Freiform-Fassade aus Biokunststoff

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Entwicklung eines langlebigen und rohstoffeffizienten Baumaterials

Komplexe geometrische Baukörper werden in der Regel mit Metallen, Glas oder erdölbasierten Kunststoffen umhüllt. Einen gleichermaßen geeigneten, aber rohstoffeffizienteren Werkstoff präsentiert nun das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart: Zusammen mit Materialentwicklern, Produktdesignern, Fertigungs- und Umwelttechnikern entwickelten die Architekten einen biobasierten Kunststoff, der zu über 90% aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Wie sich dieser einsetzen lässt, zeigt das Mock-Up der Elementfassade Arboskin, das derzeit auf dem Campus nahe der Stuttgarter Innenstadt zu sehen ist. Dort dockt eine weiße Freiform mit plastischer Oberfläche an einen bestehenden Betonbaukörper an. Die Grundlage für den Entwurf bildete ein dreieckiges Netz mit verschiedenen Maschengrößen, das sich in pyramidal nach außen gewölbten und eingeschnittenen Fassadenelementen widerspiegelt.

Die Entwicklung der Biokunststofffassade erfolgte im Rahmen eines zweijährigen Forschungsprojekts, das vom Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und dem Land Baden Württemberg gefördert wurde. Ziel des Projektteams war es, ein möglichst langlebiges Baumaterial zu entwickeln, bei dessen Herstellung weitestgehend auf die Verwendung erdölbasierter Komponenten und Additive verzichtet werden kann. Vor diesem Hintergrund wurde das Biokunststoffgranulat Arboblend weiterentwickelt, das je nach Rezeptur unter anderem aus Biopolymeren, Lignin, Naturharzen, Zellulose und biologischen Additiven besteht. Für das Fassaden-Mock-Up wurde das Granulat eingeschmolzen, zu ebenen rechteckigen Platten extrudiert und thermoplastisch verformt (siehe Video im Anhang). Die auf diese Weise entstandenen Elemente besitzen allesamt die gleiche Form, wurden aber durch unterschiedliche CNC-Fräspfade so beschnitten, dass jedes Element anders erscheint. Die bei der Herstellung anfallenden Schnittreste konnten regranuliert und wiederum für die Plattenextrusion eingesetzt werden.

Grundsätzlich gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, die Biokunststoffelemente zu gestalten. Mittels Bohren, Bedrucken, Laminieren, Lasern, CNC‐Fräsen oder Tiefziehen lassen sich verschiedene Oberflächenqualitäten, Strukturen und Formteile erstellen. Die Halbzeuge eignen sich zur Bekleidung ebener oder frei geformter Innen‐ und Außenwände. Am Ende ihrer Nutzungsdauer lassen sie sich nahezu CO₂‐neutral verwerten oder kompostieren. Die im Mock-Up verwendeten Elemente weisen darüber hinaus eine weitere Besonderheit auf: Nach Angaben des ITKE wurde die doppelt gekrümmte Haut aus miteinander gekoppelten 3,5 mm dicken Biokunststoff‐Pyramiden zu Mittragwirkung und Aussteifung des Gesamtsystems herangezogen. Dies zeigt das Potenzial, den Kunststoff als steifes und dabei relativ leichtes Material mit einer minimierten Anzahl von Auflagerpunkten verwenden zu können. Die Idee für Arboskin wurde mit dem Preis „Deutschland – Land der Ideen 2013“ prämiert.

Projektteam: Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart unter der Leitung von Jan Knippers und Carmen Köhler (Projektleitung, Forschung Material und Architekturanwendungen); Tecnaro, Ilsfeld-Auenstein (Materialentwicklung); Bauer Thermoforming, Talheim (Fertigungstechnik); Spek Design, Stuttgart (Produktgestaltung und Anwendungen); Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart (Umwelttechnik und Ökobilanzierung)