Forschungsmission Exzellenzcluster IntCDC
Die Vision des Exzellenzclusters Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) ist die Nutzung des vollen Potenzials der digitalen Technologien, um Entwurf, Fertigung und Konstruktion auf der Grundlage von Integration und Interdisziplinarität neu zu überdenken. Ziel ist es, im Bausektor wegweisende Innovationen zu ermöglichen, wie sie nur durch hochintegrative Grundlagenforschung in einem interdisziplinären, groß angelegten Forschungsvorhaben möglich sind.
Projektbeschreibung RP 2
Die von Werner Sobek iniitierte Gradientenbetontechnologie zielt auf die Entwicklung von Betonbauteilen ab, welche, bei ausreichender Tragfähigkeit, weniger Gewicht und Ressourcen verbrauchen. Hierzu wird die Bauteildichte in den lastarmen Regionen variiert - entweder durch verschiedene Betonmischungen, oder durch die Ausbildung von Hohlräumen. Seit 2011 werden die entsprechenden Teildisziplinen dieser Technologie an der Universität Stuttgart erforscht, in enger Zusammenarbeit von ISYS, ILEK und IWB (siehe Automatisierte Herstellung funktional gradierter Betonbauteile).
Das Forschungsprojekt RP 2 befasst sich mit der Herstellung funktional gradierter Betonelemente, wie sie im Rahmen von RP 1 untersucht werden. Hierfür soll ein Produktionsprozess konzeptioniert, entwickelt und getestet werden, der möglichst auch auf realen Baustellen eingesetzt werden kann. Neben dem realen Prozess soll auch ein digitaler Gegenpart entwickelt werden, welcher, ausgehend von der Bauteildefinition, eine Prozessplanung erlaubt.
Konkrete Teilprojekte
Der reale Prozess der Bauteilherstellung lässt sich grob in zwei Teilprozess aufspalten:
In einem ersten Schritt werden Bauteilbewehrung und Gradierungselemente von einem Manipulator (siehe RP 16) in der Bauteil-Form platziert. Dies beinhaltet verschiedene Herausforderungen, wie etwa die Auslegung eines Greifers, die Automatisierung des Greif- und Platzierungsprozesses sowie die Bahnplanung des Manipulators.
In einem zweiten Schritt wird der Beton eingebracht. Dieser wird zunächst angemischt, und dann von einer Betonpumpe durch einen Schlauch zur Applikationseinheit gefördert, wo noch Zusatzaggregate eingebracht werden können. Die Applikationseinheit ist ebenfalls am Manipulator montiert, so dass der Betonvolumenstrom zielgerichtet in den einzelnen Bauteilregionen aufgebracht werden kann. Der Förderprozess des Betons kann als verteiltparametrisches System mit Randeingriff beschrieben werden, dessen dynamische Parameter von der Betonmischung abhängen und damit nicht konstant sind. Herausforderungen hier ist der Aufbau einer Volumenstromregelung, einer gemeinsamen Trajektorienplanung von Applikationseinheit und Manipulator sowie die Beachtung der zusätzlichen Last des Betonschlauchs, welche die Dynamik des Manipulators beeinflusst.
Bearbeiter
Boris Blagojevic
M. Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter