Stahlbauknoten

Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Stahlbauknoten zum Fügen von linearen Stahlelementen

Die technischen Möglich­keiten im modernen Stahlbau sind in den letzten Jahrzehnten durch die Einführung computergestützter Entwurfs- und Bemessungssoftware, sowie der stetigen Entwicklung neuer Herstellungs­verfahren erheblich gesteigert worden.
Komplexe Tragwerksentwürfe - wie doppelt gekrümmte Gitterschalen - wurden plötzlich umsetzbar und eröffneten Architekten und Ingenieuren völlig neue gestalter­ische Möglich­keiten. Mit diesen neuen Freiheiten gingen jedoch auch erhöhte An­forder­ungen an die Verbindung der einzelnen Elemente einher.

Während zuvor versucht wurde Stahlbauverbindungen möglichst in einer Ebene zu realisieren, sind nun komplexe Knoten notwendig, die in der Lage sein müssen, ankommende Stahlträger aus unter­schiedlichsten Raumrichtungen und Relativlagen miteinander zu verbinden. Die Herstellung solcher Knoten erfolgt bis heute durch indi­viduellen Guss, bzw. anderweitig aufwendige Einzelanfertigung.
Aus diesem Grund ist die Wahl einer indi­viduellen Stahlkonstruktion bisher untrennbar mit steigenden Bauwerkskosten verbunden.

Durch den Einsatz additiven Lich­tbogen­schweißens möchte die Forschungsgruppe, bestehend aus Cognition Factory GmbH, GEFERTEC GmbH, imagine structure GmbH, dem Fachgebiet Fertigungs­technik der TU Ilmenau und dem IFSW der TU Darmstadt, ein neuartiges Herstellungs­verfahren komplexer Stahlknoten entwickeln, dass eine preiswertere und gleichzeitig anpassungsfähigere Alternative zum aktuellen Stand der Technik bietet.

Hierzu sollen die dreidimensional modellierten Knoten zunächst unter Berücksichtigung aller herstellungstechnischen Restriktionen topologieoptimiert werden, wodurch Material­verbrauch und Herstellungszeit reduziert werden sollen.
Anschließend soll das erhaltene Ergebnis über eine auto­matisierte Verfahrenskette bemessen und mittels 3D-Auftragsschweißens gefertigt werden. Vorteil hierbei ist, dass der gesamte Herstellungs­prozess gleichbleibenden äußeren Bedingungen unterliegt und mittels Sensortechnik in Echtzeit überwacht werden kann. Diese Echtzeitüberwachung steigert nicht nur die Qualität des Endprodukts, sondern bietet auch die Möglichkeit, auf eventuell auftretende Abweichungen reagieren zu können und somit lokale Strukturschwächungen zu vermeiden.

Mit der Entwicklung des additiv gefertigten Stahlknotens möchte die Forschungsgruppe eine Gesamtlösung für die Herstellung komplexer Stahlknoten von der Bemessung bis zur Fertigung bieten, die die Kosten und Herstellungsdauer aktueller Alternativen deutlich reduziert.

Hierdurch soll einer breiteren Masse die Möglichkeit eröffnet werden, individuelle Stahlkonstruktionen zu ver­wirklichen, ohne einen drastischen Anstieg der Bauwerkskosten kompensieren zu müssen.
 

Sollten Sie weitere Informationen benötigen, kontaktieren Sie gerne einer der am Forschungsprojekt beteiligten Netz­werk­­partner:

 

  • GEFERTEC GmbH
  • Cognition Factory GmbH
  • imagine structure GmbH
  • TU Darmstadt
  • TU Ilmenau

Über ZIM

Das Technologie- und Kompetenz­netz­werk Building AM startete am 01.07.2017 und wird im Rahmen des Zentralen Innovations­programms Mittelstand (ZIM) vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Das ZIM ist ein bundesweites, technologie- und branchen­offenes Förder­programm für mittel­ständische Unternehmen und mit diesen zusammen­arbeitende wirtschafts­nahe Forschungs­einrichtungen. Mit dem ZIM sollen die Innovations­kraft und Wettbewerbs­fähigkeit der Unternehmen nachhaltig unterstützt und damit ein Beitrag zu deren Wachstum verbunden mit der Schaffung und Sicherung von Arbeits­plätzen geleistet werden.

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