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| Do, 23.07.2009 10:28

Intelligente Konstruktionselemente – Tragwerke reagieren auf die Umwelt

Bedingungen wie Wind und Schneelasten können dazu führen, dass Tragwerke wie beispielsweise Dachstützen versagen und einstürzen. 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.

Vorarbeiten des Instituts für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren der Uni Stuttgart für das adaptive Schalentragwerk - hier eine Ausführung aus Glas. (Foto: Uni Stuttgart)

Vorarbeiten des Instituts für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren der Uni Stuttgart für das adaptive Schalentragwerk - hier eine Ausführung aus Glas. (Foto: Uni Stuttgart)


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. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt die Forschergruppe aus sechs Wissenschaftlern des Bauingenieurwesens, der Luft- und Raumfahrttechnik, des Maschinenbaus und der Verfahrenstechnik für die ersten drei Jahre der insgesamt sechsjährigen Laufzeit mit insgesamt 1,858 Millionen Euro. Die Forschergruppe hat ihre Arbeit im Juni aufgenommen.

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.

(Quelle: Universität Stuttgart)