Brainstorming zur

Methodik des Faltens / Kompression

Ziel ist es, eine große Struktur aus einem möglichst kleinen Anfangsvolumen und Gewicht heraus zu entfalten. Dabei unterscheidet man reversible Strukturen (z.B. der Regenschirm, Fallschirm, Zelt) und nicht reversible Strukturen (z.B. Airbag, Insektenflügel). Nicht reversible Strukturen lassen sich nicht mehr in ihre ursprüngliche, kompakte Form zurückführen. (z.B. weil der Insektenflügel ausgehärtet ist.) In der japanischen Faltkunst Origami werden ausgehend von einem flachen Stück Papier zwei- oder dreidimensionale Objekte gefaltet. Die entstehenden Objekte bestehen am Ende aus Flächen, die oft sehr raffiniert gegeneinander angeordnet sind. Aber wie sieht es aus mit eindimensionalen Objekten wie Stangen und Seilen oder mit weichen Materialien wie Tüchern und Folien, die evtl. zu Anfang aufgerollt sind? Außerdem soll der Entfaltungsprozess automatisch ablaufen. Die Entfaltungsenergie wird evtl. nur an wenigen Punkten pneumatisch oder über Seilzüge, Federn etc. eingebracht.

Elemente faltbarer Systeme

Gelenk

Ein wesentliches Element eines solchen Objektes ist das Gelenk. Bei der Auswahl eines Gelenks sind verschiedene funktionelle Fragen zu klären:
  • In welchem Winkelbereich soll sich das Gelenk bewegen?
  • Soll es sich nur in eine Richtung bewegen?
  • Soll das Gelenk zu einem bestimmten Zeitpunkt blockieren? (z.B. mit Haken, Kapseln, Fänger, Verschlusssystem)
  • Soll die Blockade kurzfristig oder langfristig bestehen?
  • Ist die Blockade reversibel? Ist ein spezielles Werkzeug notwendig um die Blockade zu lösen? (z.B. ein funkferngesteuerter Bolzenzieher)
  • Soll das Gelenk aktiv sein? Wenn ja, wie wird die Energie und die Information übertragen bzw. gespeichert? Denkbar wären hierbei pneumatische, thermische, elektromagnetische Systeme Federn oder künstliche Muskel.

Fischhaut und Vogelgefieder

Beim Falten, Schieben und Rollen will man oft das System dicht halten. Flüssigkeiten oder andere Objekte sollen nicht austreten oder eindringen. Strukturen wie die Fischhaut mit ihren Schuppen oder Vogelgefieder schmiegen sich an die darunterliegende Geometrie an und schliessen bei deren Veränderung immer noch dicht ab ohne die Beweglichkeit zu behindern. Beim Fin Ray Effekt (von Flossenstrahlen des Fisches) wird durch eine spezielle Anordnung von Strukturelementen eine Anisotropie der Verformbarkeit, Steifigkeit und Belastbarkeit erreicht. D.h. das Bauteil ist z.B in einer Raumrichtung leicht beweglich und in einer anderen Raumrichtung immer noch steif. Etwas Ähnliches kennt man vom Rollbüro oder dem Akkordeon.

Auch wenn man keine komplizierten Bewegungen ausführen will, ist oft eine gewisse Beweglichkeit notwendig um Zwangsbeanspruchungen (z.B. durch Temperaturschwankungen, Erdbeben) aufzufangen. Dies wird im Allgemeinen durch Fugen realisiert, die aber eine gewisse Inhomogenität der Oberfläche zur Folge haben. Ausserdem ist das System dann nicht mehr dicht.

Weitere Elemente

Als weitere Elemente eines faltbaren Systems sind
  • Ventile,
  • Verbindungstücke,
  • Seilzüge,
  • Umlenkrollen,
  • Scharniere,
  • Bowdenzug,
  • Hebel und
  • Teleskopstangen
vorstellbar.

Elementkatalog

Für eine einfachere Planung ist es notwendig einen Katalog solcher Elemente zu erstellen. (mit Bezugsquellen, Preis, Kategorien)

Computerprogramm

Außerdem braucht man ein Computerprogramm, in dem die verschiedenen Elemente miteinander kombiniert werden und die Zeitabläufe der Faltsequenzen getestet werden können. Gerade bei den irreversiblen Prozessen ist es besonders wichtig Schwingungen entsprechend im Vorfeld abzuschätzen.

Beispiele

  • Ein prominentes Beispiel war die Entfaltung der 20 Meter langen Antennenausleger an Bord des Mars Express. Ein Überschwingen beim Entfalten hätte zu Beschädigungen führen können.
  • Bei dem amerikanischen Projekt "Eyeglas" soll sich eine 100 Meter grosse Linse vor einem Weltraumteleskop entfalten.
  • aufblasbare Sturmbarriere
  • schnell aufbauender Turm
  • diverse Raumfahrzeuge
  • Falthaus auf dem Mars

Sonstiges zur Falttechnik: Methodologie, Simulation, Modellierung

  • Schneide und Klebetechniken
  • Masse einbringen: Wasser, Beton
  • Räume: gefaltet, entfaltet Ballons
  • Entwerfen am Computer
  • Tragkraft
  • Testen

Ein Wettbewerb

  • Aus einem Behälter mit den Massen 10cm x 10cm x 10 cm soll sich ein möglichst hoher Turm selbstständig entfalten.
  • An der Spitze des Turms soll sich ein 100g schweres Messgerät befinden, das die Höhe sendet. Dieses Messgerät sollte auch in dem Behälter untergebracht sein.
  • Ebenso muss die Energiequelle zum Entfalten auch in dem Behälter untergebracht sein.
  • Es darf kein Gas eingesetzt werden, das leichter als Luft ist (z.h. Höhenballon).
  • Gewonnen hat das Team, desssen Turm am höchsten ist und mindestens 6 Stunden gestanden hat.
 

Copyright 1999-2010 Andreas Greuer