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Video: Die Universität Stuttgart Erstellt Auf Der Bundesgartenschau Biomimetische Pavillons
Die Universität Stuttgart erstellt biomimetische Pavillons auf der Basis von Seeigeln und Käferflügeln
Die Universität Stuttgart hat ihre Experimente zur Biomimik und zum Roboterbau mit zwei Pavillons auf der Bundesgartenschau in Deutschland fortgesetzt.
Beide Pavillons werden von Robotern gebaut und sind so konzipiert, dass sie die Natur imitieren - die sogenannte Biomimikry. Ein weitläufiger Holzpavillon hat eine Form, die auf Seeigeln basiert, während ein Pavillon aus Faserverbundwerkstoffen seine Struktur aus Käferflügeln bezieht.
Die Universität Stuttgart schuf auf der Bundesgartenschau zwei biomimetische Pavillons, einen aus Faserverbundwerkstoffen
Forscher der Universität bauten den BUGA-Holzpavillon aus 376 einzigartigen Plattensegmenten, die wie eine Stichsäge in Submillimeter-Präzision zusammenpassen.
Die Struktur basiert auf der Hülle von Seeigeln - etwas, das das Stuttgarter Institut für Computergestütztes Entwerfen und Bauen (ICD) und das Institut für Gebäudestrukturen und Tragwerksentwurf (ITKE) seit fast einem Jahrzehnt untersuchen.
Der BUGA-Holzpavillon hat seine Form aus der Struktur der Seeigel
Urchins haben ein charakteristisches Skelett aus eng ineinandergreifenden Platten, und die Forschungsgruppen haben wiederholt darauf zurückgegriffen, um 2011 einen kleinen Pavillon und 2016 eine zusammengenähte Version zu bauen.
Für diese Iteration wollte das Team einen direkten Vorläufer dieses Projekts übertreffen - die Ausstellungshalle der Landesgartenschau aus dem Jahr 2014, in der sie die Morphologie der Bengel durch Fingergelenke interpretiert hatten.
Der wiederverwendbare Pavillon ist 30 Meter lang
Ihr Ziel war es, die gleiche kleine Menge Holz pro Quadratmeter zu verwenden, † aber die Spannweite des Pavillons zu verdreifachen. Sie wollten es auch wiederverwendbar machen.
Der neueste Pavillon, der auf der Bundesgartenschau in Heilbronn ausgestellt ist, ist 30 Meter säulenfrei. Es wiegt nur 38 Kilogramm pro Quadratmeter - das Ergebnis von hohlen Holzkisten, die von Computern entworfen wurden.
Der Buga Wood Pavilion wurde von zwei Robotern gebaut
ITKE-Chef Jan Knippers sagte, dass das vom Bengel inspirierte Design "zu einer lastangepassten und daher hocheffizienten Struktur führt".
"Ein biomimetischer Ansatz in der Architektur ermöglicht wissenschaftliches, interdisziplinäres Querdenken", fügte Achim Menges von ICD hinzu. "Durch die Überschneidung mit digitalen Technologien können überraschende neue Konstruktionsmethoden entstehen, wie beispielsweise die robotergefertigte, segmentierte Holzhülle des Pavillons."
Das Team entwarf für den Buga Wood Pavilion eine maßgeschneiderte Roboter-Fertigungsplattform, bei der zwei Industrieroboter Platten zusammenkleben und ihre 17.000 Fingergelenke mit einer Genauigkeit von 0, 3 Millimetern bearbeiten. Die Montage vor Ort erforderte menschliche Arbeit von zwei Handwerkern, die zehn Tage lang arbeiteten.
Es ist auf der Bundesgartenschau in Heilbronn zu sehen
"Der von uns entwickelte vollautomatische Herstellungsprozess ermöglicht anstelle einfacher, aber massiver Holzbauteile die Realisierung komplexer, aber hoch materialeffizienter und leichter Holzkassetten", so Menges. "Sie verleihen dem Pavillon auch sein charakteristisches architektonisches Erscheinungsbild."
Der BUGA-Holzpavillon ist neben einem zweiten Pavillon ausgestellt - dem BUGA-Faserpavillon. Diese Struktur setzt die Arbeit von ITKE und ICD an gewebten Faserstrukturen wie dem Elytra Filament Pavillon 2016 bei V & A in London fort.
Der zweite Pavillon von ITKE und ICD basiert auf Käferflügeln
Anstelle der Körper von Seeigeln leiten sich diese Strukturen von einem anderen natürlich starken tierischen Körperteil ab - den Käferflügeln.
Bei der Verwendung von Faserverbundwerkstoffen als Baumaterial gibt es auch eine zweite Schicht der Biomimik: Wie das Forscherteam feststellt, bestehen die meisten tragenden Strukturen in der Biologie aus Faserverbundwerkstoffen wie Cellulose, Chitin oder Kollagen.
Für den Pavillon der Bundesgartenschau verwendete das Team glas- und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, von denen es sagt, dass sie wesentliche Eigenschaften mit natürlichen Verbundwerkstoffen teilen.
Der BUGA-Faserpavillon besteht aus glas- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen
Auch hier werden die Pavillonsegmente von zwei Robotern gebaut - in diesem Fall von der Universität Stuttgart entwickelten Filamentwickelrobotern, die jeweils Faserfilamente zwischen zwei rotierenden Gerüsten platzieren.
Bei diesem Ansatz, der als eine Form der additiven Fertigung wie dem 3D-Druck angesehen werden kann, ist weder eine Form noch ein Kern erforderlich, und daher fallen keine Produktionsabfälle oder Materialreste an.
Die Struktur wurde unter Verwendung von Additiver Fertigung gebildet
Die durchscheinenden Fasern sind Glasverbundwerkstoffe, während die schwarzen aus strukturellen Gründen Kohlefasern enthalten und der gesamte Pavillon von einer zusätzlichen Kunststoffmembran umgeben ist.
Pro Quadratmeter wiegt das Bauwerk nur 7, 6 Kilogramm und besteht gleichzeitig die Festigkeitsprüfung für den Hochbau. Die freie Spannweite beträgt 23 Meter.
Beide Pavillons sind bis zum 6. Oktober 2019 zu sehen
"Diese hochinnovative Bauweise ist den bestehenden Bauvorschriften weit voraus", sagte Knippers. "Das Gewicht des Pavillons ist um ein Vielfaches geringer als das von vergleichbaren Stahl- oder Holzkonstruktionen", fuhr er fort. "Dies erleichtert die Montage erheblich, da keine schweren Transportmittel, Gerüste oder Hebezeuge erforderlich sind."
Der BUGA-Faserpavillon ist bis zum 6. Oktober 2019 auf der Sommerinsel der Bundesgartenschau zusammen mit dem BUGA-Holzpavillon zu sehen.
Projektpunkte für den BUGA-Holzpavillon:
Institut für Computergestütztes Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart: Prof. Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Abel Groenewolt, Oliver David Krieg, Ondrej Kyjanek, Hans Jakob Wagner
Institut für Baukonstruktion und Tragwerksplanung, Universität Stuttgart: Prof. Jan Knippers, Lotte Aldinger, Simon Bechert, Daniel Sonntag
Müllerblaustein Bauwerke GmbH, Blaustein: Reinhold Müller, Daniel Müller, Bernd Schmid
BEC GmbH, Reutlingen: Matthias Buck, Zied Bhiri
Bundesgartenschau Heilbronn 2019 GmbH: Hanspeter Faas, Oliver Töllner
