Formgedächtnislegierungen: Wie sie den Carbonbetonbau voranbringen

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Ein Forschungsprojekt untersucht das Potenzial von Formgedächtnislegierungen (FGL) zur Verbindung von Carbonbeton-Bauteilen im Fassadenbau.

• Ein Forschungsprojekt der Technischen Universität Dresden, des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Carbocon sowie der Pohlcon-Marke Jordahl verspricht Potenzial für den Einsatz von Formgedächtnislegierungen (FGL) zur Verbindung von Bauteilen aus Carbonbeton im Fassadenbau.

• Die Forschenden erarbeiteten bereits erste Verbindungskonzepte, die vielversprechend sind.

• Derzeit wird im Werk von Jordahl in Trebbin vor den Toren Berlins am Aufbau einer Versuchsbaustelle gearbeitet, um das neue Verfahren unter realistischen Bedingungen zu erproben.

Formgedächtnislegierungen (FGL) sind spezielle Legierungen, die nach Aktivierung, wie zum Beispiel Erhitzen, wieder ihre ursprüngliche Gestalt annehmen. Beispielsweise springt ein verbogener Löffel aus Gedächtnismetall ab einem bestimmten Punkt der Erwärmung wieder in seine alte Form zurück. Doch auch in der Natur lässt sich dieses Phänomen beobachten: So machen zum Beispiel Tannenzapfen bei sehr feuchter Luft ihre „Jalousien“ dicht, um ihre Samen zu schützen. Sobald es trocken ist, öffnen sie sich wieder. In der Medizin haben FGL in Form von Werkzeugen und Stents längst Einzug gehalten.

Wenn sich das Material in seine ursprüngliche Gestalt zurückverformt und dabei gegen eine Last arbeitet, können sehr hohe Kräfte mit lediglich gering eingesetzten Materialmengen ausgelöst werden. Deshalb ist auch die Bauwirtschaft sehr neugierig geworden. Denn Formgedächtnislegierungen könnten dem Carbonbetonbau zum Durchbruch verhelfen. Sie würden für die benötigten kraftschlüssigen Verbindungen zwischen den dünnen mit Carbongelegen bewehrten Betonbauteilen sorgen.

Verbindungskonzepte im Fassadenbau mit Formgedächtnislegierungen

Der Sache Auftrieb gibt jetzt das gemeinsame Forschungsprojekt „Tavimba“ (Thermisch aktivierte Verbindungen im modularen Bauen) der Technischen Universität Dresden, des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Carbocon (Carbonbeton-Dienstleister) und der Pohlcon-Marke Jordahl, dem Spezialisten für Befestigungs- und Bewehrungstechnik. So ist es den daran beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren gelungen, mit Hilfe von Formgedächtnislegierungen verschiedene Verbindungskonzepte und Prototypen für das im Projekt festgelegte primäre Anwendungsfeld des Fassadenbaus zu erarbeiten.

Wenn sich das Verfahren durchsetzt, werden keine aufwändigen Spannvorrichtungen und Hüllrohre wie bekanntlich beim konventionellen Spannbetonbau mehr benötigt. Stattdessen wird Strom durch FGL-Verbindungsstäbe aus Memory-Stahl geleitet und diese somit erhitzt. Das Ergebnis ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Verbindungsstift und Schiene durch eine Längsausdehnung der FGL-Stifte. Mit anderen Worten: Das Material erzeugt durch die Hitzezufuhr die mechanische Arbeit zum Vorspannen selbst und nicht mehr der Hydraulikzylinder.

Die Kraftübertragung zwischen der Fassadenplatte und dem Verbindungsstift erfolgt über modifizierte Jordahl-Montageschienen. Die Jordahl-Schienen sind kraftschlüssig mit dem Beton mittels eines für dünne Bauteile entwickelten Verankerungssystems verbunden. Neben der tragsicheren Verankerung von Carbonbetonbauteilen gewährleistet das neue Verfahren einen leichteren Arbeitsablauf mit mehr Sicherheit auf der Baustelle. Weiterer Pluspunkt: Beim Austausch von Fassadenplatten müssen keine umliegenden Platten mehr abgehängt werden. Die unkomplizierte Montage verspricht ein weites Einsatzgebiet der FGL-Verbindungselemente.

Aufbau einer Versuchsbaustelle

Im Jordahl-Werk in Berlin sind Ingenieure bereits mit dem Aufbau einer Versuchsbaustelle (Demonstrator) beschäftigt. Diese stellt Verbindungen aus Memory-Stahl für dünnwandige Fassadenbauteile aus Carbonbeton mit einer Dicke von etwa 3 cm im realen Maßstab dar.

Mit ihrer Teilnahme am Tavimba-Forschungsprojekt sieht die Pohlcon-Unternehmensgruppe ihre Innovationskraft unter Beweis gestellt. „Setzen sich der Leichtbau, der Carbonbeton oder ähnliche Baustoffe tatsächlich durch, sind wir der Konkurrenz außerdem einen großen Schritt voraus“, sagt Pohlcon-Geschäftsführer Michael Pantelmann.

Bild: Neuartige Verbindungskonzepte für den Carbon- und Leichtbau werden im Rahmen des Tavimba-Projekts (Thermisch aktivierte Verbindungen im Modularen Bauen) erprobt. Die Kraftübertragung zwischen der Fassadenplatte und dem Verbindungsstift erfolgt dabei über modifizierte Jordahl-Montageschienen. Die Schienen sind kraftschlüssig mit dem Beton mittels eines für dünne Bauteile entwickelten Verankerungssystems verbunden. Neben der tragsicheren Verankerung von Carbonbetonbauteilen gewährleistet das neue Verfahren einen leichteren Arbeitsablauf mit mehr Sicherheit auf der Baustelle. Bildquelle: Pohlcon / Jordahl

Weitere Informationen unter https://jordahl-group.com/ sowie auf www.pohlcon.com

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