Bionik E-Book

Bernd Hill

• Herausgeber: Knabe Verlag Weimar
• Kategorie: Lebensstil
• Serie: Frag' die Natur
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2014

Seitenzahl: 80

Beschreibung

Der dritte Band der Reihe stellt die Leichtbauprinzipien der Natur vor und gibt darüber Auskunft, wie bei biologischen Konstruktionen mit einem Minimum an Biomaterial ein Maximum an Stabilität erreicht werden kann. Vorgestellt werden dabei unter anderem natürliche Leichtbauprofile, Prinzipien der Verbundstabilisierung sowie interessante Faltprinzipien und ihre technischen Anwendungen. Methoden des Forschens, Entdeckens und Erfindens fördern am Leseinhalt die eigene Kreativität und regen zum Konstruieren, Basteln und Bauen einfacher Modelle an. Mit Hilfe spannender Experimente zum Leichtbau können die angefertigten Modelle getestet und selbstständig Erkenntnisse gewonnen werden.

Leseprobe

1

BIONIK

Knabe Verlag Weimar

Leichtbau

Bernd Hill

1. Auflage Juni 2014

©

2014 Knabe Verlag Weimar

Trierer Straße 65 99423 Weimar

Alle Rechte sind dem Verlag vorbehalten.

Grafische Bearbeitung Nicole Laka

Satz und Layout Nicole Laka

Lektorat Julia Roßberg

Dieses Buch folgt den Regeln der neuen deutschen

Rechtschreibung.

ISBN 978-3-944575-06-3

www.knabe-verlag.de

BERND HILL

wurde 1947 geboren. Er studierte an der PH/Univer-

sität Erfurt im Schwerpunkt Polytechnik. 1987 promovierte er

über Erfindungsmethodik, 1995 erfolgte seine Habilitation über

Biostrategien und biologische Organisationsprinzipien an der

Martin-Luther-Universität Halle.

Von 1998 bis 2012 lehrte Prof. Hill an der Universität Münster

im Fachbereich Physik, Institut für Technik und ihre Didaktik.

In verschiedenen Unternehmen führt er Innovationskurse durch

und bezieht die angewandte Bionik in systematische Produkt-

entwicklungsprozesse ein. Seine Forschungstätigkeit bezieht sich

auf Innovationsstrategien, technische Kreativität sowie systema-

tische und angewandte Bionik.

BILDNACHWEIS

Coverfoto [email protected]

Illustrationen Prof. em. Dr. Bernd Hill

Fotos Seite 10: © Victorgrigas; Seite 24: © Norbert Potensky; Seite 30: © Peter Mildner;

Seite 31: © Krzysztof [email protected];

Seite 56: © Ben [email protected]; Seite 60: © Olivier Cleynen

Alle hier nicht mit anderer Quelle benannten Fotos stammen vom Autor.

Inhaltsverzeichnis

Vorwort .................................................................................................................................... 5

1

Einleitung .............................................................................................................................. 7

2

Leichtbau – was ist das?.................................................................................................. 12

3

Geheimnissen des Leichtbaus in der Natur auf der Spur .............................. 17

4

Das Minimum-Maximum-Prinzip ............................................................................ 27

5

Lebende Natur physikalisch betrachtet ................................................................ 32

6

Tragwerke in Natur und Technik.............................................................................. 61

7

Vom technischen Problem zur Lösung .................................................................. 71

Arbeitsblatt 1:

Entwicklung, Bau und Erprobung von Brückenmodellen . . 84

Arbeitsblatt 2:

Ermittlung der Tragfähigkeit von Kuppelkonstruktionen. . 86

Arbeitsblatt 3: Stabilität durch Leichtbauprofile .............................................. 88

Arbeitsblatt 4: Faltwerke in Natur und Technik .............................................. 91

Arbeitsblatt 5: Möglichkeiten der Druckerzeugung

in pneumatischen Tragwerken (Traglufthalle).................... 92

Literatur ............................................................................................................................................ 93

Register .............................................................................................................................................. 95

1.

Die Natur als Ideenschmiede

2.

Von Flugfrüchten abgeschaut

3.

Leichtbau – Konstruktionsprinzipien der Natur abgeschaut

4.

Riesenseerose und Kristallpalast

5.

Schmetterlingen abgeschaut

6.

Vom Fliegen

7.

Schätze aus dem Tropenwald

8.

Schwimmen und Tauchen

9.

Wärmedämmung

10.

Seil- & Netzkonstruktionen

11.

Klimatisierung und Lüftung

12.

Schönheit der Natur

13.

Tarnen und Täuschen

14.

Das 1 x 1 des Erfindens

15.

Wettrüsten der Sinne

16.

Werkzeuge der Natur

17.

Verpacken

18.

Roboter und Prothesen

19.

Erfinden mit der Natur

20.

Bionik in Wald und Flur

Alle Titel der Buchreihe (nach Erscheinen):

M

it dem dritten Band „Leichtbau“ wird die Buchreihe unter dem

Motto „Frag' die Natur“ fortgesetzt. Diese Reihe wendet sich an eine breite Leser-

schaft. Sie ist sowohl auf aktiven Wissenserwerb, als auch auf das eigenständige

Forschen, Entdecken, Experimentieren und Erfinden ausgerichtet. Comics und

Infoboxen lockern dabei die Wissensaneignung auf. Der Leser erfährt durch

eigenes Handeln an interessanten Sachverhalten die Funktionalität, Vielfalt,

Effizienz und Schönheit der Natur und ihre Nutzung. Die Texte enden nicht mit

der Aufnahme erklärenden Wissens, sondern machen neugierig und fordern

zum Hinterfragen, Beobachten, Forschen, Modellieren, Experimentieren und

Konstruieren auf. Anschaulich werden Methoden des Problemerkennens und

5

Lernen von der Natur

VORWORT

-lösens dargestellt, um eigenes Entdecken und Erfinden zu ermöglichen und so

Freiräume für Kreativität zu schaffen.

Damit erschließt sich in persönlicher Weise die faszinierende Welt der Natur-

phänomene und ihre Nutzung.

Die Bände enthalten:



Sachinformationen über interessante und erstaunliche biologische und

technische Phänomene,



Abenteuer des Entdeckens und Erfindens in Form von Bildergeschichten,

6



Denk- und Arbeitsweisen von Entdecker- und Erfinderpersönlichkeiten,



nützliche Methoden zur individuellen Erschließung von Natur und

Technik



und spannende Experimente zur Erkenntnisgewinnung und Selbstbau-

Anleitungen zur praktischen Erprobung.

Im fortlaufenden Text dienen folgende Symbole zur Orientierung:

Viel Spaß beim Lesen,

Forschen und Experimentieren.

i

Infobox zur Begriffserläuterung

8

Modelle

l

Methoden zur Erkenntnis-

T

Experimente

gewinnung und -umsetzung

M

u

schel- und Schneckenschalen, Faltwerke von Insektenflügeln und

Palmblättern, Fruchthüllen sowie vielfältige Profilformen von Knochen und

Pflanzenstängeln begegnen uns in der lebenden Natur auf Schritt und Tritt. Bei

Spaziergängen in der Natur entdecken wir beim aufmerksamen Beobachten

die einmalige Schönheit, Vielgestaltigkeit und Leistungsfähigkeit von Pflanzen

und Tieren. Der auf den ersten Blick unscheinbare Käfer am Wegesrand, der

im Wind sanft schaukelnde Grashalm, die feinen waagerecht abstehenden

Faltflügel der Libelle – sie alle können uns interessante Anregungen für tech-

nisches Gestalten liefern. So verfügt der Chitinpanzer des Käfers aufgrund

seiner Sandwichbauweise über enorme Stabilität bei geringem Materialauf-

wand, der Grashalm durch seinen kegelstumpfförmigen Röhrenaufbau über

hohe Knicksteifigkeit und der Libellenflügel biegt sich durch die Längsfaltung

nicht durch.

7

Die Vielfalt der Natur

EINLEITUNG

1

Fähigkeit eines Systems (z. B. Getreidehalm) nach einer Störung durch

äußere Einwirkungen (z. B. Sturm) wieder in den Ausgangszustand zurückzukehren

(siehe auch Begriff: Elastizität).

Stabilität

i

8

Bei genauerer Untersuchung könnte uns der Aufbau des Chitinpanzers An-

regungen für den Leichtbau in der Technik liefern, der Grashalm für hohe Bau-