Bionisch wölbstrukturierte Materialien
Beim Wölbstrukturieren handelt es sich um ein Verfahren innerhalb der Umformtechnik auf Basis einer kontrollierten Selbstorganisation.
Wie bieten Ihnen Auslegung, Simulation, Berechnung und Konzeptkonstruktion bionisch wölbstrukturierter Materialien für verschiedene Branchen.
Verbesserte Stabilität und Festigkeit
Die bionische Struktur verteilt Lasten effektiver und verringert so das Risiko von Materialversagen, was zu einer höheren Stabilität und Festigkeit führt.
Leichtbauweise
Diese Materialien sind leichter, da die Struktur das Gewicht reduziert, was den Energieverbrauch und die Kosten, insbesondere in der Luftfahrt und im Automobilbau, senkt.
Erhöhte Flexibilität und Anpassungsfähigkeit
Die Struktur kann sich an unterschiedliche Belastungen und Umgebungsbedingungen anpassen, was ihre Funktionalität und Langlebigkeit erhöht.
Was genau ist eine bionische Wölbstrukturierung?
Beim Wölbstrukturieren handelt es sich um ein Verfahren innerhalb der Umformtechnik auf Basis einer kontrollierten Selbstorganisation. Es ermöglicht die Erzeugung von dreidimensionalen Strukturen in dünnwandigen Materialien wie Blech, Kunststofffolie, Pappe und Papier. Dabei können entweder viereckige oder sechseckige Strukturen erzeugt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Blechumformungsverfahren wie Einprägen, Sicken oder Hydroforming zeichnet sich das Wölbstrukturieren durch einen energieeffizienten Selbstorganisationsprozess aus. Dieser Prozess ist besonders schonend für das Material, spart Energie und Ressourcen ein. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Wölbstrukturen ist ihre erhöhte Steifigkeit, sowohl in Bezug auf Biege- als auch Beulsteifigkeit.
Die Wölbstrukturen in der Natur weisen zahlreiche nützliche Eigenschaften auf. Forschungsexperimente haben gezeigt, dass dieser kontrollierte Selbstorganisationsprozess auch in der Technik nachgebildet werden kann. Durch die Anwendung eines sanften Drucks auf ein gebogenes, dünnes Material, das gleichzeitig unterstützt wird, lässt sich eine intelligente und energieeffiziente 3D-Struktur erzeugen. Diese Struktur ist in alle Richtungen steifer als das ursprüngliche Material und bewahrt gleichzeitig die Oberflächengüte. Dieses ausgeklügelte Verfahren ermöglicht die Anwendung von Wölbstrukturen auf Bleche, Folien und andere Materialien.
Anwendungen bionischer Wölbstrukturierung
Automobilbau
Wölbstrukturierte Materialien werden z.B. im Automobilbau eingesetzt, um leichtere Komponenten mit hoher Steifigkeit, Crashenergieabsportionsfähigkeit mit geringem Energieaufwand und dabei besonders nachhaltig herzustellen. Ein Beispiel für die Anwendung von wölbstrukturierten Materialien im Automobilbau ist die Verwendung in strukturtragenden Karosseriebauteilen. Durch die Integration von Wölbstrukturen in bestimmte Bereiche der Karosserie, wie beispielsweise Türen, Motorhauben, crashrelevante Tragstrukturen oder Dachpaneele, kann die strukturelle Steifigkeit, Crashabsorptionsfähigkeit sowie Schalldämpfung verbessert werden, ohne zusätzliches Gewicht hinzuzufügen. Angewandt wird die Wölbstruktur bei einer in Serie hergeestellten bionisch wölbstrukturierten Rückwand des Mercedes SLK, die dem Fahrzeug eine hohe SChwingungsdämpfung gekoppelt mit einem hohen Grad an Schalldämpfung bei minimalem Platzbedarf verleiht.
Haustechnik
Wölbstrukturierte Materialien werden z.B. auch im Bereich Haustechnik für die Waschtrommeln der Firma MIELE eingesetzt. Hierbei werden Wölbstrukturen seit den Waschmaschinengenerationen "Softronic" für Waschmaschinentrommeln eingesetzt.
Laut Herstellerangaben der Firma MIELE liegt der Hauptvorteil dieser weltweit einzigartigen und von Miele patentierten bionischen Waschmaschinentrommel nicht nur in ihrer spezifsch hohen mechanischen Festigkeit und Steifigkeit, sondern auch in einem verbesserten Waschprozess. Dank der Wabentrommel aus Stahlblech, auf der sich die Wäsche auf einem Wasserfilm bewegt, wird die Wäsche schonend behandelt. Die führt zu schonenden, nachhaltigen, sparsamen und schnelleren Waschmaschinen. Diese Schontrommel unterscheidet sich deutlich von einer Feinlochtrommel.
Beleuchtungstechnik
Auch im Bereich Beleuchtungstechnik (SITECO) wurde bereits eine Wölbstruktur genutzt. Die Siteco Beleuchtungstechnik GmbH verwendet wölbstrukturierte Aluminiumbleche für die Herstellung von LED-Designerlampen. Durch die optimale Lichtreflexion der Struktur wird eine hohe Lichtqualität erreicht. Das Material erfüllt sowohl die Funktion des Gehäuses als auch des Reflektors der Lampe, was zu einer Materialersparnis von insgesamt 80 Prozent führt. Darüber hinaus treten bei den strukturierten Blechen bei höheren Temperaturen weniger Verspannungen auf.
Bauwesen und Architektur
Zusätzlich erfolgt der Einsatz der Wölbstruktur im Bereich Bauwesen und Architektur für Gebäudedächer und Fassaden sowie bei Baufahrzeugen und Landmaschinen. Der 2003 fertiggestellte Sportkomplex Juschni Odessa in der Ukraine, auch die blaue Schildkröte genannt, hat eine etwa 6000 qm große Dachfläche mit einer speziellen Eindeckung aus Aluminiumblech, die dank Wölbstruktur nur 0,7 mm dick ist.
Teilchenbeschleuniger
Im Elektronen-Synchrotron DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) in Hamburg ist ein wölbstrukturiertes konisches Aluminiumrohrsystem im Einsatz, welches höchst präzise gefertigt bereits über 10 Jahre störungsfrei für die Elementarteilchenforschung im Betrieb ist.
Die synergetischen Eigenschaften sind formstabile, extrem dünne Rohre bei Hochvakuumbeanspruchung und Flexibilität bei thermischer Ausdehnungsbehinderung.
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