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.