Dieses Bild zeigt

C: Integrative Bauelemente

C01 – Sandwichelemente mit kinematischer und bauphysikalischer Funktionalität

Kernthema des Teilprojekts C01 ist es, das Potential von Sandwichelementen für Gebäudebau auszuschöpfen.

Dazu sollen bestehende, passive Strukturen zu Sandwichelementen mit bauphysikalischen und kinematischen Funktionalitäten weiterentwickelt werden.

Sandwichstrukturen vereinen unterschiedliche Werkstoffe zu einem Sandwichverbund. Wegen ihrer vorteilhaften Eigenschaften sind sie ein wichtiger Baustein des modernen konstruktiven Leichtbaus. Sie ermöglichen die Konstruktion insbesondere flächiger Bauteile mit höchster Leichtbaugüte. Sandwichbauteile können in zwei Kategorien eingeteilt werden: Strukturelle Sandwichkonstruktionen erfüllen primär tragende Aufgaben, während verkleidende Sandwichstrukturen schützende und optische Funktionen haben.

Im Bauwesen und in der Architektur werden Sandwichkonstruktionen vorwiegend zur Verkleidung im Außen- und Innenbereich eingesetzt. Vorarbeiten im Bereich neuartiger Kernwerkstoffe zeigen, dass damit das Potential von Sandwichelementen bei weitem noch nicht ausgereizt ist. Daher betrachtet das Teilprojekt C01 hauptsächlich zwei Themenkomplexe: Die aktive Formänderung und die Integration von baupyhsikalischen Funktionen. Ziel von C01 ist es, innovative Sandwichelemente mit kinematischer und bauphysikalischer Funktionen bereitzustellen.

Folgende Fragestellungen werden in Teilprojekt C01 untersucht:

  • Welche Möglichkeiten zur Formveränderung bieten Sandwichelemente?
  • Wie können bauphysikalische Funktionen in Sandwichstrukturen integriert werden?

Formveränderliche Sandwichelemente, die eine hohe Leichtbaugüte bieten, können die Gesamtmasse der Gebäudehülle und deren Unterkonstruktion verringern und eröffnen neue architektonische Gestaltungsmöglichkeiten. Wenn sich ihre Form im makro- und mesoskopischen verändern lässt, tragen Sandwichelemente dazu bei, das Gesamttragwerk an veränderliche Umweltbedingungen und Traglasten anzupassen. Ein Kernaspekt des Teilprojekts C01 ist es deshalb, die Möglichkeiten zur Formveränderung von Sandwichstrukturen zu erforschen. Mobile Strukturen mit wenigen kinematischen Freiheitsgraden ermöglichen es dabei, zahlreiche kleine Flächenelemente parallel und koordiniert zu bewegen. Dadurch lassen sich weitere bauphysikalische Eigenschaften wie die Licht- und Luftdurchlässigkeit steuern.

Kinematisch kongruenter Verbund dreier Miura-Ori-Lagen (c) IFB
Kinematisch kongruenter Verbund dreier Miura-Ori-Lagen

Durchströmtes synklastisches Sandwich (c) IFB
Durchströmtes synklastisches Sandwich

FE-Simulation einer Sandwichstruktur mit Faltkern (c) IFB
FE-Simulation einer Sandwichstruktur mit Faltkern

Die Integration von bauphysikalischen Funktionen bildet den zweiten Schwerpunkt des Teilprojekts C01. Ziel ist es, dass innovative, zellulär aufgebaute Sandwichstrukturen die derzeit verwendeten Schaumstoffverbund- und Gipskartonplatten ablösen. Diese Platten verfügen über ein hohes Problempotential im Bereich der Bauphysik, des Brandschutzes und der ökologischen sowie ökonomischen Gesamtbilanz. Neuartige Sandwichelemente können durch ihre nahezu unbegrenzte Kombinationsvielfalt, deren Geometrie sowie Strukturaufbau die Schwachpunkte vorhandener Materialien ausgleichen und mehrere bauphysikalische Aufgaben erfüllen.

Die im Rahmen dieses Teilprojekts weiterentwickelten Komponenten sollen zur Wärme- und Schalldämmung, dem Feuchtemanagement und der Beleuchtung von Gebäuden verwendet werden, ohne dass aufwändige und mehrschichtige Aufbauten notwendig sind. Dazu werden Konzepte betrachtet, die Feuchte, Temperatur und Energiehaushalt im Außen- und Innenbereich aktiv beeinflussen. Besonders die Möglichkeit, speziell ausgelegte Sandwichstrukturen aktiv zur Leitung von Massen- und Energieströmen zu nutzen, ist von großem Interesse.

Die im Teilprojekt C01 entwickelten funktionalen Sandwichstrukturen werden im adaptiven Hochhaus, das im Rahmen des Teilprojekts Z01 als Demonstrator geplant und gebaut werden wird, zur Anschauung implementiert.

HIKE Demonstrator (c) ILEK, Stefan Neuhäuser
HIKE Demonstrator

Inhärente Kanäle eines Kerns werden zur Kabelführung genutzt (c) IFB
Inhärente Kanäle eines Kerns werden zur Kabelführung genutzt

Teilprojektleiter

Prof. Dr.-Ing. Peter Middendorf, Institut für Flugzeugbau

Ansprechperson

Dieses Bild zeigt Klett
Dr.-Ing.

Yves Klett

Wissenschaftlicher Mitarbeiter