische Platzierung und Wickelanwendungen für skalierbare Komponenten wurde entwickelt.
Im Mittelpunkt stand die Umsetzung einer dünnwandigen Betonschale mit makroskopischen Durchbrüchen, wobei die Porengröße der Lastverteilung entspricht. Der Großdemonstrator besteht aus mehreren doppelt gekrümmten Schalenelementen mit einer Dicke von ca. 3 cm. Durch die entwickelte Faserablagetechnologie in Kombination mit oder ohne Beton ist es möglich, selbsttragende Komponenten für Primärstrukturen in einer Vielzahl von Anwendungen zu realisieren.
Ein Ergebnis von B04 ist ein Pavillon aus mehreren doppelt-gekrümmten Schalenelementen, welcher im Rahmen der Sonderausstellung "Baubionik – Biologie beflügelt Architektur" in Schloss Rosenstein des Museums für Naturkunde Stuttgart ausgestellt wurde.
Ein Glasfaserroving, der durch die UV-Strahlung in der Formgebungszone beleuchtet, aus dem Werkzeug herausgezogen, und sofort ausgehärtet wird. In diesem Fall kommt es zu keiner Biegung der Glasfaserstäbe.
Der UV-durchlässige Schlauch wurde etwas angehoben, um die LED-Arrays der UV-Lampe beim Vernetzen von Glasfasern zu zeigen. Auffallend ist die Farbänderung der imprägnierten Fasern, die von links nach rechts vorbeilaufen.
Zwei Lagen Carbonfaserbewehrung wurden auf eine Hälfte der Schalung für die Betonschalelemente gelegt.
Der Großdemonstrator überspannt ein Quadrat von ca. 5 x 5 m². Durch die Beleuchtung oberhalb der porösen Form entsteht eine Lichtverteilung, welche die Leichtigkeit der Konstruktion unterstreicht.
Der Pavillon besteht aus mehreren faserverstärkten Segmenten, die miteinander verschraubt sind. Die Carbonfaserbewehrung wird vom Beton eingeschlossen und versteift die Struktur.
Projektlaufzeit
Oktober 2014 – Juni 2018
Projektteam
ITFT Institut für Textil- und Fasertechnologien,
Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Hans Christof, Pascal Mindermann
ILEK Institut für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren,
Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Werner Sobek, Daria Kovaleva
ISW Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen,
Universität Stuttgart
Dr.-Ing. Armin Lechler, Daniel Coupek, Frederik Wulle
Förderung
Dieses Forschungsvorhaben wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als Teil des Sonderforschungsbereiches (SFB/Transregio) 141 "Biologisches Design und integrative Strukturen" / Projekt B04 gefördert.
Weitere Informationen zum Sonderforschungsbereich (SFB) TRR-141
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Pascal Mindermann
Wissenschaftlicher Mitarbeiter (Postdoc)