PRIMA

Biologisierung der Technik – Inspiration Insektenflügel

Ein Insektenflügel zeichnet sich durch einen äußerst leichten, aber dennoch stabilen zellularen Aufbau aus und stellt eine wiederkehrende und weit verbreitete Lösung in der Insektenwelt dar. Neben seinen Leichtbaueigenschaften übernimmt der aderartige Aufbau zusätzlich die Steuerung und Versorgung des Insektenflügels. Eine Übertragung dieses multifunktionellen Ansatzes aus der Natur bietet neue Möglichkeiten in der Auslegung, Konstruktion und Fertigung extrem leichter, aber dennoch fehlertoleranter technischer Strukturen.

Projektziel von PRIMA

Das Projekt PRIMA setzt sich zum Ziel, die Optimierung eines Automobil-Seitenaußenspiegels mithilfe des Insektenflügelprinzips zu demonstrieren. Hierfür forscht das Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit der CIKONI GmbH an neuen, innovativen Konstruktions- und Herstellungsprinzipen.

Durch Nutzung eines neuartigen Herstellungsprinzips in Kombination mit additiven Fertigungsverfahren soll eine beliebige, dreidimensionale Struktur über Faserverbundwerkstoffe verstärkt werden. Dies erlaubt es erstmalig von der Natur inspirierte komplexe bionische Strukturen in einer Faserverbundbauweise herzustellen.

So funktioniert das biologische Grundprinzip des Insektenflügels

Der fachwerksähnliche Insektenflügel besteht aus vielen verzweigten Adern, über welche eine feine Membran aufgebracht ist. Im Falle eines Risses der Membran kann dieser nur bis zum Rand der Zelle wachsen und wird dort gestoppt. Dies erlaubt es einem Insekt, auch bei Verletzungen des Flügels weiterhin flugfähig zu bleiben. Die Adern sind beim Schlupf des Insekts zu Beginn zunächst größtenteils hohl und ermöglichen die Entfaltung des Flügels. Anschließend werden die Adern gefüllt und härten aus, um den Flügel auszusteifen.

Übertragung des Grundprinzips auf das Automobil

Dieses Grundprinzip soll im Rahmen von PRIMA genutzt werden, um kunststoffbasierte Bauteile mittels eines Faserverbundwerkstoffes zu verstärken. Für einen hohen Grad der Gewichtsoptimierung sollen Kohlenstofffasern eingesetzt werden. Diese weisen theoretisch eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Deshalb soll im Sinne einer multifunktionellen Struktur die Kontaktierung zusätzlicher Spiegelelemente, wie z.B. den Stellmotoren, untersucht werden. Gelingt dies, kann im nächsten Schritt eine technische Membran mit der Tragstruktur verbunden werden, um die aerodynamischen Eigenschaften des Seitenspiegels zu realisieren. Kommt es während der Einsatzdauer zu einem Riss in der Membran des Seitenspiegels, soll dessen Wachstum, analog zum Insektenflügel, auf eine Zelle der Tragstruktur beschränkt werden.

Optimierung der Fahrzeugfertigung durch die Ergebnisse von PRIMA

Erweist sich dieses multifunktionelle Konstruktions- und Herstellungsprinzip als umsetzbar, können hierdurch deutliche Gewichtreduktionen und Ressourceneinsparungen von Bauteilen für die Mobilität von Morgen erschlossen werden. Dabei wird einerseits die notwendige Materialmenge durch Nutzung einer leichtbauoptimierten Struktur reduziert und anderseits durch das geringere Gewicht Energie in der Fortbewegung des Fahrzeugs eingespart. Dies wird einen positiven Beitrag zum Schutz der Umwelt leisten und die Reichweite von Fahrzeugen steigern. Durch den multifunktionalen Aufbau ist zusätzlich eine Reduktion des Montageaufwands erwartbar. Dadurch kann eine einfachere Gesamtfahrzeugfertigung gefördert und ein Wettbewerbsvorteil für Fahrzeughersteller ermöglicht werden.