Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Flexible Fertigung von Feinblechpaneelen zur Erzeugung komplexer Freiformstrukturen

Der Wunsch nach Individualisierung spiegelt sich in Architektur und Design in der Verwendung freier mehrfach gekrümmter Formen wider. Für die Realisierung freigeformter Fassaden- und Dachkonstruktionen müssen jedoch meist teure Einzellösungen entwickelt werden, bei denen in vielen Fällen materialintensive Unterkonstruktionen erforderlich sind und die Freiform nur approximiert abgebildet werden kann.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung eines Leichtbaukonzeptes für selbsttragende Freiformstrukturen aus Stahlfeinblech mit hervorragenden optischen Eigenschaften in Verbindung mit einer flexiblen und wirtschaftlichen Fertigungskette.

Das Leichtbaukonzept basiert auf mehrlagigen versteiften Paneelen. Bei der Entwicklung des Paneel-Systems werden neben den Trageigenschaften und weiteren Anwendungsanforderungen auch Restriktionen der Fertigung und Montage berücksichtigt.

Die Fertigungskette für die Herstellung der verschiedenen Lagen der Paneele basiert auf der in einem integrierten Maschinenaufbau durchführbaren Prozesskombination aus Streckziehen und Inkrementeller Blechumformung mit kosteneffizienten Formwerkzeugen. Das fertigungs- und montagegerechte Baukonzept, die flexible Fertigungskette und die Entwicklung eines softwaregestützten Planungswerkzeugs ermöglichen eine weitestgehend automatisierte Planung und Fertigung.

Das neue Paneel-System wird umfassend in Bezug auf strukturelle Belastbarkeit und geometrische Genauigkeit validiert. Für den Einsatz als Gebäudehülle werden Füge- und Montagekonzepte sowie konstruktive und bauphysikalische Details untersucht.

Die praktische Umsetzbarkeit aller entwickelten Konzepte - von der Planungskette über die Fertigung bis zur Montage - wird durch die Realisierung eines Musterbaus überprüft.

Neben der Anwendung des Freiform-Paneel-Systems im Fassaden- und Dachbereich wird auch die Anwendung für Designobjekte, Messebau und Stadtmöblierung möglich, wodurch sich eine Vielzahl neuer Geschäftsfelder für KMU ergeben.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde ein selbsttragendes Paneelsystem für freigeformte Strukturen im Kontext Leichtbau entwickelt. Die Prozesskette zur Herstellung, unter Einsatz der Fertigungstechnologien Streckziehen und Inkrementeller Blechumformung, wurde optimiert und ein wirtschaftliches Fertigungskonzept entwickelt. Das so entstandene Gesamtsystem unterbietet die Kosten bestehender Lösungen für freigeformte Fassaden. Es stellt somit eine attraktive Erweiterung des Portfolios von Unternehmen im Bereich Bausysteme für Dach- und Fassadenbereich dar, um ein ökonomisches Gesamtbausystem für die Realisierung von Freiformfassaden anbieten zu können.

Des Weiteren bieten die Forschungsergebnisse die Möglichkeit für Betriebe der Metallumformung ihre Dienstleistungen auf das Baugewerbe auszuweiten.

Neben der hier fokussierten Anwendung des Bausystems im Dach- und Fassadenbereich bieten sich weitere Anwendungsmöglichkeiten im Bereich Innenausbau und Design sowie Messebau, Stadtmöblierung und Sonderbauten wie bspw. Tribünendächern.

Für die Realisierung des Fassadensystems wurde weiterhin eine File-to-Factory Prozesskette entwickelt. Diese umfasst die strukturelle Auslegung des Systems, die geometrische Detaillierung, die konstruktive Ausbildung, Prozesssimulationen und die Fertigungsplanung. Die erforderlichen Werkzeuge zur Flächenerzeugung und -teilung und der Paneelausbildung wurden implementiert und Werkzeuge zur prozessgerechten Ausrichtung im Maschinenbauraum wurden angelegt und berücksichtigen wichtige umformtechnologische Restriktionen hinsichtlich der Ausrichtung der Bauteile für die Fertigung. Diese können Ingenieur- und Architekturbüros für sich nutzen um die Planung und Realisierung von selbsttragenden und nichttragenden Fassadenkonstruktionen wirtschaftlich durchführen. Bei der Umsetzung der Verfahrenskombination können vielerorts bereits vorhandene Maschinen durch verhältnismäßig geringe Investitionen ergänzt bzw. erweitert werden.