Erkenntnistransfer „Leichte verformungsoptimierte Schalentragwerke aus mikrobewehrtem UHPC am Beispiel von Parabolrinnen solarthermischer Kraftwerke“
Ziel des Erkenntnistransfer-Projekts war die Entwicklung einer ganzheitlich strukturoptimierten Parabolschale mit linienartigen Verstärkungsrippen als Parabolrinnenkollektor für solarthermische Kraftwerke im Originalmaßstab des EuroTrough-Kollektors mit Abmessung von 5,77 m x 12 m. Neben dem numerischen Entwurfs- und Optimierungsprozess lagen wesentliche Arbeiten in der Umsetzung einer möglichst präzisen Schalung, welche einerseits eine formgenaue Schaleninnenseite (Reflektorfläche) besitzt und zudem für die hohe Komplexität der äußeren Rippenstruktur – bestehend aus Primär- (Haupttragelemente) und Sekundärrippen (Betondeckung der Mattenbewehrung) – geeignet ist.
Im numerischen Optimierungsprozess wurden mithilfe der Topologieoptimierung maßgebliche Muster der Rippenverstärkungen identifiziert, sowohl am ganzen Model der Parabolschale mit vereinfachten Lastansätzen, als auch an symmetriereduzierten Halbmodellen mit genauen (Wind-)Lastansätzen. Sowohl für das numerische Modell des Prototyps, als auch für die mehrstufig, sensitivitätsbasiert strukturoptimierten Modelle konnten äquivalente Schalendicken von nur 2,30 cm bis 2,05 cm erreicht werden. Dabei bleibt die optische Wirksamkeit voll erfüllt.
Für der Schalung boten sich im Grundriss der Schale wiederholende Quadranten der rautenartig verstärkten Struktur an, sodass ein symmetriereduziertes Schalungssegment aus Beton entwickelt wurde, welches bei mehrmaliger Herstellung (und je einem gespiegelten Segment) zu einer Gesamtschalung der Parabolschale zusammengesetzt werden kann. Es konnte demonstriert werden, dass mit dem Prinzip der Schalung aus Nanodur®-Beton frei geformte, komplexe Geometrien ebenfalls aus Beton hergestellt werden können. Die Erstellung einer Schalungsmatrize aus Beton ist zeit- und kostenintensiv, was dieses Verfahren erst bei einer großen Anzahl an herzustellenden Betonkörpern wirtschaftlich werden lässt. Die mittels 3D-Scanner durchgeführten Genauigkeitsuntersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere die Paraffinbeschichtung auf einen industriellen Standard mit hohen Fertigungsgenauigkeiten angehoben werden muss, damit das Verfahren insgesamt wettbewerbsfähig werden kann.
