Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV
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Rebar 3D – Prozessrouten zur Herstellung von FKV-Bewehrungsstäben in Beton

Entwicklung neuartiger, großserientechnischer Prozessrouten für unterschiedliche Matrixsysteme zur Herstellung von FKV-Bewehrungsstäben mit unterschiedlichen Biegeradien und deren Implementierung in Beton-Halbzeugen

Faserverbundbewehrung in der Bauindustrie

Beton mit Stahlbewehrung ist aktuell Standard im Bauwesen. Er ist günstig und konstruktiv flexibel. Dennoch stößt dieses System zunehmend an seine Grenzen. Stahl korrodiert und führt dabei zu erheblichen Aufwänden für Überwachung, Instandsetzung und Verstärkung. Um die Bewehrung zu schützen, sind große Betonüberdeckungen nötig, was Bauteile schwer macht und den Material- und Energiebedarf erhöht.
Hinzu kommt: Die Herstellung von Zement und Stahl gehört zu den CO₂-intensivsten Industrieprozessen. Mehr Beton und mehr Stahl bedeuten direkt höhere Treibhausgasemissionen – sowohl in der Produktion als auch beim Transport der schweren Fertigteile. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Stahl verschlechtert zusätzlich die Energieeffizienz von Gebäuden, und die elektrische Leitfähigkeit schränkt den Einsatz in EM-sensiblen Bereichen ein. Auch die schlechte Zerspanbarkeit ist problematisch, etwa beim Tunnelbau, wenn nachträglich Öffnungen geschaffen werden müssen.

Faserverstärkte Kunststoffe (FKV), insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), haben sich in den vergangenen Jahren als vielversprechende Alternative zur Stahlbewehrung etabliert. Sie sind korrosions- und chemikalienbeständig, deutlich leichter, weniger wärmeleitfähig, elektrisch nichtleitend und wesentlich besser zerspanbar. Weil FKV nicht korrodieren, kann die Betonüberdeckung reduziert werden. Diese Einsparung von Beton senkt CO₂-Emissionen und schont Ressourcen.



Serientaugliche Prozessrouten für FKV-Bewehrungsstäbe

Roboterunterstütztes Umformen von FVK
Biegetechnologie von faserverstärkten Kunststoffen am Fraunhofer IGCV: Biegeanlage HotBend 35

Ziel des Projekts »Rebar 3D« ist die Entwicklung neuartiger, großserientauglicher Prozessrouten zur Herstellung von FKV Bewehrungsstäben mit unterschiedlichen Matrixsystemen und Biegeradien sowie deren Implementierung in Beton Halbzeuge. Dazu werden sowohl duroplastische als auch thermoplastische Matrixsysteme betrachtet und die jeweiligen Fertigungs- und Umformprozesse so optimiert, dass eine hochratenfähige, automatisierte Produktion möglich wird. Für thermoplastische Stäbe stehen die Entwicklung und Optimierung effizienter Biegeprozesse im Fokus, die die Nachformbarkeit dieser Systeme gezielt nutzen. Ergänzend wird ein Verfahren zur Herstellung geformter duroplastischer Stäbe entwickelt. Die so erzeugten geraden und gebogenen Profile können anschließend zu anwendungsspezifischen Bewehrungsstrukturen kombiniert und in Betonfertigteilen eingesetzt werden.

Biegeprozesse für thermoplastische FKV-Bewehrungen mit optimiertem Thermomanagement

Das Fraunhofer IGCV entwickelt im Projekt »Rebar 3D« einen Biegeprozess für thermoplastische FKV Bewehrungsstäbe. Anders als duroplastische Varianten lassen sich diese Stäbe nach der Pultrusion erneut erwärmen und formen. Das eröffnet große Gestaltungsfreiheit und bessere Recyclingoptionen, stellt die Prozesstechnik jedoch vor Herausforderungen: In konventionellen Verfahren ist im Biegeprozess kaum ein definiertes Thermomanagement möglich, was zu hohen Biegekräften führt. Diese belasten die Werkzeuge stark und führen leicht zu Faserbeschädigungen und ungenauen Biegeradien.

Um das zu lösen, konzipiert das Fraunhofer IGCV ein verbessertes Thermomanagement in der thermoplastischen Biegetechnologie. Die Biegestelle wird lokal und energieeffizient auf Umformtemperatur gebracht, direkt danach im gewärmten Werkzeug gebogen und gezielt wieder abgekühlt. So bleibt die Faserarchitektur erhalten, Matrixeigenschaften können eingestellt werden und der Biegebereich wird präzise fixiert und enge Biegeradien für verschiedene Durchmesser lassen sich reproduzierbar einstellen. Die bewegliche IR Einheit und das variotherme Werkzeug sind so abgestimmt, dass sich der Prozess für eine industrielle Serienfertigung mit kurzen Taktzeiten eignen soll.