Bionische Innenströmungen: Von der Natur zum Wasserstrahlschneiden

Bearbeiter:Dipl.-Ing. David Hess
Beginn:Juli 2009
Dauer:voraussichtlich 3 Jahre
Kooperationspartner:
  • Prof. Dr. Horst Bleckmann, Institut für Zoologie Universität Bonn
  • Prof. Dr. Stefan Schuster, Animal Physiology, University of Bayreuth

Inhalt:

Die impulsartige Erzeugung von Flüssigkeitsstrahlen wird in der Natur bei Abb. 1: Speikobra (Quelle: http://www.serengeti.org/deutsch_neu/ a_cobra_z.html)verschiedenen Arten zur Feindabwehr, Nahrungsbeschaffung und Kommunikation genutzt. Auffällig hierbei ist die Varianz der konstruktiven Lösungen, die sich in der Natur zur Beschleunigung der Flüssigkeiten entwickelt haben. Solche Konzepte könnten zur Verbesserung industrieller Prozesse wie das Strahlschneiden, die Reinigung oder die Injektion in technischen und medizinischen Bereichen eingesetzt werden. Diese Mechanismen sind bisher jedoch nicht ausreichend erforscht, um deren Wirkung im Detail zu verstehen und auf größere Skalen übertragen zu können. Das geplante Gemeinschaftsvorhaben zwischen Biologen und Ingenieuren soll diese Prozesse in der Natur am Beispiel der Speikobra, des Schützenfischs undAbb. 2: Schützenfisch (Quelle: Markus Bennemann; Im Fadenkreuz des Schützenfischs) des Pistolenkrebses erforschen. Allen drei Tiergruppen ist gemeinsam, dass sie impulsartig Flüssigkeitsstrahlen erzeugen, die sich jedoch in Ihrer Struktur, ihrer Reichweite und ihrem Zerfall deutlich unterscheiden. Ziel ist es, die Mechanismen der Erzeugung und der artspezifischen Formgebung des Strahls zu analysieren und das so entwickelte Verständnis für ingenieurtechnische Anwendungen zu nutzen. Insbesondere ist von Interesse, ob mit Hilfe dieser Mechanismen eine effiziente Erzeugung kurzzeitiger extrem hoher Spannungen bei der Bearbeitung von Oberflächen in technischen Prozessen möglich ist, was enorme Kostenersparnisse und den Einsatz von Ressourcen beim Wasserstrahlschneiden deutlich reduzieren würde. Zudem sind erweiterte Einsatzgebiete für die Wasserstrahl-Dissection in der Medizintechnik denkbar, um beispielsweise in Hohlräumen Gewebe abzutrennen.

Abb. 3: Kavitationsblase und Schere des Pistolen-Krebses (Quelle: Detlef Lohse, Twente )(Auszug DFG-Antrag: Von der Speikobra zum Wasserstrahlschneiden: Mechanismen der impulsartigen Fluidbeschleunigung und deren effiziente Anwendung in der Technik)