TU Dresden: dreiarmige Faserverbundverzweigung - Nach dem Vorbild der Natur: Verstarkungsfasern der Seitenarme umschliessen den Hauptstamm

摘要

Wissenschaftler des Instituts fur Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) sowie des Instituts fur Botanik der Technischen Universitat Dresden arbeiteten gemeinsam mit Forschern des Botanischen Gartens der Universitat Freiburg sowie des Instituts fur Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf daran, Leichtbauprinzipien der Natur unter Einsatz der Flechttechnologie auf neuartige Leichtbaustrukturen zu ubertragen. Inspiriert wurden die Forscher bei ihrer Arbeit durch die Form und die innere Struktur der Verzweigungen des Drachenbaums und des Corryokaktus. Die innere Verstarkungsstruktur der naturlichen Verzweigungen dieser Pflanzen wurde per Computertomographie (CT) gescannt und in Simulationsmodelle zur Analyse der mechanischen Belastbarkeit ubertragen. Vor allem die Anordnung und der Verlauf der mechanisch sehr stabilen Leitgewebebundel waren fur die Auslegung der Faserorientierung im geflechtverstarkten Verbundbauteil sehr interessant. Durch die Adaption der Faserorientierung fur technische Verzweigungen, bei denen nach biologischem Vorbild die Verstarkungsfasern 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 naturlichen Vorbildern zu finden ist.