Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Flächentragwerke aus gekrümmten Sandwichelementen

Aufgrund der ausgezeichneten Kombination von raumabschließender, wärmedämmender und tragender Funktion werden Stahlsandwichelemente als Dach- und Wandverkleidungen immer häufiger eingesetzt. Zudem spielen freie Formen in der Architektur eine immer größere Rolle. Die Verfügbarkeit flexibel gekrümmter Sandwichelemente wäre eine Möglichkeit, solche freien Formen baulich zu realisieren.

Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsvorhabens, an dem Architekten, Bauin-genieure und Maschinenbauer beteiligt sind, sollen die notwendigen fertigungstechnischen Grundlagen zur wirtschaftlichen Erzeugung flexibel gekrümmter Deckbleche mit geringen Dicken sowie Kenntnisse über das mechanische Verhalten der gekrümmten Elemente erarbeitet werden. Als Ergebnis des Projekts ist ein architektonisches Designtool zur Auslegung freigeformter Flächentragwerke geplant, das sowohl mechanische aber auch fertigungstechnische Restriktionen beinhaltet.

Langfristig wird zudem die Aufnahme gekrümmter Sandwichelemente in die europäische Sandwichnorm EN 14509 angestrebt.

Gelingt es, Flächentragwerke aus gekrümmten Stahlsandwichelementen zu entwickeln und wirtschaftlich herzustellen, können komplett neue Absatzmärkte erschlossen werden. Dies kann die Sandwichbauweise am Markt langfristig attraktiv gestalten und so die Marktanteile des Stahlleichtbaus weiter steigern.

Profiteure sind neben den Sandwichelementherstellern auch Zulieferer, Nachunternehmer sowie Architektur- und Ingenieurbüros, die in der Regel kleine oder mittelständische Unternehmen sind. Ihre Marktchancen werden deutlich verbessert, da sich durch neue Geometrien ihre Zugangsmöglichkeiten zum Markt für den Neubau von verschiedenen Gebäudearten europaweit verbessern werden. Aufgrund der Weiterentwicklung der bestehenden Fertigungsverfahren kann das bislang wirtschaftlich herstellbare Formenspektrum derart erweitert werden, dass von KMU angestrebte individuellere Kundenlösungen ermöglicht werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde der Einsatz von Sandwichelementen in frei geformten Schalentragwerken untersucht. Dazu notwendig ist eine Erweiterung des Formenspektrums von ebenen Elementen hin zu Elementen mit variabler Bauteilkontur. Dazu wurden mögliche Tragwerksgeometrien untersucht und Konzepte zur Ableitung fertigbarer Einzelteile erarbeitet. Für die Fertigung der flexibel profilierten und gekrümmten Sandwichelemente wurde eine Prozesskette entwickelt und die Interaktionen der einzelnen Prozessschritte untereinander untersucht.

In Untersuchungen hinsichtlich Tragverhalten und Tragfähigkeit konnte zunächst das große Potential der Ausbildung von Bogentragwerken gegenüber Balkentragwerken gezeigt werden. Im Zuge der Untersuchungen wurden die Grundlagen erarbeitet das Tragverhalten von gekrümmten Sandwichelementen mit den in der Baupraxis üblicherweise zur Verfügung stehenden Werkzeugen modellieren zu können. Weiter konnte gezeigt werden, dass bei gekrümmten Sandwichelementen mit gleichen Kerneigenschaften auch die gleichen Versagensmodi und vergleichbare Versagensspannungen zu erwarten sind wie bei geraden Sandwichelementen.

Weiter konnte die Fertigung flexibler Deckbleche mit 0,5 mm Blechdicke nachgewiesen werden. Dies ist in erster Linie aus wissenschaftlich-technischer Sicht bedeutend, da darauf aufbauende numerische und analytische Modelle für die Prozessauslegung verwendet werden können. Die notwendigen Anpassungen der Biegewinkelfolge im Hinblick auf das Beulversagen beim flexiblen Walzprofilieren können als Grundlage für die Prozessauslegung flexibler Profilgeometrien eingesetzt werden. Zusammen mit den beim Krümmen der Profile aufgezeigten Versagensgrenzen kann bereits bei der Gestaltung der Fugengeometrie Einfluss auf die gesamte Prozesskette genommen werden. Das in dem Projekt erarbeitete Wissen über die Prozessauslegung ermöglicht eine aufeinander abgestimmte Umsetzung der Prozesskette.