Ziel einer technischen Problemstellung war es, die Struktur eines Aufreißzahns für den Einsatz in der Rohstoffgewinnung zu verbessern. Herkömmliche Optimierungsverfahren scheiterten, so dass neuartige Lösungen immer dringlicher wurden. Aus diesen grundsätzlichen Überlegungen reifte die Idee, Lösungen aus der Natur -Optimierungsverfahren aus der Bionik- zu nutzen.

Typischer schwerer Reißeinsatz
Ausgangspunkt für die Optimierung der mechanische Struktur eines Aufreißzahns

Optimierung der Reißzahnaufnahme

Ziel:

  • Vermeidung von konstruktiven Kerben

Idee:

  • Gestaltoptimierung nach Gesetzmäßigkeiten biologischer Kerben

Lösungsverfahren:

  • Methode der Zugdreiecke
Gestaltoptimierte biologische Kerbe und deren Gesetzmäßigkeit

Zusammen mit der Idee der Methode nach den Zugdreiecken und den Konstruktionserfahrungen der Firma Lehnhoff Hartstahl entstand eine neuartige, bionisch optimierte Aufnahme des Reißzahns.

Ergebnis:

  • Verringerung des Materialaufwands
  • Reduzierung der Schweißarbeiten
  • Erhöhung der Steifigkeit
Fertigung und Präsentation des bionisch optimierten Aufreißzahns

Die Kralle des Ameisenbären als Vorbild für die Reißzahnkontur

Im Findungsprozess für eine optimale natürliche Vergleichsform wurden nach umfangreichen Recherchen verschiedene biologische „Arbeitswerkzeuge“ betrachtet, wobei sich letztendlich die Mittelkralle des großen Ameisenbären durchsetzte.

Erkenntnisse aus den Beobachtungen:

  • Verlängerte Muskelpartien für einen größeren Hebelarm
  • Teilweise verstärkte Muskeln
  • Arbeitsweise gleicht der eines Hydraulikbaggers
  • Stark ausgeprägte Mittelkralle
  • Krallenkontur folgt der mathematischen Funktion einer logarithmischen Spirale
Hauptflexoren der Vorderextremitäten eines Ameisenbärs
Beobachtung des Reißverhaltens im Dortmunder Zoo
Beobachtung des Reißverhaltens im Dortmunder Zoo
Beobachtung des Reißverhaltens im Dortmunder Zoo

Ansatz für den Aufreißzahn:

  • Entwicklung der Reißzahnkontur mit Hilfe der logarithmischen Spirale

Abschlussergebnis

Gesamtvolumen:

  • Reduzierung um 6,9 %

Maximale Spannungen:

  • Reduzierung an den kritischen Stellen um 54,1 %

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