Piezo-Klett

Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Klettverbindung in ihrer doppelten Funktion als Verbindungssystem und Energieerzeuger zur autarken Versorgung aktiver Sensorik zu erforschen und anfallende Daten, wie beispielsweise Lasten hinsichtlich „Predictive Modeling“ und deren Übertragungszyklen, zu untersuchen. Den Ausgangspunkt bildet der hohe CO2-Ausstoß im Bauwesen einhergehend mit dem fortschreitenden Klimawandel, wodurch eine erhöhte Resilienz von Gebäuden und Städten durch Anpassungsfähigkeit, Langlebigkeit, Energie- und Ressourceneffizienz erforderlich wird.

Im ersten Schritt ist daher ein Umdenken in der Gestaltung und Planung der Schnittstellen von der Primärstruktur (Rohbau) zur Sekundärstruktur (Ausbau) und dem Management tertiärer Strukturen (Technik) notwendig. Zu den Anforderungen zählen trennbare Verbindungen zwischen kurzlebigen und langlebigen Bauteilen, Instandhaltungsfreundlichkeit, Zugänglichkeit und ein hoher Grad an Standardisierung. Bereits in der vorausgehenden Sondierung „Klett-TGA“ wurde wie die Klettverbindung diese Ansprüche besser erfüllt als konventionelle Methoden. Resilienz im Bauwesen erfordert eine Vielzahl fundierter Daten, welche mittels geeigneter Sensorik, insbesondere aktiver Transponder gewonnen werden können. Allerdings ist die Installation der bevorzugten Sensoren aufgrund der Verkabelung aufwendig oder die Lebensdauer durch die fest-verbaute Batterie begrenzt. Um dieses Problem zu lösen und die Potentiale einer Klettverbindung hinsichtlich einer breiten Bauanwendung zu steigern, sollen Gebäude bzw. Gebäudeteile als Energieerzeuger betrachtet werden und an Bauteilschnittstellen ein sogenanntes "Energy Harvesting" unter Verwendung der Klettverbindung in Kombination mit piezo-elektrischem Material betrieben werden. Aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht der Planung und Konstruktion werden Gebäudeteile für den s.g. „Piezo-Effekt“ optimiert – unter diesem wird die Änderung der elektrischen Polarisation – und somit das Auftreten einer elektrischen Spannung an Festkörpern, wenn sie elastisch verformt werden – verstanden. Neben der einwirkenden Kraft stellt die Frequenz dieser Belastung einen weiteren wichtigen Parameter dar, um eine dauerhafte Wechselspannung zu erhalten. Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik ,vor allem im Kontext der Entwicklung und Optimierung von Fügepunkten am Bauteil bietet ein Verbindungsmittel zur Energieerzeugung einen hohen Innovationsgehalt mit wesentlichem Forschungsbedarf. Das angestrebte Projektziel besteht in einer Quantifizierung der gewinnbaren elektrischen Energie in Abhängigkeit des Applikationsfalls sowie in einem umfassenden, fachübergreifenden Erkenntnisgewinn in Hinblick auf Konzepte und Anwendungen in Architektur und Bauwesen, die eine Resilienz-Steigerung anstreben.

Projektlaufzeit: 
September 2020 – August 2022

Finanzierung:
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG)

Projektleitung: Institut für Architekturtechnologie, TU Graz:
Roger Riewe, Matthias Raudaschl, Toni Levak
Projektmitwirkende: Maria Soledad Vidal Martinez, Semjon Popek, Ema Drnda, David Schlegl

Projektpartner*innen:
Labor für Konstruktiven Ingenieurbau, TU Graz: Bernhard Freytag, David Funke-Kaiser
Axtesys GmbH: Markus Moser, Angelika Weber, Simon Klima, Peter Treitler
NET-Automation GmbH: Walter Rieger, Gernot Theuermann
RISE Research Institute of Sweden (RISE): Anja Lund