Henrik Funke

The construction industry is obligated to make significant efforts to ensure a sustainable future, particularly with regard to reducing CO ₂ emissions. A predominant element of this is the conservation, assurance and storage of energy, with a concurrent reduction in CO ₂ emissions. It is evident that this will not occur spontaneously; a multitude of technological advancements are imperative. The most prevalent form of energy is heat. It is very important to reduce and save this power, but also to store it. The present study investigates a carbon fiber textile concrete heating plate that incorporates phase change material. The plate exhibits the capacity to convert electrical energy, whether self-generated by photovoltaic (PV) panels or obtained from the electrical grid, directly and efficiently into thermal energy. This thermal energy can be released to the environment in a targeted manner, controllable via integration into smart home systems. The effect of phase change material is also discussed. As these store heat latently, a special adjustable temperature plateau can be set in the heating process. The requisite temperature increase, in relation to the energy storage capacity, was determined through a combination of calculations and empirical testing. This analysis considered the thickness of the plates and the proportion of phase change material. The concrete used consists of CO ₂ -reduced cement and local resources. Combined with presence recognition and artificial intelligence for lifestyle habits, these smart homes will be able to efficiently distribute rare and precious energy to where it is needed.

Im Kontext der Industrie 4.0 steht in der modernen Fließfertigung die durchgängig digital gesteuerte Wertschöpfungskette im Fokus. Insbesondere die Kombination nach den Leichtbauprinzipien mit einer dünnen Spritzbetonschicht und rippenförmigen Stützkonstruktionen, z. B. für Fassadenelemente, führt zu hocheffizienten Bauteilen mit hoher Tragfähigkeit und hochwertigen Oberflächen. Die entwickelte kombinierte Betonspritz‐Extrusion‐Multitool‐Düse bietet die Möglichkeit sowohl des Spritzens als auch des Extrudierens. Darüber hinaus steht die automatisierte Integration von Ankern im Fokus der Fließfertigung, für die spezielle Anker und Werkzeugsysteme entwickelt wurden. Anhand der ermittelten Kennwerte konnten die Praktikabilität und die Produktivitätssteigerung nachgewiesen werden. Diese Daten bilden die Grundlage für einen Digitalen Zwilling in Vorbereitung auf Industrie 4.0. Die Produktivitätssteigerung in der additiven Fertigung führt zu positiven wirtschaftlichen Effekten. Anwendungen von hochfesten Leichtbaustrukturen im Bauwesen werden attraktiver und ermöglichen die Serienumsetzung freiformmodularer Konstruktionen.

Die robotergestützte Betonextrusion ist ein neuartiges additives Fertigungsverfahren, bei dem Strategie, Werkstoff und Förderanlage gezielt aufeinander abgestimmt sein müssen. Insbesondere die reale Form des extrudierten Materialstrangs unterliegt entlang des Startpunkts über Hauptextrusionsphase bis zum Ausschaltvorgang durch lokale Über‐ und Unterextrusionen signifikanten Schwankungen, die den Qualitätsvorgaben meist nicht genügen. In dieser Arbeit wird ein Kalibrierverfahren für Extrusionsprozesse entwickelt, softwareseitig angepasst und erprobt sowie Auswirkungen der Vorschubgeschwindigkeit auf die Bauteilqualität untersucht. Hierzu wurden unterschiedliche Kalibrierverfahren aktueller additiver Fertigungsprozesse betrachtet und hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für die Extrusion von mineralischen Suspensionen ausgewertet. Darauf aufbauend erfolgte die theoretische Erarbeitung einer allgemeingültigen Vorgehensweise zur Kalibrierung und deren praktische Umsetzung. In den durchgeführten Funktionstests verringerte das Kalibrierverfahren die Prozessvorbereitung, erhöhte die Prozesssicherheit durch die stabilisierte Extrusion und verkürzte die Taktzeit. Diese Steigerung der Produktivität in der additiven Fertigung führt einmal zu positiven wirtschaftlichen Effekten und des Weiteren werden Anwendungen von hochfesten Leichtbaustrukturen im Bauwesen attraktiver. Zudem ermöglicht es die serienmäßige Umsetzung von freigeformten Modulbauweisen.