Gestaltung der Endverbindungen textiler Zugmittel unter Einbezug biologischer Wirkprinzipien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christoph Müller, seit 8/2016; Professor Dr. Hartmut Witte
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260206766

Seile als Lastaufnahme- oder Zugmittel werden im Maschinenbau zum Anschlagen, Heben und Fördern von Lasten verwendet. In den meisten Anwendungen werden hauptsächlich Stahldrahtseile eingesetzt, deren Vorzug gegenüber anderen Zug- und Tragmitteln vor allem darin besteht, dass durch die parallel angeordneten lasttragenden Elemente des Stahldrahtseiles ein redundanter Aufbau realisiert wird, der ein abruptes Versagen wie bei den Kettentrieben verhindert. Zugmittel aus hochfesten Polymerfasern bieten gegenüber Drahtseilen bei vergleichbarem Aufbau den Vorteil einer geringeren Dichte, wodurch höhere Reißlängen und damit größere Förderhöhen erreicht werden können. Des Weiteren haben sie eine geringere Biegesteifigkeit gegenüber Stahldrahtseilen, wodurch der Energieaufwand beim Biegen um eine Scheibe geringer ist und kleine Biegeradien realisiert werden können. Darüber hinaus sind Faserseile besser handhabbar als vergleichbare Drahtseile. Mit Blick auf sicherheitsrelevante Anwendungen, beispielsweise in der Fördertechnik, sind diese Eigenschaften trotz des wirtschaftlichen Potenzial und der langjährigen Verfügbarkeit hochfester Fasermaterialien nicht nutzbar, da noch keine geeigneten Normungen und Dimensionierungsgrundlagen existieren. Weiterhin fehlen Grundlagen im Bereich der Integration in Anlagen. Die bisher eingesetzten Endverbindungssysteme sind zum größten Teil aus dem Drahtseilsektor abgeleitet. Jedoch sind diese auf Grund der höheren Knick- und Druckempfindlichkeit sowie der Neigung der Fasern zum Kriechen nicht ohne Weiteres auf textile Zug- und Tragmittel übertragbar. Daher ist es besonders wichtig, die Forschung in Bezug auf die Endverbindung zu fokussieren und breit gefächert nach Lösungen zu streben.Unter Nutzung funktioneller Analogien zugspannungsaufnehmender Strukturen bei Organismen sollen am mechanischen System des biegeschlaffen Zugmittels in Verbindung mit einem starren Lastkörper Lösungen identifiziert und getestet werden, die eine sichere Übertragung von Zugkräften unter Maßgabe textiltechnologischer Möglichkeiten erlauben. Im bionischen Ansatz lassen sich spezifische Voraussetzungen für eine haltbare Endverbindung feststellen. Zur Vergleichmäßigung der Spannung über den gesamten Tragquerschnitt sowie zur Dämpfung von Lastschlägen bestehen in Lebewesen sowohl graduelle Eigenschaftsübergänge im Substrat als auch angepasste geometrische Ausprägungen der Endverbindung. Neben dem naheliegenden Sehnen-Knochen-Verbund werden weitere biologische Objekte und Bauprinzipien in Betracht gezogen. Ausgehend davon sind geeignete Strukturen in den Krafteinleitungszonen zu ermitteln. Einflussparameter, wie die materialseitige und texturielle Gestaltung des Zugmittels, werden experimentell und messtechnisch überprüft. Zur technischen Aufgabe passende Beispiele mechanisch wirksamer Strukturen in Organismen werden identifiziert und zur Überprüfung der Arbeitshypothesen modellhaft umgesetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Markus Michael, bis 8/2016