von Danny Friese

TUDpress 2024, 14,8 x 21,0 cm, 240 S. 

Die Erforschung innovativer, materialminimierender Konstruktionsstrategien und ressourcenschonender Fertigungstechnologien für den ressourcenintensiven Bausektor ist eine dringende Notwendigkeit, um dem globalen Klimawandel wirksam zu begegnen. Eine materialeffiziente und ressourcenschonende Bauweise ermöglicht das Bauen mit Textilbeton. Im Vergleich zu Stahlbewehrungen sind textile Bewehrungsstrukturen korrosionsunempfindlich, wodurch die notwendige Betondeckung drastisch reduziert werden kann. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil von Textilbewehrungsstrukturen besteht in der freiförmigen, lastangepassten Gestaltungsfreiheit der Textilbewehrung während des Fertigungsprozesses, wodurch auch komplex verzweigte Bewehrungstopologien realisierbar sind.

Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Entwicklung einer neuartigen, robotergestützten Fertigungstechnologie zur Herstellung von biologisch inspirierten, lastangepassten 3D-Textilbewehrungsstrukturen. Ein Schwerpunkt besteht dabei in der Entwicklung eines einstufigen, robotergestützten Garndirektablageverfahrens, sodass auf zusätzlich erforderliche Verarbeitungsprozesse verzichtet werden kann. Für die Realisierung dieser flexibel einsetzbaren Technologie werden anforderungsgerechte Funktionsmodule zur Tränkung, Führung und Fixierung von Carbonfaserrovings im Raum elaboriert und validiert. Die Basis für die technologische Entwicklung bilden die grundlagenorientierten, numerischen und experimentellen Untersuchungen zu den Einflussfaktoren der Fadenfixierung sowie der Fadenführung und -tränkung, wie bspw. das topologieabhängige Abstreifverhalten des Fadens vom Wickelkörper, die strukturmechanischen Fragestellungen oder die Prozessparameter im Tränkungsprozess. Für die robotergestützte Herstellung der 3D-Textilbewehrungsstrukturen werden Algorithmen für die automatisierte Generierung von kollisionsfreien Roboterpfaden erforscht und entwickelt. Anschließend wurde ein zweistufiger, regelbasierter Prozessablauf konzipiert und mithilfe von MATLAB® implementiert, sodass das 3D-Modell der zu fertigenden Textilbewehrungsstruktur anhand definierter Anforderungen automatisiert in verwertbare Maschinensteuerungsdatensätze übersetzt wird.

Die entwickelte, robotergestützte Fertigungstechnologie schafft die Grundlage, biologisch inspirierte, lastangepasste 3D-Textilbewehrungsstrukturen mit einem hohen Lastabtragungsvermögen herzustellen. Diese Technologie leistet somit einen bedeutenden Beitrag bei der Herstellung materialminimierter, ressourcenschonender Carbonbetonstrukturen.

ISBN: 978-3-95908-742-1