Abstract:In Concentrated Solar Power (CSP) plants the incident solar radiation is focused onto a receiver by means of collectors. A fluid is heated up and in a downstream power block electricity is generated. In point-focusing solar towers, the solar concentration is achieved by so-called heliostats that are arranged to a solar field. In this contribution, the development of concrete heliostats with circular shapes and an aperture area of 30 m 2 is presented. A high-performance concrete with high tensile and compressiv… Show more
“… a) Segmente eines Tübbingrings für einen Abwasserkanal, b) modularer Heliostat aus Hochleistungsbeton [10] a) Lining segments of a tunnel ring for sewer, b) modular heliostat made from high‐performance concrete [10] Quelle: a) G. Bogdan…”
Betonfertigteile müssen Toleranzen einhalten, um sie montieren zu können und Tragfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Ansonsten sind Nachbearbeitungen nötig, die den Bauprozess verzögern. Klassischer Toleranzausgleich erfolgt über Pressfugen, die auch die nötigen Kräfte übertragen. Bei modularen Bauweisen steht die Schnellmontage im Vordergrund. Es bieten sich dann Schnellverbinder wie etwa Schrauben oder Trockenfugen an. Aus der feineren Modulteilung entstehen zudem weit mehr Verbindungen, sodass sich Ungenauigkeiten superponieren. Die Anforderungen an die geometrische Genauigkeit steigen rapide. Im Beitrag werden die Herstelltoleranzen für automatisierte Fertigungen seriengerechter Module zusammengestellt und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Für ausgewählte Modultypen werden Abweichungen mittels Fehlerfortpflanzung nachverfolgt und für einzelne Bauabschnitte bzw. ganze Tragwerke überlagert. Es zeigt sich, dass in der Regel automatisierte Fertigungen nötig sind und handwerkliche ausscheiden. Linienartige Modultragwerke erreichen bis etwa 30 m Länge Abweichungen unter 1 mm bei gängigem Zuverlässigkeitsniveau von 2σ. Bei scheibenartigen Tragwerken resultieren Lochspiele unter 0,5 mm, und zwar für hohe Zuverlässigkeitsniveaus von 4σ. Dies gelingt in qualitätsgesicherter, automatisierter Vorfertigung.
“… a) Segmente eines Tübbingrings für einen Abwasserkanal, b) modularer Heliostat aus Hochleistungsbeton [10] a) Lining segments of a tunnel ring for sewer, b) modular heliostat made from high‐performance concrete [10] Quelle: a) G. Bogdan…”
Betonfertigteile müssen Toleranzen einhalten, um sie montieren zu können und Tragfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Ansonsten sind Nachbearbeitungen nötig, die den Bauprozess verzögern. Klassischer Toleranzausgleich erfolgt über Pressfugen, die auch die nötigen Kräfte übertragen. Bei modularen Bauweisen steht die Schnellmontage im Vordergrund. Es bieten sich dann Schnellverbinder wie etwa Schrauben oder Trockenfugen an. Aus der feineren Modulteilung entstehen zudem weit mehr Verbindungen, sodass sich Ungenauigkeiten superponieren. Die Anforderungen an die geometrische Genauigkeit steigen rapide. Im Beitrag werden die Herstelltoleranzen für automatisierte Fertigungen seriengerechter Module zusammengestellt und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Für ausgewählte Modultypen werden Abweichungen mittels Fehlerfortpflanzung nachverfolgt und für einzelne Bauabschnitte bzw. ganze Tragwerke überlagert. Es zeigt sich, dass in der Regel automatisierte Fertigungen nötig sind und handwerkliche ausscheiden. Linienartige Modultragwerke erreichen bis etwa 30 m Länge Abweichungen unter 1 mm bei gängigem Zuverlässigkeitsniveau von 2σ. Bei scheibenartigen Tragwerken resultieren Lochspiele unter 0,5 mm, und zwar für hohe Zuverlässigkeitsniveaus von 4σ. Dies gelingt in qualitätsgesicherter, automatisierter Vorfertigung.
“…Die Bauteile werden zumeist individuell auf einen Anwendungsfall hin produziert, sodass geringe Wiederholungsraten eine effiziente Serienfertigung verhindern. Der Modulbau hingegen setzt auf eine limitierte Variation von Einzelelementen, sodass eine Vielzahl gleicher Elemente in Fließproduktion hergestellt werden, wie es in Bezug auf die Wiederholungsrate beispielsweise bei Tübbigen im Tunnelbau [3] oder bei modularen Solarkollektoren [4] bereits der Fall ist. Auch Fachwerke bzw.…”
Modulares Bauen bietet gegenüber der Ortbetonbauweise ökonomische Vorteile. Die Module können qualitätsgesichert im Werk vorgefertigt und vor Ort montiert werden. Um eine störungsfreie Montage der Module zu ermöglichen, ist eine Tolerierung erforderlich, die die mehrdimensionale Aggregation von Maßabweichungen der Module in komplexen Tragwerken berücksichtigt. Eindimensionale arithmetische und statistische Methoden sind dafür nur bedingt geeignet. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode entwickelt, die modulare Wabenstrukturen mittels direkter Kinematik modelliert und sowohl translatorische als auch rotatorische Lageabweichungen berücksichtigt, die aus Maßabweichungen von Y‐förmigen Modulen infolge Schwindverformungen entstehen. Für ausgewählte Szenarien hinsichtlich Tragwerksgröße und verwendetem Beton werden damit die zur Verbindung der Module notwendigen Lochspiele und Gesamtabweichungen hergeleitet und mit den im Bauwesen gängigen Verfahren des Toleranzmanagements untersucht. Die geometrischen Abweichungen in horizontaler Richtung infolge der Schwinddehnungen unterschiedlicher Betone werden von den normativen Methoden z. T. unterschätzt, da keine Rotationen der Module berücksichtigt werden. Vertikale Abweichungen werden hingegen konservativ abgeschätzt. Die erforderlichen Nennlochspiele steigen mit zunehmender Strukturgröße, sodass Abmessungen von ca. 30 m des klassischen Hochbaus mit normalen Schraubverbindungen Δd ≤ 3 mm assembliert werden können.
“…Beispiele sind Tübbings für maschinell aufgefahrene Tunnel [2, 3], schlanke Trägerroste bzw. Schalen für Solarkollektoren [4, 5] oder Mauerwerkssteine bzw. Ziegel [6].…”
Die adaptive Fertigung von Fertigbetonbauteilen für modulare Tragwerke birgt das Potenzial, Ausschuss und Nacharbeit zu reduzieren. Bei diesem Ansatz wird der Fertigungsprozess auf Basis der Geometrien bereits gefertigter Module iterativ angepasst, sodass sich Maßabweichungen im Gesamttragwerk bestmöglich kompensieren. Im vorliegenden Aufsatz wird untersucht, wie eine solche Kompensation durch gezielte Anordnung der Module in modularen Tragwerken erfolgen kann. Hierzu wird zunächst ein Maß entwickelt, um modulare Tragwerke unter Berücksichtigung der Kompensation von Maßabweichungen geometrisch zu bewerten. Anschließend wird darauf aufbauend ein Optimierungsmodell vorgestellt, mit dem eine optimale Anordnung von Modulen mit gegebenen Maßabweichungen berechnet werden kann. Hiermit werden optimale Lösungen für ausgewählte Fälle betrachtet, um hieraus einen allgemeingültigen Zusammenhang zwischen den Geometrien der einzelnen Bauteile und der geometrischen Bewertung des resultierenden Tragwerks herzustellen. Diese Erkenntnisse dienen als Grundlage für eine adaptive Fertigung.
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