2. Kooperationsforum

Textilien in Bau und Architektur

16. Oktober 2012, Würzburg

Bericht

Textilien in Bau und Architektur

  • 170 Teilnehmer aus sechs Ländern
  • Künftige Potenziale für Membranbau und Textilbeton
  • Visionäre architektonische Konzepte und energieeffizientes Bauen

Jährlich setzt die Textilbranche etwa 19,4 Mrd. Euro in Deutschland um, davon über 60 Prozent mit Technischen Textilien. Hiervon gehen bereits 10 Prozent in das Bausegment. Textilien kommen dabei u. a. als Verstärkungsstrukturen in Fassadenelementen, Brücken oder Tunneln, als Geotextilien oder auch als Membranen im Stadionbau zum Einsatz. Ein Großteil der Anwendungen konnte bis vor kurzem noch nicht unter Verwendung textiler Technologien realisiert werden. Experten gehen davon aus, dass neue textile Materialien und Fertigungstechnologien zusätzliche Einsatzbereiche im Bau- und Architektursektor erschließen und damit zu das Marktpotenzial weiter erhöhen. Dafür sind allerdings die erfolgreiche Umsetzung von Innovationen und das Zusammenführen von Akteuren aus Architektur, Bau, Textil- und chemischer Industrie sowie dem Maschinenbau erforderlich.

Dieses Ziel verfolgte das zweite Kooperationsforum „Textilien für Bau und Architektur“ am 16. Oktober 2012 in Würzburg, an dem sich rund 170 Teilnehmer und zwölf Aussteller beteiligten. Das Forum wurde von der Bayern Innovativ GmbH in Kooperation mit dem Verband der Bayerischen Textil- und Bekleidungsindustrie e.V. (VTB) und mit Unterstützung des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie durchgeführt. Weitere Partner waren das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC), das Bayerische Zentrum für angewandte Energieforschung (ZAE Bayern), die Fraunhofer-Allianz Bau sowie vier bayerische Verbände und Organisationen aus dem Bereich Bau und Architektur.

Prof. Dr. Werner Klaffke, seit 1. Oktober 2012 Geschäftsführer der Bayern Innovativ GmbH, betonte in seiner Einführung, dass sich der zukünftige Städtebau vielfältigen Herausforderungen gegenüber sieht. "Zunehmende Individualisierung, demographischer Wandel, eine wachsende Gesamtbevölkerung und die Digitalisierung des Lebensraums führen zu steigenden Anforderungen hinsichtlich Nachhaltigkeit und Energieeffizienz sowie Flexibilität und Adaptivität", so Klaffke. "Textilien bieten vielfältige Potenziale, um diesen Herausforderungen erfolgreich zu begegnen. Neben intelligenten Konstruktionen und Gebäudetechniken sind innovative Materialien gefragt."

Eine zukünftig positive Entwicklung des Sektors sieht ebenfalls Klaus Lindner, Hauptgeschäftsführer des Verbands der Bayerischen Textil- und Bekleidungsindustrie: Die Teilnehmerresonanz auf dem Forum sowie die Vielzahl neuer Technologien und Projekte seien ein deutlicher Hinweis darauf, dass das Potenzial textiler Anwendungsfelder noch lange nicht ausgeschöpft ist. Durch Kreativität und deutsche Ingenieurkunst könnten weitere Bereiche mit textilen Innovationen erschlossen werden.

Das Thema "energieeffiziente und klimaangepasste Stadt" ist Bestandteil der Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung. Sie will damit auf die bereits genannten Herausforderungen reagieren. "Hierfür soll ein Systemforschungsprogramm aufgesetzt werden", erläuterte Dr. Ingo Heinemann, Projektleitung und Forschung "Morgenstadt", Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP). Insgesamt stellt das BMBF für die Hightech-Strategie 560 Mio. Euro zur Verfügung. Das Fraunhofer IBP hat selbst ein Szenario "Morgenstadt" entwickelt. Wichtig sei es, verschiedene Akteure und Innovationsfelder für die Realisierung nachhaltiger Städte zu vernetzen und damit unterschiedliche Innovationszyklen aufeinander abzustimmen. "Erst klimagerecht planen und bauen, dann planungsgerecht klimatisieren", resümierte Heinemann.

Jan Hübener, Architekt bei dem renommierten Büro Zaha Hadid Architects, stellte in seiner Key Note neben realisierten Membranbauten in London (Lilas Installation), Manchester (JS Bach Chamber Music Hall) und Chicago (Burnham Pavillion) auch eine aus mobilen Membranteilen gefertigte Gallerie namens Mobile Art Chanel Contemporary Art Container vor, in der nach Stationen in Hong Kong, Tokyo und New York nun auch in Paris zeitgenössische Kunst ausgestellt wird.

Die nachfolgenden Inhalte sind wie folgt gegliedert:

  • Textiler Membranbau – Strukturen, Konstruktionen, Bauweisen
  • Textile Verstärkungsstrukturen & Funktionsintegration

 


Textiler Membranbau – Strukturen, Konstruktionen, Bauweisen

Membranen ermöglichen nicht nur visionäre architektonische Konzepte, sondern bieten auch Potenzial für energieeffizientes und nachhaltiges Bauen. Das geringe Eigengewicht ist ihr wesentlicher Vorteil. Dank ihrer hohen Flexibilität lassen sich neue Formfindungen und bewegliche Konstruktionen realisieren.

Das Unternehmen Hightex GmbH aus Bernau am Chiemsee ist weltweit führend im Membranbau. Hightex war maßgeblich an den Stadienbauten für die Fußball-WM 2010 in Südafrika, die Fußball-EM 2012 in Kiew bzw. Warschau sowie am internationalen Flughafen in Bangkok beteiligt. "Für diese imposanten Projekte werden heute sowohl Membranen aus Folien (ETFE) als auch aus Textilien verwendet", erklärte Prof. Dr. Jan Cremers, Director Technology, Hightex GmbH. Als Textilien werden hauptsächlich Polyestergewebe mit PVC- bzw. PVDF-Beschichtung oder Glasfasergewebe mit PTFE-Beschichtung eingesetzt. Letztere sind schmutzabweisend, schwer entflammbar und verfügen über eine Lebensdauer von bis zu 35 Jahren. Im Stadionbau werden rund 40.000 bis 70.000 m2 Membran verbaut. Dieser Baustoff spielt auch bei Infrastrukturprojekten wie Bahnhöfen und Flughäfen eine immer größere Rolle. „Gegenwärtig sind im Membranbau Einzellösungen noch der Regelfall – es gibt wenige Standardfälle“, so Cremers. Das heißt, Innovationen sind immer wieder gefordert, wie zuletzt beim Stadion BC Vancouver, bei dem das weltweit erste verfahrbare Membrankissendach umgesetzt wurde.

Hierfür wurde auf eine spezielle Membran zugegriffen, die von der Sefar AG entwickelt wurde: aus 100% PTFE-Gewebe. Das Gewebe eignet sich besonders für bewegliche Konstruktionen, da keine Gefahr für Faserbrüche gegeben ist. Zudem ist das Gewebe transluzent, schmutzabweisend und sehr UV-bzw. temperaturbeständig, wie Cornelia Sand, Produktmanagerin Architecture, Sefar AG, darstellte. Die hohe UV-Beständigkeit war z. B. für ein besonders eindrucksvolles Projekt ausschlaggebend: Sefar lieferte für die Pilgerstätte Medina in Saudi-Arabien das PTFE-Spezialgewebe für 250 Sonnenschirme. Damit wird eine Temperaturreduktion um ca. 8° C erreicht. Sefar führt fast alle Wertschöpfungsstufen aus – vom Weben der PTFE-Garne über die Veredlung bis hin zur Beschichtung. Die Herstellung ist mit einigen Herausforderungen verbunden wie hohe Gleitfähigkeit, hoher Abrieb, Garnunregelmäßigkeit, sehr hohe elektrostatische Aufladung und geringe Haftung. Herzstück ist die speziell entwickelte Beschichtung, die einige dieser Herausforderungen löst und das Fügen mittels Schweißen ermöglicht.

Mit neuartigen Beschichtungen befasst sich auch das ZAE Bayern. So können infrarot-aktive Oberflächen im Bereich der textilen Architektur zur verbesserten Temperaturregelung beitragen, wie Dr. Jochen Manara, Gruppenleiter, ZAE Bayern, aufzeigte. Als Beispiel führte Manara den internationalen Flughafen in Bangkok an: "Die Wärmeabstrahlung konnte durch die Aufbringung einer low-e Beschichtung deutlich reduziert werden." Eine verminderte Wärmeabstrahlung bedeutet eine erhöhte Wärmereflexion. Im Sommer fühlt sich die wahre Raumtemperatur in Räumen mit low-e-Schicht an den Wänden niedriger und damit angenehmer an, im Winter höher und vermittelt damit ein ebenfalls behaglicheres Gefühl. Beides kann Kühl- bzw. Heizenergie sparen helfen und trotzdem den Bereich der Wohlfühltemperatur treffen. Eislaufhallen benötigen weniger Kühlenergie, wenn die Decke über der Eisfläche mit einer textilen Schicht mit niedrigem Emissionsgrad ausgestattet wird. Durch die low-e-Schicht wird weniger Wärme von der Decke auf die Eisfläche abgestrahlt, diese muss dann weniger stark gekühlt werden. Als Beispiel nannte Manara die Eislaufhalle in Landsberg am Lech. Aktuell wird an einer transparenten low-e Beschichtung geforscht: Hierfür gilt es noch die geeigneten Pigmente zu identifizieren.

Leichtbau und Adaptivität sind die Themengebiete von Dr. Walter Haase, Arbeitsgruppenleiter, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart. Oberstes Entwicklungsziel ist dabei die Komfortqualität. Haase gab Impulse für den Einsatz von Mehrlagensystemen mit Textilien zur Dämmung und präsentierte adaptive Systeme wie "aufblasbare Vliesstoffe" zur Dämmung oder innovative Belüftungskonstruktionen und -lösungen mit Textilien. Allgemein liegen die Herausforderungen dabei in den Bereichen Isolation, Kondensation und Akustik.

Textile Verstärkungsstrukturen & Funktionsintegration

Textile Bewehrungen werden bereits für die Verstärkung von Beton genutzt – dabei kommen sowohl Glas- als auch Carbonfasern zum Einsatz. Für Glasfasern liegt bereits eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) vor. Für Carbonfasern wird dies Mitte/Ende 2013 erwartet. Im Vergleich zu Stahl bieten textile Bewehrungen eine Reihe von Vorteilen wie geringe Korrosionsanfälligkeit, extreme Dünnwandigkeit und größere Formfreiheit. Bei dünnerem Aufbau kann eine mindestens gleich hohe wenn nicht sogar verbesserte Belastbarkeit erzielt werden, wie Bernhard Plaggenborg, SGL Carbon Technologies GmbH, darlegte. SGL Carbon treibt die Entwicklungen in diesem Feld gezielt voran – in Kooperation mit verschiedenen Partnern wie V. Fraas Solution in Textiles und der LIBA Textilmaschinenfabrik und unter dem Dach des Markenverbands Tudalit e.V.

Carbonfasern können in verschiedener Form mit Beton kombiniert werden: als Kurzfaser in Faserbeton, als Gewebe zur Verfestigung oder als Profil. 2D- und 3D-Gewirke entwickelt und produziert V. Fraas Solution in Textiles exklusiv für SGL auf von LIBA konstruierten Maschinen.  Bis dato wurde bereits eine Vielzahl an Referenzprojekten mit Carbonfaserverstärkten Beton umgesetzt: Dabei handelt es sich vor allem um Instandhaltungsprojekte wie die Sanierung des Tonnengewölbes im Finanzamt Zwickau oder des Mariendoms Neviges in Köln.

Derzeit arbeitet SGL an der Entwicklung Last abtragender Systeme wie an einem Erdbebensicherungssystem gemeinsam mit dem KIT und Bayer MaterialsScience, an Sandwichfassaden im Rahmen des EU-Projektes Life INSU-Shell sowie an Fahrbahnplatten aus Ultrahochfestem Beton u. a. in Kooperation mit der Bundesanstalt für Straßenwesen und der Universität Kassel. Grundsätzlich sei für die breite Anwendung von Textilbeton noch viel Pionierarbeit zu leisten, so Plaggenborg. SGL sieht auch im Membranbau Einsatzpotenziale für Carbon – an Carbonfasermembranen und -Tapes wird gemeinsam mit dem Ingenieurbüro schlaich bergermann und partner sowie der TU Berlin geforscht.

Dass sich mit Textilbeton auch architektonische Highlights realisieren lassen, z. B. durch die zusätzliche Integration lichtleitender Fasern, war eines der beeindruckenden Beispiele, die Stephan Fichtner, LIBA Maschinenfabrik GmbH, aufzeigte. Der sogenannte Lichtbeton bietet vielfältige Designmöglichkeiten im Exterieur und Innenbereich. Beispiele sind die Promenade in Rotterdam, die Außenwand des neuen ITA Gebäudes an der RWTH Aachen oder die Bar im Sheraton Alpine Hotel am Spitzingsee. Die dahinter stehende Technologie ist das Multiaxialwirken, so Fichtner. Damit lassen sich spezielle 3D-Strukturen aus verschiedensten Materialien herstellen.

Die Entwicklung textilbasierter Sensoren zur Überwachung des baulichen Zustands von textilbewehrten Betonbauteilen ist ein Forschungsfeld des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen. "Dafür will man rostfreie Stahlfasern in das textile Verstärkungsgewebe einarbeiten", erklärte Andreas Koch, RWTH Aachen. Auf diesem Weg will man zukünftig den Feuchtegehalt im Bauteil sowie Belastungen messen. Erste Versuche wurden bereits durchgeführt. Einsatzpotenzial sehen die Forscher u. a. in Risikogebieten für Überflutungen oder Erdbeben.

Für Risikogebiete könnte in Zukunft auch der Einsatz von Smart Materials interessant sein, an denen das Fraunhofer ISC forscht. Diese können mit anderen Werkstoffen – auch Textilien – kombiniert werden. Nach Aussage von Dieter Sporn, Leiter Smart Materials Center, Fraunhofer ISC, befinden sich Smart Materials gegenwärtig an der Schwelle zur Marktreife. Vor allem die Ausstattung von Geweben mit elektrisch leitfähigen und sensorischen Funktionen verzeichnet große Fortschritte. Jene Eigenschaften könnte man nutzen, um Bauteile während und nach Erdbeben oder Unfällen zu überwachen. Aber auch Energy Harvesting Lösungen können mit Smart Materials realisiert werden.

Smart Materials für adaptronische Anwendungen sind u. a. Piezoelektronische Komponenten, Magneto- und Elektrorheologische Flüssigkeiten, Elektroaktive Polymere und Magnetorheologische Elastomere.

Im Vergleich zu Hochbauten lassen sich bei Tiefbauten Alterungsprozesse nicht so einfach beobachten. Für den Tiefbau werden Technische Textilien als Geokunststoffe verwendet; sie sollen u. a. Oberflächen abdichten oder den Untergrund verfestigen. Während der Nutzungsdauer, die mehr als 100 Jahre betragen kann, wird das genutzte Material unterschiedlichsten Einflüssen ausgesetzt: mechanischen, chemischen oder UV-Strahlung. Gemeinsam mit dem Analytik Service Obernburg hat die GEOscope GmbH & Co. KG ein Untersuchungsverfahren entwickelt, mit dem nach ein bis zwei Jahren Schlussfolgerungen auf eine Nutzungsdauer von 100 Jahren gezogen werden können. Dr. Jan Retzlaff, Geschäftsführender Gesellschafter, GEOscope, präsentierte in diesem Zusammenhang die Bedeutung der Untersuchung chemischer Alterungsprozesse durch die Analyse von Hydrolyse- und Oxidationsvorgängen. Darüber hinaus erlaubt das entwickelte Messverfahren auch eine Art Qualitätskontrolle des eingesetzten Rohstoffs.

Das Vortragsprogramm gab einen umfangreichen Überblick über jüngste Innovationen und zukünftige Einsatzpotenziale für Textilien in Bau und Architektur. Am Vortag nutzten bereits rund 50 Teilnehmer die Möglichkeit, das ZAE Bayern und das Fraunhofer ISC in Würzburg zu besichtigen. An die Führung durch die Labore des ZAE Bayern schloss sich eine Begehung des neuen Forschungsmembranbaus „Engergy Efficiency Center“ an. Architekt Thomas Rampp und Stefan Dunkel von Hightex erläuterten vor Ort die besonderen Herausforderungen der Bauweise. Beim Fraunhofer ISC erhielten die Teilnehmer einen Einblick in das Keramische Fasertechnikum und das Center Smart Materials.

Zusätzliche Informationen zum Thema Bautextilien liefert die Ausgabe september 2012 des Journals konTEXTIL.

 

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