Dresdner Forscher wollen eine völlig neue Werkstoffklasse entwickeln, bei der Aktoren und Sensoren in flexible Faserverbundwerkstoffe integriert werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte dazu das neue Graduiertenkolleg 2430 „Interaktive Faser-Elastomer-Verbunde“ an der TU Dresden in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden. Sprecher ist Prof. Chokri Cherif vom Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden. In den nächsten 4,5 Jahren werden neben Sach- und Projektmittel Doktorandinnen  und Doktoranden in 11 interdisziplinären Teilprojekten gefördert.

Ziel ist die simulationsgestützte Entwicklung intelligenter Werkstoffkombinationen für sogenannte autarke Faserverbundwerkstoffe. Dabei werden Aktoren und Sensoren in die Strukturen integriert und müssen nicht mehr wie bisher nachträglich platziert werden. So werden die Systeme robuster, komplexe Vorformungsmuster lassen sich an der gewünschten Stelle maßgeschneidert einstellen – und zwar reversibel und berührungslos. Zu diesem Themenbereich wird an der TU Dresden und insbesondere auch am ITM seit Jahren intensiv geforscht.

© ITM/TUD

Faserverbundwerkstoffe werden aufgrund der hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten sowie der Möglichkeit zur maßgeschneiderten Einstellung dieser Eigenschaften immer stärker in bewegten Komponenten eingesetzt. Durch die Integration adaptiver Funktionalitäten in derartige Werkstoffe, entfällt die Notwendigkeit einer nachträglichen Aktorplatzierung und die Robustheit des Systems wird signifikant verbessert. Besonders vielversprechend sind dabei Aktoren und Sensoren auf textiler Basis, wie sie am ITM erforscht und entwickelt werden, da diese direkt im Fertigungsprozess in die Faserverbundwerkstoffe integriert werden können.

Der innovative Ansatz besteht darin, die heute nicht verfügbare Werkstoffklasse der interaktiven Faser-Elastomer-Verbunde (I-FEV) mit strukturintegrierter Aktorik und Sensorik zu schaffen und wissenschaftlich zu durchdringen. Die Entwicklung von I-FEV erlaubt beispielsweise die geometrischen Verformungsfreiheitsgrade von mechanischen Bauteilen reversibel und berührungslos einzustellen und so sehr schnell und präzise auf variable Anforderungen der Umwelt zu reagieren.

Mit ihren innovativen Eigenschaften sind interaktive Faser-Elastomer-Verbunde für zahlreiche Anwendungsfelder im Maschinen- und Fahrzeugbau, in der Robotik, Architektur, Orthetik und Prothetik prädestiniert: Beispiele sind Systeme für präzise Greif- und Transportvorgänge (z.B. bei Handprothesen, Verschlüssen und verformbaren Membranen) und Bauteile (z.B. Trimmklappen für Land- und Wasserfahrzeuge).