{"id":93505,"date":"2021-08-09T07:26:00","date_gmt":"2021-08-09T05:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=93505"},"modified":"2021-08-04T15:19:58","modified_gmt":"2021-08-04T13:19:58","slug":"robotisch-gewickeltes-naturfasergebaude","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/robotisch-gewickeltes-naturfasergebaude\/","title":{"rendered":"Robotisch gewickeltes Naturfasergeb\u00e4ude"},"content":{"rendered":"\n

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Kooperation der Universit\u00e4ten Freiburg und Stuttgart: Der \u201eliv<\/em>Mats Pavillon\u201c im Botanischen Garten der Universit\u00e4t Freiburg. Foto: IntCDC, Universit\u00e4t Stuttgart \/ Robert Faulkner<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Das Bauwesen steht derzeit vor den Herausforderungen, k\u00fcnftig weniger Ressourcen zu verbrauchen und dadurch auf eine nachhaltige Entwicklung umzustellen. Hierf\u00fcr bedarf es neuer ressourceneffizienter Ans\u00e4tze in der Architektur bez\u00fcglich des Einsatzes von nachwachsenden Rohstoffen. In einem gemeinsamen Projekt haben Forschende der Universit\u00e4ten Freiburg und Stuttgart sowie Masterstudierende der Universit\u00e4t Stuttgart einen Leichtbau-Pavillon entworfen. Mit diesem \u2013 nach dem Freiburger Exzellenzcluster Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (liv<\/em>MatS) benannten \u2013 \u201eliv<\/em>MatS Pavillon\u201c im Botanischen Garten der Universit\u00e4t Freiburg pr\u00e4sentiert das Team ein Modell f\u00fcr eine nachhaltige, ressourceneffiziente Alternative zu konventionellen Bauweisen. Der Pavillon veranschaulicht, wie durch eine Kombination von nat\u00fcrlichen Materialien mit fortschrittlichen digitalen Technologien eine einzigartige bioinspirierte Architektur erm\u00f6glicht wird. Die tragende Struktur des Pavillons besteht aus robotisch gewickelten Flachsfasern, einem von Natur aus nachwachsendem und biologisch abbaubaren Material.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Effizienter Leichtbau mit Naturfasermaterialen<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Im Gegensatz zu Glas- oder Kohlestofffasern und auch zahlreichen anderen Naturfasern sind Flachsfasern regional verf\u00fcgbar und wachsen in j\u00e4hrlichen Erntezyklen. Sie sind zu 100 Prozent erneuerbar, biologisch abbaubar und bieten daher eine hervorragende Grundlage f\u00fcr die Entwicklung ressourcenschonender Alternativen in der Bauindustrie. Sie haben das Potenzial, insbesondere in Kombination mit effizientem Leichtbau, den \u00f6kologischen Fu\u00dfabdruck von Geb\u00e4uden deutlich zu reduzieren. Aus diesen Gr\u00fcnden sind die tragenden Elemente des \u201elivMatS Pavillons\u201c aus Flachsfasern hergestellt.<\/p>\n\n\n\n

Integratives computerbasiertes Design und robotische Fertigung<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
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liv<\/em>Mats Pavillon: Innenansicht. Foto: IntCDC, Universit\u00e4t Stuttgart \/ Robert Faulkner<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

\u201eFaserverbundwerkstoffe weisen ein hervorragendes Verh\u00e4ltnis von Festigkeit zu Gewicht auf\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers<\/strong>, Institut f\u00fcr Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) und Co-Sprecher des Exzellenzclusters Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) der Universit\u00e4t Stuttgart. \u201eDiese Eigenschaft bietet eine ausgezeichnete Basis f\u00fcr die Entwicklung innovativer, materialeffizienter Leichtbaustrukturen.\u201c Konzentrierte sich die Forschung bisher auf synthetisch hergestellte Faserverbundstoffe wie zum Beispiel Glas und Kohlestofffasern, so erweitert sich mit dem \u201elivMatS Pavillon\u201c das Materialsystem um den Einsatz von Naturfasern.<\/p>\n\n\n\n

\u201eIm Hinblick auf das computerbasierte Design, die Arbeitsabl\u00e4ufe der robotischen Fertigung sowie die Maschinensteuerung, stellten die Naturfasern und ihre biologische Variabilit\u00e4t uns Forschende vor neue Herausforderungen\u201c, sagt Prof. Achim Menges<\/strong> vom Institut f\u00fcr Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und Sprecher des Exzellenzclusters IntCDC der Universit\u00e4t Stuttgart. Denn die Prozesse wurden urspr\u00fcnglich f\u00fcr synthetische, homogene Materialien entwickelt und mussten nun auf die Materialeigenschaften der Flachsfasern \u00fcbertragen werden. Die Anpassung des integrativen computerbasierten Modells erm\u00f6glichte es, diese heterogenen Materialeigenschaften in Entwurf und Planung der einzelnen Komponenten sowie der Gesamtstruktur einzubeziehen.<\/p>\n\n\n\n

Bioinspiration: Natur als Vorbild<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Die Forschenden lie\u00dfen sich in der Entwicklung des Pavillons von der Natur leiten. Als Inspiration f\u00fcr die netzf\u00f6rmige Anordnung der Naturfasern und der kernlosen Wicklung der Bauteile des Bionik-Pavillons dienten der Saguaro-Kaktus (Carnegia gigantea) und der Feigenkaktus (Opuntia sp.). Beide Kakteen zeichnen sich durch ihre besondere Holzstruktur aus. Der Saguaro-Kaktus verf\u00fcgt \u00fcber ein zylinderf\u00f6rmiges Skelett, das innen hohl und dadurch besonders leicht ist. Es besteht aus einer netzartigen Holzstruktur, die dem Skelett zus\u00e4tzlich eine besondere Stabilit\u00e4t verleiht. \u201eDiese Struktur entsteht, indem die einzelnen Elemente miteinander verwachsen\u201c, erl\u00e4utert Prof. Dr. Thomas Speck<\/strong>, Direktor des Botanischen Gartens und Mitglied des Sprecherteams des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (liv<\/em>MatS) der Universit\u00e4t Freiburg. \u201eDas Gewebe der abgeflachten Seitentriebe des Feigenkaktus durchziehen ebenfalls vernetzte Holzfaserb\u00fcndel, die in Schichten angeordnet und miteinander verbunden sind. Hierdurch zeichnet sich auch das Gewebe des Feigenkaktus durch eine besonders hohe Belastbarkeit aus.\u201c Die Forschenden haben diese Netzstrukturen der biologischen Vorbilder abstrahiert und im liv<\/em>MatS-Pavillon durch das Wickeln, das \u201ecoreless winding\u201c der Naturfasern umgesetzt. Durch diese Abstraktion \u2013 bei Pflanzen existieren keine Wickel- oder Flechtprozesse \u2013 konnten die Forschenden die mechanischen Eigenschaften der vernetzten Faserstrukturen auf die Leichtbau-Tragelemente des liv<\/em>MatS-Pavillons \u00fcbertragen.<\/p>\n\n\n\n

K\u00fcnftige Nutzung<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Der Pavillon im Botanischen Garten der Universit\u00e4t Freiburg wird k\u00fcnftig als Veranstaltungsort f\u00fcr Angebote des Exzellenzclusters liv<\/em>MatS dienen, um die Forschung des Clusters anschaulich zu vermitteln. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden dort beispielsweise in F\u00fchrungen oder Workshops der \u00d6ffentlichkeit ihre Arbeit pr\u00e4sentieren. Der Exzellenzcluster liv<\/em>MatS forscht zu lebens\u00e4hnlichen Materialsystemen, die von der Natur inspiriert sind. Die Materialsysteme werden rein technische Objekte sein, sodass sie sich mit synthetischen Methoden herstellen lassen. \u201eDurch seine Beschaffenheit bietet der Pavillon selbst Ankn\u00fcpfungspunkte, um \u00c4hnlichkeiten und Unterschiede von biologischen und technischen Materialien zu verdeutlichen und aufzuzeigen, welche M\u00f6glichkeiten sich durch Bioinspiration beispielsweise in der Architektur aber auch in anderen Bereichen der Technik ergeben\u201c, sagt Prof. Dr. J\u00fcrgen R\u00fche<\/strong> vom Institut f\u00fcr Mikrosystemtechnik der Universit\u00e4t Freiburg und Mitglied des Sprecherteams des Exzellenzclusters liv<\/em>MatS.<\/p>\n\n\n\n

Kooperation und langj\u00e4hrige Zusammenarbeit<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Der Pavillon basiert auf der Zusammenarbeit eines Teams bestehend aus Architektinnen und Architekten sowie Ingenieurinnen und Ingenieuren des Masterstudiengangs ITECH am Exzellenzcluster \u201eIntegratives computerbasiertes Planen und Bauen f\u00fcr die Architektur (IntCDC)\u201c<\/a> der Universit\u00e4t Stuttgart und Biologinnen und Biologen des Exzellenzclusters \u201eLiving. Adaptive and Energy-autonomous Material Systems (liv<\/em>MatS)\u201c<\/a> an der Universit\u00e4t Freiburg.<\/p>\n\n\n\n

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liv<\/em>Mats Pavillon: Robotischer Fertigungsprozess bei der FibR GmbH. Foto: IntCDC, Universit\u00e4t Stuttgart \/ Robert Faulkner<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

In das Projekt flie\u00dft die langj\u00e4hrige Forschung zum Thema computerbasierten Planen und Bauen mit Faserverbundkonstruktionen der Institute Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universit\u00e4t Stuttgart mit ein. In einem f\u00e4cher\u00fcbergreifenden Team aus Wissenschaftlern der beiden Institute in Zusammenarbeit mit Studierenden des Masterstudiengangs \u201eIntegrative Technologies and Architectural Design Research\u201c (ITECH)<\/a> wurde die Forschung zum computerbasierten Design, der rotobotischen Fertigung und dem neuen Fasermaterialsystem weiterentwickelt. Das Projekt setzt eine Reihe experimenteller und hochinnovativer Geb\u00e4udedemonstratoren fort, die an den Instituten ICD und ITKE entworfen und realisiert wurden. Es vertieft die Zusammenarbeit der Exzellenzcluster livMatS an der Universit\u00e4t Freiburg und IntCDC an der Universit\u00e4t Stuttgart. IntCDC verfolgt das Ziel, das Planen und Bauen durch digitale Technologien neu zu denken, um so die \u00f6kologischen, \u00f6konomischen und soziokulturellen Herausforderungen der gebauten Umwelt zu adressieren. Die Vision von liv<\/em>MatS ist es, Natur und Technik zu verbinden, um zukunftsweisende und umweltschonende Material- und Energietechnologien zu entwickeln.<\/p>\n\n\n\n

Details zur Konstruktion<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Die tragende Struktur des Pavillons besteht aus 15 Flachsfaserelementen, die ausschlie\u00dflich aus Naturfasern in einem kernlosen Faserwickelprozess robotisch vorgefertigt wurden. Ein Faser-Schlussstein bildet den Mittelpunkt der Struktur. Das charakteristische, filigrane Oberfl\u00e4chenbild der einzelnen Elemente des Bauwerks erinnert sowohl an traditionelle Fachwerkkonstruktionen als auch an die biologischen Vorbildstrukturen. Die einzelnen Elemente variieren in ihrer Gesamtl\u00e4nge zwischen 4,50 bis 5,50 Metern und wiegen im Durchschnitt nur 105 Kilogramm. Die gesamte Faserkonstruktion wiegt bei einer Gesamtfl\u00e4che von 46 Quadratmetern nur circa 1,5 Tonnen. Die Umsetzung der Konstruktion erfolgte durch die FibR GmbH Stuttgart, Industriepartner des Projekts.<\/p>\n\n\n\n



Eine detaillierte Projektbeschreibung und ein Medienpaket finden Sie unter folgender Adresse:\u00a0<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

https:\/\/www.intcdc.uni-stuttgart.de\/research\/building-demonstrators\/bd-5<\/a><\/p>\n\n\n\n


Exzellenzcluster livMatS der Universit\u00e4t Freiburg<\/a><\/p>\n\n\n\n

Exzellenzcluster IntCDC der Universit\u00e4t Stuttgart<\/a><\/p>\n\n\n\n



Kontakt Universit\u00e4t Freiburg<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Prof. Dr. Thomas Speck
Exzellenzcluster\u00a0liv<\/em>MatS \/ Botanischer Garten
Albert-Ludwigs-Universit\u00e4t Freiburg
Tel.: 0761\/203-2875
E-Mail: thomas.speck@biologie.uni-freiburg.de<\/a><\/p>\n\n\n\n

Sonja Seidel und Michal R\u00f6ssler
Wissenschaftskommunikation
Exzellenzcluster\u00a0liv<\/em>MatS
Albert-Ludwigs-Universit\u00e4t Freiburg
Tel.: 0761\/293-95361
E-Mail: michal.roessler@livmats.uni-freiburg.de<\/a><\/p>\n\n\n\n

Kontakt Universit\u00e4t Stuttgart<\/strong>
Prof. Achim Menges
Exzellenzcluster IntCDC
Universit\u00e4t Stuttgart
Tel.: 0711\/ 685-827 86
E-Mail: achim.menges@icd.uni-stuttgart.de<\/a><\/p>\n\n\n\n

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Link zu einer Sendung im SWR3 \u00fcber den livMatS Pavillon: www\u200b.swr\u200b.de\/\u200bs\u200bw\u200br\u200ba\u200bk\u200bt\u200bu\u200be\u200bl\u200bl\u200b\/\u200bb\u200ba\u200bd\u200be\u200bn\u200b-\u200bw\u200bu\u200be\u200br\u200bt\u200bt\u200be\u200bm\u200bb\u200be\u200br\u200bg\u200b\/\u200bk\u200bl\u200bi\u200bm\u200ba\u200b-\u200bp\u200ba\u200bv\u200bi\u200bl\u200bl\u200bo\u200bn\u200b-\u200b1\u200b0\u200b0\u200b.html<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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