BIAG

Bio-inspirierte adaptive Gebäudehüllen aus Faserverbundwerkstoffen

01/03/2015 to 28/02/2016

Bewegliche Konstruktionen des Bauwesens sind im Gegensatz zu
solchen des Maschinenbaus meist Unikate und verursachen daher einen
hohen Planungsaufwand. Häufig sind sie wegen ihrer komplexen
mechanischen Systeme wartungsintensiv, störanfällig und verbrauchen
im Betrieb viel Energie.
Biegsame Konstruktionen, die auf der elastischen Nachgiebigkeit ihrer
Komponenten beruhen und so die Anzahl empfindlicher mechanischer
Elemente reduzieren, sind dagegen im Bauwesen derzeit noch weitestgehend
unbekannt. In der Natur, sowohl in der Botanik als auch
bei den wirbellosen Tieren, gibt es dagegen eine Vielzahl solcher Bewegungsmechanismen.
Sie unterliegen dabei einer Reihe von Anforderungen,
wie Robustheit, energieeffiziente Kinematik und sparsamer
Umgang mit Ressourcen, die auch für das umweltbewusste Bauen
von zentraler Bedeutung sind. Erste Forschungen haben bereits bewiesen,
dass sich gelenklose Klappmechanismen nach pflanzlichen
Vorbildern technisch erfolgreich umsetzen lassen. Dabei hat sich aber
auch gezeigt, dass diesen weichen Systemen im Bauwesen wegen ihrer
geringen Tragfähigkeit Grenzen gesetzt sind.
Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die werkstofflichen Grundlagen
für kinematische Systeme hoher Tragfähigkeit und Stabilität zu entwickeln,
die auf der elastischen Verformung von lokal eingegrenzten Gelenkzonen
beruhen. Biologischer Ideengeber hierfür sind die Außenskelette
(Cuticula) der Gliederfüßer (Arthropoden). Im Gegensatz
zu den pflanzlichen Vorbildern ist die Steifigkeit der Cuticula extrem
unterschiedlich. Bei grundsätzlich einheitlicher Materialbeschaffenheit
werden sehr harte Platten mit sehr weichen Gelenkmembranen dauerhaft
beweglich verbunden. Die Untersuchung des natürlichen Verbundwerkstoffs
speziell im Bereich der gelenkigen Übergänge zwischen
harter und weicher Cuticula soll Anregungen für neuartige technische
Faserverbunde für bewegliche, hoch beanspruchbare und
nachhaltige Strukturen des Bauwesens geben.
Zentraler Inhalt dieses Antrages ist die Entwicklung eines Faserverbundwerkstoffes
mit stark unterschiedlicher Steifigkeit, der Wandelbarkeit
durch lokal begrenzte elastische Strukturverformung nach dem
Vorbild der Außenskelette der Gliederfüßer ermöglicht.