5. – 13. Schuljahr

Die Natur als Konstrukteur

Schadenskundler Claus Mattheck zeigt, wie sich Bauteile optimieren lassen ganz ohne Computer

Claus Mattheck:
Die Körpersprache der Bauteile
Karlsruhe: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017.
ISBN 978-3-923704-91-0
Preis: 98, Euro
Bauteil-Killer lauern überall. Mit diesem Begriff bezeichnet man Kerben, die die Kräfte in Körpern auf fatale Weise umlenken, sodass Werkzeuge brechen, Schrauben abreißen oder Gesteinsbrocken sich aus Felsen lösen. Solche Konstruktionsfehler können naturbedingt sein oder von Ingenieuren gemacht. Die gute Nachricht: Man kann sie erkennen und entschärfen. „Und das oft ganz ohne teure Software und aufwendige Computertechnik, ja sogar ohne Formeln!, ermuntert der renommierte Schadenskundler Claus Mattheck Hand- und Heimwerker, Ingenieure und Schüler, gefährlichen Kerben in ihrer Umgebung den Garaus zu machen.
Was man dafür wissen muss, erklärt der langjährige Abteilungsleiter des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in seinem jüngsten Buch „Die Körpersprache der Bauteile. Und zwar auf jene unvergleichliche Art und Weise, die er über Jahrzehnte zur Kunstform perfektioniert hat: Mit bildhafter Sprache, aussagekräftigen Fotos und Zeichnungen im Comic-Stil verwandelt er trockene Mechanik in ein Lesevergnügen. Da werden Zugkräfte als Seile dargestellt, Druckkräfte als hölzerne Stützen und Wirbel als „Räder der Natur.
Publikationen aus Matthecks Feder wurden nicht von ungefähr in neun Sprachen übersetzt. Sein Buch „Stupsi erklärt den Baum gilt Forstleuten von Toronto bis Singapur als Standardwerk. Vor der Lektüre seines nun vorliegenden neuesten Werkes warnt er selbst durchaus ernst gemeint: „Wenn Sie dieses Buch gelesen haben, wird wohl nichts mehr so sein wie es war, sagt er voraus. „Es wird Ihre Wahrnehmung ändern, ein Leben lang!
Tatsächlich muss man dieses komprimierte Lebenswerk nicht tagelang studieren, um Bilder daraus in der eigenen Umgebung wiederzuentdecken. Denn Matthecks Lehrmeisterin ist die Natur und die spendiert Anschauungsmaterial im Überfluss. So ist es beispielsweise kein Zufall, dass die feinen Ästchen einer Vogelfeder genau in einem Winkel von 45 Grad vom Kiel abstehen. Auch die Adern eines Eichenblattes bilden mit der Hauptader diesen Winkel. Der Autor zeigt: Es gibt keinen effizenteren Schubkiller als Zugseile, die exakt in einem Winkel von 45 Grad zur Schubrichtung ausgerichtet sind!
Warum das so ist, veranschaulicht der Professor für Schadenskunde mithilfe simpler Modelle, beispielsweise aus Holz oder gelochten Moosgummiplatten, die sich mit wenig Aufwand nachbauen lassen.
Solche Hilfsmittel halfen auch Mattheck einst, einer Universalform der Natur auf die Spur zu kommen, die er zuerst bei Bäumen entdeckte. Menschliche Designer verbinden waagerechte und senkrechte Bauteile oft mit einer Viertelkreisstruktur, der sog. „Ingenieurskerbe. Vor fast drei Jahrzehnten beobachtete der Autor, dass in Bäumen diese Struktur nie vorkommt. Stattdessen lagern Bäume an belasteten „Baugruppen beim Wachstum genau so viel Material an, bis gefährliche Kerbspannungen an ihrer Oberfläche egalisiert sind. Diese physikalische Erklärung klang selbst für Biologen unglaublich.
Claus Mattheck und sein Team am KIT ahmten dieses „lastangepasste Wachstum an Maschinenteilen, Implantaten und Fahrzeugkomponenten nach. Mit dem Ergebnis, dass diese bis zu zehn Mal mehr Lastwechseln standhielten als Konstruktionen mit der klassischen „Ingenieurskerbe.
Waren die KIT-Forscher bei ihren Nachbauten der Natur anfangs noch auf Computer angewiesen, entdeckte Mattheck bei weiteren Nachforschungen, dass ein verblüffend simpler Bauplan dahinter steckt: das Prinzip der Zugdreiecke. Seitdem lassen sich mit Zirkel und Zeichendreieck Konstruktionsergebnisse erzielen, die denen von Computern in nichts nachstehen und inzwischen sogar als DIN-Norm Teil technischer Regelwerke sind.
Und wenn man sich in der Natur weiter umschaut, stellt man fest,...

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