Design und Bau eines Möbels aus Hochleistungs-Betonbei Prof. Kloft

D er Stuhl zeigt die Potentiale, die sich mit heutiger Betontechnologie auftun. Beton ist nicht mehr das massive und schwere Material, sondern nähert sich der Leistungsfähigkeit anderer Werkstoffe, insbesondere des Stahls an. Die enorme Druckfestigkeit von Hochleistungsbetonen in Kombination mit extrem zugfesten Kohlefasergeweben, ermöglicht zukünftig filigrane Leichtbaustrukturen mit nahezu unbegrenztem Formenspektrum.

Skizzen
Skizzen
Entwurfsprozess

D ie Form des Stuhles entsprang einer einfachen Entwurfsidee: Wenn die geometrische Form optimal auf die Bedürfnisse der Belastung abgestimmt ist, dann ist ein sehr dünner Querschnitt ausreichend. Doppelt gekrümmte Flächen sind hier ideal, da sie aufgrund der Geometrie eine hohe Eigensteifigkeit besitzen. Die Querschnitte können somit an die zu erwartenden Belastungen variabel angepasst werden.

Perspektiven
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360°
Ansichten & Schnitte
Ansichten & Schnitte
Sprengisometrie
Sprengisometrie
Fertigung

E iner der entscheidenden Faktoren für den Fertigungserfolg des Beton-Möbels ist die Anfertigung der Schalung. Bei einer mehrfach gekrümmten Form, wie der des SIMPLE THIN[G], sind die Planung und Durchführung der Schalung mit großem Aufwand verbunden. Die Schalung selbst, welche von der OBO-Werke GmbH & Co. KG gesponsert wurde, besteht aus einem sehr dichten und festen Polyurethan, welches fräsbar ist und sich vor allem durch eine enorm glatte Oberfläche auszeichnet. Geliefert wird dieses sogenannte „Obomodulan“ in Platten mit den Maßen 150 cm x 50 cm x 10 cm (L x B x H). Um die mehrfach gekrümmte Form des Möbels mit einer 3-achsigen CNC-Fräse aus der begrenzten Anzahl an Obomodulan Platten anzufertigen, musste die Schalung in 24 Einzelteile zerlegt werden. Die Schnittstellen dieser Einzelteile wurden sorgsam bedacht, da sie geometrisch sinnvoll gelegt werden müssen, um die Teile fräsbar zu machen, gleichzeitig aber auch den Materialaufwand möglichst gering zu halten. Nach dem Fräsvorgang wurden die fertigen Einzelteile dann miteinander verleimt bzw. verschraubt, sodass die Schalung am Ende nur noch aus zwei miteinander verschraubbaren Teilen besteht.

Foto 01
Foto 01
„Prototyp“

E rst als die gesamte Schalung in einem Stück miteinander verbunden war, wurde sie durch Schleif- und Polierprozesse nachbehandelt, so kann gewährleistet werden, dass Fehl- und Nahtstellen minimiert oder sogar vermieden werden. Durch die Nachbehandlung erhält die Schalung eine extrem glatte Oberfläche, welche sich wiederum positiv auf die Oberfläche des später aus ihr entstehenden Betonmöbels auswirkt. Da der Beton für das Möbel nicht gegossen sondern laminiert wird, wird nur die Vorderseite des Möbels als Schalung hergestellt. Um den Prozess des Laminierens praktisch durchführbar zu machen und das Möbel am Ende ohne Probleme aus der Schalung zu bekommen, wird eine Reihe von Vorkehrungen getroffen. Zum einen besteht die Schalung, wie bereits erwähnt, aus zwei miteinander verschraubbaren Teilen, welche nach dem Erhärtungsprozess des Betons voneinander gelöst werden. Somit ist es möglich das Möbel zu entfernen ohne die Schalung zu zerstören, was die Schalung mehrfach verwendbar macht. Zum anderen wurde eine Unterkonstruktion aus Holz angefertigt, die das Laminieren von oben und das Bewegen der schweren Schalungsteile (eine der Obomodulan-Platten wiegt ca. 200 Kg) ermöglicht. Eine weitere Vorkehrung ist das Anbringen eines Randstücks aus Gummi, welches sowohl für den exakten Abschluss der Kanten sorgt, als auch beim Laminieren für die Einhaltung der gewünschten Wandungsstärke von ca. 8mm sorgt.

Schalung mit Unterkonstruktion
Schalung mit Unterkonstruktion

D ie Geometrie des Möbels wurde einer umfassenden Analyse und Berechnung unterzogen. Somit konnte der Kräfteverlauf innerhalb der Struktur nachvollzogen und potentiellen Schwachpunkten entgegengewirkt werden. In der Umsetzung bedeutet dies, dass an stark zugbelasteten Stellen der Bewehrungsanteil erhöht, der Querschnitt und somit die statische Nutzhöhe vergrößert wurde. Die theoretische Analyse begleitete den Entwurfsprozess von Anfang an und diente als wichtiges Werkzeug für Optimierungen an Form und Tragstruktur.

Schnitte
Schnitte
„Bewehrungseinlagen“

U m die Schwachstellen zu ermitteln sind Simulationen gemacht worden.

Simulation
Simulation
„Belastung und Kräfte“

D ie Positionierung der textilen Bewehrung innerhalb des Betons ist von grundlegender Bedeutung, um auf die statischen Erfordernisse zu reagieren. Bei Veränderung der Bewehrungsmenge in einem bestimmten Bereich, ändert sich gleichtzeitig die Materialstärke, um eine genügende Abdeckung zu gewährleisten. Die Bestimmung der Position ist mit Hilfe von parametrischer Software geschehen. Dabei wird jeder Materialquerschnitt des kompletten Sessels gedrittelt, damit innerhalb des Volumens zwei Zonen entstehen. In diesen Zonen werden Bewehrungsstreifen eingelegt und mit einander verschnitten, um die statitsche Wirksamkeit zu behalten.

Details
Details
„Bewehrung“
Foto 02
Foto 02
„Prototyp“

Team:                              Rane Makdasi,  Henrik Plumeyer,  Jean-Marin Senff,  Alexander Sommer