Transferassistent – Mulitaxiale Garnablage – MINT-Fachkräftebindung 2021 bis 2027

Ziel des Projektes ist die Weiterentwicklung und industrielle Überführung der multiaxialen Direktgarnablage-Technologie (MDGA) zur Herstellung neuartiger, ressourceneffizienter Carbonbewehrungen für Betonfertigteile.
Durch die automatisierte, lastpfadgerechte Ablage von Carbonfasern soll ein innovatives Halbzeug entstehen, das eine präzise Anpassung der Bewehrungsstruktur an die Belastungsanforderungen ermöglicht.

Problemstellung und Kontext:
Die konventionelle Bewehrung von Betonbauteilen erfolgt meist mit stahlbasierten Systemen, die korrosionsanfällig, schwer und materialintensiv sind. Selbst bestehende textilbewehrte Alternativen erfordern komplexe Fertigungsschritte, die eine großflächige industrielle Anwendung bisher begrenzen.
Die multiaxiale Direktgarnablage-Technologie bietet hier einen Paradigmenwechsel: Sie erlaubt eine verschnittfreie, robotergestützte Ablage der Carbonfasern direkt auf einem Träger oder in der Schalung – präzise, digital steuerbar und ressourcenschonend.

Gesellschaftliche Relevanz:
Das Projekt leistet einen direkten Beitrag zur Transformation der Bauwirtschaft hin zu einer CO₂-armen Kreislaufproduktion.
Durch den Einsatz korrosionsfreier Carbonbewehrungen können Bauteildicken reduziert, Materialverbräuche um bis zu 40 % gesenkt und Lebenszyklen von Bauwerken deutlich verlängert werden. Damit trägt das Vorhaben zu den Zielen der nationalen Klimaschutz- und Ressourceneffizienzstrategie sowie der Bauwende bei.

Nutzungsmöglichkeiten:
Die erzielten Ergebnisse sollen der Betonfertigteilindustrie, Planungsbüros und Bauunternehmen neue Anwendungen im Bereich von Leichtbau-, Infrastruktur- und Sicherheitsbauteilen ermöglichen. Besonders für dünnwandige Fassaden, Deckenplatten und modulare Brückenelemente ergeben sich deutliche Potenziale.

Hintergründe zu den Fragestellungen:
Im Zentrum des Projekts steht die Frage, wie die Prozessparameter der multiaxialen Garnablage (Faserorientierung, Tränkung, Spannung, Geschwindigkeit) so optimiert werden können, dass reproduzierbare, leistungsfähige Carbonbewehrungen entstehen, die sich ohne Zwischenschritte in Betonfertigungslinien integrieren lassen.
Hierbei wird untersucht, welche technologischen Grenzen, wirtschaftlichen Einflussgrößen und normativen Voraussetzungen für eine Industrialisierung der Technologie bestehen.

Lösungsansätze:
Das Projekt verfolgt einen integrierten Forschungs- und Transferansatz, der die technische Entwicklung mit dem industriellen Anwendungsbezug verbindet.
Dazu wird die Technologie schrittweise vom Labor- in den Pilotmaßstab überführt. Die wesentlichen Lösungsansätze umfassen:

• Entwicklung optimierter Prozessparameter (Garnspannung, Tränkungstemperatur, Ablagegeschwindigkeit) für eine lastpfadgerechte Ablage,
• Integration digitaler Sensorik und Prozessüberwachung zur Echtzeitsteuerung,
• Validierung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften der erzeugten Strukturen durch Zug-, Biege- und Scherversuche,
• numerische Simulation mittels FEM-Modellen zur Abbildung des Materialverhaltens,
• Erarbeitung eines Kriterienkatalogs zur Bewertung technologischer, wirtschaftlicher und ökologischer Faktoren,
• Zusammenführung von Forschung und Praxis durch den Transferassistenten als Schnittstelle zwischen Hochschule und Industrie.

Untersuchungsmethoden:
Die methodische Basis bilden experimentelle Versuchsreihen, Werkstoffanalytik (Mikroskopie, mechanische Prüfungen), prozessbegleitende Datenerfassung (Sensorik, Regelungstechnik) sowie digitale Modellierung.
Durch die Kopplung experimenteller Daten mit Simulationsergebnissen werden Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Prozessparametern und Bauteileigenschaften identifiziert.

Einbindung der Expertise an der HTWK Leipzig:
Das Vorhaben wird fachlich durch die HTWK Leipzig, insbesondere durch das Forschungs- und Transferzentrum (FTZ), begleitet.
Hier besteht eine ausgewiesene Expertise im Bereich Carbonbeton, Textilbewehrungen, Werkstoffanalytik und Bauverfahrenstechnik.
Die vorhandene Infrastruktur – einschließlich Prüfanlagen, Laborautomation und messtechnischer Ausstattung – ermöglicht eine fundierte wissenschaftliche Untersuchung der Prozessparameter.
Der Transferassistent Dr.-Ing. Matthias Tietze übernimmt dabei die Koordination zwischen der wissenschaftlichen Forschung an der HTWK und der praktischen Umsetzung in der Industrie.

Bedarf:
Die Bauwirtschaft steht vor der dringenden Aufgabe, Material- und Energieverbräuche zu reduzieren, ohne die Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Bauwerken zu beeinträchtigen.
Insbesondere der Bereich des Betonfertigteilbaus benötigt innovative Bewehrungssysteme, die korrosionsfrei, leicht, leistungsfähig und automatisiert verarbeitbar sind.
Hier schließt die multiaxiale Direktgarnablage eine entscheidende Lücke zwischen Forschungsergebnissen und industrieller Umsetzung.

Anwendungspotenziale:
Die im Projekt entwickelten Verfahren ermöglichen:

• die Herstellung lastorientierter Carbonbewehrungen mit minimalem Verschnitt,
• die Integration in bestehende Fertigungslinien durch modulare, adaptive Ablagesysteme,
• die Reduktion von Materialeinsatz und CO₂-Fußabdruck um bis zu 40 %,
• neue Gestaltungs- und Funktionsmöglichkeiten (z. B. Kombination mit Sensorik oder Abschirmstrukturen),
• die Serienfertigung von Leichtbauelementen, insbesondere für Decken, Wände und Brücken.

Nutzung und Transfer:
Die gewonnenen Erkenntnisse werden über Demonstrationsbauteile, Technologieworkshops und Kooperationen mit sächsischen KMU direkt in die Praxis überführt.
Darüber hinaus fließen die Ergebnisse in die Weiterentwicklung bestehender Fertigungssysteme und Normungsprozesse ein.
Langfristig soll die Technologie als industrieller Standard für Carbonbewehrungen etabliert werden und somit einen substanziellen Beitrag zur nachhaltigen Transformation des Bauwesens leisten.