Bionik

auftretende Reibungskräfte an den Auflagestellen der sich kreuzenden Balken

hervorgerufen.

Gegenwärtig sind etwa 20 bis 30 Prozent aller technischen Erzeugnisse noch

viel zu schwer – es wird zu viel Material eingesetzt. Hier bedeutet eine Erhö-

hung der Stabilität eines Produktes durch mehr Materialeinsatz gleichzeitig

eine Verteuerung und Zunahme der Masse. Beides muss vermieden werden.

Dabei lässt sich durch die gezielte Anwendung von Leichtbauprinzipien viel

Material einsparen.

Die gesamte Technik, die uns umgibt, wie beispielsweise Kühlschränke, Wasch-

maschinen, Autos, Schiffe und Flugzeuge, Gebäude und Anlagen haben ihren

Ursprung in Rohstoffen der Natur. Diese wertvollen Schätze unseres Planeten,

zu denen unter anderem Erdöl und Erdgas, Kohle, Erze und Kupfer gehören,

nehmen durch den Abbau in einem rasanten Tempo ab. Da sie immer weniger

werden, steigen natürlich auch ihre Preise, ja sie „explodieren“ regelrecht. Diese

Erscheinung merken wir an der Tankstelle beim Bezahlen von Benzin und Diesel

und bei vielen anderen Produkten, aus denen sie bestehen. Heute sind die Roh-

stoffmärkte von einem Ungleichgewicht aus steigender Nachfrage und einem

knappen Angebot geprägt. Dieser Trend, so haben wir erfahren, spiegelt sich in

der Preisentwicklung wider. Beispielsweise haben sich die Preise für Eisenroh-

stoffe seit dem Jahr 2000 schon vervierfacht.

Abnehmende Vorräte, steigende Preise, Belastung der Umwelt durch die

Gewinnung der Rohstoffe sowie erhöhter Aufwand an Transport und Verarbei-

tung sind wichtige Faktoren, um den Verbrauch dieser endlichen Ressourcen zu

verringern.

Daher besteht die allgemeine Forderung, so wenig wie möglich Rohstoffe zu

verbrauchen und mit innovativen Ideen materialsparende Produkte zu entwi-

ckeln. Die Material- und auch die Energieökonomie sind heute generell in der

Wirtschaftspolitik von vorrangiger Bedeutung.

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WEG MIT DEM ÜBERGEWICHT!

Wie ein jeder weiß, schadet Übergewicht der Gesundheit und belastet den Kreis-

lauf. Das erzählt jeder Arzt seinen übergewichtigen Patienten. Ist der Patient

gesundheitsbewusst, unternimmt er alle Möglichkeiten, um abzunehmen. Das

gleiche gilt für die Technik des Menschen.

Auch hier belastet alles Übergewichtige den Wirtschaftskreislauf. Es geht dabei

nicht um die Lösung des Problems, wie man die vorhandene Technik, wie bei

der oben angedeuteten Zange, „schlanker“ machen kann. Es sollte vielmehr

darum gehen, wie wir sie von vornherein „schlanker“ entwickeln und entwer-

fen können. Bei technischen Produkten ist es wichtig, das so genannte Masse-

Leistungs-Verhältnis zu verbessern. Das bedeutet, dass eine technische Funktion

die geforderte Leistung mit dem geringsten Materialaufwand ermöglichen kann.

Dazu dient der Leichtbau, dessen Ziel darin besteht, mit einem Minimum an

Material ein Maximum an Stabilität und Zuverlässigkeit zu erzeugen. Ein Beispiel

dafür ist der Elektromotor.

Mitte des 20. Jahrhunderts besaß er eine Masse von etwa 120 Kilogramm.

Heute hat er bei gleicher Leistung weniger als ein Viertel seiner ursprünglichen

Masse.

Oder untersuchen wir die Entwicklung des Wagenrades hinsichtlich des

Materialeinsatzes. Da ist festzustellen, wie dieser sich immer weiter verringerte.

Die Entwicklung verlief vom Voll- zum Speichenrad.

Besonders deutlich förderte Anfang des 20. Jahrhunderts die Entwicklung

der Luftfahrt den Leichtbau. Schon der deutsche Flugpionier Otto Lilienthal

Quotient aus der Masse und der Leistung eines Fahrzeuges oder anderer

Maschinen und Geräte. Es sagt aus, wie viel Kilogramm der Fahrzeugmasse auf eine

Leistungseinheit Kilowatt (PS) entfallen. Es entscheidet daher, wie viel Kilogramm

jedes Kilowatt transportieren muss.

Beispiel: Motorräder etwa 0,90 bis 1,20 kg/PS

Masse-Leistungs-Verhältnis

i

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(1848–1896) erkannte, dass ein Fluggerät schwerer als Luft ist und daher möglichst

leicht sein muss, um sich in die Lüfte zu erheben. Auch die damalige Entwicklung

der Zeppeline brachte den Leichtbau zu weiterer Blüte. Ihre Gerippekonstruktion

bestand aus Aluminiumprofilen.

Man weiß heute nicht, wann die Geburtsstunde

des Leichtbaues in der Technik schlug. Jedoch ist

es eine Tatsache, dass der Mensch sich von jeher

an den Bauweisen von Pflanzen und Tieren ori-

entierte und sie als Vorbild für seine technischen

Leichtbaukonstruktionen nutzte. Er erkannte,

dass die lebende Natur die originellsten und ma-

terialsparendsten Vorbilder für den Leichtbau

liefert.

Leichtbaukonstruktion Zeppelin

Ausschnitt aus

einem der Ringträger

des Zeppelingerippes

U-Profil

Halbrund-Profil

Winkel-Profil

17

D

ie

Leichtbauprinzipien der lebenden Natur waren schon seit jeher Vor-

bild für eine materialsparende Technik des Menschen. Sie zeigen uns, wie wir

technische Erzeugnisse noch leichter machen können. Viele Millionen Jahre hatte

die Natur Zeit, den Leichtbau bei Pflanzen und Tieren zu verwirklichen. So ist es

eine Tatsache, dass die „sparsame und rationelle Wirtschaftsweise“ in der Natur

auch heute Vorbild für die Technikentwicklung ist. Die lebende Natur steckt

voller interessanter Lösungen für technische Probleme der Materialeinsparung.

Schon oft haben wir den Begriff „federleicht“ gehört, eine Steigerungsform für

etwas extrem Leichtes. Bekannt sind die Daunen- oder Flaumfedern von Gänsen,

die in unseren Federbetten der Wärmeisolation dienen. Nehmen wir eine solche

Sparsamkeit als Prinzip

GEHEIMNISSEN DES LEICHTBAUS

IN DER NATUR AUF DER SPUR

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Feder und lassen sie zu Boden fallen, sehen wir ihr leichtes Schweben in der Luft.

Dabei fällt sie nur ganz langsam zu Boden. Vogelfedern müssen zum Zwecke

des Fliegens sehr leicht sein, daher kann man sie als eine gelungene Leichtbau-

konstruktion bezeichnen. Federn bestehen aus Keratin, einem Protein, aus dem

auch unsere Nägel und Haare aufgebaut sind. Selbst die Hufe von Pferden und

Rindern sowie die Schuppen von Kriechtieren bestehen daraus.

Eine etwa 7 Zentimeter lange Deckfeder der Haustaube wiegt nur 0,04 Gramm.

Um den Aufbau dieses Leichtgewichts zu verstehen, betrachtet man die Deckfe-

der als ein System und führt eine Systemanalyse durch.

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