_Integrales Planen

Die Universität Stuttgart und vor allem das Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und das Institut für Tragkonstruktion und konstruktives Entwerfen (ITKE) sind bekannt für ihre zukunftsweisende Forschung im Bereich der robotischen Fertigung. Im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC)“ entstand der Hybrid-Flachs Pavillon, der seine Tore erstmals 2024 zur Landesgartenschau in Wangen im Allgäu öffnete.

Wie der Name vermuten lässt, besticht der Ausstellungsbau durch seine besondere, biobasierte Bauweise: Die Dachkonstruktion setzt sich aus schlanken Brettsperrhölzern und robotisch gewickelten Flachsfasern zu einem neuartigen Tragsystem mit regionalen Baustoffen zusammen. Die Flachsverarbeitung war einst wichtiger Bestandteil der regionalen Textilindustrie. So wurde auch das alte Spinnereigelände im Zuge der Landesgartenschau saniert und in das Areal integriert. 

Dauerhafter Ausstellungspavillon in Rekordzeit errichtet

Die gewellte Dachkonstruktion ruht auf einem kreisrunden Grundriss mit einer umlaufenden Glasfassade, in dessen Mitte der offene Klimagarten platziert ist. Die transparente Hülle lässt Innen- und Außenraum verschwimmen. Insgesamt überspannt die Konstruktion 380 Quadratmeter Ausstellungsfläche. Die Bodenplatte besteht aus Recyclingbeton und wird durch Erdwärme aktiviert, was die ganzjährige Nutzung des Pavillons ermöglicht. Das Bauvorhaben zeigt, dass ein weitläufiger stützenfreier Raum bei gleichzeitiger Minimierung des Materialeinsatzes überspannt werden kann. Hierfür wechseln sich reine Holzelemente mit 20 Hybridbauteilen ab. 

Computerbasierte Planungsmethoden, die frühe Integration verschiedener Fachdisziplinen in den Planungsprozess und eine präzise Vorfertigung führten zu einem erstaunlich schnellen Bauprozess: Für die gesamte Planung, Fertigung und Ausführung brauchte es nur zwölf Monate. Die Vor-Ort-Montage aller 44 Deckenelemente konnte sogar in nur acht Tagen abgeschlossen werden.

Leichte, effiziente Bauteile

Bereits seit 2019 forschen das ICD und das ITKE gemeinsam als Teil des Exzellenzclusters IntCDC an Entwurfs- und Fertigungsmethoden für Tragwerke aus Faserverbundstoffen und materialsparenden Konstruktionen (siehe Bauwerke zum Thema). 

Für die Entwicklung des Hybrid-Pavillons setzte das Planungsteam auf die Eigenschaften des jeweiligen Materials: Die Holzelemente sind auf Druck beanspruchbar, die Naturfasern übernehmen die Zugkräfte. Zur Verstärkung der Holzplatten wurden eine Flachsfaserstruktur unter jedes zweite Element geschraubt. Diese Materialkombination erreicht eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit – auch bei großen Schneelasten – und ermöglicht zugleich ein gewichtsparendes Tragwerk mit nur zwölf Zentimeter hohen Holzplatten. Eine Fünf-Achs-Fräsmaschine produzierte die Platten mit Aussparungen und den abgeschrägten Kanten, an denen die unterschiedlich geneigten Bauteile sauber aufeinanderstoßen. Die Faser-Holz-Hybridkomponenten überbrücken eine Spannweite von 8,6 Metern zwischen den äußeren und inneren Stützen. Im Sinne der Zirkularität können sie sortenrein in die Einzelteile zerlegt werden – eine zukünftige Materialwiederverwendung und -verwertung ist möglich. 

Roboter wickeln Naturfasern

Der Faserkörper besteht aus mehreren sequenziell gewickelten Flachsfaserlagen. Die primäre Faserstruktur – die Spine – wirkt als zentraler Unterzug. Auf einen maßgefertigten Rahmen werden die Flachsfasern robotisch aufgewickelt: Aus mehreren Lagen Fasern bildet sich so ein gleichmäßiges Fasernetz. Zusätzliche Lagen zur Eckverstärkung unterstützen die Konstruktion in strukturell kritischen Bereichen. 

Nach einer Reihe von Prototypen wurden an der Universität Stuttgart die finale Geometrie, Faserstrukturen und Herstellungsprozesse entwickelt und getestet. Ein Sechs-Achs-Roboterarm fertigte die Prototypen. Nach Abschluss der Testphase einschließlich der statischen Versuche führte der Industriepartner die Serienproduktion mit einer industriellen Fünf-Achs-Faserwickelmaschine durch. Die Fertigungsplanung ließ sich direkt in den computerbasierten Entwurfsprozess integrieren; eine speziell entwickelte Software wandelte die geometrischen Daten des Faserelements in einen ausführbaren Maschinencode um. -st

Bautafel

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