Verbundvorhaben: 3DHyBeBe - Automatisierte Herstellung und Formgebung von mineralisch gebundenen Endlosfaserbündeln zur Fertigung hochtemperaturbeständiger, räumlicher Bewehrungsstrukturen für Betonbauteile; Teilvorhaben: 3DHyBeBe_TUD - Tränkung, Schnellaushärtung, Knotenfixierung und Materialprüfung von Bewehrungsstrukturen aus mineralisch getränkten Multifilamentgarnen

Abstract

Das Verbundvorhaben 3DHyBeBe wurde eine weitgehend automatisierte Technologie zur Herstellung von multidimensionalen hochleistungsfähigen Bewehrungsstrukturen für dünnwandige und ressourcenschonende Betonbauwerke entwickelt. Hierbei werden endlos lange, mineralisch getränkte Carbonfasern belastungsgerecht angeordnet und mit hoher Präzision zu innovativen Bewehrungskonstruktionen verarbeitet. Der Schwerpunkt lag auf der Automatisierung wesentlicher Prozessschritte, darunter die Entwicklung von Topologie- und Wegoptimierungsalgorithmen zur beanspruchungsgerechten Garn- und Gelegeablage, technische Lösungen zur Umwandlung von Bemessungsdaten in Maschinensteuerungscode sowie die geometrisch präzise Ablage der Faserbündel auf geeigneten Konstruktionen. Das Teilvorhaben 3DHyBeBe _TUD fokussierte auf die materialtechnischen und technologischen Grundlagen der Schnellhärtung mineralisch getränkter Endlosfaserbündel. Ein zentraler Schwerpunkt lag auf der Entwicklung von Geopolymer-basierten Tränkungsmatrices, die eine drastische Verkürzung der Erhärtungszeit ermöglichen, ohne die mechanische Leistungsfähigkeit der Bewehrung zu beeinträchtigen. Diese neuen Materialien sind optimal in die Prozesskette integrierbar. Aufbauend auf einem Labormodul für die Garntränkung wurden Verfahren und Konzepte für die Skalierung auf industrielle Maßstäbe entwickelt. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Optimierung der Prozessparameter, um die Produktion effizient und wirtschaftlich zu gestalten. Ein weiterer zentraler Aspekt des Teilvorhabens war die Entwicklung von Konzepten zur Fixierung von Kreuzungspunkten der Garne, zur schnellen Erhärtung der frischen Bewehrungselemente sowie zur Lagerung und Transportfähigkeit der fertigen Strukturen. Die entwickelten Materialien und Prozesse wurden erfolgreich in einschlägige Herstellungsverfahren integriert, um den Übergang vom Labormaßstab zu industriellen wirtschaftlichen Produktionskapazitäten zu ermöglichen. Datei-Upload durch TIB The joint project 3DHyBeBe has developed a widely automated technology for the production of multidimensional, high-performance reinforcement structures for thin-walled and resource-saving concrete structures. Endless long, mineral-impregnated carbon fibers are arranged according to load and processed with high precision into innovative reinforcement structures. The focus was on the automation of key process steps, including the development of topology and path optimization algorithms for stress-appropriate yarn and fabric placement, technical solutions for converting design data into machine control code and the geometrically precise placement of fibre bundles on appropriate structures. The 3DHyBeBe _TUD sub-project has focused on the material and technological fundamentals of the rapid curing of mineral-impregnated continuous fiber bundles. A central emphasis was set on the development of geopolymer-based impregnation matrices that enable a drastic reduction in curing time without impairing the mechanical performance of the reinforcement. These new materials can be optimally integrated into the process chain. Based on a laboratory module for yarn impregnation, processes and concepts for scaling up to industrial scales were developed. Particular attention was paid to improving the process parameters in order to make production efficient and economical. Another central aspect of the sub-project was the development of concepts for fixing the crossing points of the yarns, for rapid curing of the fresh reinforcement elements and for the storage and transportability of the finished structures. The materials and processes developed were successfully integrated into suitable manufacturing processes to enable the transition from laboratory scale to industrial production capacities.