Sicherer Stand, hohe Lebensdauer: Effiziente Stoßdämpfer für Bauwerke

Schwingungen bei Hochhäusern und Brücken belasten das Material und begrenzen deren Lebensdauer. Im Validierungsvorhaben S-TLCD prüfen Forschende ein neuartiges Flüssigkeitsdämpfungssystem, das sich automatisch an wechselnde Belastungen anpasst.

Beginnt das Haus zu schwingen, schwingt das Wasser im Tank mit Hilfe elektronisch gesteuerter Mechanismen entgegen der Bewegungsrichtung des Gebäudes. © Adobe Stock / Heino Pattschull

Hochhäuser, Brücken, Masten, Türme und Windräder müssen einiges aushalten: Denn Stürme, Verkehrsbelastungen oder auch Erdbeben versetzen Bauwerke in Schwingungen, die im schlimmsten Fall zu dauerhaften Schäden bis hin zum Einsturz führen können. Bauwerksschwingungen können aber auch das Wohlbefinden der Nutzer negativ beeinflussen, indem sie beispielsweise Schwindel, Atemnot und Schlafstörungen verursachen. Des Weiteren kommt es dabei öfters durch Rissbildung zur Materialermüdung, wodurch die Lebensdauer des Bauwerks verkürzt wird.

Gegenbewegung der Wassermasse bremst das Bauwerk

Mit über 38.000 Brücken allein im Fernstraßennetz Deutschlands eröffnet sich hier ein erhebliches Marktpotenzial für die neuartigen Flüssigkeitsdämpfer.

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Forschende der RWTH Aachen haben für diese Probleme jetzt eine innovative Lösung gefunden: Sie haben einen neuartigen Flüssigkeitsdämpfer entwickelt, der ähnlich wie ein Stoßdämpfer im Auto funktioniert. Bei den Stoßdämpfern wird die Schwingungsenergie durch eine Verformung des Dämpfers beispielsweise in Wärmeenergie umgewandelt und dadurch reduziert. Bei dem Flüssigkeitsdämpfer wird die Schwingungsenergie in ähnlicher Weise umgelenkt. Dafür wird ein Flüssigkeitstank mit Wasser befüllt und beispielsweise im Dachgeschoss eines Gebäudes montiert. Beginnt das Haus zu schwingen, schwingt das Wasser im Tank mit Hilfe elektronisch gesteuerter Mechanismen entgegen der Bewegungsrichtung des Gebäudes. Diese Gegenbewegung der Wassermasse bremst dabei das Bauwerk und schützt dadurch sowohl das Gebäude als auch die Bewohner vor Schwingungen.

Nach erfolgreichem Labortest folgt nun der Praxistest

Dass dieses System funktioniert, konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bereits anhand eines Modells im Labor nachweisen. Ziel des Projekts „S-TLCD“ ist es nun, in den nächsten drei Jahren zu zeigen, dass es auch im praktischen Einsatz an einem realen Bauwerk funktioniert. Im Erfolgsfall sehen die Forschenden viele Verwertungsmöglichkeiten für ihr System: zum Beispiel beim Bau und Betrieb von Windenergieanlagen und Funkmasten, aber auch für Brücken und Hochhäuser. Mit über 38.000 Brücken allein im Fernstraßennetz Deutschlands eröffnet sich hier ein erhebliches Marktpotenzial.

Validierungsförderung

Mit der neuen Hightech-Strategie "Innovationen für Deutschland" hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, Ideen aus der Forschung noch schneller in innovative Produkte, Dienstleistungen und Innovationen für die Gesellschaft zu überführen. Die Fördermaßnahme "Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung - VIP+" setzt hier an und unterstützt Forscherinnen und Forscher dabei, Forschungsergebnisse systematisch zu validieren und Anwendungsbereiche zu erschließen.