Stabil wie ein Baum - Haltbare Kerbstrukturen

Von der Natur …

Die Astgabeln mancher Bäume werden mehrere hundert Jahre alt, ohne zu brechen.
Wenn der Wind an ihnen rüttelt, entstehen Materialspannungen im Holz. Diese sind in Kerben besonders groß. Der Baum verstärkt dort kritische Stellen gezielt, um die Spannung gleichmäßig entlang der Kerbkontur zu verteilen. Punktuelle Überlastung wird vermieden, die Verzweigung stabilisiert.

… in die Technik

Um das Prinzip der optimierten Kerben auf technische Bauteile zu übertragen, untersucht die Bionik zunächst, wo eine Belastung Spannungen verursacht. Dann simuliert sie unter Anwendung der biologischen Wachstumsregeln, wo Material angelagert werden sollte  (Computer Aided Optimization).

Aber auch die einfachere „Methode der Zugdreiecke mit anschließender Glättung“ führt zum gewünschten Erfolg. 

Die so ermittelte optimierte Kerbform wird dann auf das Bauteil übertragen. Dank dieser Erkenntnisse erreichen z. B. orthopädische Schrauben, die gebrochene Knochen stabilisieren, eine etwa zwanzigfach längere Lebensdauer. Auch Komponenten im Fahrzeugbau konnte man mit der Methode verbessern.

Bildunterschriften

Astgabelungen überstehen hohe Belastungen, ohne zu brechen.

An herkömmlichen Kerben gibt es Bereiche mit hoher Spannung (rot). 
Bei Baumkerben ist die Spannung gleichmäßiger verteilt.

„Methode der Zugdreiecke“

Text der Informationstafel im Botanischen Garten