LOEWE*-Schwerpunkt – BAMP!

Bauen mit Papier

Ziel des Schwerpunktes BAMP! ist es, Papier für den Einsatz im Baugewerbe zu qualifizieren. Als nachwachsender Rohstoff kann es einen wesentlichen Beitrag zum nachhaltigen Bauen leisten.

*LOEWE – „LandesOffensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz“

Teilprojekt 4 – Fertigung dreidimensional geformter Komponenten auf Papierbasis

Bevor Papier umfassend im Bauwesen eingesetzt werden kann, sind jedoch zunächst Fragen aus den Teilbereichen Anbindungstechnik, Formgebung, Stabilität und Witterungsbeständigkeit zu beantworten. Zur Lösung dieser Herausforderungen haben sich im Rahmen des Schwerpunktes Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus den Bereichen Papiertechnik, Chemie, Bauingenieurwesen, Architektur und Umformtechnik vereinigt, um zielgerichtet den Werkstoff Papier für den Einsatz im Baubereich zu qualifizieren. BAMP! stellt damit, zunächst bis Ende 2020, ein weltweit einzigartiges Konsortium im Bereich der Papierforschung dar (vgl. Abbildung [1]).

[1] An BAMP! beteiligte Forschungsstellen und ihre Forschungsschwerpunkte im Rahmen des Schwerpunktes

Motivation und Zielsetzung des Teilprojektes 4

Im Baugewerbe werden zunehmend individualisierte Formen für die Verkleidung von Gebäuden eingesetzt. Die Formgebung der Fassadenelemente ist derzeit mit einem hohen Werkzeug- und Anlagenaufwand verbunden. Während für Stahlbauteile teilweise Verfahren zur individualisierten Formgebung existieren, sind für papierbasierte Bauteile derzeit keine Verfahren vorhanden. Daher ist es das Ziel, im Rahmen des TP 4 eine Prozesskette für eine effiziente und individualisierte Formgebung von papierbasierten Bauteilen zu entwickeln. Neben reinen Papierbauteilen wird dabei auch die Formgebung von Schichtverbunden untersucht. Diese zeichnen sich durch eine hohe gewichtsspezifische Biegesteifigkeit bei gleichzeitig guter Geräusch- und Wärmeisolierung aus. Während Schichtverbunde heutzutage in der Regel einen polymerbasierten Kern aufweisen und somit einen hohen Anteil an erdölbasierten Komponenten aufweisen, sollen im Rahmen des TP 4 Schichtverbunde – bestehend aus monolithischen Deckblechen und Papierkern – entwickelt und hinsichtlich einer fehlerfreien Formgebung optimiert werden, wodurch die Nachhaltigkeit der Schichtverbunde deutlich verbessert werden soll. Um eine ganzheitliche Verbesserung der Nachhaltigkeit zu garantieren, wird neben der Fertigung auch die für den Recyclingprozess notwendige Trennung der einzelnen Schichten nach der Nutzungsphase betrachtet.

Prozesskettenentwicklung für die individualisierte Formgebung

Die in TP 4 zu entwickelnde Prozesskette kann wie in Abbildung [2] dargestellt in drei Abschnitte unterteilt werden.

[2] Zu entwickelnde Prozesskette im Rahmen von TP 4

Ausgehend von den in TP 3 hergestellten, ebenen Halbzeugen wird zunächst eine Grundform gefertigt. In Kooperation mit den übrigen Teilprojekten wird hierzu die Geometrie festgelegt und das entsprechende Werkzeug ausgelegt und in Betrieb genommen. Aufgrund der hohen Formflexibilität sowie der Möglichkeit einer Drucküberlagerung und den damit verbundenen erhöhten Umformgraden wird ein wirkmedienbasiertes Werkzeugkonzept verfolgt.

Parallel wird die aus der Metallverarbeitung bekannte inkrementelle Umformung auf die Anforderungen der Papierumformung adaptiert. In der späteren Prozesskette dient diese der geometrischen Individualisierung der Bauteile.

Im Anschluss an die umformtechnische Herstellung der Elemente sind das Beschneiden, Lochen sowie die Fertigung von Anbindungsstellen an die Anforderungen papierbasierter Bauteile anzupassen. An dieser Stelle besteht eine enge Zusammenarbeit mit den Teilprojekten 5 und 6.

Die Prozessauslegung wird durch numerische Simulationen unterstützt. Neben einer Kostenersparnis sollen die entwickelten numerischen Modelle der späteren Auslegung neuer Formen mit variierten Papiersorten dienen und ein verbessertes Verständnis der Umformmechanismen ermöglichen. Neben der numerischen Simulation werden darüber hinaus experimentelle Methoden zur Analyse der plastischen Formgebung von Papier entwickelt.

Ferner wird der Einsatz zerstörungsfreier Prüfmethoden für die Bauteilprüfung untersucht. Als besonders aussichtsreich zeichnen sich hier die Prüfung mittels Thermografie sowie die Computertomografie ab. Während die Thermografie vor allem bei großflächigen Bauteilen Vorteile bietet, können mithilfe der Computertomografie selbst kleinste Fehlstellen detektiert werden.

Weitere Informationen zum Gesamtprojekt finden Sie unter:

„BAMP! – Bauen mit Papier“

Danksagung

Das vorgestellte Forschungsprojekt wird im Rahmen des LOEWE-Schwerpunktes BAMP! (Bauen mit Papier) bearbeitet. Der LOEWE-Schwerpunkt wird von der Regierung des deutschen Bundeslandes Hessen finanziert.