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Bionik – Von der Riesenseerose zum Hochleistungsträger18.03.2019

Ziel der Bionik (Biologie und Technik) ist es, Konstruktionsprinzipien aus der Natur für technische Lösungen zu nutzen und auf diese Weise von der belebten Umwelt zu lernen. Im vorliegenden Fall war das natürliche Vorbild die Riesenseerose Victoria amaconica die uns freundlicherweise vom Botanischen Garten der Ruhr-Universität Bochum zur Verfügung gestellt wurde.

Das besondere an der Seerose sind ihre Blätter. Sie erreichen einen Durchmesser von bis zu 3 m und können bei einem Eigengewicht von ca. 5 kg bis zu 80 kg Gewicht tragen. Möglich wird dies durch den besonderen Aufbau: Längs und Querrippen sorgen für eine gleichmäßige Kräfteverteilung, dazwischen befinden sich luftgefüllte Hohlräume, die für zusätzlichen Auftrieb sorgen. Gemäß dem Leichtbauprinzip sind besonders belastete Bereiche zusätzlich verstärkt, entweder durch Einlagerung von Calciumverbindungen oder aber durch verdickte Strukturen.

Historisch hat die besondere Belastbarkeit bereits verschiedene Erfinder inspiriert, unter anderem den Architekten Luigi Nervi für die Entwicklung besonders tragfähiger Dachkonstruktionen oder aber Joseph Paxton, der ausgehend vom Vorbild der Blattunterseite gigantische Gewächshäuser entwickelt hat (u.a. den zur Weltausstellung 1851 eingeweihten Kristallpalast in London mit 72.000m² Ausstellungsfläche).

Auch die Schülerinnen und Schüler des Bionik-Profilkurses von Herrn Dr. Schröder sollten sich vom Aufbau der Seerose inspirieren lassen. Ihre Aufgabe bestand darin, einen möglichst leichten aber dennoch stabilen Träger zu entwickeln.

Zu diesem Zweck wurden die Seerosenblätter zunächst einer detaillierten Untersuchung unterzogen. Im Anschluss wurden die grundlegenden Konstruktionsprinzipien erarbeitet und überlegt, wie sich diese auf einen Balken übertragen lassen könnten. Danach wurden entsprechende Träger mit einem CAD-Programm programmiert und anschließend mithilfe des Schuleigenen 3D-Druckers ausgedruckt. Am Ende wurden die bionischen Träger einer Belastungsprobe unterzogen. Die Ergebnisse können sich sehen lassen:

Der stärkste Träger war bei einem Eigengewicht von 23g immerhin in der Lage ein Gewicht von insgesamt 60 kg zu halten. Damit könnten sich – zur allgemeinen Überraschung – ein Großteil der Achtklässler selbst an den Träger hängen. 

Für die großzügige Unterstützung zur Realisierung des Projektes möchten wir uns abschließend herzlich bei Herr Dr. Stuppy und Herrn Rasche vom Botanischen Garten der Ruhr-Universität Bochum bedanken.

verschiedene Träger im Computermodell

 

Ausgangspunkt: Blattoberseite - Seerose im Botanischen Garten

Blattunterseite der Seerose

Belastungsuntersuchung

Teamwork ist gefragt- Belastungen von bis zu 60 Kg werden angehängt

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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