Biologisch inspirierter adaptiver Faserverbund-Pavillon als Demonstrator-Gebäude

Ungewöhnlich sieht der ITECH Research Demonstrator 2018–19 auf dem Campus der Universität Stuttgart aus. Der Forschungspavillon mit integrierter Sensorik und Aktuatorik ist von der Biologie inspiriert. Entwickelt und hergestellt wurde er vor Ort innerhalb des Masterstudiengangs ITECH (Integrative Technologies and Architectural Design Research). An dem Pavillon arbeiteten 31 Studierende aus 20 Nationen gemeinsam mit einem fünfköpfigen Doktoranden-Team aus Architektur (ICD), Bauingenieurwesen (ITKE) und Materialwissenschaften (ITFT) der Universität Stuttgart und in Kooperation mit Biologie- und PaläontologieStudenten der Universität Tübingen. Die Kernaufgabe bestand darin, die Übertragbarkeit biegsamer Mechanismen, deren Faltungsmuster von den Flügeln der Coleoptera coccinellidae (Marienkäfer) inspiriert wurde, auf den architektonischen Maßstab hin zu untersuchen.

Adaptivität

Der Demonstrator besteht aus zwei adaptiven Faltelementen aus kohlenstoff- bzw. glasfaserverstärkten Faserverbundkunststoff (Matrix: Polyamid 6) mit einer Breite von 1,70 Meter und einer Höhe von 3 Meter und 2,50 Meter sowie einem Gewicht von 23 Kilogramm pro Element. Für die automatisierte Herstellung der zwei großformatigen Faltelemente wurde die in der industriellen Serienfertigung verbreitete Tape Legetechnik erstmalig im architektonischen Kontext eingesetzt.

Die Steifigkeit der flächigen Elemente wird durch das nachträgliche Umformen der thermoplastischen Bauteilkanten zu Rundprofilen erzielt. Nachgiebige Gelenkzonen mit integrierten, pneumatischen Aktuatoren ermöglichen die Faltbewegung der Elemente. Mit einem maximalen Aktuierungsdruck von 0,8 bar in den horizontalen und 0,4 bar in den vertikalen Gelenkzonen kann ein Faltwinkel von bis zu 80° erreicht werden.

Sensorik

Ein interaktives Steuerungssystem aus integrierten Sensoren, Online-Kommunikation und Backend-Informationsverarbeitung ermöglicht die interaktive und benutzergesteuerte Adaption der Faltelemente. Für den Signal-Input wird die Leitfähigkeit der CFK-Elemente selbst genutzt: Das Berühren einzelner Sensorflächen auf dem Faltelement setzt den Steuerungsimpuls. Des Weiteren wurde ein digitaler Zwilling in das Steuerungskonzept eingebunden, der Informationen über den momentanen geometrischen Zustand und den Aktuierungsdruck in Echtzeit bereitstellt und diese über eine interaktive Online-Plattform graphisch darstellt.

Universität Stuttgart | University of Stuttgart, Integrative

Technologies and Architectural Design Research (ITECH)

Axel Körner M.Sc.

Akademischer Rat | Lecturer

+49 711 685 83294

a.koerner@itke.uni-stuttgart.de

www.itke.uni-stuttgart.de/teaching/itech/

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