Evolutionary Light Structure Engineering - ELISE3d

Evolutionary Light
Structure Engineering

„
Wir sind
begeistert von den
überragenden Leistungen
der
Natur
“

Evolutionary Light Structure Engineering
ELiSE
Die Natur dient uns als Inspirationsquelle
für innovative Neu- und
Weiterentwicklungen in verschiedensten
Branchen.
Wir übersetzen die Funktionalität,
Effizienz und Ästhetik natürlicher
Systeme in Ihr Produkt.
ELiSE ermöglicht überlegene Leichtbau-Lösungen.

Die natürlichen Vorbilder:
Jahrmillionen Expertise
im
Leichtbau
Das Leben im Ozean ist ein ständiges
Wettrüsten. Seit Jahrmillionen
kämpfen Planktonorganismen wie
Diatomeen und Radiolarien dagegen
von Ruderfußkrebsen gefressen
zu werden. Im Laufe der Evolution
entwickelten sich immer
stabilere Schalen auf der einen und
immer bessere Fresswerkzeuge auf
der anderen Seite.
Um bei diesem Wettrüsten nicht
mit massiven Panzern abzusinken
und vom lebensspendenden Sonnenlicht
abgeschnitten zu werden,
ist extremer Leichtbau erforderlich.
Wir haben das einmalige Leichtbaupotenzial
dieser Lebewesen erkannt
und nutzen dieses im
ELiSE-Verfahren für die Optimierung
Ihrer Bauteile.
Diatomeen und Radiolarien sind auf stabile und leichte
Schalen zum Schutz vor Ruderfußkrebsen angewiesen.

Biologische Vorbilder
Die außergewöhnliche Leistungsfähigkeit der Bauweisen
von Planktonorganismen wird durch mikromechanische
Crashtests belegt (Hamm et al. 2003 -
Nature 421). Die glasartigen Schalen (SiO 2 ) halten
einem Gewicht von mehr als 800 Tonnen pro Quadratmeter
stand. Anschaulich müsste ein Kanaldeckel
das Gewicht von 150 Mittelklassewagen tragen,
um annährend die Stabilität der biologischen Vorbilder
zu erreichen. Die für diese Höchstleistung notwendigen
Strukturen können nur durch erstklassige
Konstruktionsweisen erreicht werden. Neben
versteiften Flächentragwerken, Balken- und Rippenkonstruktionen
finden sich des Weiteren Kantenversteifungen,
multifunktionale Waben- sowie Sandwichbauweisen
wieder. Da die Natur den gleichen
physikalischen Gesetzmäßigkeiten ausgesetzt ist wie
technische Systeme, können diese Prinzipien vom
Mikrokosmos mit Hilfe der Bionik in die Maßstäbe
der Technik übertragen werden. Um die Konstruktionsweisen
unserer natürlichen Vorbilder
technisch nutzbar zu machen, haben
wir Zugriff auf eine der weltweit
größten Datenbanken
von biologischen Leichtbaustrukturen
dieser
Art. Bei einer solchen
Arten- und
Strukturvielfalt
finden wir die
besten Transferlösungen
für Ihr Produkt.
Mikroskopische Aufnahme einer Diatomee
während eines Crashtests
Radiolarie im
Maßstab 200:1
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Das ELiSE-Verfahren:
Aus der Natur
zum
fertigen Produkt
Erklärt am Beispiel einer Offshore-Gründungsstruktur
Screening
Analyse
Abstraktion
Nach der Analyse der Lastfälle
Ihres Produktes werden mehrere
geeignete biologische Vorbilder
ausgewählt. Dabei hilft
eine Strukturdatenbank von
Planktonorganismen. In dieser
werden Strukturen mit funktioneller
Ähnlichkeit zu Ihrem
Bauteil gesucht.
Welche Prinzipien stecken
hinter der Funktion? Die ausgewählten
Vorbilder werden
mit Hilfe von Computer
Aided Engineering unter
Berücksichtigung Ihres Lastfalls
untersucht. Die besten
Strukturen werden ausgewählt
und weiter analysiert.
Die Funktionsweisen der Vorbildstrukturen
werden in abstrahierte
Modelle übersetzt.
Ziel ist die Vereinfachung der
Geometrie unter Beibehaltung
der Funktionalität. Die vor-optimierten
Strukturen werden in
den nächsten Schritten in Ihre
Leichtbaustruktur übertragen.

ELiSE-Verfahren
Optimierung
Ihr Produkt
Zur Verbesserung Ihrer Produkte
nutzt das ELiSE-Verfahren
bewährte Strukturen aus
der Natur: die Vorbilder sind
Schalen und Panzer mariner
Kleinstlebewesen, die sich nach
Millionen von Jahren Entwicklungszeit
zu hocheffizienten
und multifunktionalen Leichtbaustrukturen
entwickelt haben.
ELiSE revolutioniert
den Leichtbau
Die abstrahierten Modelle bilden
die Startpositionen weiterer
Optimierungsschritte. Damit
wird die Grundstruktur
Ihres bionischen Bauteils gezielt
an die konkreten Anforderungen
angepasst. Folglich wird
Material nur dort eingesetzt,
wo es tatsächlich benötigt wird.
Die Ausarbeitung verschiedener
Lösungsansätze führt zu
optimierten Konstruktionen
Ihres Produkts. Durch die simultane
Auffindung mehrerer
Optimierungslösungen wird
die Fertigung und Materialauswahl
unter ökonomischen
Aspekten ermöglicht.
Das ELiSE-Verfahren übersetzt
natürliche Leichtbaustrukturen.
Dabei werden die technischen
Lastfälle und Anforderungen berücksichtigt.
Durch den Optimierungsvorsprung
zu Beginn
der Entwicklung werden beeindruckende
Ergebnisse und kürzere
Entwicklungszeiten erreicht.
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Unsere
Leistungen:
Innovative
Produktentwicklungen

Leistungen
Wir unterstützen Sie bei der Entwicklung
und Optimierung von innovativen Produkten.
Mit dem modularen Aufbau des ELiSE-Verfahrens bieten wir unterschiedliche
Kompetenzen an, die wir ganz nach Ihren Bedürfnissen einsetzen:
Produktentwicklung mit multifunktionalem Leichtbau
Datenbank mit 90.000 bewährten Strukturen
Steigerung der Innovationskraft mit Methoden der Bionik
Lösungen durch Arbeit in multidisziplinären Teams
Konstruktion mit CAE (Computer Aided Engineering)
Topologie- und Topographieoptimierung
Parametrische Optimierung mit Evolutionsalgorithmen
Crash- und Mehrkörper-Simulation
Projektmanagement und Serienbegleitung
Produktdesign
3D-Rekonstruktion und Rasterelektronenmikroskopie
Aufbereitung der Ergebnisse zur wirkungsvollen Kommunikation
Durchführung von Forschungsprojekten / Grundlagenforschung
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Erfolg
durch
Vielfalt

Team
Um Sie optimal zu unterstützen, steht hinter
dem ELiSE-Verfahren ein interdisziplinäres Team,
in welches Experten mit langjähriger Projekterfahrung
ihre Kompetenzen einbringen. So arbeiten
bei uns Ingenieure aus verschiedenen Fachrichtungen
sowie Biologen und Bioniker eng
zusammen.
Diese Vielfalt an Kompetenzen ist der Garant für
unseren Erfolg. Der stetige Wissenstransfer zwischen
den unterschiedlichen Fachgebieten ermöglicht
neue Impulse und Ideen. Dadurch sind
wir in der Lage Ihren Herausforderungen mit
maßgeschneiderten Lösungen zu begegnen. Mit
dem ELiSE-Verfahren sorgen wir dafür, dass Sie
sich von der Konkurrenz abheben.
Wir sind Experten im Leichtbau
und generieren mit dem von uns
entwickelten ELiSE-Verfahren branchenunabhängige
Leichtbaulösungen.
Unsere Tätigkeitsfelder erstrecken
sich unter anderem über die
Bereiche:
Automotive und Fahrzeugbau
Erneuerbare Energien
Maschinenbau
Schiffbau
Schienen- und Nutzfahrzeuge
Luft- und Raumfahrt
Medizintechnik
Bauwesen
Konsumgüter und Produktdesign
Architektur
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Ihre Vorteile
durch
ELiSE

Ihre Vorteile
Mit dem ELiSE-Verfahren
machen wir Ihr Produkt
leichter. Da Leichtbau den
anderen Anforderungen an
Ihr Produkt nicht entgegenstehen
darf, achten wir darauf,
dass Sie bei uns mehr
als nur Leichtbauoptimierung
erhalten. Die Reduktion des
Gewichts ist das Ziel unseres
Verfahrens, aber nicht der
einzige Nutzen.
So sorgen wir dafür, dass Sie
auf vielfältige Weise von unseren
Expertisen profitieren.
Gewichtseinsparungen von
über 50% sind je nach Produkt
möglich und konnten in
Zusammenarbeit mit unseren
zufriedenen Kunden erreicht
werden. Darüber
hinaus zeichnen sich unsere
Optimierungslösungen durch
folgende Aspekte aus:
Wirtschaftlicher Leichtbau und Gewichtsminimierung
durch vor-optimierte Strukturen aus der Natur
Sicherung der Zielkosten & Performance durch Verfolgung
verschiedener Optimierungsszenarien
Multifunktionalität durch Integration mehrerer Eigenschaften
Schnellere Entwicklung durch Zugriff auf bionische
Strukturdatenbank
Alleinstellungsmerkmal durch Bionik
Ästhetische Formfindung für ein ansprechendes Design
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Optimaler Leichtbau durch Vielfalt
Bei der Frage nach einer optimalen
Leichtbaustruktur existiert eine Vielzahl
an Lösungen. Der Startpunkt entscheidet,
ob Sie auf dem globalen Optimum
landen oder auf dem kleinen Hügel nebenan.
Daher wählen wir aus einer Strukturdatenbank
mit über 90.000 Einträgen
verschiedene biologische Vorbilder für Ihr
Leichtbauziel.
Mit uns starten
Sie hier.
Und
hier.
Und vor allem
hier!
Zeitersparnis durch bewährte
Strukturen
Die biologischen Vorbildstrukturen sind
das Ergebnis von Millionen von Jahren
Entwicklungszeit. Sie starten durch die
Nutzung vor-optimierter Strukturen mit
erheblichem Vorsprung. Im Gegensatz zu
einer herkömmlichen Optimierung erreichen
Sie Ihr Ziel schneller.
Optimierungsgrad
Herkömmliche
Optimierung
Entwicklungszeit
Paralleler Optimierungsansatz
Durch die Verfolgung verschiedener Optimierungsszenarien finden wir die Leichtbau-
Lösung, die Ihren Anforderungen entspricht. Somit wird die optimale Balance aus Gewichtsersparnis,
Fertigungsaufwand und Herstellungskosten erreicht.

Ihre Vorteile
Bionik als
Alleinstellungsmerkmal
Von der Natur inspirierte
Strukturen sorgen dafür, dass
sich unsere Lösungen vom Status
quo abheben. Bei der Umsetzung
Ihrer Vertriebsstrategie
unterstützen wir Sie gerne. Somit
steht dem Erfolg Ihres Produktes
nichts im Wege.
Fortschritt durch
Multifunktionalität
Leichtbau ist selten die einzige
Eigenschaft eines Lebewesens.
Auch Ihr Produkt muss zahlreichen
Anforderungen genügen.
So wie die Natur vielfältige
Funktionen in einem Design
vereint, so berücksichtigen
auch wir mit dem ELiSE-Verfahren
Ihre multifunktionalen
Anforderungen: Sicherheit, Effizienz
und Komfort.
Von Natur
aus nachhaltig
Die Reduktion von Gewicht geht
immer mit dem Einsparen von
Ressourcen einher. Es existieren
aber auch ganz pragmatische
Gründe für die Ressourcenschonung:
Bei der Verringerung des
CO 2 -Ausstoß z. B. im Automobilbereich
spielt die gesetzliche
Regulierung eine immer größere
Rolle. Durch Berücksichtigung
von Leichtbau erfüllen Sie auch
in Zukunft die gesetzlichen Anforderungen
und schaffen energieeffiziente
Produkte.
Der von der Bundesregierung vorgegebene CO 2 -Ausstoß von PKWs muss bis 2025 auf 95 g/km sinken.
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Ihr
Partner
für
den
multifunktionalen
Leichtbau

Referenzen
Windenergie
Gewichts-
48% ersparnis
Offshore-Gründungsstruktur
Damit Offshore-Windkraftanlagen den rauen
Bedingungen auf See trotzen können,
werden extrem stabile Gründungsstrukturen
benötigt. Mit den Firmen Weserwind
und RLE International wurde durch das
ELiSE-Verfahren eine Leichtbau-Gründungsstruktur
entwickelt, die das Gewicht der
Ausgangsstruktur von 770 t auf 400 t reduzierte.
Zudem wurde die Herstellbarkeit
durch den Einsatz von Standardrohrelementen
vereinfacht.
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&
YACHTDESIGN & ENGINEERING
Yacht-Engineering
In Zusammenarbeit mit dem
renommierten Yachtdesigner
judel/vrolijk & co wird die Anwendung
des ELiSE-Verfahrens
zur Entwicklung radikal verbesserter
Leichtbaukonstruktionen
im Rumpfdesign von Rennyachten
erforscht.
Das Projekt wird gefördert
aus Mitteln des EFRE
und des Landes Bremen.
Leichtbau-Pavillon
Der in Zusammenarbeit mit den Architekten
Julia & Göran Pohl entwickelte
Leichtbau-Pavillon vereint Funktionalität
mit einem ästhetischen Äußeren. Bei
nur vier Millimetern Wandstärke nimmt
das glasfaserverstärkte Material auf
Grund der besonderen, vom ELiSE-Verfahren
inspirierten und freitragenden
fraktalen Struktur nicht nur Gewichtsund
Windlasten, sondern auch lokale
Belastungen klaglos auf.

Referenzen
Vorwerk Kobold VK 140
Für den renommierten Staubsaugerhersteller Vorwerk
wurde in einer Studie das Leichtbaupotenzial verschiedener
Komponenten untersucht. In einer detaillierteren
Betrachtung konnten durch Strukturleichtbau nach dem
ELiSE-Verfahren Potentiale zur Gewichtseinsparung bei
einer Gehäusekomponente aufgezeigt werden.
Die erreichte Gewichtsersparnis kommt nicht nur der
Rohstoffbilanz bei der Herstellung, sondern auch der
Handhabung des Gerätes zu Gute.
Medizintechnik
Atmungsaktive Stützschiene
Nach einem Knochenbruch muss der Bruch
für lange Zeit in Ruhigstellung gebracht
werden, was eine enorme Belastung darstellt.
Mit dem Ziel den Tragekomfort durch
weniger Gewicht und Atmungsaktivität zu
verbessern, wurde die bionische Armschiene
entwickelt. Die häufig bei Diatomeen anzutreffende
fraktale Wabenstruktur bietet
nicht nur eine exzellente Steifigkeit bei geringem
Gewicht, sondern auch eine hohe
Atmungsaktivität.
Gewichts-
40% ersparnis
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Automotive
Kopfstütze
Gewichts-
40% ersparnis
Die Forderung nach Effizienz ist von
wachsender Bedeutung im Automobilbau.
Die in Zusammenarbeit mit
dem Zulieferer RLE international entwickelte,
biologisch inspirierte Kopfstütze
ist ein Schritt in diese Richtung
– 40% des Gewichts werden pro
Kopfstütze eingespart.
Felge
Gewichts-
20% ersparnis
Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen wie
Autofelgen ist Zuverlässigkeit besonders
wichtig.
Die Bionik-Felge besitzt hervorragende
Eigenschaften im Bereich der Kraftübertragung
zwischen Nabe und Reifen.
Durch das neuartige Konstruktionsprinzip
aus radialen und konzentrischen Streben,
die durch kurze Zwischenstreben
im Randbereich ergänzt werden, bietet
die Felge eine sehr homogene Spannungsverteilung
in allen Bereichen.

Referenzen
Crashrelevante Bauteile
In Zusammenarbeit mit namhaften OEMs wurden für den Seitencrash innovative Bauteilkonzepte
entwickelt. In Anlehnung an die in der Natur verwendeten Crashmechanismen
werden neuartige Funktionserfüllungen und zugleich eine Gewichtsersparnis ermöglicht.
Karosserie-Leichtbau: B-Säule
30%
Gewichtsersparnis
Gewichtsersparnis
Die Karosserie trägt mit 25% der Fahrzeuggesamtmasse
einen großen Anteil am Gewicht bei. Für unseren
Kunden konnte das Gewicht der B-Säule unter
Berücksichtigung der Herstellbarkeit und der
IIHS-Crashvorgaben um über 30% gesenkt werden.
Strukturen für Fahrzeugsitze
20%
Fahrzeugsitze tragen maßgeblich zum Komfort bei.
Bei der Optimierung der Sitzstruktur bietet das
ELiSE-Verfahren multifunktionale Vorteile. Durch
unsere patentierte fraktale Wabenstruktur werden
gleichzeitig Gewicht reduziert, Schwingungen gedämpft
und die Atmungsaktivität gesteigert.
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IMARE wird gefördert mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und Mitteln des Landes Bremen.

Mit ELiSE nutzen Sie eine Technologie, die bereits
vor 10 Jahren am renommierten Alfred-
Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar-
und Meeresforschung, ihren Anfang nahm.
Heute steht hinter ELiSE neben dem Alfred-
Wegener-Institut als starker Partner das Institut
für marine Ressourcen. Mit der vorhandenen
Datenbank verschiedener Arten von
Planktonorganismen und ständig neuem Probenmaterial,
das durch unser Forschungsschiff
Polarstern in allen Teilen der Erde gesammelt
wird, ist ein exklusiver Zugang zu den Vorbildern
für Ihr Produkt gegeben. Sie profitieren
damit von unserer langjährigen Erfahrung im
Bereich der Analyse von biologischen Strukturen
- der Inspirationsquelle für Ihr Leichtbauprodukt.
Gerne stellen wir Ihnen das ELiSE-Verfahren
und die Optimierungsmöglichkeiten für Ihr
Produkt persönlich vor.
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Dr. Christian Hamm
Bussestraße 27
27570 Bremerhaven
Email: christian.hamm@awi.de
Fon: +49 471 4831-1832
Fax: +49 471 4831- 2210
www.elise3d.com