Fließfertigungsmethoden für adaptive materialminimiert Moduldecken mit Mikrovorspannung und hochpräzisen Fugen

Antragsteller

Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger, Institut für Massivbau, RWTH Aachen, Deutschland
Prof. Dr.-Ing. Martin Claßen, Institut für Massivbau, RWTH Aachen, Deutschland

Wissenschaftliche Mitarbeiter

Sven Engel, M.Sc.; Institut für Massivbau, RWTH Aachen, Deutschland
Eduarda Dilkin, M.Sc.; Institut für Massivbau, RWTH Aachen, Deutschland

Beschreibung des Projekts

Seit Langem sind Lösungsansätze für materialreduziertes Bauen bekannt. Für einen zielgerichteten Einsatz im großen Maßstab fehlen allerdings effiziente automatisierte Herstellverfahren. Existierende Fließfertigungsmethoden für Deckenelemente sind entweder hinsichtlich der Geometrie, Adaptivität oder Leistungsfähigkeit eingeschränkt oder es handelt sich um Halbfertigteilsysteme, die noch umfangreiche Nacharbeiten auf der Baustelle erfordern.
Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer effizienten Fließfertigungsmethodik zur Produktion von materialoptimierten, hochpräzise gefertigten Deckenmodulen, die nach Assemblieren und Fügen ein modulares Deckensystem bilden. Hohe Schnelligkeit und Zuverlässigkeit der Ausführung durch den Einsatz robotergestützter Fertigungsstufen sind wesentliche Kriterien bei der Entwicklung dieses Fließfertigungsprozesses.
Die Einzelmodule sollen aus einem dünnen Deckenspiegel und einer aufgelösten Rippenstruktur bestehen. Die Anwendung innovativer digitaler Fertigungsverfahren erlaubt dabei durch die schalungsfreie Ablage des Betons eine freie Formgebung, wodurch die Innenstruktur der Module für verschiedenen Belastungsfälle adaptiv angepasst werden kann und ein möglichst effizienter Lastabtrag ermöglicht wird.
Ein zentraler Schwerpunkt bei diesem Forschungsvorhaben ist die bisher wenig untersuchte Mikrovorspannung. Um das Tragverhalten der materialreduzierten Deckenmodulen zu erhöhen, werden diese durch Mikrospannbewehrung mit sofortigem Verbund vorgespannt. Hierzu wird die Leistungsfähigkeit von verschiedenen hochzugfesten Spannbewehrungen aus Carbon und Stahl mit möglichst geringem Querschnitt untersucht, um kurze Krafteinleitungslängen zu ermöglichen. Mithilfe von faseroptischen Messsystemen und digitaler Bildkorrelation werden Daten aus experimentellen Versuchen erfasst, um Berechnungsmodelle zur Beschreibung des Verbundverhaltens herzuleiten. Dabei werden unterschiedlichen Festigkeitsstufen während der Erhärtung untersucht, damit minimale Verweilzeiten im Fließfertigungsprozess erreicht werden.
Um eine zerstörungsfreie Demontage sowie die Wiederverwendung modularer Deckensysteme zu ermöglichen, ist das Fügen der einzelnen Elemente zu einem gesamten Deckensystem von entscheidender Bedeutung. Dabei sind die Deckenmodule mit höchster Präzision zu fertigen, trocken zu stoßen und lösbar zu verbinden. Hierzu wird das Tragverhalten von glatten, geneigten und Fugen mit Konsole untersucht. Hierzu wird mittels lasergestützter Verfahren die Fugenrauigkeit bestimmt und mit experimentellen Untersuchungen die rotatorische und translatorische Fugenverformung sowie Dehnungsverformung entlang der Abscherflächen mit digitaler Bildkorrelation bestimmt, um Fugenmodelle herzuleiten.
Auf Grundlage dieser Untersuchungen sollen Deckenmodule hergestellt werden und prototypisch mit externen Spanngliedern zu einem Deckensystem assembliert werden.

Abschlussarbeiten

2024

[10] Hendricks, J.
Prototypische Umsetzung eines additiv hergestellten modularen Deckensystems und Tragfähigkeitsuntersuchungen 3D-gedruckter Deckenmodule
Masterarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[9] Küppers, M.
Herstellung und Untersuchungen der Tragfähigkeit von additiv gefertigten Betonbauteilen
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[8] Dema, B.
Herstellung und Untersuchung von additiv gefertigten Plattenbalken zur Ermittlung der Tragfähigkeit von gedruckten Bauteilen
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[7] Durmishi, D.
Literaturrecherche zu digitalen Herstellmethoden vorgespannter Deckensystem
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[6] Clemens, M.
Untersuchungen der Materialeigenschaften von gedrucktem Beton
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[5] Hepperle, M.
Experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten von Carbonbewehrung mit gedrucktem und gegossenem Beton
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[4] Andrzejczak, K.
Experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten von Carbonbewehrung mit gedrucktem Beton
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[3] Welter, F.
Herstellung und Untersuchungen von additiv gefertigten carbon-bewehrten Balken
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

2023

[2] Arens, S.
Umsetzung eines neuen Fertigungsverfahrens und Tragfähigkeitsuntersuchungen von additiv hergestellten Betonbauteilen
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen

[1] Renz, M.
Experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten von verschiedenen Bewehrungstypen mit gegossenem und gedrucktem Beton
Bachelorarbeit, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Institut für Massivbau, RWTH Aachen