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Gepostet von Tim Westphal am 13.09.19 10:23
Tim Westphal

04_BUGA_Holzpavillon(c) BUGA Heilbronn 2019 GmbH

Die diesjährige Bundesgartenschau (BUGA) findet im „schwäbischen Liverpool“, in Heilbronn, statt und möchte bis Oktober mehr als 2,2 Mio. Besucher in die Neckar-Metropole locken. Dieses hochgesteckte Ziel scheint erreichbar: 1,4 Mio. Besucher zählte die Schau bereits Mitte August. Hinzu kommt, dass die BUGA Heilbronn zum ersten Mal Gartenschau und Architekturschau miteinander verbindet: Direkt neben blühenden Blumenfeldern und Parks ist ein neues Stadtquartier entstanden. Besondere Highlights sind außerdem zwei bionische Pavillons, die für Innovation im Leichtbau und Robotertechnik bei der Umsetzung stehen. Vorbeischauen bei der BUGA 2019 in Heilbronn lohnt sich.

 

Planung und Fertigung mit digitalen Methoden  

Die beiden Pavillonbauten liegen zentral auf der Sommerinsel auf dem BUGA-Gelände und symbolisieren die Innovationskraft Baden-Württembergs. Ebenso stehen sie für die Fähigkeiten des Landes als anerkanntes Zentrum für Leichtbau, Bionik und digitale Fertigungstechnologien in der Architektur. Ein hervorragender Ruf eilt vor allem den Spezialisten vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) sowie dem Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) an der Universität Stuttgart voraus. Sie entwickelten gemeinsam und komplett digital die bionischen Pavillons für die Bundesgartenschau Heilbronn und fertigten sie computerbasiert und mit Robotertechnik.

 

BUGA Holzpavillon

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Die Nordansicht des BUGA Pavillons, der aus über 370 Einzelsegmenten gefügt wurde. Quelle: ICD/ITKE University of Stuttgart.

Die segmentierte Holzschalenkonstruktion des BUGA Holzpavillons ist der Natur abgeschaut und basiert auf dem biologischen Prinzip eines Seeigel-Skeletts. Um die insgesamt 376 einzeln gefertigten und maßgeschneiderten Segmente der Schale herzustellen, entwickelten die zwei Forschungsinstitute eine Arbeitsplattform, auf der die Roboter die Elemente äußerst exakt (≤ 1 mm Maßtoleranz) zusammensetzten. Die Konstruktion ist dabei so geplant, dass Materialverbrauch und Gewicht minimiert sind.

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In der Abbildung zu sehen: die ausführliche Explosionszeichnung einer Holzkassette und der Deckschicht auf dem Holzpavillon. Quelle: ICD/ITKE University of Stuttgart

Jedes Holzsegment ist aus zwei dünnen Platten gefertigt, die einen Ring aus Randbalken auf der Ober- und Unterseite beplanken. Die so entstehenden hohlen Holzkassetten sind mit verdeckten Bolzenverbindern gefügt. Damit ist von der Verbindung der Elemente nichts mehr sichtbar, was die Architektur äußerst homogen erscheinen lässt. Die Präzision und durchdachte Detaillierung setzt sich in der Roboterfertigung der Holzsegmente fort.

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Die Übersicht aller Bearbeitungsschritte bei der vollständig automatisierten robotischen Vorfertigung des Holzpavillons. Quelle: ICD/ITKE University of Stuttgart

Das Flächengewicht des Pavillons wiegt dabei gerade einmal 38 kg/m2. Das Pavillon-Holzdach überspannt auf über 30 m den zentralen Konzert- und Veranstaltungsort der BUGA und wird von den Besuchern wegen seines einzigartigen Raumgefühls sehr geschätzt. Auch nach dem Ende der BUGA soll er möglichst in der Stadt weitergenutzt werden. Der Pavillon ist für den Deutschen Nachhaltigkeitspreis nominiert, der im November 2019 vergeben wird.

 

BUGA Faserpavillion

Die Tragstruktur des zweiten nennenswerten Pavillons, des Faserpavillons, besteht lediglich aus Faserverbundwerkstoffen. Die gesamte Struktur wurde dabei ebenfalls robotergestützt hergestellt und fand schon beim Elytra Filament Pavillion erstmalig Verwendung. Der Pavillon hat eine Grundfläche von ca. 400 m2 und überspannt mehr als 23 m. Die Tragkonstruktion besteht aus 60 einzelnen Faserverbundteilen, die jeweils nur 7,6 kg/m2 wiegen.

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Die Installation der Membran über dem primären Traggerüst aus Faserverbundwerkstoff. Quelle: ICD/ITKE University of Stuttgart

Eine Stahlkonstruktion wäre bei einer Spannweite von über 23 m ungefähr fünfmal schwerer. In Test- und Prüfverfahren wurde bestätigt, dass ein Faserverbundbauteil bis zu 250 kN Druckkräfte aufnehmen kann. Dies entspricht dem Gewicht von mehr als 15 Pkws. Vorbild für das Tragwerksprinzip stand auch hier wieder die Natur: In der Biologie bestehen die meisten Tragstrukturen aus Fasern wie Zellulose, Chitin oder Kollagenen. Damit sie in Position bleiben, werden sie von einer meist gelartigen Flüssigkeit, der Matrix, umgeben. Dieses Prinzip machten sich auch die Forscher zunutze und setzten auf einen Verbundwerkstoff aus Glasfasern und Kohlefasern.

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Funktionsskizze der Herstellung von Prototypen mit robotergestützter Fertigung. Die Faserstränge liegen zwischen den drehenden Roboterarmen. Quelle: ICD/ITKE University of Stuttgart

Insgesamt 150.000 m dieser Fasern sind im Pavillon verarbeitet. Die Bauteile wurden alle maßgeschneidert in einem robotergestützten Prozess hergestellt. Dabei sind die Faserstränge zwischen zwei drehenden Roboterarmen an Wickelgerüsten platziert und gegeneinander verdrillt worden. Neu an dieser Fertigung ist die komplett kernlose Konstruktion – ohne jegliche Formen oder Hilfsstrukturen.

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Die Positionierung der letzten Baugruppe, mit der die Kuppeltragkonstruktion des Faserpavillons dann geschlossen ist. Quelle: ICD/ITKE University of Stuttgart

 

Wir verlosen 3 x 2 Tagestickets für die BUGA

Du möchtest dir die beiden Pavillons nicht entgehen lassen? Bis zum 06. Oktober 2019 hast du noch die Gelegenheit dazu, sie auf der Bundesgartenschau in Heilbronn live und in Farbe zu betrachten. Wir verlosen 3 x 2 Tickets. Was du dafür tun musst? Schreib uns dein Feedback zu Plan.One per Mail oder als Kommentar unter dem Beitrag, um teilzunehmen. 

Die Gewinner erhalten am 20. September 2019 eine Benachrichtigung. 

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