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Faserverbundwerkstoff Dreiarmige Faserverbundverzweigung nach biologischem Vorbild entwickelt

| Redakteur: Dorothee Quitter

Wissenschaftler des ILK sowie des Instituts für Botanik der TU Dresden haben gemeinsam mit Forschern des Botanischen Gartens der Universität Freiburg sowie des Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf Leichtbauprinzipien der Natur unter Einsatz der Flechttechnologie auf neuartige Leichtbaustrukturen übertragen.

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Funktionsdemonstrator einer dreiarmigen Faserverbundverzweigung nach biologischem Vorbild
Funktionsdemonstrator einer dreiarmigen Faserverbundverzweigung nach biologischem Vorbild
(Bild: TUD ILK)

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 (CT) gescannt und in Simulationsmodelle zur Analyse der mechanischen Belastbarkeit übertragen. 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 % 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. Der Fertigungsprozess ermöglicht eine wirtschaftlich effiziente Herstellung von Verzweigungen für unterschiedliche technische Bereiche wie etwa dem Fahrzeugbau, der Landtechnik, dem Bauwesen oder der Satellitentechnologien. Die dreiarmige Faserverbundverzweigung wurde auf der Materialica 2016 mit dem „Materialica Design + Technology Gold Award“ in der Kategorie „Surface & Technology“ ausgezeichnet. (qui)

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