Die Grundidee der Biomimetik ist die Übertragung
der Bauweisen der Natur in die Technik. So ist die Faserverbundtechnik
eine erste Annäherung an die Bauweise der Natur zur Herstellung
von steifen und festen Strukturen. Im geplanten Vorhaben wird zur
Herstellung von Faserverbund-Gradientenstrukturen ein neuer Weg
beschritten. Hierbei werden in einer "Makro-Graduierung" die Fasern und
die Matrix nach dem
Vorbild des Pfahlrohrs (Arundo donax) oder von Knochen in weniger
belasteten Bereichen der Struktur ausgedünnt, wobei gezielt
unterschiedlich einstellbare Porengrößen einer schaumartigen
Matrix die ausgedünnten Bereiche ausfüllt. Der
allmählichen Abnahme der Spannung folgend werden die
Porendurchmesser der Matrix in den weniger belasteten Bereichen des
Bauteils zunehmend größer, wodurch sich das Gewicht dieses
Bauteilbereichs verringert. Ziel ist es, durch diese
"Makro-Graduierung" Faserverbundbauteile mit niedrigstem Gewicht und
optimaler Steifigkeit und Festigkeit zu erzeugen.
Für die Erzielung hoher Schwingungsdämpfung, hoher
Schwingungstoleranz und hoher Dauerbelastbarkeit bzw.
Dauerschwingfestigkeit ist es notwendig, ein bei
Faserverbundmaterialien häufig auftretendes Strukturversagen zu
vermeiden, bei dem sich unter dynamischer Belastung die steifen Fasern
durch Scherung von der weicheren Matrix lösen. Nach dem Vorbild
von Arundo donax soll im geplanten Vorhaben durch eine
"Mikro-Graduierung" eine Optimierung des Spannungsverlaufs zwischen
Fasern und Matrix erreicht werden. Insbesondere sollen die
Scherspannungen zwischen Verstärkungsfasern und Matrix durch einen
graduellen Übergang der Elastizitätsmoduli minimiert werden.
Um dieses hier vorgestellte interdisziplinäre Vorhaben zu
verwirklichen, werden folgende Institutionen zusammenarbeiten: Institut
für Textil- und Verfahrenstechnik, Denkendorf und Plant
Biomechanics Group Freiburg.
