Laut Statistiken hat die Zementproduktion einen jährlichen Anteil von 6% an den weltweiten CO2-Emissionen. Der Einsatz textiler Bewehrungen ermöglicht gegenüber der etablierten Stahlbetonbauweise eine erhebliche Einsparung im Bereich des globalen Erwärmungspotenzials dieses Rohstoffs. Es sind je nach Bauteil bis zu 50-85% Ersparnis möglich.
Um dem Thema der Effizienz in der Textilbewehrungsproduktion zu begegnen wurde das neuartige Verfahren multiaxiale Garnablage (MGA) entwickelt, welches die individuelle Ablage der Carbonbewehrung in einem Spannrahmen ermöglicht. So können Aussparungen und Baugröße gezielt eingestellt und bis zu 35% an Verschnitt von Carbonmatten vermieden werden. Aktuelle Probleme stellen hierbei allerdings die Anpassung des Spannrahmens auf jedes Bauteil sowie die schwierige Fertigung dreidimensionaler Körper dar.
Die Promotion dient dem Aufzeigen eines alternativen Lösungsansatzes, durch die Vereinigung der MGA mit den Vorteilen der additiven Fertigung. Dies bietet die Möglichkeit, den etablierten Spannrahmen abzulösen und die Fertigung von Freiformflächen auf zwei- oder dreidimensionalen Grundplatten zu gewährleisten.Das Ergebnis der Arbeit soll eine möglichst präzise analytische Beschreibung des neuen Prozesses darstellen, welche die Zusammenhänge der Parameter Faser, Matrix und Prozess optimal beschreibt. Dadurch sind zukünftige Anwendungsfälle unabhängig von den jeweiligen Ausgangsmaterialien vorab berechenbar.
Für die Bearbeitung wurde die Promotion in die Meilensteine Garn, Abquetschung, Zufuhr, Tränkung und Freiformablage eingeteilt. Im zweiten Bearbeitungsjahr konnten die Bereiche Garn, Zufuhr und Abquetschung erfolgt abgeschlossen werden.
Für die Beschreibung des Garns sind geeignete Modelle und Messmethoden entwickelt worden. Bei den Messungen lagen die Abweichungen zwischen Ist- und Sollwert unter 2%.
Die Zufuhr über einen Vorratsbehälter konnte erfolgreich erprobt werden. Für eine hohe Förderrate war ein Anwinkeln des Behälters sowie eine hoher Rohrquerschnitt notwendig. Die Förderung wurde über die Ablage einer 3D-Textilbewehrung mit Neigungswinkeln bis zu 76° erfolgreich validiert.
Die Modellierung der Abquetschung erfolgt über die Herleitung des Faservolumengehaltes in einer zweidimensionalen Ebene (durch Variation der Abquetschbohrung). Laborversuche konnten den Modellansatz bestätigen.
Im Bereich der Tränkung wurde eine Basisgeometrie für die Anwendung bei hohen Geschwindigkeiten entwickelt. Die erreichten Geschwindigkeitsbereiche liegen zwischen 1 - 2 m/s, was dem zwei bis vier-fachen des Stands der Forschung entspricht. Zur Modellierung sind geeignete Beschreibungsmethoden erarbeitet worden, welche im kommenden Förderjahr zu erproben sind.
Im Bereich der Freiformablage haben Versuche gezeigt, dass eine in-situ-Konsolidierung für das Einhalten der Prozessrandbedingungen besser geeignet ist als eine hochviskose Matrixmischung. Erstere wird im kommenden Förderjahr in den Prozess implementiert und validiert.