Faltkonstruktionen und Origami-basierte Tragstrukturen

  Modulares Origami Tragkonstruktionen  

Prinzipien aus der Faltkunst systematisch für ingenieurtechnische Aufgabenstellungen nutzbar machen

Traditionelles Origami Tragkonstruktionen

Origami sekkei steht für technische Lösungen, die sich Prinzipien des Origami zunutze machen. Es bietet sich besonders für die Konzeption von Tragstrukturen an, da Origami-basierte Konstruktionen gleich mehrere technisch relevante Eigenschaften in sich vereinen. So bilden zueinander gefaltete starr miteinander verbundene Flächen statisch wirkungsvolle und materialsparende Formen, weswegen starre Faltungen ein Leichtbausystem repräsentieren. Demgegenüber ist der Vorteil von kinematischen Faltungen, dass diese wandelbar sind und bei entsprechend biegesteifer Ausbildung der Faltflächen statisch wirksam.
Trotz der räumlichen Möglichkeiten und der statischen wie kinematischen Vorteile sind starre Faltwerke in der zeitgenössischen Architektur selten und wandelbare Faltungen quasi nicht existent.
Um dieses Strukturform- und Konstruktionsprinzip für das Bauwesen nutzbar zu machen, müssen die faltspezifischen Grundlagen herausgearbeitet werden. Es liegt dabei nahe, die wesentlichen Prinzipien in der jahrhundertealten, zweckfreien Papierfaltkunst Origami zu suchen.

Das traditionelle Origami beruht auf strengen Vorschriften. Die meist figürlichen Faltobjekte werden aus nur einem einzigen quadratischen Blatt Papier und ausschließlich durch Falten erstellt. Diese Vorgehensweise ist für technische Anwendungen zu restriktiv. Es haben sich jedoch weitere Origami-Kategorien entwickelt, die großes Potential für die Technik beinhalten.
Beim Modularen Origami beispielsweise werden Module zu einer Raumstruktur zusammengesetzt, weshalb es sich besonders für starre Faltwerke als Inspirationsquelle anbietet.

 

Bewegliche Faltkonstruktionen hingegen basieren häufig auf den Origami-Tessellations, deren Faltmuster auf gleichmäßigen Modulen beruhen. Neben einer gleichmäßigen Anordnung lassen Tessellation-Origami-Muster Variationen zu, so dass verschiedenste, auch unregelmäßige Faltgeometrien erzeugt werden können. Die kinematische Kopplung der Faltelemente bei Tessellation-Origami-basierten Faltstrukturen führt bei bestimmten Faltmustern zu einem Mechanismus mit Freiheitsgrad = 1, so dass prinzipiell lediglich ein Antrieb ohne zusätzliche Führungskonstruktionen erforderlich ist, um die Gesamtstruktur zu bewegen. Diese Unabhängigkeit von Subkonstruktionen eröffnet ein weites Feld für Anwendungsideen.

Weitere Origami-Kategorien, deren Prinzipien für (bau-)technische Anwendungen nutzbar sein könnten, sind z.B. das Curved Origami oder das Kirigami.

Im Rahmen der Bearbeitung dieses Promotionsvorhabens werden geplante und gebaute Beispiele starrer und wandelbarer Faltkonstruktionen sowie eigene und studentische Projekte analysiert und bewertet. Die spezifischen Herausforderungen selbsttragender starrer und wandelbarer Faltkonstruktionen werden herausgearbeitet, um damit den Einsatz dieses Strukturform- und Konstruktionsprinzips für technische Anwendungsgebiete, vorrangig im Bereich der Architektur, zu ermöglichen.

Ziel dieses Promotionsvorhabens ist das Klassifizieren von für das Bauwesen vielversprechenden Origami-Kategorien und Mustern, der Identifikation möglicher Aufgabenstellungen für Origami-basierte starre und faltbare Tragkonstruktionen und das Aufzeigen der Herausforderungen bei der Planung und Realisierung von Faltwerken und wandelbaren Faltkonstruktionen. Als Ergebnis entsteht ein Leitfaden, der Architekten und Ingenieuren die systematische Planung von Origami-basierten Faltkonstruktionen vereinfacht.

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Susanne Hoffmann

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