Von der Venusfliegenfalle zum faltbaren Flugzeugflügel: Peter Dornier-Stiftungspreis 2025 prämiert bionische Forschung zu 3D-Webtechnik

Längere Flugzeugflügel können die Effizienz und Nachhaltigkeit von Verkehrsflugzeugen erhöhen, weil sie den Luftwiderstand reduzieren und so den Treibstoffverbrauch senken. Das Problem: Flugzeuge mit langen Flügeln stoßen auf Flughäfen an räumliche Grenzen, etwa auf Rollwegen oder an Gates. „Deshalb klappen wir die Flügelspitzen einfach hoch“, sagt Dr. Patrick Meyer, bis Juli wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechanik und Adaptronik der TU Braunschweig und jetzt Entwicklungsingenieur bei Lufthansa Technik. Die Idee faltbarer Flügelspitzen ist nicht neu: Boeing setzt beispielsweise bei seinem neuesten Modell, der 777X, auf klappbare Flügel am Boden. Auch Airbus arbeitet an beweglichen Flügelspitzen. Laut Meyer steckt in dem Konzept der faltbaren Flügelspitzen aber noch mehr Potenzial: „Durch den Einsatz druckgesteuerter Aktoren mit anpassbaren mechanischen Eigenschaften könnten Flügelspitzen zu multifunktionalen Steuerflächen werden.“ Die Inspiration dazu kam aus der Natur.

Fleischfressende Pflanze als Vorbild
Im Prinzip funktioniert die Venusfliegenfalle wie ein hydraulisches System: Tappt ein Insekt in die Falle, schließt die Pflanze in Sekundenbruchteilen ihre Blätter, indem sie den Druck in den Zellwänden gezielt verändert. Diese sogenannten nastischen Bewegungen bilden die Grundlage von „PACS“ (Pressure-Actuated Cellular Structures) – einer noch jungen Technologie, die im Wesentlichen auf Forschungsarbeiten der TU Braunschweig und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt basiert. „PACS ist im Prinzip die technische Nachbildung der Mechanik der Venusfliegenfalle und bringt genau jene Eigenschaften mit, die robuste und zugleich leicht bewegliche Flügelspitzen brauchen.“ Um das PACS-Konzept für seine Idee steuerbarer Flügelspitzen umzusetzen, tat sich Meyer mit dem Textilforscher Dr. Michael Vorhof vom Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden zusammen. „Pflanzen bestehen aus Fasern – will man sie kopieren, muss man auch ihre komplexe, faserbasierte Struktur kopieren“, erklärt Vorhof.

3D-Weben als Wegbereiter nachhaltiger Luftfahrt
Um die komplexe Struktur und Mechanik der Venusfliegenfalle in eine gewebte und bewegliche Flügelspitze zu übertragen, die sich durch Druckänderung biegen lässt, nutzte Vorhof eine Webmaschine des Maschinen- und Anlagenbauers Lindauer DORNIER GmbH, welcher in diesem Jahr 75-jähriges Jubiläum feiert. „Das robuste Design, die Composite-taugliche Auslegung und die hohe Genauigkeit der DORNIER-Webmaschine haben uns bei der Umsetzung des komplexen Faseraufbaus, der für PACS benötigt wird, entscheidend unterstützt“, sagt Vorhof. Die gewebten Halbzeuge bestehen aus Glasfaser und Polyamidfäden und werden in einer Thermopresse zum Faserverbundkunststoffbauteil aufgeschmolzen. „Das ist deutlich günstiger als die Verwendung eines Autoklavs“, so Vorhof. Aeroelastische Analysen am Modell einer Cessna Citation zeigen: Die von der Natur inspirierte gewebte Leichtbau-Flügelspitze kann die während eines Fluges wirkenden Lasten tragen und lässt sich in Sekunden auf und ab bewegen.

Würdigung der interdisziplinären Leistung
Für ihre gemeinsame Forschungsarbeit im Rahmen zweier Dissertationen wurde das Doktoranden-Duo aus Luftfahrt- und Textiltechnik im Juli mit dem Peter Dornier-Stiftungspreis 2025 ausgezeichnet, der mit jeweils 5.000 Euro dotiert ist. Bei der Preisverleihung im Technologiezentrum Weben der Lindauer DORNIER würdigten die Kuratoren Dr. Bernd Sträter und Dr. Adnan Wahhoud die besondere Bedeutung der Arbeit: „Es handelt sich um zwei ausgezeichnete Dissertationen, die bekannte Prozessparameter moderner 3D-Webtechnik von DORNIER nutzen, um praxisnahe Anwendungen mit Bezug zu aktuellen Fortschritten im Flugzeugbau für eine nachhaltigere Luftfahrt zu entwickeln.“ Peter D. Dornier, Sohn des Stifters und im Beirat der Peter Dornier-Stiftung für den Stiftungspreis verantwortlich, hob in seiner Rede vor den rund 120 Gästen hervor: „Mein Vater hätte an der interdisziplinären Forschungsarbeit seine Freude gehabt, denn sie baut auf zwei seiner ureigenen Interessensbereiche auf: dem Flugzeugbau und der Textiltechnik.“ Mit seinen zukunftsweisenden Ideen habe der Gründer von DORNIER beide Bereiche geprägt – etwa durch die Entwicklung der positiv gesteuerten Greiferwebmaschine und deren Lieferung an französische Glas- und Carbonweber, die damit schon früh Flugzeugbauteile aus Faserverbund herstellten. Damit sei bereits in den 1970er-Jahren der Grundstein für den 2014 gegründeten Geschäftsbereich Composite Systems gelegt worden, in dem heute unter anderem 3D-Webmaschinen für die Produktion von 3D-Carbongewebe für Turbinenschaufeln entstehen, erklärte Dornier, langjähriger Geschäftsführer und heute Aufsichtsratsvorsitzender der Lindauer DORNIER. Er lobte zudem besonders die interdisziplinäre Zusammenarbeit der beiden Institute: „In Deutschland forschen oft mehrere Lehrstühle parallel an hochinteressanten Themen – diese Kooperation ist beispielhaft dafür, wie zwei unterschiedliche Institute koordiniert und erfolgreich an einem zukunftsweisenden Projekt zusammenarbeiten können“, sagte Dornier.

Zukunft der faltbaren Flügel
Die beiden Nachwuchsforscher zeigten sich bei der Verleihung in Lindau geehrt: „Es ist eine große Ehre für uns, den Peter Dornier-Stiftungspreis zu erhalten, denn er verbindet textile Innovationen mit der Luftfahrt und würdigt damit interdisziplinäre Forschung wie die unsere“, so Meyer, der im Rahmen seines Studiums Forschungsflüge in einer Dornier Do 128 absolvierte. Um das Konzept weiterzuentwickeln, planen die Institute der Preisträger Nachfolgeprojekte sowie den Bau erster Prototypen. „Wenn alles gut läuft, könnte unsere Technologie in der übernächsten Flugzeuggeneration zum Einsatz kommen“, schätzen die beiden Preisträger vorsichtig ein.

Zum Peter Dornier-Stiftungspreis
Die Idee zum Peter Dornier-Stiftungspreis geht zurück auf Peter Dornier (1917-2002), den Gründer der Lindauer DORNIER GmbH. Der Preis wird seit 2021 jährlich für herausragende wissenschaftliche Arbeiten junger Menschen auf den Gebieten Textil-, Folien- und Faserverbundtechnik sowie Luft- und Raumfahrt verliehen. Zum Stiftungszweck gehören auch die Förderung der medizinischen Forschung sowie die Unterstützung von Hospizen für ein selbstbestimmtes und würdevolles Leben bis zuletzt.