Evolutionary Light Structure Engineering - ELISE3d
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<strong>Evolutionary</strong> <strong>Light</strong><br />
<strong>Structure</strong> <strong>Engineering</strong>
„<br />
Wir sind<br />
begeistert von den<br />
überragenden Leistungen<br />
der<br />
Natur<br />
“
<strong>Evolutionary</strong> <strong>Light</strong> <strong>Structure</strong> <strong>Engineering</strong><br />
ELiSE<br />
Die Natur dient uns als Inspirationsquelle<br />
für innovative Neu- und<br />
Weiterentwicklungen in verschiedensten<br />
Branchen.<br />
Wir übersetzen die Funktionalität,<br />
Effizienz und Ästhetik natürlicher<br />
Systeme in Ihr Produkt.<br />
ELiSE ermöglicht überlegene Leichtbau-Lösungen.
Die natürlichen Vorbilder:<br />
Jahrmillionen Expertise<br />
im<br />
Leichtbau<br />
Das Leben im Ozean ist ein ständiges<br />
Wettrüsten. Seit Jahrmillionen<br />
kämpfen Planktonorganismen wie<br />
Diatomeen und Radiolarien dagegen<br />
von Ruderfußkrebsen gefressen<br />
zu werden. Im Laufe der Evolution<br />
entwickelten sich immer<br />
stabilere Schalen auf der einen und<br />
immer bessere Fresswerkzeuge auf<br />
der anderen Seite.<br />
Um bei diesem Wettrüsten nicht<br />
mit massiven Panzern abzusinken<br />
und vom lebensspendenden Sonnenlicht<br />
abgeschnitten zu werden,<br />
ist extremer Leichtbau erforderlich.<br />
Wir haben das einmalige Leichtbaupotenzial<br />
dieser Lebewesen erkannt<br />
und nutzen dieses im<br />
ELiSE-Verfahren für die Optimierung<br />
Ihrer Bauteile.<br />
Diatomeen und Radiolarien sind auf stabile und leichte<br />
Schalen zum Schutz vor Ruderfußkrebsen angewiesen.
Biologische Vorbilder<br />
Die außergewöhnliche Leistungsfähigkeit der Bauweisen<br />
von Planktonorganismen wird durch mikromechanische<br />
Crashtests belegt (Hamm et al. 2003 -<br />
Nature 421). Die glasartigen Schalen (SiO 2 ) halten<br />
einem Gewicht von mehr als 800 Tonnen pro Quadratmeter<br />
stand. Anschaulich müsste ein Kanaldeckel<br />
das Gewicht von 150 Mittelklassewagen tragen,<br />
um annährend die Stabilität der biologischen Vorbilder<br />
zu erreichen. Die für diese Höchstleistung notwendigen<br />
Strukturen können nur durch erstklassige<br />
Konstruktionsweisen erreicht werden. Neben<br />
versteiften Flächentragwerken, Balken- und Rippenkonstruktionen<br />
finden sich des Weiteren Kantenversteifungen,<br />
multifunktionale Waben- sowie Sandwichbauweisen<br />
wieder. Da die Natur den gleichen<br />
physikalischen Gesetzmäßigkeiten ausgesetzt ist wie<br />
technische Systeme, können diese Prinzipien vom<br />
Mikrokosmos mit Hilfe der Bionik in die Maßstäbe<br />
der Technik übertragen werden. Um die Konstruktionsweisen<br />
unserer natürlichen Vorbilder<br />
technisch nutzbar zu machen, haben<br />
wir Zugriff auf eine der weltweit<br />
größten Datenbanken<br />
von biologischen Leichtbaustrukturen<br />
dieser<br />
Art. Bei einer solchen<br />
Arten- und<br />
Strukturvielfalt<br />
finden wir die<br />
besten Transferlösungen<br />
für Ihr Produkt.<br />
Mikroskopische Aufnahme einer Diatomee<br />
während eines Crashtests<br />
Radiolarie im<br />
Maßstab 200:1<br />
5
Das ELiSE-Verfahren:<br />
Aus der Natur<br />
zum<br />
fertigen Produkt<br />
Erklärt am Beispiel einer Offshore-Gründungsstruktur<br />
Screening<br />
Analyse<br />
Abstraktion<br />
Nach der Analyse der Lastfälle<br />
Ihres Produktes werden mehrere<br />
geeignete biologische Vorbilder<br />
ausgewählt. Dabei hilft<br />
eine Strukturdatenbank von<br />
Planktonorganismen. In dieser<br />
werden Strukturen mit funktioneller<br />
Ähnlichkeit zu Ihrem<br />
Bauteil gesucht.<br />
Welche Prinzipien stecken<br />
hinter der Funktion? Die ausgewählten<br />
Vorbilder werden<br />
mit Hilfe von Computer<br />
Aided <strong>Engineering</strong> unter<br />
Berücksichtigung Ihres Lastfalls<br />
untersucht. Die besten<br />
Strukturen werden ausgewählt<br />
und weiter analysiert.<br />
Die Funktionsweisen der Vorbildstrukturen<br />
werden in abstrahierte<br />
Modelle übersetzt.<br />
Ziel ist die Vereinfachung der<br />
Geometrie unter Beibehaltung<br />
der Funktionalität. Die vor-optimierten<br />
Strukturen werden in<br />
den nächsten Schritten in Ihre<br />
Leichtbaustruktur übertragen.
ELiSE-Verfahren<br />
Optimierung<br />
Ihr Produkt<br />
Zur Verbesserung Ihrer Produkte<br />
nutzt das ELiSE-Verfahren<br />
bewährte Strukturen aus<br />
der Natur: die Vorbilder sind<br />
Schalen und Panzer mariner<br />
Kleinstlebewesen, die sich nach<br />
Millionen von Jahren Entwicklungszeit<br />
zu hocheffizienten<br />
und multifunktionalen Leichtbaustrukturen<br />
entwickelt haben.<br />
ELiSE revolutioniert<br />
den Leichtbau<br />
Die abstrahierten Modelle bilden<br />
die Startpositionen weiterer<br />
Optimierungsschritte. Damit<br />
wird die Grundstruktur<br />
Ihres bionischen Bauteils gezielt<br />
an die konkreten Anforderungen<br />
angepasst. Folglich wird<br />
Material nur dort eingesetzt,<br />
wo es tatsächlich benötigt wird.<br />
Die Ausarbeitung verschiedener<br />
Lösungsansätze führt zu<br />
optimierten Konstruktionen<br />
Ihres Produkts. Durch die simultane<br />
Auffindung mehrerer<br />
Optimierungslösungen wird<br />
die Fertigung und Materialauswahl<br />
unter ökonomischen<br />
Aspekten ermöglicht.<br />
Das ELiSE-Verfahren übersetzt<br />
natürliche Leichtbaustrukturen.<br />
Dabei werden die technischen<br />
Lastfälle und Anforderungen berücksichtigt.<br />
Durch den Optimierungsvorsprung<br />
zu Beginn<br />
der Entwicklung werden beeindruckende<br />
Ergebnisse und kürzere<br />
Entwicklungszeiten erreicht.<br />
7
Unsere<br />
Leistungen:<br />
Innovative<br />
Produktentwicklungen
Leistungen<br />
Wir unterstützen Sie bei der Entwicklung<br />
und Optimierung von innovativen Produkten.<br />
Mit dem modularen Aufbau des ELiSE-Verfahrens bieten wir unterschiedliche<br />
Kompetenzen an, die wir ganz nach Ihren Bedürfnissen einsetzen:<br />
Produktentwicklung mit multifunktionalem Leichtbau<br />
Datenbank mit 90.000 bewährten Strukturen<br />
Steigerung der Innovationskraft mit Methoden der Bionik<br />
Lösungen durch Arbeit in multidisziplinären Teams<br />
Konstruktion mit CAE (Computer Aided <strong>Engineering</strong>)<br />
Topologie- und Topographieoptimierung<br />
Parametrische Optimierung mit Evolutionsalgorithmen<br />
Crash- und Mehrkörper-Simulation<br />
Projektmanagement und Serienbegleitung<br />
Produktdesign<br />
3D-Rekonstruktion und Rasterelektronenmikroskopie<br />
Aufbereitung der Ergebnisse zur wirkungsvollen Kommunikation<br />
Durchführung von Forschungsprojekten / Grundlagenforschung<br />
9
Erfolg<br />
durch<br />
Vielfalt
Team<br />
Um Sie optimal zu unterstützen, steht hinter<br />
dem ELiSE-Verfahren ein interdisziplinäres Team,<br />
in welches Experten mit langjähriger Projekterfahrung<br />
ihre Kompetenzen einbringen. So arbeiten<br />
bei uns Ingenieure aus verschiedenen Fachrichtungen<br />
sowie Biologen und Bioniker eng<br />
zusammen.<br />
Diese Vielfalt an Kompetenzen ist der Garant für<br />
unseren Erfolg. Der stetige Wissenstransfer zwischen<br />
den unterschiedlichen Fachgebieten ermöglicht<br />
neue Impulse und Ideen. Dadurch sind<br />
wir in der Lage Ihren Herausforderungen mit<br />
maßgeschneiderten Lösungen zu begegnen. Mit<br />
dem ELiSE-Verfahren sorgen wir dafür, dass Sie<br />
sich von der Konkurrenz abheben.<br />
Wir sind Experten im Leichtbau<br />
und generieren mit dem von uns<br />
entwickelten ELiSE-Verfahren branchenunabhängige<br />
Leichtbaulösungen.<br />
Unsere Tätigkeitsfelder erstrecken<br />
sich unter anderem über die<br />
Bereiche:<br />
Automotive und Fahrzeugbau<br />
Erneuerbare Energien<br />
Maschinenbau<br />
Schiffbau<br />
Schienen- und Nutzfahrzeuge<br />
Luft- und Raumfahrt<br />
Medizintechnik<br />
Bauwesen<br />
Konsumgüter und Produktdesign<br />
Architektur<br />
11
Ihre Vorteile<br />
durch<br />
ELiSE
Ihre Vorteile<br />
Mit dem ELiSE-Verfahren<br />
machen wir Ihr Produkt<br />
leichter. Da Leichtbau den<br />
anderen Anforderungen an<br />
Ihr Produkt nicht entgegenstehen<br />
darf, achten wir darauf,<br />
dass Sie bei uns mehr<br />
als nur Leichtbauoptimierung<br />
erhalten. Die Reduktion des<br />
Gewichts ist das Ziel unseres<br />
Verfahrens, aber nicht der<br />
einzige Nutzen.<br />
So sorgen wir dafür, dass Sie<br />
auf vielfältige Weise von unseren<br />
Expertisen profitieren.<br />
Gewichtseinsparungen von<br />
über 50% sind je nach Produkt<br />
möglich und konnten in<br />
Zusammenarbeit mit unseren<br />
zufriedenen Kunden erreicht<br />
werden. Darüber<br />
hinaus zeichnen sich unsere<br />
Optimierungslösungen durch<br />
folgende Aspekte aus:<br />
Wirtschaftlicher Leichtbau und Gewichtsminimierung<br />
durch vor-optimierte Strukturen aus der Natur<br />
Sicherung der Zielkosten & Performance durch Verfolgung<br />
verschiedener Optimierungsszenarien<br />
Multifunktionalität durch Integration mehrerer Eigenschaften<br />
Schnellere Entwicklung durch Zugriff auf bionische<br />
Strukturdatenbank<br />
Alleinstellungsmerkmal durch Bionik<br />
Ästhetische Formfindung für ein ansprechendes Design<br />
13
Optimaler Leichtbau durch Vielfalt<br />
Bei der Frage nach einer optimalen<br />
Leichtbaustruktur existiert eine Vielzahl<br />
an Lösungen. Der Startpunkt entscheidet,<br />
ob Sie auf dem globalen Optimum<br />
landen oder auf dem kleinen Hügel nebenan.<br />
Daher wählen wir aus einer Strukturdatenbank<br />
mit über 90.000 Einträgen<br />
verschiedene biologische Vorbilder für Ihr<br />
Leichtbauziel.<br />
Mit uns starten<br />
Sie hier.<br />
Und<br />
hier.<br />
Und vor allem<br />
hier!<br />
Zeitersparnis durch bewährte<br />
Strukturen<br />
Die biologischen Vorbildstrukturen sind<br />
das Ergebnis von Millionen von Jahren<br />
Entwicklungszeit. Sie starten durch die<br />
Nutzung vor-optimierter Strukturen mit<br />
erheblichem Vorsprung. Im Gegensatz zu<br />
einer herkömmlichen Optimierung erreichen<br />
Sie Ihr Ziel schneller.<br />
Optimierungsgrad<br />
Herkömmliche<br />
Optimierung<br />
Entwicklungszeit<br />
Paralleler Optimierungsansatz<br />
Durch die Verfolgung verschiedener Optimierungsszenarien finden wir die Leichtbau-<br />
Lösung, die Ihren Anforderungen entspricht. Somit wird die optimale Balance aus Gewichtsersparnis,<br />
Fertigungsaufwand und Herstellungskosten erreicht.
Ihre Vorteile<br />
Bionik als<br />
Alleinstellungsmerkmal<br />
Von der Natur inspirierte<br />
Strukturen sorgen dafür, dass<br />
sich unsere Lösungen vom Status<br />
quo abheben. Bei der Umsetzung<br />
Ihrer Vertriebsstrategie<br />
unterstützen wir Sie gerne. Somit<br />
steht dem Erfolg Ihres Produktes<br />
nichts im Wege.<br />
Fortschritt durch<br />
Multifunktionalität<br />
Leichtbau ist selten die einzige<br />
Eigenschaft eines Lebewesens.<br />
Auch Ihr Produkt muss zahlreichen<br />
Anforderungen genügen.<br />
So wie die Natur vielfältige<br />
Funktionen in einem Design<br />
vereint, so berücksichtigen<br />
auch wir mit dem ELiSE-Verfahren<br />
Ihre multifunktionalen<br />
Anforderungen: Sicherheit, Effizienz<br />
und Komfort.<br />
Von Natur<br />
aus nachhaltig<br />
Die Reduktion von Gewicht geht<br />
immer mit dem Einsparen von<br />
Ressourcen einher. Es existieren<br />
aber auch ganz pragmatische<br />
Gründe für die Ressourcenschonung:<br />
Bei der Verringerung des<br />
CO 2 -Ausstoß z. B. im Automobilbereich<br />
spielt die gesetzliche<br />
Regulierung eine immer größere<br />
Rolle. Durch Berücksichtigung<br />
von Leichtbau erfüllen Sie auch<br />
in Zukunft die gesetzlichen Anforderungen<br />
und schaffen energieeffiziente<br />
Produkte.<br />
Der von der Bundesregierung vorgegebene CO 2 -Ausstoß von PKWs muss bis 2025 auf 95 g/km sinken.<br />
15
Ihr<br />
Partner<br />
für<br />
den<br />
multifunktionalen<br />
Leichtbau
Referenzen<br />
Windenergie<br />
Gewichts-<br />
48% ersparnis<br />
Offshore-Gründungsstruktur<br />
Damit Offshore-Windkraftanlagen den rauen<br />
Bedingungen auf See trotzen können,<br />
werden extrem stabile Gründungsstrukturen<br />
benötigt. Mit den Firmen Weserwind<br />
und RLE International wurde durch das<br />
ELiSE-Verfahren eine Leichtbau-Gründungsstruktur<br />
entwickelt, die das Gewicht der<br />
Ausgangsstruktur von 770 t auf 400 t reduzierte.<br />
Zudem wurde die Herstellbarkeit<br />
durch den Einsatz von Standardrohrelementen<br />
vereinfacht.<br />
17
&<br />
YACHTDESIGN & ENGINEERING<br />
Yacht-<strong>Engineering</strong><br />
In Zusammenarbeit mit dem<br />
renommierten Yachtdesigner<br />
judel/vrolijk & co wird die Anwendung<br />
des ELiSE-Verfahrens<br />
zur Entwicklung radikal verbesserter<br />
Leichtbaukonstruktionen<br />
im Rumpfdesign von Rennyachten<br />
erforscht.<br />
Das Projekt wird gefördert<br />
aus Mitteln des EFRE<br />
und des Landes Bremen.<br />
Leichtbau-Pavillon<br />
Der in Zusammenarbeit mit den Architekten<br />
Julia & Göran Pohl entwickelte<br />
Leichtbau-Pavillon vereint Funktionalität<br />
mit einem ästhetischen Äußeren. Bei<br />
nur vier Millimetern Wandstärke nimmt<br />
das glasfaserverstärkte Material auf<br />
Grund der besonderen, vom ELiSE-Verfahren<br />
inspirierten und freitragenden<br />
fraktalen Struktur nicht nur Gewichtsund<br />
Windlasten, sondern auch lokale<br />
Belastungen klaglos auf.
Referenzen<br />
Vorwerk Kobold VK 140<br />
Für den renommierten Staubsaugerhersteller Vorwerk<br />
wurde in einer Studie das Leichtbaupotenzial verschiedener<br />
Komponenten untersucht. In einer detaillierteren<br />
Betrachtung konnten durch Strukturleichtbau nach dem<br />
ELiSE-Verfahren Potentiale zur Gewichtseinsparung bei<br />
einer Gehäusekomponente aufgezeigt werden.<br />
Die erreichte Gewichtsersparnis kommt nicht nur der<br />
Rohstoffbilanz bei der Herstellung, sondern auch der<br />
Handhabung des Gerätes zu Gute.<br />
Medizintechnik<br />
Atmungsaktive Stützschiene<br />
Nach einem Knochenbruch muss der Bruch<br />
für lange Zeit in Ruhigstellung gebracht<br />
werden, was eine enorme Belastung darstellt.<br />
Mit dem Ziel den Tragekomfort durch<br />
weniger Gewicht und Atmungsaktivität zu<br />
verbessern, wurde die bionische Armschiene<br />
entwickelt. Die häufig bei Diatomeen anzutreffende<br />
fraktale Wabenstruktur bietet<br />
nicht nur eine exzellente Steifigkeit bei geringem<br />
Gewicht, sondern auch eine hohe<br />
Atmungsaktivität.<br />
Gewichts-<br />
40% ersparnis<br />
19
Automotive<br />
Kopfstütze<br />
Gewichts-<br />
40% ersparnis<br />
Die Forderung nach Effizienz ist von<br />
wachsender Bedeutung im Automobilbau.<br />
Die in Zusammenarbeit mit<br />
dem Zulieferer RLE international entwickelte,<br />
biologisch inspirierte Kopfstütze<br />
ist ein Schritt in diese Richtung<br />
– 40% des Gewichts werden pro<br />
Kopfstütze eingespart.<br />
Felge<br />
Gewichts-<br />
20% ersparnis<br />
Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen wie<br />
Autofelgen ist Zuverlässigkeit besonders<br />
wichtig.<br />
Die Bionik-Felge besitzt hervorragende<br />
Eigenschaften im Bereich der Kraftübertragung<br />
zwischen Nabe und Reifen.<br />
Durch das neuartige Konstruktionsprinzip<br />
aus radialen und konzentrischen Streben,<br />
die durch kurze Zwischenstreben<br />
im Randbereich ergänzt werden, bietet<br />
die Felge eine sehr homogene Spannungsverteilung<br />
in allen Bereichen.
Referenzen<br />
Crashrelevante Bauteile<br />
In Zusammenarbeit mit namhaften OEMs wurden für den Seitencrash innovative Bauteilkonzepte<br />
entwickelt. In Anlehnung an die in der Natur verwendeten Crashmechanismen<br />
werden neuartige Funktionserfüllungen und zugleich eine Gewichtsersparnis ermöglicht.<br />
Karosserie-Leichtbau: B-Säule<br />
30%<br />
Gewichtsersparnis<br />
Gewichtsersparnis<br />
Die Karosserie trägt mit 25% der Fahrzeuggesamtmasse<br />
einen großen Anteil am Gewicht bei. Für unseren<br />
Kunden konnte das Gewicht der B-Säule unter<br />
Berücksichtigung der Herstellbarkeit und der<br />
IIHS-Crashvorgaben um über 30% gesenkt werden.<br />
Strukturen für Fahrzeugsitze<br />
20%<br />
Fahrzeugsitze tragen maßgeblich zum Komfort bei.<br />
Bei der Optimierung der Sitzstruktur bietet das<br />
ELiSE-Verfahren multifunktionale Vorteile. Durch<br />
unsere patentierte fraktale Wabenstruktur werden<br />
gleichzeitig Gewicht reduziert, Schwingungen gedämpft<br />
und die Atmungsaktivität gesteigert.<br />
21
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<br />
vor 10 Jahren am renommierten Alfred-<br />
Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar-<br />
und Meeresforschung, ihren Anfang nahm.<br />
Heute steht hinter ELiSE neben dem Alfred-<br />
Wegener-Institut als starker Partner das Institut<br />
für marine Ressourcen. Mit der vorhandenen<br />
Datenbank verschiedener Arten von<br />
Planktonorganismen und ständig neuem Probenmaterial,<br />
das durch unser Forschungsschiff<br />
Polarstern in allen Teilen der Erde gesammelt<br />
wird, ist ein exklusiver Zugang zu den Vorbildern<br />
für Ihr Produkt gegeben. Sie profitieren<br />
damit von unserer langjährigen Erfahrung im<br />
Bereich der Analyse von biologischen Strukturen<br />
- der Inspirationsquelle für Ihr Leichtbauprodukt.<br />
Gerne stellen wir Ihnen das ELiSE-Verfahren<br />
und die Optimierungsmöglichkeiten für Ihr<br />
Produkt persönlich vor.<br />
23
Dr. Christian Hamm<br />
Bussestraße 27<br />
27570 Bremerhaven<br />
Email: christian.hamm@awi.de<br />
Fon: +49 471 4831-1832<br />
Fax: +49 471 4831- 2210<br />
www.elise3d.com