Fachbeiträge & Interviews
Montag, 10. August 2020
Ausgabe 6930 | Nr. 223 | 19. Jahrgang
D.I.E. Baustatik Software - Einfach | Anders | Besser
Autor: Fabian Hesse
Herausgeber: bauingenieur24 Informationsdienst email-weiterempfehlendruckansicht

Runde Betonbauteile bald in Serie produzierbar

# 15.05.2020

Bayrische Hochschulen entwickeln anpassungsfähiges Schalungswerkzeug. Multipoint-Tooling-Technologie bildet Grundlage für Innovation im Betonbau. Weitere Anpassung des Prototyps für Baustelleneinsatz erforderlich

Geschwungene Formen im konventionellen Betonbau extrem aufwändig

Bauwerke mit geschwungenen Betonformen (im Bild: Neuer Zollhof Düsseldorf) sollen in Zukunft leichter und nachhaltiger möglich sein. Foto: Fundistephan / wikimedia Bauwerke mit geschwungenen Betonformen (im Bild: Neuer Zollhof Düsseldorf) sollen in Zukunft leichter und nachhaltiger möglich sein. Foto: Fundistephan / wikimedia

Beton ist grundsätzlich bestens zur Herstellung gekrümmter Strukturen geeignet. Hilfreich sind dabei seine Formbarkeit als flüssiger Frischbeton, seine Oberflächenqualität und Festigkeit.

Vereinzelte Projekte namhafter Architekten, wie der Zollhof in Düsseldorf von Frank Gehry (siehe Bild) oder Betonbauwerke von Zaha Hadid, sind Beispiele dafür, wie geschwungene Fassaden in ihren Tragwerksformen zugleich dem Kraftfluss angepasst sind.

Gerade bei repräsentativen Gebäuden haben die Verantwortlichen oft den Wunsch, durch den Einsatz dreidimensionaler Freiformflächen besondere optische Akzente zu setzen. Diese sollen dabei aber immer auch effiziente Tragsysteme der Bauten sein.

Solche Strukturen lassen sich im klassischen Schalungsbau für Beton nur mit großem Arbeits- und Ressourcenaufwand bewerkstelligen. Die Verarbeitung des flüssigen Baustoffs erfordert eine entsprechende Schalung. Bereits nach einmaliger Benutzung sind die Schalungen nicht mehr zu gebrauchen und müssen entsorgt oder kostenintensiv modifiziert werden.

Adaptives Schalungswerkzeug ermöglicht dickwandige Betonbauteile

Adaptive bzw. anpassungsfähige Schalungswerkzeuge konzentrierten sich bisher hauptsächlich auf die Herstellung dünner Betonquerschnitte. Im Forschungsprojekt "Flex4Beton" entwickelten die Hochschule München unter der Leitung von Christoph Maurer von der Fakultät für Bauingenieurwesen sowie die Technische Hochschule Nürnberg gemeinsam mit Industriepartnern einen Prozess für flexibel konfigurierbare Schalungen für dickwandige Betonbauteile.

Das Ergebnis des Projekts ist ein Schalungswerkzeug für Betonbauteile, welches immer wieder verwendet werden kann und die Produktion von dickwandigen Bauteilen ermöglicht, die als tragende Elemente in der Konstruktion eingesetzt werden können.

Es handelt sich um einen Prototyp, der laut Projektverantwortlicher für den Einsatz im Fertigteilwerk optimiert ist. Für eine Serienreife im Baustelleneinsatz seien noch weitere Entwicklungsschritte zur Modulkopplung, Fugenausbildung und Beulung der Stützstellen bei großen Krümmungen erforderlich.

Betonbau-Innovation durch Multipoint-Tooling-Technologie

Der Prototyp zur Herstellung dreidimensional gekrümmter Geometrien im Betonfertigteilbau soll für die Serienreife weiterentwickelt werden. Foto: Andreas Fraundorfer Der Prototyp zur Herstellung dreidimensional gekrümmter Geometrien im Betonfertigteilbau soll für die Serienreife weiterentwickelt werden. Foto: Andreas Fraundorfer

Die zugrundliegende Technologie des sogenannten Multipoint Tooling wird bereits in anderen Ingenieurbereichen verwendet, um zum Beispiel individuelle Formen aus faserverstärkten Kunststoffen oder Metallblechen zu fertigen.

Dabei wird eine beliebig gekrümmte Form durch eine Vielzahl von individuell stufenlos einstellbaren Stiften aus CAD-Daten heraus abgebildet. Die Abbildung der gewünschten Freiform wird durch eine auf den Stiften aufliegende, elastische Kunststoffschicht geglättet.

Diese sogenannte Interpolationsschicht muss eine ausreichend hohe Querkrafttragfähigkeit sowie Biegesteifigkeit gegenüber dem Frischbetondruck aufweisen, sodass die Durchbiegung zwischen den Stützstellen gering ist und sich die Stifte nicht im fertigen Produkt abzeichnen.

Andererseits muss eine ausreichende Elastizität bzw. hohe Verformungsfähigkeit in der Ebene – Stichwort "zugweiches" Materialverhalten – gegenüber den Spannungen vorhanden sein, die bei der Einstellung von zweifach gekrümmten Formen in der Fläche entstehen.

Das Projekt "Flex4Beton"

ist eine Kooperation der Hochschule München mit der Technischen Hochschule Nürnberg und wurde im Rahmen des Programms "Forschung an Fachhochschulen" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Unterstützt wurde das Projekt durch die Industriepartner Klebl GmbH, Herz GbR, PERI GmbH, Reckli GmbH sowie becker architekten.

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