Beitragsbild: TU Chemnitz/Susanne Viertel

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Die Holzrahmenbauweise ist ein typisches Beispiel für Leichtbau. Aber auch faserverstärkte Betonelemente können leichtbaugerecht sein. Das zeigt ein aktuelles Projekt an der TU Chemnitz: Das Team des Forschungsbereichs „Leichtbau im Bauwesen“ am Institut für Strukturleichtbau hat den weltweit ersten Schwibbogen mittels 3D-Betondruck gefertigt. Der 120 Zentimeter breite, 60 Zentimeter hohe und 14 Kilogramm schwere Schwibbogen wurde in einem additiven Fertigungsverfahren mit Hilfe von zwei Robotern und auf Basis einer speziellen Rezeptur hergestellt. Schwibbögen sind als dekoratives Element der Weihnachtszeit eine alte Tradition, die im 18. Jahrhundert im Erzgebirge und damit in der Region um Chemnitz ihren Ursprung fand.

Der Forschungsbereich unter Leitung von Prof. Dr. Sandra Gelbrich befasst sich seit mehr als fünf Jahren mit der Entwicklung additiver Fertigungstechnologien zur effizienten Herstellung leichtbaugerechter Betonelemente mit Faserverstärkung. „Basis für den 3D-Betondruck ist ein Komplex aus zwei Robotern“, so die Bauingenieurin, die übrigens Mitglied der Studienkommission Wirtschaftsingenieurwesen an der TU Chemnitz ist. Gelbrich: „Der erste Roboter generiert den Materialaustrag über die Betonextrusion, wobei wir hier durch die Nutzung verschiedener Düsen sehr flexibel sind. Die Betonfördereinheit besteht aus einer speziellen Mischpumpe und einer Förderschnecke mit Behälter. Der zweite Roboter kann durch den Einbau verschiedener Werkzeuge beispielsweise zum Fräsen, zum Verlegen von Fasersträngen oder für das Positionierung von Ankern genutzt werden.“

Bevor die Roboter ans Werk gehen können, kommt im Rahmen der Fertigungsplanung eine spezielle Software zum Einsatz, mit der verschiedene Designvarianten fertigungsgerecht gestaltet werden können. „Mit dieser Software erfolgt die Erstellung und das parametrische Aufbereiten der Geometrien, die Zerlegung dieser Geometrien in Einzelschichten und die Bahnplanung für die Roboter. Darauf aufbauend werden die finalen Roboterbefehle abgeleitet“, so Enrico Rudolph. Der Wirtschaftsingenieur leitet die Arbeitsgruppe „Additive Leichtbautechnologien“ des Forschungsbereichs.

Die Idee, Schwibbögen als Referenzbauteil zu drucken, setzte das Team gemeinsam mit dem Steinbeis-Innovationszentrums FiberCrete in Chemnitz um, das die geeignete faserbewehrte Betonrezeptur entwickelte. Dabei kommt es auf die richtige Mischung an, die während der Förderung pumpfähig sein, aber nach dem Austrag schnell ansteifen muss, um den Aufbau mehrerer Schichten zu gewährleisten.

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