Qualitätsgesicherte Fließfertigung leichter UHFB-Stabelemente mittels Künstlicher Neuronaler Netze

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ludger Lohaus; Professor Dr.-Ing. Raimund Rolfes
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423958617

Das Bauen mit Beton ist noch immer stark handwerklich geprägt, wobei der Großteil der Wertschöpfung der Stahlbetonbauteile auf der Baustelle erfolgt. Aufgrund der Abhängigkeit von äußeren Randbedingungen, wie beispielsweise der Witterung, ist der Bauprozess stark störanfällig. Weiterhin führt die Abhängigkeit von den handwerklichen Fähigkeiten der ausführenden Bauarbeiter immer wieder zu Qualitätseinbußen. Lange Bauzeiten sind eine Folge der Fertigung auf der Baustelle. Durch die Fertigteilbauweise kann ein Teil der Probleme der Fertigung auf der Baustelle gelöst werden. Jedoch führen die gleichen, aufwändigen Fertigungsschritte wie bei der Ortbetonbauweise (Bewehrung und Schalung vorbereiten, Ausschalen, Schalung reinigen) zu ähnlichen Problemen.Eine modulare Bauweise soll zu einer schnelleren und wirtschaftlicheren Bauweise führen. Durch die Reduktion der möglichen Bauteile auf einen Katalog von Elementen werden höhere Wiederholraten möglich. Diese können in einer wirtschaftlichen Fließfertigung produziert werden.Ein Fachwerk mit Knoten und Stabelementen soll Tragstrukturen ermöglichen, welche in kurzer Zeit mit hoher Präzision zu errichten sind. Schwerpunkt der beantragten Forschung ist die Fertigung der Stabelemente durch Strangpressverfahren. Für am Institut für Baustoffe (IfB) entwickelte Hohlzylinder aus ultrahochfestem Beton (UHFB) mit Carbonbewehrung werden Methoden zum Strangpressen entwickelt. Diese Konstruktion zeichnet sich durch ein besonders geringes Eigengewicht, eine hohe Knickstabilität und ein duktiles Bauteilverhalten aus. Das Strangpressen von UHFB erfordert ein hohes Maß an Qualitätssicherung. Im Fall des beantragten Forschungsvorhabens soll eine kontinuierliche, selbstlernende Qualitätssicherung in Form eines Künstlichen Neuronalen Netzes (KNN) zum Einsatz kommen, welches vom Institut für Statik und Dynamik (ISD) entwickelt werden wird.Es soll ein Strangpressverfahren für UHFB entwickelt werden, welches ein Sensorkonzept “ab Bauteilgeburt”, d. h. ab den ersten Schritten der Herstellung, implementiert. Die Messdaten werden vom KNN genutzt, um den Prozess zu überwachen. Dazu wird das KNN durch Versuche zum Strangpressen angelernt und durch das absichtliche Herbeiführen bzw. Simulieren von Fehlern darauf “trainiert”, relevante Produktionsfehler zu erkennen und Gegenmaßnahmen zu empfehlen. Abschließend wird in einer statistischen Auswertung von Traglastversuchen der Sicherheitsgewinn durch diese Art der Qualitätssicherung quantifiziert. Das Arbeitsprogramm sieht die folgenden Arbeitspakete vor:-Entwicklung einer Methode zum Strangpressen von UHFB-Hohlzylindern-Entwicklung eines Sensorkonzepts-Versuche zum Strangpressen von UHFB-Anlernen des KNNs-Simulation von Prozessfehlern-Quantitative Bewertung des Sicherheitsgewinns

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2187: Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden - Präzisionsschnellbau der Zukunft