Bequem sitzen dank Mutter Natur
Leicht und ressourcenschonend soll er sein, der Zug-Sitz der Zukunft. Wie dieser aussehen könnte, daran wird an der THM getüftelt.
Gießen (red). Wer Klimaschutz und Mobilität vereinen möchte, kommt um Leichtbau nicht herum: Masse, die gar nicht erst produziert, verbaut und anschließend täglich beschleunigt und wieder abgebremst wird, spart Energie nicht nur in der Produktion ein, sondern im Alltag. In der Öffentlichkeit konzentriert sich die Wahrnehmung häufig auf Elektroautos, in denen statt Stahl Aluminium und faserverstärkte Kunststoffe sowie vermehrt Plastik zum Einsatz kommen. Doch neue Mobilität braucht auch eine stärkere Nutzung von öffentlichem Personenverkehr, Bussen wie Bahnen. Dort steckt besonders viel Potenzial durch Gewichtsreduktion. »Sparen wir nur wenige hundert Gramm beim Sitzkissen ein, so ist das hochgerechnet eine enorme Gewichtsreduktion«, sagt Prof. Udo Jung vom Fachbereich Maschinenbau, Mechatronik und Materialtechnologie an der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM).
Ein Zahlenbeispiel macht deutlich: Die Deutsche Bahn hat in den vergangenen Jahren insgesamt 73 neue »ICE 3neo« bestellt. Jeder dieser Züge hat in der Standardkonfiguration 439 Sitzplätze - es werden also mehr als 32 000 Sitze verbaut. Sitzkissen und ihren Trägern widmet sich Jungs Forschungsgruppe im Projekt »Biologisch inspiriertes Sitzsystem« (»BOOST«). Partner sind unter anderem die Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung und die Grammer AG. Das Verbundvorhaben wird von der TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer betreut und vom dortigen Kooperationsnetzwerk »3D-Druck und additive Fertigung - Bionik« unterstützt.
Tiere und Pflanzen als Vorbild
Die Zusammenarbeit mit den Naturforschern der Senckenberg-Gesellschaft ergibt sich aus dem Ansatz Jungs, die Natur als Vorbild zu nehmen. »Tiere und Pflanzen sind seit jeher wichtige Ideengeber für technische Innovationen aller Art«, betont Dr. Julia Intemann, Projektmanagerin für den Wissenstransfer bei der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung.
»Durch unsere umfangreichen Sammlungen fossiler und rezenter Tier- und Pflanzenarten verfügen wir in besonderer Weise über die Kompetenz zur Identifizierung biologischer Vorbilder für technische Lösungen.« Jung erklärt: »Bionik ist das Stöbern nach biologischen Vorbildern in der Natur, um daraus überzeugende neue technische Lösungen zu generieren - für den Maschinen- und Fahrzeugbau ebenso wie für den Leichtbau.«
Als Beispiel für natürliche Effizienz werden häufig Bienenwaben genannt, die verfügbaren Raum optimal ausnutzen. Die »BOOST«-Projektgruppe setzt auf Pilze, Moostierchen und Spinnennetze als Ideengeber. Bei der inneren Struktur des Sitzkissens orientieren sich die Forschenden an den Kammerstrukturen von Moostierchen-Kolonien sowie dem Federkörper eines Bovists, während der Kissenträger nach dem Vorbild eines Spinnennetzes konzipiert wird.
Dabei geht es dem Team nicht um Kopien der Natur, sondern um Inspiration, erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter Tobias Ballreich. Vom Moostierchen werde etwa nur die effiziente Struktur der Behausung übernommen, nicht das Material: Kalk. Das Experimentieren mit möglichen Materialkandidaten ist davon unabhängig und geschieht im 3D-Drucker. Auf deren Einsatz ist der wissenschaftliche Mitarbeiter Otto Hemmelmann spezialisiert.
Sicherheit nicht aus Augen verlieren
Die Ziele des Vorhabens sind klar definiert und durchaus ambitioniert: Nicht nur leichter und ressourcenschonender sollen die Endprodukte sein, sondern für die Passagiere auch komfortabel und ergonomisch. Wärme- und Feuchtestau soll vermieden werden und bei alldem dürfen die sicherheitsrelevanten Aspekte nicht aus den Augen verloren werden. »Im gegenwärtigen Stand der Technik sind durchaus vielversprechende Ansätze vorhanden, die aber in der Praxis noch nicht umgesetzt wurden«, erläutert Projektleiter Jung.
Das soll die an der THM entwickelte Bionische Konstruktionspraxis »BioKoPra« ändern und die »Biologisierung der Technik« praxistauglich machen. »Das eröffnet in Verbindung mit der additiven Fertigung erstaunliche Perspektiven«, blickt Jung in die nahe Zukunft.
Sein seit Juli 2021 laufendes Vorhaben geht demnächst in die entscheidende Phase, in der die Demonstratoren additiv gefertigt und erprobt werden sollen. Für die prototypische Umsetzung ist die Grammer AG verantwortlich. Der Sitzhersteller ist spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Komponenten und Systemen für Fahrzeug-Innenausstattung in Personenwagen wie in Lastwagen, Bussen und Bahnen. Die Fördersumme liegt bei knapp 396 000 Euro, davon entfallen 289 000 auf die THM.
