Teilprojekt D2: Entwicklung aktiver textilverstärk­ter Compliantstruk­turen mit einstellbarer anisotroper Eigenschafts­charakteristik

Kinematischen Strukturen kommt zur Erfüllung bewegungstechnischer Aufgaben in Hochtechnologieanwendungen ein hoher Stellenwert zu, wobei in jüngster Zeit bei derartigen Mechanismen ein immer geringerer materieller und technischer Aufwand angestrebt wird. Darüber hinaus steht gleichzeitig die Erhöhung der Zuverlässigkeit, die Forderung nach hochpräzisen Bewegungsabläufen und die Gewichtsreduzierung der komplexen Baugruppen im Vordergrund der Entwicklungsarbeiten. Textilverstärkte nachgiebige Festkörpermechanismen (Compliantstrukturen) mit gezielt einstellbaren richtungsabhängigen Steifigkeiten eröffnen hier besondere Vorteile zur deutlichen Gewichts- und Teilevielfaltreduzierung von bewegten Komponenten wie Gelenken, Gliedern und Mechanismenstrukturen.

Die Textiltechnik gestattet, neuartige anisotrope Eigenschaftscharakteristiken zu realisieren und damit innovative funktionsintegrative Bauweisen nachgiebiger Strukturen zu gestalten. So lassen sich etwa anstelle konventioneller Gelenksysteme montage- und spielfreie Festkörpergelenke mit Vorzugsverformungsrichtung in Textilverbundbauweise herstellen. Mit diesen neuen Compliantstrukturen auf Basis zwei- und dreidimensional verstärkter Textilverbunde sollen vorgegebene komplizierte Bewegungsvorgänge ermöglicht und klassische Mechanismen mit starren Gelenken und Gliedern abgelöst werden.

Im ersten Projektzeitraum sind zunächst textile Verbundstrukturen in Bezug auf ihre werkstoffimmanenten Anisotropieeffekte charakterisiert und in Zusammenarbeit mit TP D1 klassifiziert worden. Darüber hinaus wurden Berechnungsgrundlagen zur Analyse textilverstärkter 2D-Compliantstrukturen erarbeitet, die geometrisch nichtlineare Bewegungen in der Ebene und anisotropes Materialverhalten berücksichtigen. Mit Hilfe dieser Berechnungsmethoden erfolgte die Auslegung von Mechanismen mit nachgiebigen Gelenken und Gliedern sowie zweidimensionalem Übertragungsverhalten. In Zusammenarbeit mit TP D4 sind erste Demonstratoren in Form nachgiebiger Viergelenkmechanismen gefertigt und experimentell analysiert worden.

Im zweiten Antragszeitraum liegt der Schwerpunkt auf der Synthese anisotrop verstärkter Compliantstrukturen, die dreidimensionale Bewegungsabläufe durch reine ebene Belastung realisieren können. Hierzu sollen in einer bisher nicht betrachteten Herangehensweise anisotropiebedingte Koppeleffekte der mehrschichtigen Textilverbunde ausgenutzt werden, um so die gewünschten Vorzugsverformungsrichtungen zur räumlichen Bewegungserzeugung zu erreichen. Darauf aufbauend sollen in Abstimmung mit TP A2  Gestaltungsrichtlinien für neuartige textilverstärkte 3D-Compliantstrukturen mit räumlich verformbaren Gliedern und Gelenken sowie Gestaltungshinweise für lokal angepasste textile Flächengebilde erarbeitet werden. Zur Untersuchung des Betriebsfestigkeitsverhaltens werden Biegeproben mit verschiedenen Textilverstärkungen in einem eigens konzipierten Prüfstand untersucht.

 

Leitung
Prof. Dr. rer. nat. habil. Dr. h. c. Karl-Heinz Modler
TU Dresden
Institut für Festkörpermechanik 
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-32989
Fax: +49 351 463-33361


Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude
TU Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik  
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-38153
Fax: +49 351 463-38143


Prof. Dr.-Ing. Niels Modler
TU Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-38156
Fax: +49 351 463-38143