ARCH+ 114/115

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Erschienen in ARCH+ 114/115,
Seite(n) 31

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Intelligente Konstruktionen und Materialien

Von Tausch, Gunnar

Das neue Zauberwort für alle Arten von Ingenieuren heißt "smart materials and structures", zu Deutsch: intelligente Materialien und Konstruktionen. Gemeint damit ist zweierlei: Bei 'Intelligenten Konstruktionen' wird das bisher nur im Bereich der Haus- und Kommunikationstechnik bekannte Konzept des 'intelligent building' auf die Tragkonstruktion übertragen. Diese neuartigen Konstruktionen können Veränderungen der Belastung wahrnehmen und auf sie dynamisch reagieren. Dadurch können Tragwerke für stark wechselnde Lasten wie z.B. Verkehrslasten, Windlasten oder Erdbeben in völlig neuer Weise optimiert werden.

'Intelligente Materialien' beinhalten ein noch weiter gehendes Konzept: Materialien reagieren im Molekularbereich auf Veränderungen in der Umwelt. Das heißt, das Material als solches funktioniert als Sensor, Regler und Aktor zugleich. Für die dynamische Veränderung der Materialeigenschaft sind keine übergeordneten, separaten Steuerungseinheiten mehr erforderlich. Technisch wird das möglich durch Kombination unterschiedlicher Disziplinen, etwa Mechanik und Chemie, Physik und Informatik, Statik und Optik etc.

Schon heute werden Brücken intelligent gemacht, indem man Glasfasern in den Beton mit eingießt. Die Brechung eines Lichtblitzes, der durch die Fasem geschickt wird, kann - mit dem Computer umgerechnet - Spannungen, Materialermüdungen und Risse präzise anzeigen. Katastrophen können damit vermieden, Reparaturen optimiert und Bemessungen mit geringerem Sicherheitsfaktor angesetzt werden.

Darüber hinaus sollen sich in Zukunft Konstruktionen auch selbständig reparieren. Im Beton könnten mit Antikorrosionsmittel oder einer Art Kitt gefüllte Kapseln eingebettet werden. Im Ermüdungs- oder Überbelastungsfall würden sie reißen, sich öffnen und die Konstruktion quasi von innen heraus heilen.

Geforscht wird nach intelligenten Materialien selbst noch auf Molekülebene. Bestimmte Substanzen ändern bei geringen elektrischen Spannungen ihre Oberflächenstruktur drastisch, etwa von glatt zu rauh. Andere Materialien wechseln bei bei Temperatureinwirkung ihre Farbe. Polymer-Gele können chemische Energie bedingt in mechanische umwandeln, also etwa muskelartig zucken.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig: Die Produktpalette reicht schon heute von der Verpackung, die anzeigt, ob der Inhalt noch frisch ist, und der Oberfläche, die den Marschflugkörper aerodynamischer macht, bis zu bekannten Alltagsgegenständen wie der Sonnenbrille, die sich selbst bei Sonneneinfall tönt. Für vieles, was theoretisch möglich ist, stehen praktische Anwendungen heute noch aus, gar nicht zu reden vom Technologietransfer in den Bausektor. Die Forschung steckt noch in den Kinderschuhen.

1991 wurde an der Strathclyde Universität in Glasgow das erste Institut für intelligente Materialien in Europa gegründet. Dort wird auch die architektonische Einsetzbarkeit der verschiedensten "smart materials" angedacht. Peter Gardiner, Direktor des Instituts in Glasgow, meint: "Mehrere Ideen für intelligente Materialien sind außerordentlich relevant für die Architektur." Das Institut veranstaltet vom 29.3. bis 2.4.93 sein nächstes öffentliches Seminar, bei dem man sich über den heutigen Stand der Forschung, erste Anwendungsbeispiele und zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten intelligenter Konstruktionen und Materialien informieren kann.

Man darf gespannt sein, ob sich in Zukunft intelligente und adaptive Materialien und Konstruktionen quasi als organismenartige Alleskönner bei Bauwerken durchsetzen oder ob die technische Aufrüstung weiterhin durch Spezialisierung und Entflechtung erfolgt, das heißt Trennung von Statik, Raumbegrenzung und technischer Ausrüstung in eigenständige, hochspezialisierte Subsyteme.

 

Adresse: Smart Structures Research Institute University of Strathclyde Royal College Building 204 George Street Glasgow G1 1XW Scotland, U.K.

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