SFB-TRR 141 B04

Herstellung von biomimetischen und biologisch inspirierten (modularen) Strukturen für Anwendungen in der Bauindustrie

Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von bionischen und bio-inspirierten Strukturen

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

Dieses Video zeigt die UV-Pultrusion von Glasfasern. Nach der Imprägnierung mit einem UV-reaktiven Harz/Härter-Gemisch wird die Vernetzung durch UV-Strahlung ausgelöst. Während die Fasern in dem Schlauchwerkzeug zu einem gebogenen Stab umgeformt werden, wird dieser sofort stabil wird.

Faserablegekopf (c)
Faserablegekopf

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.

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.

Ansprechpartner

 

Pascal Mindermann, M. Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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