3DHyBeBe - Automatisierte Herstellung und Formgebung von mineralisch gebundenen Endlos faserbündeln zur Fertigung hochtemperaturbeständiger, räumlicher Bewehrungsstrukturen für Betonbauteile; Teilvorhaben: Entwicklung von Algorithmen und Konstruktion spezifischer Anlagentechnik

Abstract

Für die Tränkung von Carbongarnen mit Binder auf Feinstzement-Basis konnten Komponenten entwickelt werden, die prinzipiell die allermeisten Ansprüche für eine Serienfertigung erfüllen. Hierzu gehören ein Garngatter, ein Tränkungssystem und ein Ablagewerkzeug. Die Komponenten sind alle redundant ausgeführt, sodass ein fliegender Wechsel möglich wird, sobald die Tränkung beginnt anzusteifen. Dies ist ein Kennzeichen, um die mineralische Suspension zu wechseln, weil sie dann nicht mehr zwischen die Carbonfasern eingearbeitet werden kann. Als Stütz-, Umlenk- und Spannkonstruktion wurde ein Konzept für Kleinstserien und eines für mittelgroße Serien erarbeitet. Jenes für die Kleinstserien kam bei den Bewehrungs-Demonstratoren zum Einsatz. Es wurden insgesamt über zwanzig robotergeführte Garnablagen gefertigt. Auf der Seite der Ablagepfadplanung sind wir im Projekt mit einer Schnittkonturberechnung gestartet, die vom Partner Johne & Groß in ein FE-Modell der Carbonfaser-Bewehrung übertragen, nachgerechnet, optimiert und als Austauschformat zur Verfügung gestellt wurde. In dem gewählten herstellerunabhängigen Bahnplanungswerkzeug (RoboDK) musste diese Bewehrung über ein Skript in Bewegungshilfspunkte zerlegt werden. Mit jedem Programmwechsel verloren wir stets an Datenqualität, da Metadaten teilweise ignoriert wurden und Austauschformate auf unterschiedlichen Dateirevisionen beruhten. Im Entwicklungsprozess stellte sich heraus, dass Rhinoceros 3D als CAD-Programm im Bauwesen weit verbreitet ist und auch bei Johne & Groß beschafft werden soll. Dieses parametrische Konstruktionsprogramm besitzt eine eigene graphische Programmiersprache mit dem Namen Grasshopper 3D. Darüber ist es möglich, beliebige Algorithmen und Logiken abzubilden und auch einen beliebigen Programm code abzuleiten. Diese umfangreichen Funktionen wurden im Projektverlauf genutzt, um die gesamte Automatisierungskette abzubilden. Die Umlenkpunkte wurden aus der Garnkontur berechnet und mit einem Fräser eingebracht. Die Garnablage wurde virtuell abgebildet, erprobt und optimiert sowie mit KUKA-Robotern durchgeführt. Ein Knotenpunktwerkzeug wurde entwickelt, in Rhino 3D nachgebildet, virtuell in der Handhabung validiert und vollautomatisch eingesetzt. Im Projekt haben wir die Grundlage geschaffen, um von einer statischen Berechnung direkt eine 3D-Garnablage mit allen notwendigen Prozessschritten abzuleiten. Die Fertigung kann aus Industrierobotern oder aus Portalen bestehen, um den Anforderungen im Betonbau gerecht zu werden.

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