Zukunft Bau Pop-up Campus Projekt // Leichte Flächentragwerke aus Blech

Die Anforderungen an die Einsparung von Ressourcen steigen stetig. In der Automobilindustrie sowie Luft- und Raumfahrt werden Leichtbaupotenziale bereits umfangreich ausgeschöpft, um Material- und Energieressourcen zu schonen. Die Grundidee ist dabei, auf Beanspruchung nicht durch erhöhten Materialeinsatz, sondern durch gezielte Formgebung und angepasste Bauteilgeometrie zu reagieren. In der Baubranche erschwert der unikale Charakter von Bauwerken die projektoptimierte Bauteilfertigung. Inzwischen steht die Baubranche unter zu nehmendem Entwicklungsdruck und neue Technologien senken die Einstiegshürden.
Das zunehmende Bewusstsein für einen umweltschonenden Umgang mit den begrenzten Ressourcen dieser Welt führt zu einer materialbewussten, werkstoffgerechten und damit auch ressourcenschonenden Bauweise. Neben dem reinen Materialverbrauch spielt auch die benötigte graue Energie eine nicht zu vernachlässigende Rolle.
Metalle sind zwar unendlich rezyklierbar, jedoch ist die Herstellung mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Und obwohl Aluminium bei deutlich geringen Temperaturen (660 °C) als Baustahl schmilzt (1.500 °C), liegt der Energiebedarf für die Primärgewinnung von Aluminium deutlich über dem des Rezyklierens. Grund dafür ist das für die Primärgewinnung notwendige Elektrolyseverfahren (Schmelzflusselektrolyse). Im Umkehrschluss kann Aluminium mit deutlich geringerem Energieaufwand rezykliert werden. Deswegen wird zwischen Primäraluminium (Primärgewinnung) und Sekundäraluminium (Rezyklieren) unterschieden.
Der größte Aluminiumabnehmer in Deutschland ist die Baubranche mit 25 %, dicht gefolgt vom Transportwesen mit 23 %. Laut Datenerhebungen des Aluminium Deutschland e. V. wird unter Berücksichtigung von Produktion, Im- und Export in Deutschland zu 95 % Primäraluminium verwendet.
Die ressourcenintensive Herstellung metallischer Flächenhalbzeuge steht somit ein enormes Leichtbaupotential gegenüber, welches neben Material auch hohe Mengen an grauer Energie einsparen kann.
In der Luft- und Raumfahrt sowie Automobilbranche wird dieses Potential bereits umfangreich ausgeschöpft. In der Automobilbranche wird der hohe Fertigungs- und Entwicklungsaufwand durch eine hohe Stückzahl (Serienproduktion) relativiert. In der Luft- und Raumfahrt relativiert die Treibstoffeinsparungen den Mehraufwand. Durch den unikalen Charakter von Bauwerken ist die Etablierung von projektoptimierten Bauteillösungen stark erschwert. Die entstehenden hohen Kosten sind bei einer Kleinserienfertigung oder sogar Einzelfertigung schwer durch die Vorteile auszugleichen.
Neue Technologien und Planungstools können Entwicklungs- und Fertigungsaufwand deutlich reduzieren und besitzen ein hohes Potential für projektoptimierte Bauteillösungen.
Gleichzeitig steigt der Entwicklungsdruck auf die Baubranche durch die rasante Urbanisierung, dem Klimawandel und der Ressourcenknappheit.
Der Lehrstuhl für Tragkonstruktionen (trako) besitzt zusammen mit dem Institut für Bildsame Formgebung (ibf) bereits eine langjährige Erfahrung an individuellen Leichtbauweisen im Metallbau und entsprechenden Fertigungsstrategien. Aktuelle Entwicklungen bestätigen das gemeinsame Forschungsbestreben.
Im neuartigen Format des Pop-up Campus Aachen wurde in einem iterativen Prozess aus Modelloptimierung (trako) und Fertigung (ibf) ein hochindividualisierter Leichtbaudemonstrator realisiert. Es handelt sich dabei weniger um ein Bausystem, sondern vielmehr um die Demonstration neuartiger Entwurfs- und Fertigungstechnologien, welche die Entwicklungszeiten vom Konzept bis zur Bauteilfertigung drastisch reduzieren können.
Durch gezielte Umformung auf globaler Ebene (Grundkrümmung) und lokaler Ebene (Versteifungssicken) wurden Aluminiumfeinbleche (d = 1.00 mm) zu einem Flächentragwerk mit hohem Traglastpotential ertüchtigt. Zur statischen Wirksamkeit der Struktur war außer den über Schrauben verbundenen Bleche kein weiterer Materialeinsatz notwendig. Das später realisierte Tragwerk besteht aus einer Kugelkalotte, welche mit einem sternförmigen Sickenmuster verstärkt wurde.
Die Schalenkonstruktion wurde im Anschluss in einzelnen Paneelen zum Pop-up Campus Aachen transportiert und vor Ort montiert. Um den stützfreien Raum der Ausstellung zu wahren, wurde die Konstruktion von der Decke abgehängt.
Das Projekt zeigt, was mit einer projektspezifischen Bauteiloptimierung möglich ist, und zeigt die Vision auf, die es für die Zukunft zu verfolgen gilt. So kann die Baubranche einen erheblichen Beitrag zur weltweiten Ressourcenschonung beitragen.