Zum Patent angemeldet: neuer Tragwerksknoten
Gebäude mit einem Tragwerk aus verzweigten Stützen zeichnen sich durch offene, weite und lichte Räume aus. Die technische Herausforderung bei verzweigten Tragkonstruktionen ist das Verbindungsbauteil – der Tragwerksknoten – zwischen den geraden Stäben, der komplexen Kräften ausgesetzt ist. Forscher haben nun ein Verbundbauteil mit einer Hülle aus Faserverbundkunststoff (FVK) und einem Kern aus Beton entwickelt. Durch ein spezielles Flechtverfahren können die aus der Biologie abgeleiteten Prinzipien zum effizienten Lastabtrag durch hochfeste Fasern und entsprechende Faserorientierungen bestmöglich umgesetzt werden.
Tragwerksknoten kommen bei Holz- und bei Stahltragwerken zum Einsatz. Um bei letzteren Einschränkungen zu überwinden, hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Stuttgart (ITFT) und der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) den neuen Tragwerksknoten sowie das entsprechende Herstellungsverfahren entwickelt und zwar im Rahmen des von der DFG geförderten TRR-141 „Biologisches Design und integrierte Strukturen“ in Kooperation mit der Universität Freiburg.
Bei dem zum Patent angemeldeten Bauteil handelt es sich um eine FVK-Hülle, in die Beton eingefüllt wird. Der Tragknoten nutzt die Vorteile zweier unterschiedlicher Werkstoffe synergetisch: Die Betonfüllung kann die auftretenden Druckkräfte sehr gut abtragen, während die außenliegende FVK-Hülle die Zug- bzw. Biegespannungen der Tragknoten aufnimmt. Der mehraxiale Spannungszustand in der FVK-Hülle steigert zusätzlich die Druckfestigkeit des Betons.
Aufbauend auf abgeschlossene Forschungsvorhaben orientierten sich die Forscher Larissa Born und Florian Jonas bei der Entwicklung der neuen Tragknoten an der Biomechanik pflanzlicher Verzweigungen. Diese wurde in Zusammenarbeit mit der Plant Biomechanics Group (PBG) der Universität Freiburg als natürliche Verzweigungskonstruktion von Pflanzen untersucht.
Durch die Materialauswahl und die erarbeiteten Regeln für die Prozessparameter können die Eigenschaften des Textils als Ausgangsmaterial für den FVK gezielt eingestellt werden. So ist auf dem Flechtkern eine dreidimensionale, endlosfaserverstärkte, verzweigte Preform mit lastpfadangepasster Faserorientierung entstanden, die im Hinblick auf verschiedene Winkel und Durchmesser eine Vielfalt an Knotenformen ergibt. Informationen zum Projekt beim Innovationsmanager Dr. Dirk Windisch per Email (windisch@tlb.de).
