Planungs‐, Fertigungs‐ und Monitoring‐Methoden für die Anwendung neuartiger, tragender Bauteile aus Naturfasern für ressourceneffiziente, digital hergestellte Faserverbundbauweisen: Projekt livMatS Pavillon$d
| Titel: | Planungs‐, Fertigungs‐ und Monitoring‐Methoden für die Anwendung neuartiger, tragender Bauteile aus Naturfasern für ressourceneffiziente, digital hergestellte Faserverbundbauweisen: Projekt livMatS Pavillon$d |
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| Verfasser: | ; ; ; ; ; ; ; |
| Körperschaft: |
|
| Veröffentlicht: | Stuttgart : Deutsche Bundesstiftung Umwelt, 2023 |
| Umfang: | 1 Online-Ressource (54 Seiten) : Illustrationen |
| Format: | E-Book |
| Sprache: | Deutsch |
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Die Hauptzielsetzungen des Vorhabens waren die Entwicklung geeigneter Planungs-, Fertigungs- und Monitoring-Methoden für den erstmaligen Einsatz von Naturfaserverbundwerkstoffen im robotischen kernlosen Wickelverfahren zur Herstellung tragender Bauteile. Der Schwerpunkt des Projekts lag zum einen auf der Integration der Naturfaserverbundwerkstoffe und ihrer heterogenen, biologisch variablen Materialeigenschaften in die Entwurfs-, Simulations- und Fertigungsmethoden, die ursprünglich am ICD und ITKE für synthetische, homogene Materialien entwickelt wurden und schon bei mehreren Versuchsbauten zum Einsatz kamen. Diese neu entwickelten Co-Design Methoden [KW21] für den Einsatz von Naturfasern wurden anschließend im Kontext eines großmaßstäblichen Versuchsbauprojekts erstmalig angewandt– dem livMatS Pavillon im Botanischen Garten in Freiburg. Die tragende Struktur des livMatS Pavillons besteht aus 15 Modulen, die ausschließlich aus endlos gesponnenen Flachsfasern robotisch hergestellt wurden. Mit seinem filigranen und charakterisschen Erscheinungsbild zeigt der livMatS Pavillon eindrucksvoll, dass natürliche Werkstoffe in Verbindung mit modernsten computerbasierten Entwurfs- und Fertigungsmethoden als vielversprechende Alternative zu synthetisch hergestellten Fasern im Bauwesen eingesetzt werden können. Die Herausforderungen bei der Umsetzung des Projekts waren zum einen die Anpassung der Spannkräfte und Prozessgeschwindigkeiten des robotischen Wickelverfahrens als auch die Methoden zur Auslegung des Tragwerks, vor allem in Hinblick auf das neue Materialsystem. Um die optimale Tragfähigkeit der Module zu erzielen, wurden Prototypen im Maßstab 1:1 mit unterschiedlicher Faserauslegungen und unterschiedlichen Naturfaser-Harz-Kombinationen hergestellt und mit strukturellen Belastungstests validiert. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts lag auf der Untersuchung, inwieweit das im livMatS Pavillon verwendete erdölbasierte Harz durch ein biobasiertes Harz ersetzt werden kann. Biobasierte Harze besitzen ähnliche mechanische Eigenschaften wie konventionelle fossile Harzsysteme. Jedoch stellt Dauerhaftigkeit bei Umwelteinwirkungen, insbesondere bei Feuchtigkeit und UV-Strahlung eine zentrale Herausforderung dar. Im Rahmen des Projekts wurden über einen Zeitraum von 12 Monaten Probekörper aus Naturfasern mit verschiedenen biobasierten Harzsystemen im livMatS Pavillon angebracht und somit denselben Umwelteinflüssen ausgesetzt. Sensoren zeichneten in diesem Zeitraum die wesentlichen Umwelteinflüsse, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und UV-Strahlung auf. In regelmäßigen Abständen wurden Probekörpergruppen entnommen, mechanisch auf Alterungseffekte geprüft und die Ergebnisse sowohl mit den aufgenommenen Umweltdaten korreliert als auch mit einer Kontrollgruppe aus Naturfasern mit erdölbasierten Harzsystem verglichen. Die untersuchten biobasierten Harzsysteme wiesen im Vergleich zu den bisher verwendeten erdölbasierten Systemen geringere strukturelle Leistungsfähigkeit auf, ihr Verwitterungsgrad durch Umwelteinflüsse war im direkten Vergleich jedoch nicht signifikant höher. Die bisher erhältlichen biobasierten Harzsysteme sind nur bis zu einem bestimmten Anteil (maximal 50%) aus biobasierten Bestandteilen zusammengesetzt. 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