Flectuation - Adaptive Faserverbundkunststoffe mit integrierter Aktuierung

Der Fokus des internationalen Forschungsprojektes „Flectuation“ liegt in der grundlegenden Entwicklung von adaptiven Fassadenbauteilen (Verschattungseinheiten) aus thermoplastischem Faserverbundkunststoffen (FVK). Die Verformung der adaptiven Fassadenbauteile wird durch im Materialaufbau integrierten pneumatischen Aktuatoren realisiert. Die für die Aktuierung benötigte Energie (ca. 0,2 kWh/m²a) soll durch das Bauteil selbst bereitgestellt werden: Die Energie wird durch auf der Bauteiloberfläche aufgebrachte Photovoltaik-Elemente erzeugt, die ganzjährig exponiert ca. 45 kWh/m²a Energie bereitstellen sollen.

Die Steuerung der Verschattungseinheiten soll neben der Position für eine optimale Verschattung des Innenraums, der Tageslichtversorgung und der Blendschutzwirkung im Innenraum (Wirkungsgrad der Verschattung) auch die Ausrichtung der Photovoltaik-Folien zum Sonnenstand (Energiegewinnung) regeln.

Aufbauend auf dem zugrundeliegenden Materialkonzept für thermoplastische und adaptive Fassadenbauteile, soll darüber hinaus ein Materialkatalog erstellt werden. Mit Hilfe dieses Materialkatalogs können künftige Halbzeuge (Organobleche) in Abhängigkeit von der notwendigen Verformung und der Bauteil-Geometrie ausgewählt werden.

Ausgehend von dem parametrisierten Materialkatalog soll die schnelle, unkomplizierte industrielle Fertigung von adaptiven FVK-Bauteilen mit variierenden Eigenschaftsprofil und integrierten Aktuatoren samt integralem Steuerungssystem innerhalb des Projektes umgesetzt werden. Die Automatisierung der Prozesse zur Reproduzierbarkeit von Materialeigenschaften und schnellen Fertigung steht hierbei – neben materialseitigen Forschungsaspekten – im Fokus der Projektarbeit. Beginnend mit der konzeptionellen Entwicklung möglicher kinetischer Bauteile für adaptive Fassadenverschattungssysteme, soll deren Funktionalität und Realisierbarkeit mit der anvisierten thermoplastischen Materialkombination getestet werden.

Projektlaufzeit
Januar 2022 – Dezember 2024

Projektteam
ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen
Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Dr.-Ing. Axel Körner, Edith A. Gonzalez

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

Jehle Technik GmbH
Alexander Jehle, Uwe Boerboom, Sai Konduri

HELLA Sonnen- und Wetterschutztechnik GmbH
Robert Weitlaner, Gerald Lukasser, Stephan Moser

Formfinder Software GmbH
Robert Roithmayer

Assoziierte Partner
KREMPEL GmbH

Publikationen im Rahmen des Projektes
Moser S, González EA, Körner A, Born L, Gresser GT, Knippers J (2023) Datengesteuerte Regelungsstrategie mittels einer modellbasierten Evaluierung: Anwendung an einer adaptiven Fassade in Freiburg. In Proceedings LICHT 2023. LICHT 2023, Salzburg, Austria, 26.03.-29.03.2023. https://licht2023.at/wp-content/uploads/2023/07/Moser-Stephan.pdf

González EA, Moser S, Körner A, Born L, Gresser GT, Weitlaner R, Knippers J (2023) Advancing solar control and energy harvesting through the use of pneumatically actuated elastic adaptive façades. In: Proceedings SMART 2023: ECCOMAS Thematic Conference, pp 744–756. https://www.eccomasproceedia.org/conferences/thematic-conferences/smart-2023/982

Moser S, Gonzalez EA, Ridder M, Born L, Körner A, Gresser GT, Knippers J, Weitlaner R (2024) Performance Investigation of Different PV Technologies on Pneumatically Actuated Adaptive Façade at a Demonstrator Building in Freiburg, Germany. In: Proceedings of SimBuild Conference 2024, vol 11, pp 661–667.
https://publications.ibpsa.org/proceedings/simbuild/2024/papers/simbuild2024_2159.pdf

Förderung
Das internationale Forschungsvorhaben wird auf deutscher Seite vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz der Bundesrepublik im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) bzw. auf österreichischer Seite von Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft und das Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie über die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) gefördert.