Bauen und Design

Öffentlich geförderte Projekte

Multifrequenz-Reflektometrie zur Analyse des Feuchte- und Salzgehaltes in historischem Mauerwerk

Titel:
Multifrequenz-Reflektometrie zur Analyse des Feuchte- und Salzgehaltes in historischem Mauerwerk - MuReMa
Laufzeit:
01.02.2021 – 31.01.2023
Zuwendungssumme:
377.280 €
Projektpartner:
Prof. Dr. Klaus Drese, Institut für Sensor- und Aktortechnik der Hochschule Coburg ISAT
Programm:
ZukunftBAU des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR)

Projektthematik

Ziel des Projektes ist Entwicklung eines Messsystems zur Bestimmung von Salz- und Feuchtebelastung in historischem Mauerwerk. Dabei kommt die tiefenabhängige zeitaufgelöste Reflektometrie mittels elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Frequenzen zur Anwendung. Die Messmethode der Reflektometrie stellt sicher, dass nur ein einseitiger Zugang zum Mauerwerk erforderlich ist. Oberhalb einer Frequenz von 100-200 MHz lässt sich so der Effekt von Salz und Feuchte auf den Real- und Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstante auftrennen und messtechnisch separieren.

Optimale Multifrequenzkombination

Ziel der geplanten Untersuchungen ist die Identifikation einer optimalen Multifrequenzkombination, mit der sich auch dicke Wände von historischem Mauerwerk bis in die Tiefe von mindestens 50 cm im Reflexionsmodus vermessen lassen und eine ortsabhängige Aussage zu Salz-, Feuchtegehalt und vorliegenden Salzarten erlauben. Weiterhin soll untersucht werden, wie über die Anwendung von „Machine learning-Algorithmen“ auch aus bisher nicht oder nur schlecht auswertbaren Signalen eine Messinformation extrahiert werden kann. Über eine Mehrfrequenzmessung soll außerdem erreicht werden, dass - unabhängig von der Art des Mauerwerks - auf den Feuchte- und Salzgehalt geschlossen werden kann.

Machine Learning-Algorithmen
Vorgesehen ist ein Labortest an bauwerkstypischen Mauerwerksmodellen mit verschiedenen Feuchte- und Salzkonzentrationen, Feuchte- und Salzprofilen sowie unterschiedlichen Salzarten bei mehreren Frequenzen. Auf Grundlage der Messdaten werden Simulationsmodelle zur Beschreibung der Experimente entwickelt bzw. angepasst. Zudem werden Auswertealgorithmen entwickelt, die auf „Machine Learning-Algorithmen“ basieren. Nach der Etablierung der Modelle im Laborversuch erfolgt ein finaler Test im Feld an realem Mauerwerk. Sowohl bei den Laborversuchen als auch bei den Feldtests werden die aus den Messdaten abgeleiteten Werte für Feuchte, Salzgehalt und Salzarten mit den über etablierten Methoden gewonnenen Referenzdaten verglichen.

Digitales Monitoring zur Zustandsüberwachung von Gewölben

Titel:
Entwicklung eines digital basierten Monitoringsystems zur Zustandsüberwachung von Gewölben
Laufzeit:
01.01.2021 – 31.12.2023
Zuwendungssumme:
250.000 €
Projektleiter:
Prof. Dr.-Ing. Olaf Huth
Prof. Dr.-Ing. Matthias Jagfeld
Programm:
Landesforschungsprogramm
Zuwendungsgeber:
StMWK, Programm zur Förderung der angewandten Forschung und Entwicklung an Hochschulen für angewandte Wissenschaften – Fachhochschulen

Projektthematik

Das Bundesland Bayern verfügt über eine große Anzahl mittelalterlicher Sakral- und Profanbauten. Eine wesentliche Besonderheit in diesem Bestand stellt die Vielzahl darin vorhandener Gewölbe dar. Diese sind empfindlich gegenüber Änderungen der Belastungsarten, Lastumlagerungen im Tragwerk, Änderungen im Verhalten des Baugrundes etc. Diese Sensitivität kann sich in möglichen Schädigungen der Gewölbe widerspiegeln. Gewölbe bilden damit auch Indikatoren für den Zustand des Gesamtbauwerkes. Basierend auf diesen Erkenntnissen, kann ein Monitoring von Bauwerksbewegungen ein wichtiges Mittel zur Beurteilung der Standsicherheit von Gewölben sein und so langfristig dazu beitragen, das Bauwerk in einem guten Gesamtzustand zu erhalten. Mögliche Schadensbilder können durch ein Monitoring bereits in ihrer Entstehung erkannt werden. Das Monitoring sollte effizient und in seiner Handhabbarkeit und technischen Realisierung robust auszuführen sein. Ziel des Forschungsprojektes ist es, anhand von Referenzprojekten eine praxisorientierte Vorgehensweise zu entwickeln und zu testen, mit deren Hilfe der Aufwand des Bauherrn für Monitoringsysteme möglichst reduziert wird, ohne dass deren Aussagekraft beeinträchtigt wird. Als wichtig wird eine einfache, möglichst automatisierte Handhabung erachtet. Beim Überschreiten von definierten Grenzwerten sollen dem Bauherrn klare Handlungsanweisungen gegeben werden.

Abgeschlossene Projekte

Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers

Titel:| Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers aus HPC-Fertigteilen und gezahnten Hochleistungs-Verbindungsdetails
Kompetenzfeld:| Konstruktiver Ingenieurbau
Projektleiter:| Prof. Dr. Holger Falter
Projektzeitraum:| 01.07.2015 - 31.12.2017
Mittelgeber:| Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBSR)
|Förderinitiative ZukunftBau

Thematik

Verbindungsteile, die große Kräfte übertragen, werden im Stahlbetonbau derzeit noch monolithisch vor Ort betoniert. Zudem lassen sich große Betonfertigteile entweder gar nicht oder nur mit großen Aufwand transportieren. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein weitspannender, modularer Fachwerkträger aus Hochleistungsbeton (High Performance Concrete HPC) entwickelt, dessen einzelne Elemente mit Hilfe einer innovativen Verbindungstechnologie einfach hergestellt und schnell und sicher gefügt werden können. Die Kraftübertragung in den Kontaktflächen der Verbindungen geschieht mit Hilfe einer zu definierenden, optimierten Verzahnung. Auf den Ansatz der unsicheren und nur sehr schwer bestimmbaren Reibung wird aus Sicherheitsgründen bewusst verzichtet. Die zu entwickelnde Verzahnung ermöglicht gegenüber der Norm nahezu eine Verdoppelung der übertragbaren Kräfte.

Diese Verbindungstechnologie ist für die Verwendung von Hochleistungsbeton HPC prädestiniert und lässt sich für eine Vielzahl unterschiedlichster Verbindungsprobleme im Fertigteilbau adaptieren. Damit wird der Einsatzbereich von Massivkonstruktionen aus HPC auf schlanke, weitspannende Tragwerke erweitert, die bisher nur in Stahl wirtschaftlich herstellbar sind.

Verbindungsteile, die große Kräfte übertragen, werden im Stahlbetonbau derzeit noch monolithisch vor Ort betoniert. Zudem lassen sich große Betonfertigteile entweder gar nicht oder nur mit großen Aufwand transportieren. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein weitspannender, modularer Fachwerkträger aus Hochleistungsbeton (High Performance Concrete HPC) entwickelt, dessen einzelne Elemente mit Hilfe einer innovativen Verbindungstechnologie einfach hergestellt und schnell und sicher gefügt werden können. Die Kraftübertragung in den Kontaktflächen der Verbindungen geschieht mit Hilfe einer zu definierenden, optimierten Verzahnung. Auf den Ansatz der unsicheren und nur sehr schwer bestimmbaren Reibung wird aus Sicherheitsgründen bewusst verzichtet. Die zu entwickelnde Verzahnung ermöglicht gegenüber der Norm nahezu eine Verdoppelung der übertragbaren Kräfte.

Diese Verbindungstechnologie ist für die Verwendung von Hochleistungsbeton HPC prädestiniert und lässt sich für eine Vielzahl unterschiedlichster Verbindungsprobleme im Fertigteilbau adaptieren. Damit wird der Einsatzbereich von Massivkonstruktionen aus HPC auf schlanke, weitspannende Tragwerke erweitert, die bisher nur in Stahl wirtschaftlich herstellbar sind.

Making – Designing – Innovating

Titel:| Making – Designing – Innovating
Kompetenzfeld:| Design
Projektleiterin:| Prof. Anne Bergner
Projektzeitraum:| 28.10.2015 – 31.05.2016
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie

Thematik

Weltweit ist ein Trend zu beobachten: Unternehmen richten offene Werkstätten und Labore, sog. Makerspaces und FabLabs ein, in denen sich Mitarbeiter aus unterschiedlichen Disziplinen begegnen und zusammenarbeiten. In der Studie „Making – Designing – Innovating“ untersucht Prof. Anne Bergner international modellhafte Beispiele und Herangehensweisen für das neue Interagieren der Designwirtschaft mit ihren Auftraggebern aus der Industrie.

Makerspaces und FabLabs sind offene Werkstätten und Gemeinschaften, in denen sich kreative Bastler, Designer und Techniker treffen um gemeinsam innovative Lösungen und Projekte zu entwickeln und voneinander zu lernen. Befeuert von neuen Technologien wie 3D-Druck, einfacher Mikroelektronik, OpenSource und Web 2.0 wird das sog. „Maker Movement“ zunehmend zu einer Art „Innovations-Breitensport“. Die Zahl dieser informellen Formate und Orte des Experimentierens, Erfindens und Lernens nimmt weltweit enorm zu. Auch an Hochschulen werden immer mehr offene Fablabs und Werkstätten eingerichtet, um den interdisziplinären Austausch und das „peer-to-peer Lernen und Lehren“ zu ermöglichen.

Für Designer bieten sich in diesem „Ökosystem“ völlig neue Chancen zur Verwirklichung eigener Ideen und die Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen. Auch Unternehmen haben den innovativen Spirit dieser Szene erkannt und beginnen nach Wegen zu suchen sich mit Makern zu vernetzen. Die Makerspaces und Fablabs spielen dabei die zentrale Rolle. Hier entsteht die kreative Gemeinschaft und hier wird mit neuen Technologien und traditionellen Handwerkstechniken gleichermaßen experimentiert und produziert.

Innovation by Experiment

Titel:| Innovation by Experiment – Design als Ressource für wirtschaftliche Entwicklung und demografische Herausforderungen in der Region
Kompetenzfeld:| Design
Projektleiter:| Prof. Gerhard Kampe
Projektzeitraum:| 1.12.2014 - 30.09.2016
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie
|Hans Sauer Stiftung
|bayern.design

Thematik

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Kompendiums und Netzwerkes für Neue Experimentierkultur, für die Kultur des Sich-Öffnens, für systematisches In Frage stellen, für partizipative Entwicklung von Produkten, Dienstleistungen, öffentlichem Raum. Anhand von Case Studies und Best Practice Projekten soll dargestellt werden, wie experimentelle Methoden entwickelt, überprüft und verdichtet werden. Im Spannungsfeld zwischen unkonventionellem, offenem Experiment und methodischer Systematik liegt hohes Potenzial für Innovationen. Die Prozesse und Ergebnisse werden dokumentiert und mit Anwendungsempfehlungen versehen. Dabei geht es auch um den Austausch unterschiedlicher Expertenerfahrungen, unterschiedlicher kultureller Umfelder und regionaler Gegebenheiten (Hochschulen Aarhus, Graz, Coburg), den Einbezug älterer Menschen, Asylsuchender, Behinderter.

Coburger Design-Pilot

Titel:| Coburger Design-Pilot
Kompetenzfeld:| Design
Projektleiter:| Prof. Wolfgang Schabbach
Projektzeitraum:| 12.06.2015 - 31.05.2017
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie

Thematik

Design ist ein zentraler Faktor für den Erfolg von Unternehmen. Besonders wirksam entfaltet es sein Potential dort, wo Produkte interdisziplinär entwickelt werden, in gemischten Teams aus Designern,Ingenieuren, Marktforschern, Soziologen, Materialwissenschaftlern oder Arbeitsmedizinern. ln der Designforschung herrscht Einigkeit darüber, dass den Produktdesignern in multidisziplinären Teams eine zentrale Rolle zukommt. Von Haus aus interdisziplinär ausgerichtet, mit einem breiten Wissen in Gestaltung, Technologie, Marketing und Betriebswirtschaft, sind sie prädestiniert für die Rolle des "Katalysators" im Produktentwicklungsprozess (Schnittstellenkompetenz). Bislang fehlen in der Praxis jedoch geeignete Instrumente, um den komplexen Entwicklungsprozess in interdisziplinären Teams zu steuern. Designer, Ingenieure und Marketingexperten durchlaufen häufig den vielschichtigen Ablauf der Produktentwicklung nur "aus dem Bauch heraus". Dabei werden oft die erstbesten statt die besten Lösungen gefunden. Viele Aufgaben sind zudem so komplex und die zu verarbeitenden Informationsmengen so groß, dass ein rein intuitives Vorgehen die Entwurfsprobleme nur unzureichend löst.

Mit dem Coburger Design-Piloten soll erstmals ein Software-Produkt entwickelt werden, das Designer und ihre Partner im interdisziplinären Entwicklungsprozess unterstützt und Innovationen vorantreibt. Das Forschungsprojekt ist im Studiengang Integriertes Produktdesign angesiedelt und will Designern und Entwicklern ein Werkzeug an die Hand geben, das systematisch durch den mehrstufigen Prozess der Produktentwicklung führt - von der Analyse bis zur Realisierung. Entwickelt wird ein standardisiertes Innovationsverfahren, das für nahezu alle Produkte in unterschiedlichen Branchen eingesetzt werden kann. Konzipiert ist der Design-Pilot als digitales Werkzeug, das sich nahtlos in einen komplett computerunterstützten Produktentwicklungsprozess integrieren lässt.

Der Design-Pilot strukturiert den hochkomplexen Prozess der Produktentwicklung von der Analysephase bis zur Serienproduktion. Durch eine design-zentrierte Prozessführung stärkt das Tool die Stellung des Designers in interdisziplinären Entwicklungsteams. Es unterstützt Designer in ihrer Methodenkompetenz. Mehr Erfahrung in Analyse-, Planungs-, Entwurf- und Kreativmethoden führt zu mehr Innovation in der Produktentwicklung. Durch eine gemeinsame Kommunikationsplattform wird die interdisziplinäre Zusammenarbeit für die unterschiedlichen Fachgebiete im Team organisiert. Daraus resultieren Erleichterungen für das Management komplexer Abläufe und es entstehen Strategien für systematische Innovation.

Unternehmen, die den Design-Piloten in Zusammenarbeit mit Designern einsetzen, können folgenden Nutzen generieren: Die verbessern die Planbarkeit ihrer Design-Prozesse, minimiert Risiken und senken Kosten, erzeugen mehr Struktur in kreativen Prozessen und damit mehr Innovationen, bietet ihren Kunden einen größeren Nutzen und eine höhere Zufriedenheit mit ihren Produkten. So verschaffen sie sich über Alleinstellungsmerkmale Vorteile im Wettbewerb. Ein weiteres Ziel des Forschungsprojekts besteht darin, das Thema „Innovationen durch interdisziplinäre Designentwicklung" zu stärken. Zudem sollen sich die Unternehmen verstärkt mit dem Thema Design auseinander setzen, um das große Innovationspotential multidisziplinärer Entwicklungen für sich zu entdecken.