Konstruktionselemente Intelligente Tragwerke reagieren auf die Umwelt

Wissenschaftler der Universität Stuttgart entwickeln auf der Basis neuartiger hybrider intelligenter Konstruktionselemente (HIKE) ein Schalentragwerk, das sich selbständig an sich verändernde äußere Bedingungen anpassen kann.

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Universität Stuttgart Institut für Fördertechnik und Logistik

Mittelfristig wollen die Stuttgarter Experten mit Hilfe dieser neuen Konstruktionselemente Maschinenkonstruktionen entwickeln, die automatisch auf die Umgebungsbedingungen reagieren und sich entsprechend anpassen. Fachleute versprechen sich von der Neuentwicklung eine Verkürzung des gesamten Konstruktionsprozesses von Maschinen für die Sparten Maschinenbau, Elektrotechnik, Steuerungs- sowie Regelungstechnik.

Adaptive Schalentragwerke bauen Spannungskonzentrationen ab

Die Konstruktionselemente (beispielsweise Welle, Hebel, Zug- oder Flächenelement) werden mit integrierten Sensoren, Aktoren und Steuerungselementen ausgestattet. Leichte, verschleißfeste Werkstoffe sorgen für erhöhte Funktionalität. In den kommenden drei Jahren wollen die Stuttgarter Wissenschaftler sechs neuartige Konstruktionselemente (Membranhüllen, adaptive Hüllelemente, Kachelhüllelemente, steife Krafteinleitungselemente, hybride Seilelemente, Auflager- und Hebelarmelemente) zu einem Großdemonstrator von fünf mal fünf Metern als adaptives Schalentragwerk zusammenbauen, das die vielfältigen Funktionen der neuen Elemente kombiniert. Das adaptive Schalenelement ist lichtdurchlässig und im Vergleich zu heutigen Tragwerken extrem leicht. Wenn sich die äußeren Belastungen wie Windkraft, Windrichtung oder Schneelasten verändern, soll es selbständig und adaptiv über Hebel-, Seil- und Hüllelemente Spannungskonzentrationen abbauen, um damit ein Versagen zu verhindern. Der Demonstrator wird an der Universität Stuttgart zu sehen sein.

Übertragbarkeit auf alle Ingenieurdisziplinen

In der zweiten Projektphase wollen die beteiligten Forscher durch die Konstruktion weiterer Objekte nachweisen, dass die HIKE-Konstruktionselemente in allen Ingenieurdisziplinen angewendet werden können. In diesem Zeitraum sollen weitere Demonstratoren aus den Feldern adaptiver Karosserieteile, Welle-Nabe-Verbindungen, Maschinenabdeckungen entwickelt werden. Beteiligt sind die Uni-Institute für Fördertechnik und Logistik, für Konstruktionstechnik und Technisches Design, für Textil- und Verfahrenstechnik, für Flugzeugbau, für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren sowie für Umformtechnik. „In sechs Jahren hat die Forschergruppe eine völlig neue Klasse hybrider intelligenter Konstruktionselemente inklusive einer spezifischen Konstruktions- und Berechnungsmethodik entwickelt und damit eine neue Stufe der Systemintegration und Maschinenkonstruktion erreicht“, erwartet Gruppensprecher Prof. Karl-Heinz Wehking.

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