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BIOKON - Das Bionik-Kompetenznetz

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Bild: © Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH

Forschung // 02. Januar 2017

„Bionische Wölbstrukturen“ − Die Natur als Vorbild für Ressourceneffizienz

Die Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH in Berlin hat ein innovatives Verfahren zur Herstellung von wölbstrukturierten Materialien entwickelt. Nach dem Vorbild der Natur entwickelt und produziert die Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH Leichtbaustrukturen aus dünnwandigen Materialien für innovative Anwendungen. Die patentierte Wölbstrukturierungstechnik arbeitet auf Grundlage eines einzigartigen, bionischen Selbstorganisationsprinzips und ist damit besonders material- und oberflächenschonend. Durch die Wölbstrukturen PowerStruct® können Bauteile bis zu 40 Prozent leichter ausgeführt werden. Eine vorveredelte Oberfläche bleibt während des Umformprozesses quasi unverändert. Es können vielfältige Synergieeffekte für innovative Lösungen genutzt werden, die den Kundennutzen von Produkten erhöhen und gleichzeitig die Umwelt schonen. Wölbstrukturierte Materialien weisen neben Material- und Energieeffizienz weitere technische Vorteile auf, weshalb sie bei unterschiedlichsten Produkten, wie Katalysatoren, Waschmaschinen oder in der Architektur bereits zum Einsatz kommen.  

 

Die Gestamp Umformtechnik GmbH nutzt beispielsweise diesen Vorteil bei der Produktion von Bauteilen für die Automobilindustrie. Die steife Struktur des wölbstrukturierten Bleches ermöglicht die Verwendung von dünnem Aluminium, wodurch erhebliche Gewichteinsparungen erzielt werden können. Darüber hinaus lässt sich durch den Einsatz des strukturierten Materials das sonst auftretende, störende Dröhnen von dünnwandigen Bauteilen vermeiden.  

 

Die Siteco Beleuchtungstechnik GmbH verwendet wölbstrukturiertes Aluminium bei der Produktion der Hexal®-Leuchte. Da das Licht der LEDs durch die Struktur optimal reflektiert wird, kann eine hohe Lichtqualität erzielt werden. Das Material dient gleichzeitig als Gehäuse und Reflektor der Lampe. Dadurch ergibt sich eine Materialersparnis von insgesamt 80 Prozent. Zudem treten bei den strukturierten Blechen weniger Verspannungen bei höheren Temperaturen auf.  

 

Das Video vom VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (VDI ZRE) entstand im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit.

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Die bionische Leichtbau-Kabinentrennwand wurde nach dem Vorbild der Natur 3D-gedruckt.
Bild: Airbus

Aktuelles // 06. Dezember 2016

Airbus A320-Kabinenstruktur nach dem Vorbild der Natur: Bionische Leichtbau-Trennwand mit dem Ecodesign-Preis ausgezeichnet

Für das Konzept einer bionischen Kabinentrennwand hat BIOKON-Mitglied Airbus den Bundespreis Ecodesign in der Kategorie Konzept erhalten. Bundesumweltministerin Barbara Hendricks zeichnete Peter Sander und Bastian Schäfer aus dem Team für Zukunftstechnologien (Emerging Technologies & Concepts) aus.

Die bionische Trennwand nach dem Vorbild aus der Natur von Airbus ist 45 % leichter als herkömmliche Trennwände für Flugzeuge. Durch die Gewichtsreduktion wird Kraftstoff eingespart und die CO2-Emission pro Flugzeug jährlich um 10 Tonnen verringert.

 

Das Design basiert auf generativen Gestaltungs- und Fertigungsverfahren sowie auf der Entwicklung eines eigenen, leichten Legierungsmaterials. Dank der additiven Produktion im so genannten 3D-Druck und des modularen Aufbaus lassen sich die Trennwände auch in bestehende Flugzeugkabinen einbauen. Einzelne Komponenten können bei Bedarf einfach ersetzt werden. Das verwendete Material ist komplett rezyklierfähig.

 

"Airbus zeigt mit der bionischen Trennwand in beispielhafter Weise auf, welche Möglichkeiten generative Fertigung bietet. Im Flugverkehr bedeutet die erreichte Gewichtsreduktion um 45 Prozent eine enorme Kraftstoffersparnis. Die astähnlichen Strukturen bieten einen Ausblick auf das formalästhetische Potential der topologischen Optimierung", so Prof. Matthias Held, Mitglied der Jury des Bundespreises Ecodesign.

"Bionisches Design und additive Fertigungsverfahren spielen eine Schlüsselrolle bei der Flugzeugentwicklung und -fertigung der Zukunft, wo sich fast alles um Gewichtsreduktion dreht", gratulierte Dr. Klaus Richter, Vorsitzender der Geschäftsführung Airbus in Deutschland dem Entwicklungsteam der Airbus Operations GmbH.

 

Die bionische Trennwand hat Airbus gemeinsam mit dem US-Softwarehersteller Autodesk entwickelt. Seit mehreren Jahren arbeitet Airbus bereits daran, additive Fertigungsverfahren und 3D-Druck für die Flugzeugfertigung nutzbar zu machen. Weitere Beispiele hierfür sind neben der Kabinentrennwand auch Kabinenhalter, Bremsklappen oder Rohrleitungen.

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Aktuelles // 29. November 2016

Vektoria Award 2017: Bionik – Natur inspiriert die Wissenschaft

Ob Flugzeug-Tragflächen in Form von Adlerschwingen, saubere Fassaden dank Lotuseffekt oder Unterwassermodems, die wie Delfine kommunizieren – faszinierende Vorbilder aus der Natur inspirieren zu revolutionären technischen Lösungen, denen auch mathematische Berechnungen zu Grunde liegen.

 

Beim Vektoria Award sind Schülerinnen und Schüler der Klassenstufe 5 bis 13 aufgerufen, in einem Bild das Thema „Bionik – Natur inspiriert die Wissenschaft“ und seinen mathematischen Gehalt anhand eines Beispiels darzustellen – als Digitalbild, Foto oder Zeichnung. Bis zum 3. März 2017 können Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihren Beitrag einreichen. Eine Vorauswahl der besten Präsentationen geht im März online.

 

Die Gewinner werden von den Jurymitgliedern BIOKON-Mitglied Prof. Dr. Thomas Speck, der Mathe-YouTuberin und Schriftstellerin Angela Maria Ruoff alias „Mathematiqua“ sowie dem Meeresbiologen und Naturfotografen Tom Vierus ausgewählt. Die Gewinner können sich über Preisgelder im Gesamtwert von 3.000 Euro freuen.

 

Auch die Meinung der Internet-Community und Fans ist gefragt: Beim Onlinevoting kann jeder mitmachen und per Mausklick seinen Favoriten wählen. Dem Publikumsliebling winkt eine hochwertige Virtual-Reality-Brille.

 

Die Schirmherrschaft des Vektoria Awards hat das Deutsche Technikmuseum Berlin.

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Prof. Dr. rer. nat. Antonia Kesel erhält das Ehrenzeichen des VDI von VDI-Präsident Prof. Dr.-Ing Udo Ungeheuer.
Bild: Sager / VDI.

Aktuelles // 24. November 2016

VDI-Ehrenzeichen für die BIOKON-Vorstandsvorsitzende Frau Professorin Antonia Kesel

Der VDI zeichnet Professorin Antonia Kesel mit dem VDI-Ehrenzeichen für ihre Arbeiten und Erfolge in der Bionik aus. Im Rahmen der VDI-Vorstandsversammlung am 22.11.2016 in Düsseldorf würdigte der VDI damit insbesondere Kesels Engagement zur erfolgreichen die Etablierung der Bionik als Studienfach an deutschen Hochschulen und zur Verankerung der Bionik im VDI. Sie hat damit die Ingenieurwissenschaften in Deutschland um eine innovative und zukunftsweisende Thematik bereichert.

 

Antonia Kesel hat mit großem persönlichen Einsatz maßgeblich zur Etablierung dieser Forschungsrichtung und zur Vergrößerung des Bekanntheitsgrads der Bionik in der Öffentlichkeit beigetragen. Mit ihrer Berufung auf die Professur für „Technische Zoologie und Bionik“ an die Hochschule Bremen im Jahr 2003 hat sie den ersten internationalen Bachelor- und Masterstudiengang „Bionik“ in Deutschland gegründet und in den folgenden Jahren stark ausgebaut. Der Bremer Studiengang dient seitdem als Vorbild für viele deutsche Hochschulen.

 

2005 gründete sie das Bionik-Innovations-Centrums Bremen (B-I-C Bremen) an der Hochschule Bremen und hat seitdem die Leitung inne. Die enge Verknüpfung von Forschung und Industrie als Basis für zukünftige Innovationen ist ihr seit jeher ein besonderes Anliegen. Dabei gelingt ihr bravourös der nicht immer einfache Brückenschlag zwischen Hochschule und Industrie bzw. Forschung und Anwendung.

 

Im VDI ist Frau Prof. Kesel seit Ende 2006 aktiv, seit 2007 hat sie den Vorsitz des VDI-Fachbereichs Bionik inne. Von 2009 bis 2014 war sie Vorsitzende der VDI-Gesellschaft Technologies of Life Sciences (VDI-TLS) und mehr als neun Jahre lang Mitglied im wissenschaftlichen Beirat des VDI. Unter Ihrer Leitung wurden im Rahmen eines DBU-Förderprojekts zahlreiche VDI-Richtlinien zur Bionik erstellt, die inzwischen auch Eingang in die internationale Normung gefunden haben. Dadurch wurde nicht nur Deutschland zu einem wichtigen Wettbewerbsvorteil verholfen, sondern national und international wichtige Beiträge zum Umweltschutz und zur Ressourcenschonung geleistet.

 

Neben ihrem ehrenamtlichen Engagement für den VDI ist Kesel seit 2004 Präsidentin der Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik e.V. (GTBB) und Vorstandsmitglied – seit 2013 als Vorsitzende des Vorstandes - der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e.V. (BIOKON), seit 2009 Gründungs- und Vorstandsmitglied des BIOKON International e.V., seit 2013 Vorsitzende der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.V. und seit 2014 Vorsitzende des Hochschulrats der Hochschule Ostwestfalen-Lippe.

 

Das Ehrenzeichen des VDI ist eine der höchsten Ehrungen des VDI und wurde 1931, anlässlich des 75jährigen Jubiläums des VDI, gestiftet als Auszeichnung für Ingenieure und Ingenieurinnen sowie Naturwissenschaftler und Naturwissenschaftlerinnen, die besondere Leistungen auf technischem Gebiet erbracht und/oder sich um die technisch-wissenschaftliche bzw. berufspolitische Gemeinschaftsarbeit verdient gemacht haben.

 

Die aus Gold gegossene Plakette trägt auf der Vorderseite die Inschrift „Für Verdienste um die Technik“, auf der Rückseite den Namen der Geehrten, Frau Prof. Kesel, und das Jahr der Verleihung, 2016.

Presse-BBS
Übergabe der Förderbewilligung: (v.l.) DBU-Referent Dr. Thomas Pyhel, BBS-Schulleiter Gerhard Klaus, DBU-Kurator Dr. Matthias Miersch, MdB und BIOKON-Geschäftsführer Dr. Rainer Erb.

Presse // 17. November 2016

Ideen der Natur als Quelle für Innovationen verstehen und weiterdenken

„Erfindungen, die die Natur hervorgebracht hat, auf technische Entwicklungen zu übertragen – das finden auch junge Menschen attraktiv. So werden komplexe Zusammenhänge zu den Themen Biologie, Technik und Wirtschaft leichter verständlich und der Weg zur Entwicklung nachhaltiger Gebrauchsgegenstände vereinfacht“, sagte Dr. Matthias Miersch, MdB und Kuratoriumsmitglied der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), in Burgdorf. Mit rund 330.000 Euro fördert die DBU ein neues Bildungsprojekt, das das Bionik-Kompetenznetz BIOKON mit der Green Economy Academy (GEA) durchführt. Es sollen Lehrmodule und Unterrichtseinheiten entwickelt werden, die durch Schüler der Berufsbildenden Schulen (BBS) Burgdorf erprobt werden.

 

Bionik für systemisches Denken

 

Dass die Bionik fasziniert, systemisches Denken anregt und interdisziplinäres Arbeiten braucht, veranschaulichte BIOKON-Geschäftsführer Dr. Rainer Erb am Beispiel der Haihaut: „Wir Bioniker haben in Fachdisziplin-übergreifender Arbeit den komplexen Bauplan der Haihaut entschlüsselt und daraus einen Silikonanstrich entwickelt. Er vermindert den unerwünschten Unterwasserbewuchs von Schiffsrümpfen durch Algen, Seepocken und Muscheln, das sogenannte Fouling, um bis zu 70 Prozent. Der dadurch verminderte Strömungswiderstand verringert den Treibstoffverbrauch gegenüber auch nur geringfügig bewachsenen Schiffen um bis zu 30 Prozent und kann somit bei großflächigem Einsatz Millionen Tonnen Treibstoff sparen helfen.“ So könnten Umweltbelastungen vermieden und Kosten eingespart werden. Gleichzeitig würden die bisher als Antifouling-Anstrich eingesetzten umweltschädigenden TBT- und Kupferverbindungen ersetzt. „Bionik basiert auf ganzheitlichem Denken, das wir mit neuen Angeboten in der Berufsbildung verankern wollen“, so Erb.

 

Komplexe Zusammenhänge durch Bionik begreifen

 

Mit biologischem Hintergrundwissen, technischen Kenntnissen und cleveren Ideen lasse sich wie beim oben genannten Beispiel die Entwicklung nachhaltiger Produkte für die berufliche Bildung interessanter gestalten. Konsumgüter könnten nach Darstellung der DBU sowohl bei der Herstellung als auch in der Nutzungs- und Nachnutzungsphase die Umwelt erheblich belasten. Im Rahmen des beantragten Vorhabens werde dieser Aspekt in den Blick genommen: Ziel sei es, mit Hilfe der Bionik das Interesse zu wecken und komplexe Zusammenhänge besser zu verstehen. Anhand konkreter Modell-Beispiele, insbesondere im Zusammenhang mit Entwicklungen aus mittelständischen Unternehmen, bearbeiten die Schülerinnen und Schüler die Frage, wie sie ein Gebrauchsgut mit Hilfe bionischer Innovationen nachhaltiger machen könnten, erläutert Erb. Die Betrachtung werde ausgeweitet auf den gesamten Produktlebenszyklus. Die Schülerinnen und Schüler könnten dabei verschiedene Optionen etwa in der Lieferkette, in Marketing- und Kommunikation bis hin zum Vertrieb und den damit verbundenen Effekten auf Natur und Umwelt erleben – die Botschaft dahinter: „Auch das Drehen an kleinen Stellschrauben kann bedeutsame große Nachhaltigkeitseffekte erzeugen.“

 

Durchdachtes Bildungskonzept mit Leitfaden und Lehrerfortbildungen

 

BBS-Schulleiter Gerhard Klaus hob hervor: „Als Lehrer tragen wir Mit-Verantwortung dafür, dass Folgegenerationen Problemlösekompetenzen entwickeln. Schon frühere Projekte haben an der BBS bewiesen, dass eine praxisnahe Herangehensweise die Motivation der Schülerinnen und Schüler beflügelt und ihnen die Ideen für Neuentwicklungen kaum ausgehen.“ In diesem Zusammenhang sehe er das Projekt der DBU als vielversprechend an. Daher freue er sich, dass die von BIOKON und GEA entwickelten Unterrichtsmodule sowie Lehr- und Lernformate themenübergreifend und interdisziplinär in den BBS Burgdorf erprobt werden.

Darüber hinaus planet BIOKON, dass Schülerinnen und Schüler verschiedener Fachrichtungen eine gemeinsame Projektarbeit zum Thema „Entwicklung und Vertrieb nachhaltiger Gebrauchsgüter“ durchführen. Die Ergebnisse sollen in einem speziellen Leitfaden für Multiplikatoren verbreitet werden. Ergänzend seien drei „Summer Schools“, Lehrerfortbildungen, sogenannte „Massive Open Online Courses“ (Moocs), eine Aufbereitung der Module in virtueller Form im Internet, eine externe Evaluation sowie eine Präsentation der Ergebnisse auf der Hannover Messe und an weiteren Standorten geplant.

Dr. Rainer Erb und Jessica Rudolph

Kontakt

Geschäftsstelle

BIOKON - Bionik-Kompetenznetz

 

Dr. Rainer Erb | Geschäftsführer

Jessica Rudolph | Assistentin des Geschäftsführers

 

Ackerstraße 76

13355 Berlin 

Tel. +49.(0)30.46 06 84 84

E-Mail: kontakt@biokon.de