Organobridge – Bionisch konzipierte Leichtbaubrücke

Das Ziel der Forschungsarbeit “Bionisch konzipierte Composite-Leichtbaubrücke für Fußgänger – ORGANOBRIDGE”, ist die Entwicklung einer Brücke nach bionischen Konstruktionsprinzipien in Kooperation mit der Fachhochschule Primasens (IKW), Fa. FIBER-TECH Construction GmbH, Fa. Wölfel beratende Ingenieure und Pohl Architekten. Die Brücke soll im Webverfahren  in Faserverbundbauweise, mit einer neuartigen Fertigungsmethodik bewerkstelligt werden soll. Als Grundlage zu diesem Top-Down Prozess wurden in der Methodik ” Pool Research”( VDI 6226) zunächst allgemein die natürlichen Verzweigungen an ausgewählten Dicotyledonen, Monocotyledonen, Sukkulenten und Kakteen untersucht und bewertet. In einem weiteren Schritt wurden ausgewählte Verbindungen auf ihre Innere Strukturierung hin untersucht, aus welchen sich der morphologische Aufbau der biologischen Faserbündel und Grundsätze ihrer Verzweigungen ableiten lassen. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurden drei verschiedene bionische Konstruktionsprinzipien für Verzweigungen erarbeitet. 

 

Technische Verzweigung nach dem Konstruktionsprinzip der Dicotyledone mit Sekundär-Wachstum

Aus der Analyse der Morphologie bei Dicotyledonen ergibt sich ein mehrschichtiges System, bei welchem jede Schicht spezifische Aufgaben übernimmt, die je nach Gewebeart und Geweberichtung unterschiedlich ausgelegt ist. Bei diesem System wird wie bei Tragwerken in Haupt- und Neben- träger unterschieden. Der Hauptträger soll einen Kern besitzen, welcher von Anfang bis Ende des Trägers durchläuft. Dieser Kern wird mit einer zweiten Schicht , einer Anschlussschicht umwoben, aus welcher die Nebenträger hevorgehen.   Um ein Ausbrechen der Hauptträger zu vermeiden, werden die Nebenträger nicht am Kern befestigt. Die Dritte Schicht umhüllt das gesamt System. Sie ist verantwortlich für die homogene Kräfte- sowie Schwingungs-Verteilung im Bauwerk und auch an der Oberfläche der Konstruktion.

 

Technische Verzweigung nach dem Konstruktionsprinzip der Dicotyledone mit ungewöhnlichem Sekundär-Wachstum, nach dem System der Säulenkakteen

Bei diesem Konzept sind die Säulenkakteen als Vorbild eingesetzt. Wie beim vorherigen Konzept wird auch hier in Haupt- und Nebenträger unterschieden. Für diese Konstruktionsart würde ein zweischichtiges System ausgebildet werden. Der Kern der Träger soll aus axial verlaufenden, mit ineinander verwobenen Fasern bestehen, welche durch  45° helical angeordnete Fasern verbunden sind. In dieser ersten Schicht sollen die Nebenträger am Kern des Hauptträgers verwoben werden. Die zweite Schicht dient wieder als Deckschicht, bzw. Schutzschicht und erbringt die homogene Verteilung der eingeleiteten Kräfte. Diese Schicht soll aus axial und radial Fasern bestehen, welche an Verzweigungsstellen entsprechende Unterstützungsbereiche (Unterstützung und Kräfte-Aufnahme für Verzweigungen) ausbilden.

 

Technische Verzweigung nach dem Konstruktionsprinzip der Dicotyledone mit ungewöhnlichem Sekundär-Wachstum, nach dem System der Blattkakteen

Das zweite Konzept könnte nach dem System der Blattkakteen entwickelt werden und ist vom Blattskelett der Opuntie abgeleitet. Bei diesem Ansatz wird in primäre, sekundäre und tertiäre Strukturen unterschieden. Diese differenzieren in Länge,  Anzahl der Schichten und in der Höhe.                          

Der Aufbau jeder Schicht besteht aus mehreren übereinander angeordneten Leitbündeln, welche über  Gewebe miteinander verbunden sind. Diese Schichten verlaufen parallel zueinander und sind ebenfalls über Gewebe verbunden. Die Aufgabe der Primärstruktur ist die Ableitung der Lasten in den Hauptwuchskörper und die Verteilung von Nährstoffen an die anschließenden Blätter und Früchte. Primäre Bündel besitzen die maximale Höhe im Vergleich zu den restlichen Bündeln. Sekundärbündel sind im Vergleich weniger hoch, kürzer und bestehen aus einer Schichtung ≤ 3. Diese Bündel gehen aus den Primärbündeln hervor und bilden Verzweigungen zwischen den einzelnen primären. Die tertiären Bündel nochmals in der Höhe reduziert bilden die kleinsten Verzweigungen zwischen Primär- und Sekundär- Bündeln. Sie füllen die Zwischenräume und tragen die kleineren Lasten in der Fläche ab.

 

 

Für nähere Informationen zum Forschungsprojekt stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung:

Prof. Göran Pohl: gpohl@htwsaar.de

B2E3-Institut Johannes Höning:  johannes.hoening@htwsaar.de

Erster NABU Info-Pavillon steht

Der erste von drei morphogenetischen Info-Pavillons steht am Standort
Scheune Neuhaus, Saarbrücken – Von der Heydt.

Im Zuge des Forschungsprojektes TOTHOLZ_FS, einem Teilprojekt des NABU-Besucherzentrums,wurde in zusammenarbeit mit dem Naturschutzbund Saarland, Fa. FIBER-TECH Construction GmbH, Fa. Programming Architecture und dem Fachbereich Bauingenieurwesen, drei morphogenetische Pavillons in Faserverbundbauweise entwickeltDas erste Ergebnis ist nun im Urwald am Standort Scheune Neuhaus in Saarbrücken – Von der Heydt realisiert worden.

Die Pavillons wurden nach biologischen Vorbildern entwickelt. Als Leitbild für den Entwurf dienten primär, die natürliche Faltung von Blättern sowie sekundär, makro- bzw. mikro-strukturelle Erkenntnisse von Faserverbundwerkstoffen der Natur am Beispiel Holzzellen, im Querschnitt von Zugholz. Jedes der Elemente ist mehrfach gefaltet und weist in den ebenen Flächen aussteifende Vertiefungen, ähnlich Sicken auf, welche sich an der natürlichen Verteilung von Holzzellen in Zugholz orientiert. Durch diese bionische Optimierung konnte ein geringerer Materialeinsatz und leistungsfähigeres Bauteil entwickelt werden. Die Tragstruktur ist in das Bauteil integriert, sodass keine zusätzliche Unterkonstruktion notwendig ist.

Der Aufbau der Elemente wurde zusammen mit Studenten in einem 2 tägigen Workshop durchgeführt. Diese konnten hierbei neue Fertigkeiten erlernen und erfahren, dass an einem experimentellen Bauwerk nicht immer Sonderlösungen, aber Improvisationstalent gefragt sind. Jeder der Pavillons besteht jeweils aus 9 Einzelelementen (je ca. 65 Kg) und einem Türelement (ca 300 Kg) mit einem Gesamtgewicht von ca. 885 kg.

 

Für nähere Informationen zum Forschungsprojekt stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung:

Prof. Göran Pohl: gpohl@htwsaar.de

B2E3-Institut Johannes Höning:  johannes.hoening@htwsaar.de

“Natur trifft Architektur”, Eröffnung Sonderausstellung Bionicum Nürnberg

Am 6.12.2016 um 14:00 wird im Bionicum, Tiergarten Nürnberg, unterstützt vom bayrischen Landesamt für Umwelt, die Ausstellung zum Thema  ”Natur trifft Architektur” eröffnet. Dort werden zahlreiche Exponate ausgestellt, unter anderem ein Modell des Bowooss Pavillons, sowie interaktiv erfahrbare Phänomene rund um das Thema Bau-Bionik.                                                                                                              

Zu verschiedenen Exponaten wird es Fachvorträge geben und im Anschluss die Möglichkeit zum direkten Gespräch.

Bei Fragen zur Veranstaltung stehen wir gerne per Mail zur Verfügung, bzw. über das Bionicum selbst unter u.a. Adressdaten:

Museumspädagogik Bionicum
Bayer. Landesamt für Umwelt
T
iergarten Nürnberg
A
m Tiergarten 30
9
0480 Nürnberg                                                                                                                 www.bionicum.de

B2E3-Institut Johannes Höning:  johannes.hoening@htwsaar.de

Ende Strukturleichtbau

Mit einer Verbundforschung zw. der FH Kaiserslautern-Pirmasens (IKW-Institut für Kunststofftechnik estpfalz) und der htw saar (B2E3 Institut für effiziente Bauwerke) soll die Technologie verzweigter Faser-verbundwerkstoff-Profilen erforscht und eine industrielle Anwendung für das Bauwesen untersucht werden, für die bisher lediglich Stahl als Werk- stoff Verwendung findet. Mit der Tech- nologie des 3D-Webens (IKW) wird eine belastungsgerechte Fertigung von Bauteilverzweigungen ermöglicht.  Somit werden neue Materialien eingefügt (FVK statt Stahl) und herkömmliche Composit-Technologien verbessert (Weben statt Kleben).

Da sich viele Mechanismen und Techniken für den Strukturleichtbau von der Natur inspirieren lassen ist die Bionik als Kreativitätsprozess für dieses Projekt besonders interessant und als möglicher Ansatz denkbar.  Für die Umsetzung bionischer Strukturen und deren Leichtbauweisen ist Konstruieren mit Kunststoff eine geeignete Ansatzmöglich- keit.  Da das spezifische Gewicht von faserverstärkten Kunststoffen besonders gering ist, sind diese bestens geeignet für alle Anwendungen, die ein leichtes Tragwerk mit geringem Materialeinsatz erfordern.

Die Grundstruktur verschiedener Vorbilder,  beispielsweise der Koralle, dem Mais, des Kokon, der Wabe, der Mikroorganismen Diatomeen und des Glasschwamms Euplectella werden für eine Umsetzung mit faserverstärkten Kunststoffen betrachtet. Die Entwurfs- ansätze folgen dem Prinzip der Abstraktion vom biologischen Vorbild. Für deren praktische Umsetzung werden verschiedene computerunterstützte Fertigungsmethoden, wie die 3D-Webtechnologie, 3D-Drucken, Laser cutting und CNC-Fräsmaschinentechnologie gezielt untersucht.

Im Zuge der Lehrveranstaltung „design to production“ wird der Herstellungsprozess von Entwürfen hinterleuchtet. Dafür wird eigens ein 3D-Drucker- Bausatz  angeschafft. Ein Bausatz hat neben geringen Kosten den Vorteil, dass bereits durch den Selbst-Aufbau  alle Einzelteile und die Funktionsweise kenngelernt werden.

Das Forschungsprojekt „Strukturleichtbau in der Architektur“ ermöglicht einen Überblick über unterschiedliche Herangehensweisen an verschiedenen Materialien, verschiedene Möglichkeiten der Abstraktion und Entwicklung neuer Technologien, die der Umsetzung dienen. Natur-integrative Systeme verbinden mit neuen Lösungswegen gewonnene Erkenntnisse mit den Grundlagen natürlicher Vorbilder.

Ein zukünftiges Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Herstellung energieeffizienter, bionischer Composite-Leichtbaugroßstrukturen mittels 3D-Direktpreform-RTM – Techno- logie.

Für nähere Informationen zum Forschungsprojekt stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung:

Prof. Göran Pohl: gpohl@htwsaar.de

Matthias Heinrich, M. A.: matthias.heinrich@htwsaar.de