Visionen materialisieren – Zukunft gestalten

Werner Sobeks Forschung und Lehre

 

Architektur muss Antworten auf aktuelle und zukünftige Formen des menschlichen Lebens finden; sie ist daher immer auch eine Antizipation des Kommenden: d. h., bestehende Lebensräume zu analysieren, kritisch zu hinterfragen und sie immer wieder neu zu erfinden – sie neu zu definieren.

Wo kann das besser erfolgen als in Universitäten und Forschungseinrichtungen in gemeinsamer Arbeit mit den Wissenschaftlern, Architekten und Planern von Morgen!?

Die Lehre und Forschung am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) in Stuttgart unter der Leitung von Professor Dr. Dr. E.h. Werner Sobek trägt wesentlich dazu bei, diese Visionen zu materialisieren, sie konstruktiv auszuarbeiten und das Ergebnis wissenschaftlich zu evaluieren – immer mit dem Ziel, eine Architektur zu entwickeln, die eine der kommenden Zeit angemessene Haltung formuliert.

Die Entwicklung einer hoch spezialisierten Material- und Produktwelt fordert dabei von den Planern ein ständig anwachsendes interdisziplinäreres Wissen und Verständnis der Zusammenhänge. Niemand kann heutzutage allein die komplexen, multidisziplinären Fragestellungen im Bauwesen in dem Grad beherrschen, der notwendig ist, um Visionen gekonnt zu materialisieren und damit unsere Zukunft zu gestalten. Das Betreten von Neuland ist zwangsläufig interdisziplinär arbeitenden Teams vorbehalten, in denen jeder die Sprache des anderen, seine Denkwelten, Werte­­systeme und Zielvorstellungen versteht.

Am ILEK werden solche interdisziplinären Teams ausgebildet. Hierfür arbeiten nicht nur Architekten und Bauingenieure eng zusammen, sondern auch Designer ebenso wie Luft- und Raumfahrttechniker. Was an Fachwissen am Institut selbst nicht vorhanden ist, wird über Kooperationen mit anderen Lehrstühlen und Forschungseinrichtung im Rahmen von gemeinsamen Vorlesungen, Workshops und lehrstuhlübergreifenden Studienarbeiten erschlossen.

Diese zielorientierte, interdisziplinäre Vorgehensweise umfasst eine werkstoffübergreifende Entwicklung von allen Arten von Bauweisen und Tragstrukturen. Der Bogen der Arbeitsgebiete spannt dabei vom Bauen mit Textilien und Glas bis zu neuen Strukturen in Stahl- und Spannbeton. Vom einzelnen Detail bis zur gesamten Struktur geht es um die Optimierung von Form und Konstruktion hinsichtlich Material- und Energieaufwand, Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit, Rezyklierbarkeit und Umweltverträglichkeit.

Das Institut sucht und beschreitet dabei immer wieder neue, überraschende Wege. Ein seit Jahren bearbeitetes Forschungsgebiet sind z. B. adaptive Systeme. Die gebaute Umwelt ist normalerweise statisch und reagiert nicht auf sich ändernde Umwelteinflüsse oder Lastfälle. Der im Jahr 2003 entwickelte Stuttgarter Träger war ein erster wichtiger Schritt auf dem Weg zu Strukturen, die auf der Basis selbststeuernder Prozesse Spitzenbelastungen durch eine Lastumverteilung vermeiden können – eine Entwicklung, die Gewichtseinsparungen ermöglicht und neue Horizonte eröffnet. Mit der Übertragung des Prinzips auf eine räumlich komplexere Struktur – die 2012 fertiggestellte Smartshell − konnte ein weiterer wichtiger Schritt hin zum Ultraleichtbau erzielt werden.

Die Grundgedanken des Leichtbaus werden am ILEK nicht nur zur Gestaltung von großen räumlichen Strukturen herangezogen, sondern dienen auch der Optimierung von Details, z. B. im Glasbau. Glas weist eine relativ geringe Zugfestigkeit auf und kann Spannungsspitzen nicht durch plastische Verformung abbauen. Eine spannungsoptimierte Detailausbildung ist deshalb wichtige Voraussetzung für eine wirtschaftliche Dimensionierung von Glaselementen. Ein am ILEK entwickeltes Metallelement, das in ein Verbundglas eingebettet wird, ermöglicht so bei einem minimalen Materialeinsatz einen signifikan­ten Lastübertrag und eine homogenisierte Spannungsverteilung im Glas – ein wichtiger technischer und ökonomischer Vorteil.

Gedanklich gibt es am ILEK keine Grenzen. Neben adaptiven Strukturen werden so auch natürliche Strukturen und deren Entstehungs- und Strukturierungsprinzipien untersucht. In einem interdisziplinären, gemeinsam mit dem Zentrum für Regenerationsbiologie und Regenerative Medizin in Tübingen (zrm) durchgeführten Forschungsprojekt wurde untersucht, wie Strukturentwicklungen mit Hilfe des sogenannten Tissue Engineering beeinflusst werden können. In einem eigens ent­wickelten aerosolbasierten Kulturverfahren wurden Zellverbände durch mechanische Stimuli so angeregt, dass sie ihre extrazelluläre Matrix verstärkt entlang der Krafttrajektorien anordnen. Das Verfahren wurde 2010 mit dem Innovationspreis Medizintechnik des BMBF ausgezeichnet. Eine Übertragung dieses Prinzips auf die Ingenieurwissenschaften ermöglicht die Entwicklung von Materialien, die ideal auf die vorgesehene Lastabtragung ­abgestimmt sind.

Ein weiteres relevantes Forschungsthema am ILEK ist das Bauen mit Luft. Die Möglichkeit, durch Überdruck pneumatische Konstruktionen zu erzeugen, ist schon seit Jahr­zehnten bekannt und kommt im Leichtbau zum Einsatz. Durch die pneumatische Vorspannung geht allerdings ein wesentliches Gestaltungsmittel von Textilien verloren – der Faltenwurf. Dieses Stilmittel der Haute Couture und Reservoir einer nahezu unendlichen Formenvielfalt wird bei textilen Konstruktionen in der Regel nicht genutzt. Am ILEK ist es jedoch gelungen, durch die gezielte Kombination von Über- und Unterdruckkonstruk­tionen eine ganz neue Formenwelt zu erschlie­ßen − die „Vacuumatics“. Hierdurch wird es möglich, lastabtragende Bauteile mit minimalem Materialeinsatz zu entwickeln. Diese − durch Teilbelüftung oder einfache Modulierung des Innendrucks − adaptiven Strukturen können nicht nur sehr schnell auf- und abgebaut werden, sondern lassen sich auch problemlos in ihre einzelnen Komponenten zerlegen, sind also sortenrein rezyklierbar.

Die über Jahre am ILEK entwickelte Lehr- und Forschungsstrategie wird durch hochschulübergreifende Seminare und „design studios“ auch nach Europa, Asien und Ame­rika getragen. Seit 2008 hat Werner Sobek darüber hinaus die Mies van der Rohe Professur am Illinois Institute of Chicago (IIT) inne. Am Geburtsort der ersten Hochhäuser engagiert er sich für einen Wandel hin zu mehr Nachhaltigkeit in der gebauten Umwelt.

Als Ende des 19. Jh. die ersten Hochhäuser in Chicago gebaut wurden, war dies ­neben technischen Entwicklungen im Stahlrahmenbau vor allem neuen Erfindun­gen zu verdanken: Aufzugstechnologie, Zentralheizung, elektrische Beleuchtungsanlagen und ein verbesserter Feuerschutz revolutionierten das Bauwesen. Neben den technischen Möglichkeiten gab es aber ebenso die zwingende Notwendigkeit, nach dem verheeren­den Brand im Jahr 1871 sehr schnell den stark wachsenden Raumbedarf einer aufstreben­den Wirtschaftsmetropole zu befriedigen.

Mehr als 100 Jahre danach stehen wir ­erneut vor einer Wende im Bauwesen: Es ist der Ressourcenverbrauch, der einen entscheidenden Wandel unserer Baukultur einfordert. Diente im 19. Jh. die amerikanische Bautechnik als weltweites Vorbild, ist es heute ein vorwiegend in Europa entwickeltes Verständnis, das das nachhaltige Bauen vorantreibt. Die Gebäudetechnik sowie das Tragwerks- und Fassadenkonzept bzw. die Raum­konzep­tion bestimmen maßgeblich den Energieverbrauch. Für die Planung und gestalterische Komposition dieser Elemente brauchen wir entsprechend ausgebildete Fachkräfte.

Was beim Einfamilienhaus mit einem Energieplus-Gebäude bereits bautechnisch erfolgreich gezeigt werden konnte, ist im Hochhausbau komplexer und fordert von den Planern interdisziplinäres Wissen und Teamfähigkeit: niemand darf den Blick auf das Ganze verlieren.

Genau hier setzt die Lehre am IIT an. Gemeinsam verfasste ein Team (Timo Schmidt, Kerstin Wolff, Mona Mahall) mit Werner Sobek Lehrgrundsätze, die sich auf die positiven Erfahrungen am ILEK stützen. Die Lehrgrundsätze wurden den kulturellen Gegebenheiten angepasst und gehen auf das unterschiedliche Bildungssystem in der amerikanischen Schul- und Hochschullandschaft ein.

Ein Entwurf muss sich auf die nichtvisuellen Bedürfnisse des Nutzers stützen, sich daraus generieren und somit stets die Frage nach dem „Warum“ beantworten können. Diese Wünsche müssen mit den Methoden des wissenschaftlichen Arbeitens untersucht und zu überprüfbaren Thesen, Fakten zusammengefasst werden. Sie bilden die Grundlage für kreatives Handeln und dienen der Inspiration des Entwerfers. Keinesfalls darf die wissenschaftlich erarbeitete Faktenbasis als Einschränkung eines kreativen Prozesses empfunden werden.

Die herausgearbeiteten Kriterien definieren einen Entwurfsraum und die Materia­­lisierung seiner Grenzen. Die Gewichtung der Kriterien richtet sich nach dem Nutzer, der Bauaufgabe, der Umgebung und der Zeit, in der das Objekt entsteht. Design und Propor­­­tionslehre bilden die letzte und wichtigste subjektive Entscheidung, die einzig dem Entwerfer vorbehalten ist.

Die Gewichtung ist im wesentlichen von den Anforderungen der jeweiligen Zeit geprägt; in Zeiten globaler Erwärmung und endlicher Ressourcen ist dieses Bedürfnis vor allem das nachhaltige Bauen. Darum zielt die Lehre am IIT und am ILEK auf eine Architektur, die sich auf wissenschaftliche Erkenntnisse stützt, ohne dabei die Bedürfnisse der Nutzer zu vernachlässigen. Sie intendiert eine Architektur, die den neuesten Stand der Technik integriert, nicht ignoriert. Die Lehre zielt auf Gebäude, die von den Generationen nach uns flexibel genutzt und deren Materialien zu 100 % wiederverwertbar sind. Sie zielt auf eine Architektur, die mehr Energie generiert als sie verbraucht. Die Lehre und Forschung, die auf dieser Grundlage am ILEK und am IIT vermittelt werden, tragen hoffentlich dazu bei, eine neue Generation von Gestaltern und Planern zu prägen und auszubilden.