Bauteile aus Carbonbeton

Marvin Meyke,

Millionenförderung für Leipziger Carbonbetonforschung

Carbonbeton kann einen wichtigen Beitrag zum klimagerechten Bauen leisten. Der Verbundwerkstoff besteht aus einer Kombination von Beton und Kohlenstofffasern in Form von Stäben oder Matten. Im Gegensatz zum üblicherweise verwendeten Stahlbeton spart der neue Baustoff Ressourcen wie Sand und Zement und hat eine deutlich bessere CO₂-Bilanz.

Prof. Tilo Heimbold (links) und Prof. Klaus Holschemacher mit einem Carbonbetongelege mit integriertem AS-Interface-Kabel im Carbonbetontechnikum der HTWK Leipzig. © Maximilian Johnson/HTWK Leipzig

Carbonbeton bietet zudem viele Ansatzpunkte für modernes Bauen: Heizungs- und Elektroinstallationen können beispielsweise in Wände aus Carbonbeton integriert werden. Wie solche Anwendungen in die Wirtschaft überführt werden können, erproben Wissenschaftler der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig in zwei neuen Forschungsprojekten gemeinsam mit Praxispartnern.

Multifunktionale Muster-Bauteile als Industriestandard
Muster-Bauteile aus Carbonbeton, die mit verschiedenen Wärmesystemen verbundenen sind, will ein Bündnis aus 15 Partnern aus Sachsen und Sachsen-Anhalt im Rahmen des Projekts „Industriestandard Carbonbeton (ISC)“ erarbeiten. Unter ihnen ist auch das an die HTWK Leipzig angegliederte Forschungs- und Transferzentrum (FTZ), das seit seiner Gründung vor 25 Jahren ein wichtiges Bindeglied zwischen der Hochschule und der regionalen Wirtschaft darstellt.  Die beteiligten FTZ-Wissenschaftler entwickeln Elemente für integrierte Wand- und Flächenheizungen. „Damit Wärmesysteme in die Bauteile integriert werden können, müssen verschiedene Voraussetzungen gegeben sein. Die elektrische Nutzung von Carbon ist neu und weder normiert noch standardisiert. Dazu gibt es keine Erfahrungen und dies gilt es nun in unterschiedlichsten Anwendungen zu erforschen“, sagt Tilo Heimbold, Elektrotechnik-Professor an der HTWK Leipzig. Außerdem analysieren die Forschenden die Energiebilanz und Sicherheit aller im Projekt produzierten Muster-Elemente, entwickeln für die Bauteile standardisierte und automatisierte Fertigungsprozesse, testen im FTZ-eigenen EMV-Zentrum deren elektromagnetische Verträglichkeit und führen die gewonnen Erkenntnisse zusammen.

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Ziel des dreijährigen Forschungsprojekts: Die Entwicklung eines Industriestandards für Halbfertigbauteile aus Carbonbeton. Damit soll der Übergang zur Carbonbetonbauweise beschleunigt werden. Zur Umsetzung erhält das Bündnis seit Januar 2022 vom Bundesforschungsministerium rund acht Millionen Euro Fördermittel aus dem Innovations- und Strukturwandelprogramm „Rubin“. Rund 840.000 Euro entfallen auf das FTZ.

Bauteile mit integrierter Datentechnik
In einem weiteren neuen Forschungsprojekt integrieren Forscher der HTWK Leipzig Elektro- und Datentechnik auf Basis des industriellen Kommunikationsstandards AS-Interface in Carbonbetonbauteile. Denn Häuser aus Carbonbeton haben schmale Wände, viel Platz für die zahlreichen Installationsleitungen, die sonst darin verbaut werden, bleibt nicht. Leitungen, Kabelkanäle und Schaltkästen sollten deshalb schon in der Bau- und Installationsphase reduziert werden.

„Durch AS-Interface kommunizieren zahlreiche Sensoren und Aktoren über ein und dasselbe Kabel miteinander. Selbst ihren benötigten Strom beziehen sie über dieses Kabel. Das spart Materialien und macht das System ausgesprochen robust und fehlersicher“, erklärt Projektleiter Heimbold, der seit rund 30 Jahren AS-Interface mitentwickelt. Die Technologie ist heute weltweit millionenfach im Einsatz und ermöglicht automatisierte Prozesse in Flughäfen, Fabriken und Gebäuden. Heimbold: „AS-Interface wird hauptsächlich in der Industrie verwendet. In unserem Forschungsprojekt wollen wir die Vorzüge der Technologie nun auch für Wohn- und Bürogebäude nutzbar machen.“ Exemplarisch sollen deshalb Fertigteile für ein Büro-Wandelement entstehen.  Hergestellt werden diese im Carbonbetontechnikum der HTWK Leipzig. Betonbau-Professor Klaus Holschemacher erklärt: „Wir forschen seit Jahren zum neuen Baustoff Carbonbeton. In unserer neuen Versuchshalle zeigen wir die vollautomatisierte Herstellung von Carbonbetonbauteilen im Modellmaßstab.“  Für das Projekt „WallConnect“ stellt das Bundeswirtschaftsministerium aus dem Technologietransfer-Programm „Leichtbau“ bis Frühjahr 2024 ein Gesamtbudget von rund 1,5 Millionen Euro zur Verfügung. Ein Drittel davon entfällt auf die HTWK Leipzig.

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