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Ob Architektur, Medizin, Schiffsbau, Flugzeugbau oder die Herstellung neuer Materialien – die Liste der Anwendungsbereiche für bionisch inspirierte Ideen ist lang. Die mit feinen Härchen besetzten Füße des Geckos dienten beispielsweise als Vorbild für die Entwicklung eines stark haftenden Klebebandes. Ein natürliches Vorbild hat auch der Lotuseffekt bei der Verwendung von Farben und Lacken, denn die Lotusblume reinigt sich durch Noppen, die mit Wachskristallen überzogen sind, selbst. Ein ebenfalls häufig genanntes Beispiel ist die Klette und die Entwicklung des Klettverschlusses. Das Prinzip des Haken- und Schlaufenbandes eignet sich besonders für biegsame Materialien und kann durch zwei selbstklebend ausgerüstete Komponenten dauerhaft mit Oberflächen verklebt werden. Eine Komponente besteht aus kleinen Haken, die andere aus weichen, biegsamen Schlaufen, die durch leichten Druck miteinander verbunden werden. Der modifizierte Acrylat-Klebstoff eignet sich für Klebungen auf einer Vielzahl von Oberflächen: Metalle, Glas, Holz, und viele weichmacherfreie Kunststoffe wie ABS, Polyethylen, Polypropylen, Hart-PVC sowie pulverbeschichteten Oberflächen.

Klettverschluss 2.0: Die Libelle als bionisches Vorbild für die Lösung mit Köpfchen

Von den natürlichen Konstruktionen der Natur zu lernen, schließt die bloße Kopie einer solchen Entdeckung aus. Vielmehr bedeutet es, die Vorgänge verstehen zu lernen und den Nutzen für die Technik zu erkennen. So auch das Vorbild der Libelle und die Erfindung eines extrem starken wiederlösbaren Befestigungssystems. Das Pilzköpfchen-Verschluss-Prinzip von 3M Dual Lock entspringt dem genialen Verschlusssystem der Libelle. Das Insekt fixiert nicht nur beim Flug Hals und Rumpf durch ineinander greifende Strukturen, sondern wendet das Prinzip des Verbindens auch während der Paarung zur Stabilisierung der übergroßen Köpfe an.

Eine Inspiration für Wissenschaftler und Techniker, die diese Idee übertragen haben. Dr. Andrea Stricker, im 3M Geschäftsbereich Industrie-Klebebänder, Klebstoffe und Kennzeichnungssysteme produktverantwortlich für den Bereich Spezialbefestigungen in Westeuropa, kennt die Vorgeschichte dieser Entwicklung: „In den USA konzipierte bereits vor über 30 Jahren ein 3M Mitarbeiter ein System, dessen Verbindungsstruktur nicht aus Pilzköpfchen, sondern aus tropfenförmigen Strukturen bestand. Der Nachteil dieses Vorläufers von 3M Dual Lock war, dass die Tropfenform ein zu leichtes Öffnen begünstigte. Also musste nachgebessert werden.“

Doch was macht den perfekten Halt für die wiederlösbare Verbindung aus und welche Technologie verbirgt sich dahinter? Die Antwort steckt im Detail: Das Haftsystem verfügt über enorme Haltekräfte, die deutlich stärker sind als bei einem herkömmlichen Verschluss nach dem Klettprinzip. Diese Haltekraft beruht auf der Verzahnung von Miniatur-Pilzköpfchen auf kurzen Stielen. Durch das Zusammendrücken der beiden Komponenten entsteht ein stabiler, wiederlösbarer Verschluss. Dabei gilt: Je mehr Pilzköpfchen sich verbinden, desto höher ist die Haltekraft. Hier hat die Technik also weiter gedacht als die Natur.

Der Verschluss besteht aus zwei Polyolefinstreifen, auf denen auf kurzen Stielen die Halbkugelköpfe entweder in gleicher oder unterschiedlicher Anzahl stehen. Den Vorteil dieses Systems erklärt Andrea Stricker: „Durch die Kombination unterschiedlicher Anzahl von Köpfen pro cm² werden unterschiedliche Haltekräfte erreicht. Die Kombinationen 40:40 Köpfe pro cm² und 26:62 Köpfe pro cm² sind geeignete Kombinationen für viele Anwendungsbereiche. Vor allem im Bereich der Transportindustrie oder im Laden- und Messebau wird das Dual Lock System als sichere und vor allem unsichtbare Alternative zu herkömmlichen Befestigungssystemen wie Nieten oder Schrauben sehr geschätzt.“

Damit sind zum Beispiel variable Befestigungen an Wohn- oder Campingwagen, Rettungs- und Servicefahrzeugen, Bussen, der Bahn oder an Schiffen gemeint. Denn das System verbindet nicht nur zeitsparend und flexibel unterschiedliche Materialien wie Kunststoff mit Metall oder beispielsweise Glas mit Kunststoff, sondern bietet auch eine große Designfreiheit durch verbesserte Optik. Bohrlöcher – und damit eine Angriffsfläche für Korrosion – entfallen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind besonders im Transportwesen breit gefächert: Vibrationsdämpfung, Revisionspanele, Polster-, Vorhang- und Gerätebefestigungen, leichter Austausch von Bauteilen mit besonders hoher Beanspruchung zum Beispiel im Sanitärbereich mit Panelen, Kantenprofilen und Bedieneinheiten.

Eine hohe Soforthaftung auch auf niederenergetischen Oberflächen wie PP, PE und pulverbeschichteten Materialien sowie die Eignung für unterschiedliche Zugfestigkeiten zeichnen das System mit einer Temperaturbeständigkeit zwischen -30 °C und +105 °C aus. In manchen Fällen ist ein Haftvermittler für die optimale Adhäsion empfehlenswert.

Das fehlt der Libelle vielleicht: Der „Klick“ für kontrollierte Sicherheit

Für die Expertin des Herstellers ist klar, warum das innovative System bei Kunden so beliebt ist: „Besonders dort, wo eine Befestigung zur Reinigung, Wartung oder Reparatur häufig gelöst werden muss, zeigt sich die hohe Qualität des Materials. Das Dual Lock System kann bis zu 1.000 Mal geöffnet und verschlossen werden, während sich Schlaufen mit einem viel geringeren Kraftaufwand lösen lassen.“ Und sie fügt hinzu: „Das Schließen geschieht nicht einfach nur so, sondern mit einem hörbaren ‚Klick‘, wenn Hunderte der Halbkugelköpfe fest miteinander verbunden sind. Dieses hörbare ‚Klick‘ ist das Signal für eine sichere Verbindung.“

Im Vergleich der bionischen Verschlussprinzipien von Klette und Libelle liegen die Vorteile klar bei der Libelle. Für eine sichere wiederlösbare Verbindung sind die Pilzköpfchen-Strukturen deutlich geeigneter als Haken- und Schlaufenverbindungen. Es hat sich in diesem Fall gezeigt, dass sich bei der Übertragung des biologischen Vorbildes auf die Technik ein konkreter Nutzen für viele Lebensbereiche ergeben hat.

 

Neue Technologien

Haftung mit sich verhakenden Pilzköpfen

Der Klettverschluss ist eine bionisch inspirierte Idee, die zahlreiche Anwendungen im Alltag gefunden hat. Die Klette ist jedoch bei Weitem nicht das einzige Vorbild für ein stabiles wiederlösbares Haftsystem. Die Libelle stabilisiert ihren Körper mit sich verhakenden Strukturen, die einem Pilzkopf ähneln. Der Verschluss besteht aus zwei Polyolefinstreifen, auf denen auf kurzen Stielen die Halbkugelköpfe entweder in gleicher oder unterschiedlicher Anzahl stehen. Er kann bis zu 1.000 geöffnet werden, ohne seine Haltekraft zu verlieren. Die Anwendungsmöglichkeiten sind besonders im Transportwesen breit gefächert: Vibrationsdämpfung, Revisionspanele, Polster-, Vorhang- und Gerätebefestigungen, leichter Austausch von Bauteilen mit besonders hoher Beanspruchung z. B. im Sanitärbereich mit Panelen, Kantenprofilen und Bedieneinheiten.

 

 

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Nicole Neuhaus