Faserpavillon, Bundesgartenschau 2019, Heilbronn (17. April - 06. Oktober 2019)

Faserpavillon, Bundesgartenschau 2019, Heilbronn (17. April - 06. Oktober 2019)

Eingebettet in die wellenförmige Landschaft der Bundesgartenschau bietet der BUGA Faserpavillon seinen Besuchern ein einzigartiges architektonisches Erlebnis und einen Blick in die Zukunft des Bauens. Der Pavillon ist das Resultat langjähriger bionischer Forschung des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und des Instituts für Tragkonstruktion und konstruktives Entwerfen (ITKE) an der Universität Stuttgart.

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Das Gebäude zeigt, wie das Zusammenführen von modernsten Computertechnologien und Konstruktionsprinzipien aus der Natur die Entwicklung eines gänzlich neuartigen Bausystems ermöglicht. Die tragende Struktur des Pavillons besteht ausschließlich aus Faserverbundwerkstoffen und wird in einem robotergestützten Fertigungsprozess hergestellt. Diese weltweit einzigartige Struktur ist nicht nur hocheffizient und außergewöhnlich leicht, sondern sie ermöglicht gleichzeitig auch einen unverwechselbaren architektonischen Ausdruck und ein außergewöhnliches Raumerlebnis.

Neuartiges, von der Natur inspiriertes Faserverbundbausystem

In der Biologie bestehen die meisten tragenden Strukturen aus Fasern, wie zum Beispiel Zellulose, Chitin oder Kollagen, und einer stützenden Matrix, welche die Fasern in Position hält. Sowohl die erstaunliche Leistungsfähigkeit als auch die Ressourceneffizienz biologischer Strukturen ergeben sich aus eben diesem Fasersystem. Orientierung, Ausrichtung und Dichte der Fasern sind präzise abgestimmt und lokal ausdifferenziert, so dass nur dort Material platziert wird, wo es tatsächlich benötigt wird.

Mit dem BUGA Faserpavillon wird dieses biologische Prinzip auf die Architektur übertragen. Die verwendeten Verbundwerkstoffe aus Glas- und Kohlefaser sind für solch einen Ansatz ideal geeignet.

Das Projekt baut auf der langjährigen bionischen Forschung des Instituts für computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und des Instituts für Tragkonstruktion und konstruktives Entwerfen (ITKE) in diesem Bereich auf. Es zeigt, wie die interdisziplinäre Erforschung biologischer Prinzipien in Verbindung mit digitalen Technologien zu einem neuartigen und genuin digitalen Faserverbundbausystem führen kann. Noch vor wenigen Jahren wäre es unmöglich gewesen, einen Pavillon dieser Art zu planen oder zu bauen.

Integratives, computergestütztes Design und robotische Fertigung

Der Pavillon besteht aus mehr als 150.000 Metern räumlich angeordneter Glas- und Kohlestofffasern. Deren individuelle Orientierung sowie die Entwicklung der sich daraus ergebenden Laminate wäre mit einem herkömmlichen, linearen Planungsprozess und konventionellen Produktionstechnologien kaum umsetzbar gewesen. Dies führte zur Entwicklung eines neuartigen Co-Design-Ansatzes, bei dem die Anforderungen aus Architektur, Tragwerk und robotischer Fertigung in einem kontinuierlichen digitalen Prozess integriert wurden. Auf diese Weise können Dichte und Ausrichtung der Fasern in jedem Bauteil unter Berücksichtigung der Fertigungsbedingungen individuell abgestimmt, strukturell ausgelegt und architektonisch gegliedert werden.

Die Bauteile werden in einem robotergestützten, kernlosen Faserwickelprozess hergestellt. Dieser neuartige Ansatz zur additiven Fertigung wurde an der Universität Stuttgart entwickelt. Faserstränge werden von einem Roboter frei zwischen zwei rotierenden Wickelgerüsten platziert. Dabei ergibt sich die definierte Form des Bauteils durch die Wechselwirkungen der Fasern, ohne dass ein Formenbau oder Kern zur Ablage erforderlich ist. Dies ermöglicht eine maßgeschneiderte Form und individuelle Faserlagen für jedes Bauteil ohne wirtschaftliche Nachteile gegenüber einer Serienfertigung gleicher Bauteile. Darüber hinaus entstehen keine Produktions- oder Materialabfälle. Bei der Herstellung entsteht ein Netz aus lichtdurchlässigen Glasfasern, auf dem schwarze Kohlenstofffasern genau dort platziert werden, wo sie statisch benötigt sind. Dies verleiht den hochbelastbaren Bauteilen ihr unverwechselbares architektonisches Erscheinungsbild.

Die Serienproduktion der Elemente erfolgte durch den Industriepartner des Projekts, der FibR GmbH. Für die Herstellung jedes Tragelements sind rund 1.000 Metern Glas- sowie 1.600 Metern Kohlestofffasern erforderlich und werden durchschnittlich vier bis sechs Stunden benötigt.

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