Flectofold

SFB-TRR 141 A04

Bewegungen von flachen, gebogenen und gewellten Pflanzenoberflächen als Vorbilder für wandelbare Systeme in der Architektur

Entwicklung eines bio-inspirierten Scharniergelenks für adaptive Faserverbundwerkstoffe.

Biologisches Vorbild Wasserrad (Aldrovanda vesiculosa) (c) Universität Freiburg (PBG) Westermeier
Biologisches Vorbild Wasserrad (Aldrovanda vesiculosa)

Innerhalb des Projektes A04 des Sonderforschungsbereiches Transregio 141 wird die Bewegungskinematik biologischer Ideengeber hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit in bio-inspirierte adaptive Gebäudehüllen untersucht.

Basierend auf einem biologischen Screening Prozess wurde die Bewegung der Unterwasserschnappfalle Aldrovanda vesiculosa als besonders vielversprechend für eine technische Umsetzung erachtet und einer genaueren Analyse unterzogen.

Schliffbildaufnahme des gradierten Materialübergangs im FVK-Gelenk (c)
Schliffbildaufnahme des gradierten Materialübergangs im FVK-Gelenk
AVK prämiertes FVK Gelenk (kontinuierliche Biegebewegung) (c)
AVK prämiertes FVK Gelenk (kontinuierliche Biegebewegung)

Die Bewegung der Wasserpflanze wurde experimentell und simulativ erforscht. Die Kinematik wurde zum curved-line folding-Prinzip abstrahiert. Simulationen verschiedener Faltungsgeometrien hinsichtlich auftretender Materialspannungen, benötigter Aktuierungsenergien sowie dem Widerstand gegen äußere Lasten führten zur Generierung einer optimalen Geometrie für Fassadenverschattungen. Parallel wurde ein Multi-Material-Aufbau aus glasfaserverstärktem Kunststoff und Elastomer entwickelt, der das Falten von faserverstärkten Kunststoffen ermöglicht. Material und Bewegungsprinzip wurden in einem adaptiven Fassadenverschattungssystem, dem Flectofold (AVK Award 2017), umgesetzt.

Das im Projekt A04 entwickelte Material wurde in einem großskalierten Demonstrator (36 Flectofold-Elemente) im Rosensteinmuseum in Stuttgart innerhalb der Sonderausstellung "Baubionik – Biologie beflügelt Architektur" gezeigt und erprobt (Oktober 2017 – Mai 2018).

Flectofold Großdemonstrator – BauBionik Ausstellung

© ITKE, IBB, ITFT, PBG

Das Video zeigt den Entwicklungsprozess des Fassadenverschattungssystems Flectofold von der biologischen Analyse über Abstraktion und Simulation sowie die technische Materialuntersuchung und Umsetzung der Erkenntnisse in einem Großdemonstrator. Er wurde innerhalb der Sonderausstellung „Baubionik – Biologie beflügelt Architektur“ im Schloss Rosenstein/Naturkundemuseum Stuttgart gezeigt und erprobt.

Projektlaufzeit

Oktober 2014 – Juni 2018

Projektteam

ITFT Institut für Textil- und Fasertechnologien, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Larissa Born

ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Axel Körner, Saman Saffarian

IBB Institut für Baustatik und Baudynamik, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Manfred Bischoff, Renate Sachse

PBG Plant Biomechanics Group, Universität Freiburg
Prof. Dr. Thomas Speck, Simon Poppinga, Anna S. Westermeier

Förderung

Dieses Forschungsvorhaben wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als Teil des Sonderforschungsbereiches (SFB/Transregio) 141 "Biologisches Design und integrative Strukturen" / Projekt A04 gefördert.

Ansprechpartner

 

Larissa Born, M. Sc.

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

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