Luftige Balken für tonnenschwere Lasten

So unglaublich es klingen mag: Luft gibt Halt und trägt. Möglich macht dies eine Kombination von Stangen, Kabeln und einem mit Luft gefüllten Zylinder aus beschichteten Polyesterfasern. Die federleichten Luftbalken sind ausserordentlich tragfähig und anpassungsfähig. Sie sind mobil, können schnell und einfach zusammengesetzt werden und erlauben grosse Spannweiten. «So ein einzelner Balken hat in einem Kofferraum Platz. Das haben wir letztes Jahr in der «Grossen Show der Naturwunder» im deutschen Fernsehen ARD live demonstriert», erklärt Physiker Rolf Luchsinger, Leiter des Center for Synergetic Structures». Tensairity-Elemente werden im Bau bereits genutzt, etwa als Träger für eine Parkhausüberdachung mit 28 Meter Spannweite in Montreux und für eine Skifahrer-Brücke mit 52 Meter Spannweite in den französischen Alpen. Der Name der patentierten Technologie – «Tensairity» – ist ein Kunstwort, das sich aus «tension» (Spannung), «air» (Luft) und «integrity» (Vollständigkeit) zusammensetzt. Tensairity ist für die Empa ein noch junges Forschungsgebiet: Im Frühling 2006 wurde das «Center for Synergetic Structures» gegründet, eine öffentlich-private Partnerschaft zwischen der Empa und dem Automations-Pneumatik-Unternehmen Festo AG.

Aus den Messergebnissen ermitteln die Forscher die für das Verhalten von Tensairity-Strukturen wichtigen mechanischen Eigenschaften der Membranen. Die Resultate dieser Experimente fliessen in analytische Modelle ein und schaffen die Grundlage für detaillierte Berechnungsmethoden.

Know-how auf komplexem Gebiet erweitern
In der Komplexität liegt die Herausforderung. Die Forschenden müssen nicht nur die einzelnen Materialien aus dem Effeff verstehen, sie müssen auch wissen, wie Membrane, Stangen und Kabel synergetisch am besten zusammenwirken. Denn erst die Synergien zwischen den verschiedenen Materialien und Strukturen bewirken, dass die Gesamttragkraft grösser ist als die Summe der Tragkräfte der Einzelkomponenten. Daher auch der Name «Center for Synergetic Structures». Synergien nutzen die Wissenschaftler und Ingenieure des Zentrums auch innerhalb der Empa, indem sie – wann immer nötig – auf das Know-how anderer Empa-ForscherInnen zurückgreifen. Zudem dient das Zentrum als Drehscheibe für den Wissens- und Technologietransfer der Empa, indem die «Synergetiker» der Ingenieur- und Baubranche Unterstützung für deren Projekte mit Leichtbaustrukturen anbieten.

Tensairity überwindet Grenzen
Tensairity-Anwendungen beschränken sich nicht allein auf das Bauwesen. Die Technologie lässt sich überall dort einsetzen, wo einfach auf- und abbaubare Tragstrukturen mit geringstem Gewicht gefragt sind. Die Mitarbeiter des «Center for Synergetic Structures» loten deshalb laufend neue Anwendungsgebiete aus. Etwa den Drachenbau. Momentan arbeiten sie in einem Projekt zusammen mit der Technischen Universität Delft (NL) an der Optimierung von Flügelstrukturen für Drachen aus Tensairity-Bauteilen. Die Idee dahinter: Die Drachen sollen zur Energiegewinnung an Seilen mehrere Kilometer in die Höhe steigen. Durch das Hochziehen wird am Boden ein Spulen- und Windensystem in Bewegung gesetzt, das elektrischen Strom generiert.

Weitere Informationen:

•  Dr. Rolf Luchsinger, Center for Synergetic Structures, Tel. +41 44 823 40 90,

Redaktion:

• Martina Peter, Empa, Kommunikation, Tel. +41 44 823 49 87,