Dieses Bild zeigt

Projektpartner: Institut für Werkstoffe im Bauwesen, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren

Automatisierte Herstellung funktional gradierter Betonbauteile

Interdisziplinäres Forschungsgebiet zur automatisierten Herstellung von funktional gradierten Betonbauteilen. Ziel sind gewichtsreduzierte, energieminimierte und vollständig rezyklierbare Bauteile die individuell an die vorliegenden statischen Beanspruchungen und bauphysikalischen Belastungen angepasst werden können. Der Fokus liegt hierbei in der Anpassung der inneren Bauteilstruktur. Es werden Beton-Trocken- und Nasspritzverfahren für die Herstellung der Bauteile untersucht.

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.

Automatisierte Herstellung einer Deckschicht aus Normalbeton im Trockenspritzverfahren

Quelle: Universität Stuttgart

Herstellung einer Zwischenschicht durch Superposition von Normal- und Leichtbeton

Quelle: Universität Stuttgart

Herstellung eines Hohlkörpers aus Beton

Quelle: Universität Stuttgart

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.

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

Förderung und Unterstützung

Bearbeiter

Dieses Bild zeigt Schuler
M.Sc.

Benjamin Schuler

Wissenschaftlicher Mitarbeiter