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- DFG - SPP 1542 - TP 1
Optimalstrukturen aus funktional gradierten Betonbauteilen – Entwurf, Berechnung und automatisierte Herstellung - DFG - SPP 1542 - TP 2
Effiziente automatisierte Herstellung multifunktionaler gradierter Bauteile mit mineralisierten Hohlkörpern - Baden-Württemberg Stiftung - Nachhaltiges Bauen mit Beton
Multifunktional gradierte Bauteile für das nachhaltige Bauen mit Beton - Forschungsinitiative Zukunft Bau
Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton - Innovative Rohstoffnutzung für KMU
Integrale Planung und Herstellung von ressourceneffizienten Betonbauteilen aus mineralischer Faserverbundbewehrung und gradiertem Beton - DFG EXC 2120
Cyber-physical fabrication of functionally graded concrete (FGC) components for multi-storey buildings - IWB
Institut für Werkstoffe im Bauwesen - ILEK
Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren
Die Gradierung von Betonbauteilen ermöglicht eine funktionale Adaption der inneren Struktur und damit der Eigenschaften an das vorherrschende statische und bauphysikalische Belastungsprofil. In diesem Kontext stellt die Automatisierung der Herstellungsverfahren insbesondere zur reproduzierbaren Fertigung von gradierten Betonbauteilen einen zentralen Aspekt dar. Dabei muss der gesamte Prozess, vom optimierungsbasierten Entwurf des Bauteils, der anforderungsabhängigen Mischung, Dosierung und Förderung des Betons bis hin zum Materialauftrag in eine Prozesssteuerung und Regelung integriert werden. Die Konzeption, Auslegung und anschließende Umsetzung der automatisierten Prozesskette in einem Prototypen der Herstellungsplattform sowie die Entwicklung des Steuerungs- und Regelungskonzeptes bilden die Eckpunkte des ISYS im Rahmen der interdisziplinären, universitären Forschung, die in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen (IWB) und dem Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) erfolgt.
Die von Werner Sobek initiierte Gradientenbetontechnologie wird seit 2011 in einer interdisziplinären Kooperation des ILEK, ISYS und IWB an der Universität Stuttgart kontinuierlich weiterentwickelt. Durch zwei Forschungsprojekte im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 1542 - Leicht Bauen mit Beton („Optimalstrukturen aus funktional gradiertem Beton“ und „Effiziente automatisierte Herstellung multifunktionaler gradierter Bauteile mit mineralisierten Hohlkörpern“) konnte eine automatisierte Prozesskette zur Herstellung gradierter Bauteile im Beton-Trockenspritzverfahren realisiert werden. Dies umfasste die gezielte Entwicklung von dichteanpassbaren Betonrezepturen, den Entwurf der optimalen Materialverteilung im Bauteil sowie einen automatisierten Herstellungsprozess zum positionsgenauen Einbau der adaptierbaren Betone.
Automatisierte Herstellung einer Deckschicht aus Normalbeton im Trockenspritzverfahren
Herstellung einer Zwischenschicht durch Superposition von Normal- und Leichtbeton
Herstellung eines Hohlkörpers aus Beton
In der aktuellen Forschung wird eine alternative Betonverfahrenstechnik (Nassspritzen) im Forschungsprojekt „Multifunktional gradierte Bauteile für das nachhaltige Bauen mit Beton“ (gefördert durch die Baden-Württemberg Stiftung) untersucht. Hierbei soll auch die Hohlkörpertechnologie um ein automatisiertes Herstellungsverfahren weiterentwickelt werden. Mittels der Hohlkörper lassen sich noch effektiver Kavitäten in unbelasteten Bauteilzonen realisieren und somit Ressourcen schonen, ohne die Rezyklierbarkeit der Bauteile negativ zu beeinflussen. In einem weiteren Projekt "Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton" (gefördert durch die Forschungsinitiative Zukunft Bau) soll unter anderem die Übertragbarkeit des Konzepts auf Wandbauteile gezeigt werden.
Ein großer Dank gilt an dieser Stelle auch den Förderern der Forschungsprojekte und den Unterstützern aus der Industrie.
Impressionen
Prototyp der automatisierten Herstellungsplattform für funktional gradierte Betonbauteile.
Parallelkinematik zur flexiblen Düsenorientierung.
Fördereinheiten für das Beton-Trocken- und Nassspritzverfahren.
Herstellung von skalierten Probekörpern 1,0 x 0,1 x 0,1 m (L/B/H)
Herstellung eines skalierten Probekörpers 1,0 x 1,0 x 0,1 m (L/B/H)
Herstellung eines skalierten Probekörpers 1,0 x 1,0 x 0,1 m (L/B/H)
Prototyp zur automatisierten Herstellung von Hohlkörperelementen aus Beton mittels biaxialer Rotation.
Zentrifuge im automatisierten Betrieb zur Herstellung einer Hohlkugel aus Beton.
Automatisiert hergestellte Hohlkugel aus Beton und Schalungsblock.
Förderung und Unterstützung
Förderung des Projekts: Multifunktional gradierte Bauteile für das nachhaltige Bauen mit Beton
Foto: (c) Baden-Württemberg Stiftung gGmbH
Förderung des Projekts: Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton
Foto: (c) Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR)
Förderung der Projekte: Optimalstrukturen aus funktional gradiertem Betonbauteilen – Entwurf, Berechnung und automatisierte Herstellung / Effiziente automatisierte Herstellung multifunktionaler gradierter Bauteile mit mineralisierten Hohlkörpern
Foto: (c) Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V.
Förderung des Projekts: Cyber-physical fabrication of functionally graded concrete (FGC) components for multi-storey buildings
Foto: (c) Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V.
Förderung des Projekts im Rahmen der Initiative "Innovative Rohstoffnutzung für KMU": Integrale Planung und Herstellung von ressourceneffizienten Betonbauteilen aus mineralischer Faserverbundbewehrung und gradiertem Beton
Foto: (c) Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg
Unterstützung der Forschung im Bereich Antriebstechnik, Sensorik und Automatisierungstechnik
Foto: (c) Festo GmbH & Co. KG
Unterstützung der Forschung im Bereich Betonverfahrenstechnik
Foto: (c) WERNER MADER GmbH Mörtel u. Betonspritzmaschinen
Unterstützung der Forschung im Bereich Schwerlast-Linearsysteme
Foto: (c) WINKEL GmbH
Unterstützung der Forschung im Bereich pneumatischer Fördertechnik
Foto: (c) KAESER KOMPRESSOREN SE
Unterstützung der Forschung im Bereich Betonfertigteile und Logistik
Foto: (c) OTTO KNECHT GmbH & Co. KG
Bearbeiter
Benjamin Schönemann
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter