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23.10.2016

Bis zu 50 Prozent stärker belastbar

Gold Award 2016 für dreiarmige Faserverbundverzweigung

Ausgezeichnet mit dem Materialica Design + Technology Gold Award: Eine dreiarmige Faserverbundverzweigung, geflochten aus Karbonfasern mit Faseranordnungen im Verzweigungsbereich nach dem Vorbild der Verzweigungen des Drachenbaums (© TUD/ILK)

Für die Entwicklung einer dreiarmigen Faserverbundverzweigung nach biologischem Vorbild wurden Wissenschaftler des Schwerpunktprogramms (SPP) 1420 mit dem „Materialica Design + Technology Gold Award“ in der Kategorie „Surface & Technology“ ausgezeichnet. Der Preis wurde auf der internationalen Fachmesse Materialica 2016 vergeben, die vom 18. bis zum 20. Oktober in München stattfand.

Inspiration aus der Natur

Inspiriert wurden die Forscher bei ihrer Arbeit durch die Form und die innere Struktur der Verzweigungen des Drachenbaums und des Corryokaktus. Die innere Verstärkungsstruktur der natürlichen Verzweigungen dieser Pflanzen wurde von ILK-Wissenschaftlern per Computertomographie gescannt und in Simulationsmodelle zur Analyse der mechanischen Belastbarkeit übertragen.

Corryokaktus als Vorbild: Von den Verzweigungen des und des Drachenbaums wurde die innere Anordnung der Faserbündel auf technische Verzweigungen übertragen (© TUD/Institut für Botanik)

Vor allem die Anordnung und der Verlauf der mechanisch sehr stabilen Leitgewebebündel waren für die Auslegung der Faserorientierung im geflechtverstärkten Verbundbauteil sehr interessant. Durch die Adaption der Faserorientierung für technische Verzweigungen, bei denen nach biologischem Vorbild die Verstärkungsfasern der Seitenarme den Hauptstamm umschließen, konnte im Vergleich zu bisherigen Auslegungsstrategien die Belastbarkeit um bis zu 50 Prozent gesteigert werden.

Der Funktionsdemonstrator einer dreiarmigen Faserverbundverzweigung wurde am ILK in einem neuartigen Flecht-Infiltrations-Verfahren hergestellt, bei dem erstmals die patentierte Technik eines variablen Flechtauges zum Einsatz kam. Bei der Entwicklung des Geflechts und des Flechtverfahrens wurde besonderes Augenmerk auf einen optimal kraftflussgerechten Faserverlauf im Verzweigungspunkt des Geflechts gelegt, wie er auch bei den natürlichen Vorbildern zu finden ist.

Wirtschaftlichere Herstellung von Verzweigungen

Der mit dem Gold Award ausgezeichnet Fertigungsprozess ermöglicht eine wirtschaftlich effiziente Herstellung von Verzweigungen für unterschiedliche technische Bereiche wie etwa dem Fahrzeugbau, der Landtechnik, dem Bauwesen oder der Satellitentechnologien.

Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1420 „Biomimetic Materials Research: Functionality by Hierarchical Structuring of Materials“ gefördert, in dem vier Gruppen zusammenarbeiten: Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) sowie des Instituts für Botanik der Technischen Universität Dresden gemeinsam mit Forschern des Botanischen Gartens der Universität Freiburg sowie des Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf. Sie versuchen Leichtbauprinzipien der Natur unter Einsatz der Flechttechnologie auf neuartige Leichtbaustrukturen zu übertragen. (kk)

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