Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE)

Äußere Bedingungen wie Wind und Schneelasten können dazu führen, dass Tragwerke wie beispielsweise Dachstützen versagen und einstürzen. Wissenschaftler der Universität Stuttgart entwickeln auf der Basis neuartiger hybrider intelligenter Konstruktionselementen (HIKE) in einem ersten Schritt ein Schalentragwerk, das sich selbständig an sich verändernde äußere Bedingungen anpassen kann. In einem zweiten Schritt wollen die Stuttgarter Experten mit Hilfe dieser neuen Konstruktionselemente Maschinenkonstruktionen entwickeln, die automatisch auf die Umgebungsbedingungen reagieren und sich entsprechend anpassen.  Fachleute versprechen sich von der Neuentwicklung eine Verkürzung des gesamten Konstruktionsprozesses von Maschinen für die Sparten Maschinenbau, Elektrotechnik, Steuerungs- sowie Regelungstechnik. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt die Forschergruppe HIKE aus sechs Forschern des Maschinenbaus, der Luft- und Raumfahrttechnik, des Bauingenieurwesens und der Verfahrenstechnik für die ersten drei Jahre der insgesamt sechsjährigen Laufzeit mit insgesamt 1,858 Millionen Euro. Die Forschergruppe hat ihre Arbeit im Juni aufgenommen.
Die Konstruktionselemente (beispielsweise Welle, Hebel, Zug- oder Flächenelement) werden mit integrierten Sensoren, Aktoren und Steuerungselementen ausgestattet. Leichte, verschleißfeste Werkstoffe sorgen für erhöhte Funktionalität. In den kommenden drei Jahren wollen die Stuttgarter Wissenschaftler sechs neuartige HIKE (Membranhüllen, adaptive Hüllelemente, Kachelhüllelemente, steife Krafteinleitungselemente, hybride Seilelemente, Auflager- und Hebelarmelemente) zu einem Großdemonstrator von fünf mal fünf Metern als adaptives Schalentragwerk zusammenbauen, das die vielfältigen Funktionen der neunen HIKE kombiniert. Das adaptive Schalenelement ist lichtdurchlässig und im Vergleich zu heutigen Tragwerken extrem leicht. Wenn sich die äußeren Belastungen wie Windkraft, Windrichtung oder Schneelasten verändern, soll es selbständig und adaptiv über Hebel-, Seil- und Hüllelemente Spannungskonzentrationen abbauen, um damit ein Versagen verhindern. Der Demonstrator wird an der Universität Stuttgart zu sehen sein.


Zielsetzung des Teilprojekts B1

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Gregor Novak
Zugstab mit Endverbindung
Zugstab mit konischen Vergüssen aus Gießharz

Im vorliegenden Projekt werden aus biegschlaffen und -steifen Zugelementen (Seil und Zugstab) mit Hilfe von Sensoren, mitdenen eine Aktorik ausgelöst werden kann, intelligente hybride Konstruktionselementen (HIKE) entwickelt.

Der Fokus liegt zunächst in der Untersuchung der Kopplung von Trägermaterial und Sensorik und der Änderung der Gebrauchseigenschaften bei Kurz- und Langzeitbeanspruchungen.

Dies ist verknüpft mit einer Zustandsüberwachung und -erfassung (Belastung, Alterung, Bewegung, Ermüdung usw.) und mündet in den Aufbau von Schädigungsmodellen und Lebensdauerprognosen. Weitergehend soll durch eine Vernetzung von n-autonomen, dezentral gesteuerten Elemente eine aktive hybride Systemintelligenz der Struktur erzielt werden.

 

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