C02 – Integrierte Fluidaktoren

Durch die Integration von Fluidaktoren in Tragwerkselemente, wie Balken oder Platten, soll der Lastabtrag optimiert werden. Damit kann eine Tragfähigkeitssteigerung und infolge dessen eine Massenersparnis erzielt werden.

Eine Möglichkeit den Lastabtrag auch bei veränderlichen Einwirkungen zu optimieren stellen adaptive Tragwerke dar. Dabei werden durch Aktoren erzeugte Kräfte gezielt in das Tragwerk geleitet. Auf diese Weise werden Spannungen und Verformungen im Bauteilinneren erzeugt, die den durch die äußeren Einwirkungen hervorgerufenen Spannungen und Verformungen entgegenwirken. Somit verringern sich insgesamt die Spannungen sowie die Gesamtverformung des Bauteils.

Bei den bisher erforschten Aktuierungskonzepten werden die Aktorkräfte an den Oberflächen und Rändern in das Tragwerkselement eingeleitet und manipulieren dieses als Ganzes. Die Integration von Aktoren in das Tragwerkselement bietet die Möglichkeit der lokalen, gezielten Beeinflussung ausschließlich dort, wo Sie notwendig ist.

In der ersten Förderperiode wurde für einen Betonbalken simulativ und experimentell nachgewiesen, dass durch die lokale Aktuierung mit integrierten Fluidaktoren eine vollständige Kompensation der Durchbiegung aus äußerer Einwirkung möglich ist. Da bei biegebeanspruchten Bauteilen häufig die Verformungen für die Dimensionierung der Bauteilquerschnitte maßgebend sind, ist somit eine deutliche Querschnittsminderung oder Laststeigerung möglich.

^{Prototyp eines Fluidaktors Foto: (c) Christian Kelleter}

^{Funktionsmuster eines adaptiven Biegeträgers mit integrierten Fluidaktoren Foto: (c) Christian Kelleter}

^{Experimentelle Untersuchung eines adaptiven Biegeträgers mit integrierten fluiden Aktoren Foto: (c) Christian Kelleter}

^{Messung der Durchbiegung bei der experimentellen Untersuchung Foto: (c) Christian Kelleter}

In der zweiten Förderperiode sollen die Prinzipien nun für mehraxial spannende Platten erweitert werden. Diese Bauteile umfassen beispielsweise bei einer Skelettbauweise 50% der Bauwerksmasse und bieten damit ein noch größeres Potential zur Einsparung von Ressourcen im Vergleich zu den Betonbalken der ersten Förderperiode. Weiterhin ergeben sich durch die zusätzliche räumliche Dimension neue Fragenstellungen. Integrierte Aktoren, die den spezifischen Anforderungen des mehraxialen Lastabtrags gerecht werden, existieren weder im Maschinenbau noch in verwandten Domänen. Die zentrale Fragestellung im Teilprojekt C02 lautet damit:

Wie müssen Fluidaktoren zur Integration in ein Plattentragwerk ausgeführt werden? Wie können mit diesem System die Spannungen, Verformungen und Schwingungen reduziert werden?

^{Maximale Hauptspannungen einer passiven Platte unter Flächenlast Foto: (c) Markus Nitzlader}

Innerhalb des SFBs erarbeitet das Teilprojekt C02 ein neuartiges Konzept für die Aktuierung einer primären Tragstruktur. Bei der Erforschung möglicher Konstruktionsprinzipien und bei der Bauteilintegration der Fluidaktoren wird wissenschaftliches Neuland betreten. Die Entwicklung der Fluidaktoren und deren Integration in ein Tragwerkselement sind eng miteinander verbunden und geschieht in Zusammenarbeit der jeweiligen Fachdisziplinen.

Ziel des Teilprojektes ist es, Aktuierungs- und Aktorkonzepte für mehraxial spannende, biegebeanspruchte Tragwerke zu entwickeln und die Manipulation des Lastabtrages experimentell nachzuweisen.

Teilprojektleiter:innen

• Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz, Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
• Prof. Dr.-Ing. M.Arch. Lucio Blandini, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren
• Prof. Dr.-Ing. Matthias Kreimeyer, Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design