Sind Wirbel die Räder der Natur?

Wirbelformationen Sind Wirbel die Räder der Natur?

18.04.2016Redakteur: Jan Vollmuth

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KIT Karlsruher Institut für Technologie Campus Nord

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Wirbel können einfach Faulpelze sein, aber auch wirken wie eine Walze oder ein Rad, das Schubspannungen begrenzt. Es wird eine Methode zur Auffindung von Wirbeln vorgestellt, die durch dominante „Grundströmungen“ unkenntlich gemacht werden. Dies alles wird in selbsterklärenden Abbildungen mit ausführlicher Legende beschrieben.

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Abb. 1: Der gezeigte Wirbel ist eher ein nutzloser Faulpelz, der bestenfalls als Stoßbremse eine Rolle spielen könnte. Diese Abbildung aus unserer letzten Arbeit zeigt, wie die Kraftkegelmethode den Wirbel als Leichtbaufeind herausschneidet [1]. Doch es gibt auch Nützlinge unter den Wirbeln, wie wir später sehen werden.

Abb. 2: Die Filtertechnik nach Reuter [2] zum Nachweis überschriebener Wirbel erlaubt es, die in Abb. 1 bzw. 2A sichtbaren Wirbel auch bei deren Überschreibung durch eine dominante "Abwärtsströmung", wie in Abb. 2B sichtbar, zu machen. Diese allein abwärts gerichtete Strömung resultiert aus den beiden Festlagern, die die beiden Aufwärtslagerkräfte aus dem linken Bild ersetzen.
Wenn sich alles der mittigen Kraft folgend nur abwärts verschiebt und nichts nach oben drückt, sieht man die Wirbel nicht. Nimmt man jedoch die Verschiebung an einem vermuteten Wirbelort und zieht sie allerorts vom Verschiebungsfeld in Abb. 2B ab, so ist die Verschiebung im vermuteten Wirbelzentrum gleich Null, wie es sein soll. Findet man jetzt geschlossene Wirbelverschiebungen um dieses Auge des Hurrikans herum, so hat man mit dieser Filtertechnik erfolgreich einen Wirbel lokalisiert (Abb. 2C).

Abb. 3: Das Einschnüren einer rissbehafteten Zugprobe (A) kann durch die Wirkung eines plastischen, länglichen Wirbels erklärt werden (B). Dieser rechnerisch nachgewiesene Wirbel (C) lenkt förderbandartig wie ein Richtungswandler die quer einlaufende Verschiebung nach oben und unten in die Vertikale um. Die berechnete rote Fließzone (D) hat die Form eines Bachkiesels mit Zugdreieckskontur. Ein dünner Mikrodraht (E, links) schnürt sich mehr ein als ein dicker Kupferstab (E, rechts).

Abb. 4: In diesem letzten Beispiel werden die plastischen Schaufelradwirbel in der roten Fließzone angetrieben durch eine Linienlast in einer am fernen Rand eingespannten Platte. Sie ziehen den Zugkegel an und mangeln ihn zwischen den beiden Wirbelrollen (B, C) durch in den Druckkegel. Ein Zugkonfusor wird zum Druckdiffusor, wenn man das Verschiebungsfeld als elasto-plastische Strömung ansehen will. Die blaue elastische Umgebung kann auf diesen Wirbeln abrollen, besser als Scheren – Verschiebungspumpe und Wirbelrad!

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Ergänzendes zum Thema

Literaturangaben zum Beitrag

[1] C. Mattheck, K. Bethge, I. Tesari (2015), Gibt es Wirbel in festen Körpern, Konstruktionspraxis 11, S. 28

[2] J. Reuter (2016), FEM-Untersuchung zu Wirbelerscheinungen in Festkörpern, Masterarbeit am Karlsruher Institut für Technologie

[3] C. Mattheck (2010), Denkwerkzeuge nach der Natur, 1. Auflage, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe

Wirbelformationen gibt es auch in festen Körpern

Es ist schon jetzt gesichertes Wissen, dass es Wirbelformationen auch in festen Körpern gibt. Diese lassen sich, wenn nicht offensichtlich erkennbar, mit einer Filtertechnik nachweisen. Auch zeichnet sich ab, dass diese Wirbel uns ein neues Verständnis für die Körpersprache plastischer Fließzonen und die innere Optimierung der Bauteile erschließen werden. Der aktuelle Wissensstand zu diesem Thema wird umfänglich auf unserem Seminar „Warum alles kaputt geht“ am 11. Oktober 2016 vorgestellt werden. (jv)

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Wirbelformationen gibt es auch in festen Körpern

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