Faserverbundwerkstoffe nach dem Vorbild der Natur

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Verstärkungsfasern der Seitenarme umschließen den Hauptstamm

Faserverbundwerkstoffe: Dreiarmige Verzweigung nach dem Vorbild der Natur

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Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) sowie des Instituts für Botanik der Technischen Universität Dresden arbeiteten gemeinsam mit Forschern des Botanischen Gartens der Universität Freiburg sowie des Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf daran, Leichtbauprinzipien der Natur bei Faserverbundwerkstoffen unter Einsatz der Flechttechnologie auf neuartige Leichtbaustrukturen zu übertragen. 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 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. bec

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