Home | english  | Impressum | Sitemap | Intranet | KIT
Portrait Monika Landgraf
Kontakt:
Monika Landgraf
Leiterin Gesamt-kommunikation, Pressesprecherin

Tel: +49 721 608-47414
Fax: +49 721 608-43658
presse(a)kit.edu

Abonnement der Presseinformationen

per RSS-Feed

per E-Mail

Presseinformation 040/2017

Wirbel als Räder der Natur

Biomechaniker Claus Mattheck überträgt Universalformen bei Bäumen auf technische Bauteile
Wirbel unter der Borke: Durch Wirbelbildung können Bäume Schubverformungen begrenzen und sich damit selbst stabilisieren. (Abbildung: Claus Mattheck/KIT)
Wirbel unter der Borke: Durch Wirbelbildung können Bäume Schubverformungen begrenzen und sich damit selbst stabilisieren. (Abbildung: Claus Mattheck/KIT)

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.

 

„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.

 

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.

 


Titelseite des Buches „Die Körpersprache
der Bauteile“ von Claus Mattheck.

 

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 26 000 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen.

or, 28.03.2017

Weiterer Pressekontakt:

Inge Arnold
Gesamtkommunikation
Tel.: +49 721 608-22861
E-Mail: Inge arnoldPjs2∂kit edu
Das Foto kann in der höchsten uns vorliegenden Qualität angefordert werden unter:
presseClq4∂kit edu oder +49 721 608-47414.

Die Presseinformation steht auch als PDF-Datei zur Verfügung.