Hier klicken!

WIRBEL ALS RÄDER DER NATUR

WIRBEL ALS RÄDER DER NATUR

Prof. Dr. Claus Mattheck überträgt Bauformen der Natur auf technische Bauteile

Nach dem Vorbild der Natur lassen sich technische Bauteile optimal gestalten. Der Biomechaniker Professor Claus Mattheck hat am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) computergestützte Methoden sowie rein grafische Werkzeuge entwickelt, um leichte und langlebige Bauteile zu formen. Dabei hat der Forscher festgestellt, dass es in der Natur eine Universalform gibt, die sich mit einfachen geometrischen Methoden nachbilden lässt. Eine Verformung über Wirbel, die Mattheck „die Räder der Natur“ nennt, sorgt für die innere Optimierung.

Bild: KIT

„Die Evolution gleicht einem harten Designwettbewerb. Was zu schwer oder nicht fest genug war, das gibt es nicht mehr“, erklärt Professor Claus Mattheck. „Durchgesetzt haben sich die optimalen Formen.“ Technische Bauteile, die sich an natürlichen Vorbildern orientieren, besitzen die optimale Form und zeichnen sich durch Stabilität, Material- und Energieeffizienz aus, wie der Wissenschaftler erklärt. Um das Vorbild der Natur für die Technik nutzbar zu machen, entwickelte Mattheck in der Abteilung Werkstoff- und Biomechanik am Institut für Angewandte Materialien (IAM-WBM) des KIT über drei Jahrzehnte verschiedene computergestützte Methoden, später auch vereinfachende computerfreie Denkwerkzeuge, wie Schubvierecke, Zugdreiecke und Kraftkegel, um Strukturen zu analysieren und Formen zu optimieren. Der Biomechaniker untersuchte unter anderem, wie Bäume sich entwickeln und durch lastgesteuert angebautes Holz an mechanischen Schwachstellen selbst reparieren. Daraus leitete er Prinzipien zur Optimierung von Bauteilen ab.

Claus Mattheck stellte fest, dass es in der Natur eine Universalform gibt, die sich nicht nur in festen Körpern, sondern auch in Fluiden findet. Sie taucht in Gebirgen ebenso auf wie in Bäumen oder Knochen. Durch Deformation kann sie sich sogar für die gewählte Belastung selbst erzeugen – Mattheck spricht von „Siegen durch Nachgeben“. Die Universalform hat Eingang in die Industrie gefunden und ist Bestandteil der Norm DIN ISO 18459 (Bionik – Bionische Strukturoptimierung).

Neben der äußeren Optimierung der Form beobachtet der Bioniker auch eine innere Optimierung durch Verformung. Die äußere Gestaltung zielt auf eine gleichmäßige Verteilung der Zug- bzw. Druckspannungen auf der Oberfläche gemäß dem von Mattheck formulierten „Axiom konstanter Spannung“. Die innere Verformung durch die Bildung von Wirbeln dient dazu, Schubverformungen, das heißt Gleitungen benachbarter, miteinander verbundener Flächen zu begrenzen und somit ein Abscheren zu verzögern. „Diese Wirbel sind sozusagen die Räder der Natur“, sagt Professor Mattheck.

Von Fluiden ist längst bekannt, dass Schichtströmungen auf einem Wirbellager um einen umströmten Körper abrollen wie auf einem Förderband. In festen Körpern machen die Wirbel nur ganz kleine Rollbewegungen, aber sie sind vorhanden und besonders gut im toten Holz entrindeter Bäume zu erkennen. Dieses Prinzip lässt sich ebenfalls auf technische Bauteile übertragen.

http://www.kit.edu

In seinem neuen Buch „Die Körpersprache der Bauteile – Enzyklopädie der Formfindung nach der Natur” fasst Claus Mattheck diese Erkenntnisse allgemein verständlich und anschaulich zusammen. Zahlreiche Abbildungen ergänzen den Text.

Bild: KIT

Veröffentlicht von

Dr. Michael Döppert

Mich begeistern naturwissenschaftliche und technische Themen, sie zu verstehen und verständlich zu vermitteln

ANZEIGE


Bevorstehende Veranstaltungen

Sep
10
Mo
ganztägig IMTS 2018 @ McCormick Place in Chicago
IMTS 2018 @ McCormick Place in Chicago
Sep 10 – Sep 15 ganztägig
IMTS 2018 @ McCormick Place in Chicago
IMTS – The International Manufacturing Technology Show IMTS – Internationale Ausstellung für Fertigungstechnik ist die größte Messe für Fertigungstechnik in den Vereinigten Staaten und gleichzeitig die mit der längsten Laufzeit. Sie findet alle zwei Jahre[...]
Sep
12
Mi
ganztägig E-MOTIVE Expertenforum Elektrisc... @ Stuttgart
E-MOTIVE Expertenforum Elektrisc... @ Stuttgart
Sep 12 – Sep 13 ganztägig
E-MOTIVE Expertenforum Elektrische Fahrzeugantriebe @ Stuttgart
Bereits zum zehnten Mal bringt der Kongress mehr als 200 Teilnehmer und Spitzenreferenten aus der Automobil- und Zulieferindustrie sowie führenden Forschungsinstituten zum Austausch über aktuelle Themen und Trends im Bereich elektrischer Fahrzeugantriebe zusammen. Dr. Tobias[...]
Okt
8
Mo
ganztägig 37. MOTEK @ Messe Stuittgart
37. MOTEK @ Messe Stuittgart
Okt 8 – Okt 11 ganztägig
37. MOTEK @ Messe Stuittgart
Internationale Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung Die Internationale Fachmesse Motek, die vom 08.10.2018 – 11.10.2018 in Stuttgart stattfindet, ist weltweit die führende Veranstaltung in den Bereichen Produktions- und Montageautomatisierung, Zuführtechnik und Materialfluss, Rationalisierung durch Handhabungstechnik[...]

ANZEIGE


ANZEIGE

Aktuelle Ausgabe

Translate »
 

Cookies helfen uns bei der Bereitstellung unserer Dienste. Durch die Nutzung unserer Dienste erklären Sie sich damit einverstanden, dass wir Cookies setzen. Mehr erfahren Mehr erfahren

Die Cookie-Einstellungen auf dieser Website sind auf "Cookies zulassen" eingestellt, um das beste Surferlebnis zu ermöglichen. Wenn du diese Website ohne Änderung der Cookie-Einstellungen verwendest oder auf "Akzeptieren" klickst, erklärst du sich damit einverstanden.

Schließen