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Verzweigungsknoten aus Beton und faserverstärktem Kunststoff für hochbelastbare Tragwerkskonstruktionen

Ref-Nr: TA-17/003TLB


Kurzfassung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verzweigungsknoten mit hoher Tragfähigkeit aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) und Beton, ideal geeignet als Verbindungsbauteil einer verzweigten Tragkonstruktion im Gebäude- und Brückenbau. Der flexibel einstellbare Herstellungsprozess ermöglicht die kostengünstige Produktion von verschiedenen Geometrien der Tragknoten abhängig vom Anwendungsfall.


Hintergrund

Die Herstellung von Verzweigungsknoten als tragfähige Bauelemente im Bereich Gebäude- und Brückenbau ist nach dem aktuellen Stand der Technik mit hohem technischen und finanziellen Auswand verbunden.


Bilder & Videos


Problemstellung

Verzweigte Tragstrukturen in Gebäuden und Bauwerken zeichnen sich durch hohe Effizienz im Lastabtrag aus und erlauben schlanke, ästhetische und ressourcenschonende Konstruktionen. Sie werden derzeit häufig aus Stahl hergestellt. Hierbei werden beispielsweise Stahlrohre mittels eingeschweißten Schlitzblechen verbunden oder im Stoßbereich geschnitten und stumpf verschweißt. Verzweigungsknoten werden in einem Stück als Stahlgusselement hergestellt. Die genannten Lösungen haben verschiedene Nachteile, unter anderem eingeschränkte Belastbarkeit, hohe Anforderungen an Schweißnähte, eine aufwendige und teure Herstellungsweise oder auch beschränkte Einsatzmöglichkeiten. Darüber hinaus können solche Verzweigungsknoten oftmals nur von Spezialfirmen hergestellt werden, weswegen die Verfügbarkeit solcher Knoten eingeschränkt ist. Prinzipiell sind auch Verzweigungsknoten aus Beton möglich, wobei deren Herstellung stark vom Aufwand durch Schalung und Bewehrung eingeschränkt wird, entsprechend sind hier eher Verzweigungen mit einfacher Geometrie realisierbar.


Lösung

Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Stuttgart und der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung in Denkendorf hat einen Verzweigungsknoten aus FVK und Beton sowie das Herstellungsverfahren für diesen entwickelt. Die vorteilhaften Eigenschaften der Werkstoffe FVK und Beton können durch eine formschlüssige Verbindung beider Komponenten für hoch belastbare Tragstrukturen genutzt werden. Durch den neu entwickelten textilen Fertigungsprozess wird die Herstellung von dreidimensionalen, endlosfaserverstärkten Preforms mit lastadaptiert ausgelegter Faserarchitektur in einem für das Bauwesen relevanten Maßstab möglich.
Die textilen Preforms werden im Flechtverfahren hergestellt und dienen einerseits als Gussform für den Betonkern, tragen aber auch entscheidend zu den struktur-mechanischen Eigenschaften des Verbundbauteils bei. Die FVK-Hülle wird entsprechend den erwarteten Belastungen so ausgelegt, dass Zugspannungen aufgenommen werden können. Der Betonkern trägt hingegen hauptsächlich Druckkräfte ab und wird zusätzlich durch die Hülle umschnürt. Die Materialkombination führt zu kleineren Querschnitten der Tragelemente und damit zu schlankeren, leichteren und folglich kostengünstigeren Konstruktionen.
Das neue Herstellungsverfahren ermöglicht die Fertigung von individuellen Geometrien mit variierbaren Schenkeldurchmessern und -längen sowie Winkeln zwischen den Schenkeln. Die Erfindung eignet sich für Anwendungsfälle im Gebäude- und Brückenbau bei denen belastbare Tragstrukturen einfach und kostengünstig hergestellt werden sollen.


Vorteile

  • Schlanke und leichte Bauteile im Vergleich zu bisherigen Knoten durch Kombination vorteilhafter Eigenschaften von FVK und Beton
  • FVK-Hülle (Preform) ist auch die Gussform (Verzicht auf Schalung)
  • Individuelle Gestaltungsmöglichkeiten und Geometrien möglich
    (drei und mehr Schenkel möglich, Durchmesser, Längen und Winkel anpassbar)
  • Geringere Herstellungskosten im Vergleich zu Stahlguss
  • Keine Korrosion
  • Zusätzliche Anordnung von Bewehrung möglich
  • Anschluss zu Tragelementen mittels Muffen oder Einschieblingen

 

 


Anwendungsbereiche

Bauwesen, Hochbau, Brückenbau


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr. Dirk Windisch
+ 49 721 790 040
windisch@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE 102017008661A1 anhängig
  • EP 3460114A2 anhängig

Stichworte

Tragwerksknoten, Faserverstärkung, Hochbau, Gebäudebau, Brückenbau, Betonfertigteile, Verzweigungsknoten

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen