Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7313 

Zugseile in der Natur

Roland Kappel

Zusammenfassung
Die Krone des Leichtbaus ist das Zugseil. Natürliche Konstruktionen verwenden bevorzugt Zugseile, auch wenn diese auf den ersten Blick nicht immer als solche erkennbar sind. Während bei Biegebelastung das Material im Bereich der Neutralen Faser nicht oder nur wenig belastet wird und bei schlanken Strukturen unter Druckbelastung zusätzliches Material gegen Versagen durch Knicken oder Beulen erforderlich ist, wird das Zugseil über seinen gesamten Querschnitt bis zum Erreichen der Zugfestigkeit gleichmäßig ausgelastet.

In der Natur zwingt die Evolution Pflanzen und Tiere, Energie und Material möglichst effizient einzusetzen. Ihre mechanische Belastbarkeit hängt sowohl von den Materialeigenschaften und den Belastungen selbst ab, als auch von der Form und dem konstruktiven Aufbau, sowie dem Versagensmechanismus der Gesamtstruktur.

Tiere und Pflanzen verwenden Zugseile nicht nur bei reiner Zugbeanspruchung, sondern auch Druck- und Schubbelastungen werden häufig durch eine trickreiche Anordnung von konstruktiven Zugseilen abgefangen. In dieser Arbeit werden unterschiedlichste natürliche Strukturen untersucht, offensichtliche und versteckte Zugseile in der Natur aufgezeigt und ihr Wirkprinzip erläutert. Für die verschiedenen Wirkprinzipien werden mögliche technische Umsetzungen vorgestellt und zu der Methodik „In Seilen denken“ für Leichtbaukonstruktion zusammengefasst.

Tension Ropes in Nature

Abstract
The crown of lightweight construction is the tension rope. Under bending load, the material in the area of the neutral fiber is not or only slightly loaded. In slender structures under compression load, additional material has to be applied to prevent failure by buckling. In contrast to this, the tension rope is loaded homogeneously over its complete cross section until tensile strength is reached.

In nature, evolution forces plants and animals to most efficient application of energy and material. Their mechanical loadability depends on material properties and loads, on the shape and constructive setup as well as on the failure mechanism of the complete structure.

Natural constructions preferably apply tension ropes, even though these cannot always be recognized at first sight. Animals and plants do not only resist pure tension loads with tension ropes, but also compression and shear loads are often absorbed by a tricky arrangement of tension ropes.

The present paper will analyze various natural structures, present obvious and hidden tension ropes in nature, and explain their action principle. For these different action principles, potential technical implementations will be presented and summarized by the methodology of „thinking in ropes“ for lightweight constructions.

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