Die Zukunft des Bauens – Innovationsreise in die Schweiz
11.11.2019

Die Zukunft des Bauens – Innovationsreise in die Schweiz

Eine zweitägige Delegationsfahrt „Future Construction Material & Hybrid Solutions“ zur ETH Zürich und ihrer „kleinen Schwester“ EMPA (30. + 31.10.2019) ließ tiefe Einblicke in die Forschung einer der höchstrangigen Universitäten zu. Veranstaltet vom Österreichischen AußenwirtschaftsCenter Zürich der WKO Außenwirtschaft Austria diente die Reise dem Blick über den Tellerrand, der Vernetzung und Marktsondierung. Branchenvertreter aus ganz Österreich nahmen teil.

Innovationen für die Baubranche, interessante Forschung, neue Verfahren und Umsetzungsbeispiele wurden bei der „Zukunftsreise“ vorgestellt. Gemäß dem Cluster-Motto „Innovation durch Kooperation“ berichte Michaela Smertnig, Clustermanagerin Bau.Energie.Umwelt Cluster NÖ in diesem Beitrag als eine der Teilnehmenden von einigen Stationen und Projekten, die ev. von Relevanz für das Clusternetzwerk sein könnten.

Bau-Forschung bei ETH und EMPA Zürich und Gramazio Kohler Research

  • Zementfreier Beton – Das Spin-off Oxara entwickelte eine zementfreie Additiv-Technologie, die es ermöglicht, Aushubmaterialien, Abbruchmaterial bzw. Ton in nachhaltigen Beton zu verwandeln. Zur Herstellung von "zementfreiem Beton oder Cleancrete©" verbessern die Additive zunächst die Verarbeitbarkeit der Mischung zur leichteren Verarbeitung und zum Gießen, beschleunigen dann die Aushärtung und entfernen die Schalung nach 24 Stunden. Cleancrete© weist im Vergleich zu herkömmlichem Beton eine CO2-Reduktion und Kostensenkung von 90% auf. Auch eine Bodenstabilisierung ist damit möglich. Die Patentierung erfolgt derzeit.
  • KnitCrete: Ultraleichte Strickschalung – KnitCandela ist eine dünne, kurvenreiche Betonschale, die auf einer ultraleichten Strickschalung aufgebaut ist, die im Koffer von der Schweiz nach Mexiko transportiert wurde. Gestrickte, verlorene Schalung ermöglicht komplexe Freiformen als Alternative zum Sonderschalungsbau. Die Herausforderung besteht in der Generierung der „Strickanleitung“ auf Basis eines 3D-Modells.
  • Eggshell: ultradünne, 3D-gedruckte Betonschalung - Durch die sorgfältige Kontrolle des Frühzeit-Festigkeitszuwachses des Betons können 3D-gedruckte, recycelbare Schalungen für den Guss von maßstäblichen Betonbauteilen verwendet werden.
  • Robotergefertigte räumliche Strukturen – In diesem Forschungsprojekt werden simulationsbasierte Berechnungsmethoden und -werkzeuge entwickelt, um robotergestützte Fertigung von Strukturen mit einfachen Basiselementen zu realisieren. Themen sind dabei die präzise Führung von Bauteilen um Bauteile herum, Strategie zum Ausgleich der Ansammlung von Toleranzen während der Fertigung, automatische Roboterwegplanung inkl. Hindernisvermeidung in eine rechnergestützte Konstruktionsumgebung und der Simulation der geometrischen Veränderungen der Struktur auf der Grundlage gemessener und geschätzter Toleranzen.
  • Smart Wood – Das Enzym Laccase kann die chemische Struktur der Holzoberfläche verändern und so zusätzliche Funktionalisierungen von Holz ermöglichen, ohne die Struktur des Werkstoffs zu verändern. Durch das Anbinden funktioneller Moleküle an die Holzstruktur entwickeln die Empa-Forscher etwa wasserfeste oder antimikrobielle Holzoberflächen. Auch das Selbstverkleben von Holzfasern ohne chemische Bindemittel wird auf diese Weise machbar – so entstehen bereits heute lösemittelfreie Faserplatten für die Isolation.
  • Machine Learning: Künstliche Intelligenz – Die Forschungsgruppe WoodTec entwickelt und programmiert effiziente maschinelle Lernalgorithmen zur Optimierung von Holzprodukten und -prozessen in der Holzindustrie.
  • Neue Holzeigenschaften durch bio-inspired wood – Die Forschergruppe WoodTec beschäftigt sich, inspiriert durch Bionik (z.B. die von Natur aus gegebene Tragfunktion eines Baumes), mit dem Eingreifen in die Nano- bzw. Mikrostruktur des Holzes um die Eigenschaften zu verändern. Forschungsthemen sind z.B. Funktionalisierung von Holzoberflächen (elektrische leitend, magnetisierbar u.a.), UV Schutz von Holz (innoorganisches Coating), Verbesserung des Brandverhalten von Holz durch Mineralisation nach dem Vorbild von Knochen (Einlagerung von Kalziumkarbonat in die Holzstruktur)
  • Aerobrick: Ein Ziegelstein der mit mikroskoptischen Luftblasen dämmt – Ein mit Aerogel gefüllter Ziegelstein könnte in Zukunft dünne und hochdämmende Mauern ermöglichen, und dies ganz ohne zusätzliche Dämmschicht. Aerogel ist rein mineralisch und aufgrund seiner komplexen Stützstruktur hochwärmedämmend.
  • Dämmstoff und Brandschutz aus Altpapier – Empa-Wissenschaftler haben gemeinsam mit der Isofloc AG einen Dämmstoff aus Altpapier (Cellulosedämmung) entwickelt, der sich für vorfabrizierte Holzbauelemente eignet und die Konstruktion besser vor Feuer schützt. Grund: nach dem Einblasen in die Konstruktion wird die Cellulose durch ein für den Menschen unbedenkliches Bindemittel formstabil wie eine Dämmplatte. So kann sie die Hitze eines Feuers lange genug zurückhalten und einen vorzeitigen Abbrand der Konstruktion verhindern.
  • Flammschutzmittel für Holz und Holzwerkstoffe – EmpaGemeinsam mit der BRUAG Fire Protection AG haben Spezialisten der Empa ein neues Flammschutzmittel für Holz und Holzwerkstoffe entwickelt. Der farblose, mit Lack und Celluose-Werkstoffen gut mischbare Zusatzstoff erschließt holzverarbeitenden Betrieben neue Einsatzmöglichkeiten.
  • Memory Steel – Mit Memory Steel lassen sich nicht nur neue, sondern auch bestehende Betontragwerke verstärken. Es handelt sich um Formgedächtnislegierungen auf Eisenbasis, die sich beim Erhitzen zusammenziehen und die Betonstruktur so dauerhaft vorspannen. Auf hydraulische Vorspannung kann dadurch verzichtet werden – es genügt, den Stahl kurz zu erhitzen, etwa durch elektrischen Strom oder mittels Infrarotstrahler. Unter dem Namen «memory-steel» wird der neue Baustoff von der Firma re-fer AG vertrieben. Die Verstärkungstechnolgie wird derzeit für Betontragwerke eingesetzt, ist aber auch für Holztragwerke oder Ziegelmauerwerk einsetzbar, auch vorgespannte Stützenumwicklungen oder Siloverstärkungen könnten realisiert werden. Weitere Forschung: noch mehr Vorspannung durch andere Legierungen erzielen.

NEST

NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) ist ein modulares Forschungs- und Innovationsgebäude, in dem neue Bau- und Energietechnologien gemeinsam unter realen Bedingungen getestet werden können. Das Gebäude gehört der Empa und der Eawag, und befindet sich auf dem Campus der Empa in Dübendorf 30 Minuten außerhalb von Zürich.

Das Gebäude besteht aus einem zentralen Rückgrat – dem «Backbone» – und drei offenen Plattformen, auf denen einzelne Forschungs- und Innovationsmodule nach einem «Plug-&-Play»-Prinzip installiert werden. In diesen Units wird gearbeitet und gewohnt – und gleichzeitig sind sie belebte Versuchslabors.

DFab House

Ein Modul von NEST ist das DFAB HOUSE, das weltweit erste bewohnte Bauwerk, das nicht nur digital geplant, sondern – mit Robotern und 3D-Druckern – auch weitgehend digital gebaut wurde. Die eingesetzten Bautechnologien entwickelten Forschende der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit Industriepartnern in den letzten vier Jahren. Link zum DFAB HOUSE auf der EMPA Webseite.

Folgende Innovationen finden sich u.a. im DFAB HOUSE:

  • Spatial Timber Assemblies – Im Mittelpunkt steht die Entwicklung und Umsetzung eines innovativen roboterbasierten Fertigungsprozesses von Holzrahmenmodulen. Die Implementierung des Roboters ermöglicht eine hohe Vorfertigung der Holzmodule unabhängig von der Komplexität und ermöglicht so eine schnelle und einfache Montage vor Ort.
  • Transluzente Leichtbaufassade – Das innovative lichtdurchlässige Fassadensystem kombiniert die ausgezeichnete Wärmedämmung und Lichtdurchlässigkeit von Aerogel-Granulat mit der Leichtigkeit und der geometrischen Flexibilität eines Membransystems. Das Resultat dieser patentierten Technologie ist eine schlanke Hochleistungsfassade mit neuartigen ästhetischen Qualitäten.
  • Mesh Mould (Gitterform) – Konventionelle Bauweisen ermöglichen keine effiziente Herstellung von Sondergeometrien aus Beton. Die Gitterform löst dieses Problem, indem sie Schalung und Bewehrung in einer robotergestützten Konstruktion vereint. Mit Mesh Mould können komplexe und strukturell effiziente Geometrien ohne Mehrkosten hergestellt werden. Der vom mobilen Konstruktionsroboter IF gebogen und geschweißte Bewehrungskorb (6 mm Betonstahl in vertikalen Schichten) dient dabei als Schalung. Die In-situ-Fertigung einer doppelt gekrümmten Stahlbetonwand mit Mesh Mould-Technologie realisiert das erste Innovationsobjekt des Empa NEST DFAB HAUSES. Die S-förmige schlanke Wand im Erdgeschoss des Wohnbereichs folgt dem Konstruktionsprinzip zur Erhöhung der Steifigkeit durch lokale Wellen der Oberflächengeometrie.
  • Vorfertigung durch Smart Dynamic Casting – Smart Dynamic Casting (SDC) ist ein kontinuierlicher robotergestützter Gleitschalungsprozess, der es ermöglicht, materialoptimierte tragende Betonstrukturen vorzufertigen. In diesem automatisierten Prozess wird eine dynamische Schalung, die deutlich kleiner ist als die hergestellten Konstruktionen, kontinuierlich bewegt und mit Beton gefüllt, in einer Geschwindigkeit, die es ermöglicht, den Beton in der empfindlichen Phase zu formen, wenn er von einem weichen zu einem harten Material wechselt. SDC zielt speziell darauf ab, die Notwendigkeit von individuellen Schalungen für den Bau komplexer Betonkonstruktionen zu vermeiden.
  • SMART SLAB – Smart Slab ist die erste Betonplatte, die mit einer 3D-Druckschalung hergestellt wurde. Es handelt sich um eine Leichtbetonplatte mit komplexer dreidimensionaler geometrischer Struktur auf der Deckenunterseite. Es kombiniert die hervorragenden statischen Eigenschaften von Beton mit der geometrischen Freiheit des 3D-Drucks – in diesem Fall wurde die Schalung mittels 3D-Druck im Sandbett hergestellt. Smart Slab zeigt eine neue Generation von radikal optimierten digitalen Bauprozessen vom Entwurf bis zur Fertigung. Die 78 m² große Smart Slab, die für die DFAB HOUSE Ausleger über der S-förmigen Mesh Mould Wall situiert wurde, trägt den zweigeschossigen Holzbau darüber. Die Smart Slab besteht aus elf 7,4 Meter langen Segmenten, die vorgefertigt und anschließend mit Vorspannseilen mechanisch verbunden werden.


Möglichkeiten der Kooperation

Ist Ihre Fantasie für Produkt- und Prozessneuheiten angefacht? Österreichische Unternehmen und Forschungsinstitutionen können via internationaler Förderprogramme wie z.B. CORNET F&E-Kooperationen eingehen. Bei Interesse stehen wir als Bau.Energie.Umwelt Cluster Niederösterreich gerne für ein Brainstorming zur Verfügung!

Eine konkrete Möglichkeit der Kooperation: Für eine EU-Projekteinreichung „open innovation test beds for nano-enabled bio-based materials (IA)“ suchen Empa-Wissenschafter noch Wirtschaftspartner. Bei Interesse bei Michaela Smertnig melden.

Wissen vermehrt sich nur, wenn man es teilt! Wir freuen uns über Ihr Interesse!

Michaela Smertnig, Clustermanagerin Bau.Energie.Umwelt Cluster NÖ

Zum Nachbericht der WKO Außenwirtschaft Austria


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