Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Optimierungsverfahren
bereitzustellen, welches zumindest einige der vorgenannten Nachteile überwindet.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem
Optimierungsverfahren der eingangs genannten Art mit den Schritten:
- – Analyse
des mikroskopischen und/oder makroskopischen Aufbaus und/oder Verhaltens
der Schale und/oder Hülle
einer Nussart und/oder Fruchtart, (Schale steht im Folgenden für Schale und/oder
Hülle als
eine biologische Verpackung. Nussart steht für Nuss- und/oder Fruchtart.)
- – Identifikation
von zumindest einem charakteristischen Merkmal des mikroskopischen
bzw. makroskopischen Aufbaus der Schale,
- – Umsetzung
des charakteristischen Merkmals in einem technischen Material durch
entsprechende mikroskopische bzw. makroskopische Anordnung eines
synthetischen und/oder natürlichen
Ausgangsmaterials und/oder einer Kombination beider, aus dem/denen
der Werkstoff hergestellt wird.
Die
Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass der aus anderen
Bereichen bekannte bionische Ansatz, der beispielsweise zur Adaption leicht
zu reinigender Oberflächen
an die Oberflächenstruktur
des Blattes der Lotusblume geführt
hat, für
die Optimierung der mechanischen Eigenschaften technischer Materialien
besonders geeignet ist, wenn charakteristische Merkmale des Aufbaus
der Schale von Nussarten in technische Materialien umgesetzt werden.
Nussschalen sind im Laufe der Evolution für eine Aufgabenkombination
weiterentwickelt worden, die für
viele technische Materialien heutzutage als vorteilhafte Kombination
der Eigenschaften gelten kann. So müssen Nussschalen dem Schaleninhalt
einen Schutz gegen hohe mechanische äußere Einflüsse bieten und sollen dabei
kein hohes Gewicht aufweisen. Nussschalen weisen darüber hinaus
aufgrund ihrer regelmäßig durch
organisches Wachstum entstandenen Struktur eine mit einer Reihe
von Fertigungsverfahren kopierbare Makro- und Mikrostruktur auf,
die eine kostengünstige
Herstellung technischer Materialien mit einer ähnlichen Makro- bzw. Mikrostruktur
ermöglicht.
Die
erfindungsgemäße Analyse
des Aufbaus und/oder Verhaltens der Schale kann dabei ein oder mehrere
Untersuchungsverfahren beinhalten, umfassend physikalische und chemische
Analyseverfahren, um die Zusammensetzung, die Struktur und das Zusammenwirken
der Strukturelemente der Schale zu ermitteln.
Die
erfindungsgemäße Identifikation
zumindest eines charakteristischen Merkmals kann dabei durch deduktive
Ableitung des Merkmals aus einer Analyse des Aufbaus und/oder Verhaltens
der Schale erfolgen oder durch deduktive Ableitung aus zwei oder
mehr Analysen des Aufbaus und/oder Verhaltens, die miteinander in
Zusammenhang gebracht werden können
und ein bestimmtes charakteristisches Merkmal als hochgradig relevant
erscheinen lassen.
Die
erfindungsgemäße Umsetzung
des einen oder der mehreren charakteristischen Merkmale kann durch
entsprechende Strukturierung der Ausgangsmaterialien erfolgen. So
können
hierbei verschiedene Herstellungsverfahren für technische Materialien verwendet
werden, wie beispielsweise die gerichtete Erstarrung von technischen
Materialien aus einem flüssigen
in einen festen Zustand, die gezielte, orientierte Einbringung von
Fasern in einen Matrixwerkstoff, die Zusammenfügung von verschiedenen Materialschichten
zu Erzielung eines Werkstoffverbundes, Wickeltechniken für Faserverbundwerkstoffe
oder Kombinationen aus den vorgenannten Verfahren.
Es
ist insbesondere bevorzugt, wenn die Analyse eine visuelle Untersuchung
und einen mechanischen Belastungsuntersuchung umfasst. Die visuelle
Untersuchung kann beispielsweise eine lichtmikroskopische oder eine
(raster)elektronenmikroskopische Untersuchung umfassen. Die mechanische Belastungsuntersuchung
kann aus der Vielzahl bekannter mechanischer Prüfungsverfahren beispielsweise
einen Zug-, Druck-, Biege- Scher- oder Torsionsbelastungsversuch
umfassen oder eine Härteprüfung oder ähnliches.
Dabei
kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Belastungsuntersuchung
mindestens zwei mechanische Belastungsversuche in jeweils unterschiedlichen
Belastungsrichtungen umfasst. Nussschalen weisen regelmäßig anisotrope
Eigenschaften in verschiedenen Richtungen auf, was daran liegt,
dass Nussschalen regelmäßig zwei
Pole umfassen, zwischen denen sich eine Schalenhülle mit bestimmter mikro- und
makroskopischer Struktur erstreckt. Es hat sich als vorteilhaft
herausgestellt, die Belastungsversuche in den unterschiedlichen
Richtungen auszuführen
und dann die Identifikation des charakteristischen Merkmals auf
Basis dieser Untersuchungsergebnisse in unterschiedlichen Belastungsrichtungen
vorzunehmen, um hierbei technische Materialien umsetzen zu können, die
ebenfalls gerichtete Vorzugseigenschaften aufweisen oder die genau
diese vermeiden.
Insbesondere
ist es dabei vorteilhaft, wenn die Ergebnisse der Belastungsversuche
mathematisch zu einem Untersuchungsergebnis zusammengefasst werden,
insbesondere durch Bestimmung des Mittelwerts oder des Medians.
Mit diesem Verfahren können
auf einfache Weise technische Materialien umgesetzt werden, die
unempfindlich sind gegenüber
Belastungen, die nicht den typischen Belastungen im späteren Einsatz
entsprechen. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann fortgebildet werden, indem als charakteristisches Merkmal die
mikroskopische Ausrichtung der Fasern in der Schale identifiziert
wird und in einem technischen Material mit synthetischen oder natürlichen
Fasern nachgebildet wird. Die mikroskopische Ausrichtung der Fasern folgt
in Nussschalen regelmäßig der
komplexen Beanspruchungsrichtung in einem Bauteil, das als eine Hülle ausgebildet
ist und einer Punkt- oder Flächenlast
standhalten muss. Hierbei hat sich in vielen Fällen eine Struktur herausgebildet,
die sich durch tangential verlaufende Fasern im äußeren Bereich auszeichnet,
die nach innen solcherart abknicken, dass eine radiale Faserausrichtung
nach innen hin entsteht. Eine Umsetzung dieser Faserstruktur in
technische Materialien, beispielsweise in Form einer gerichteten
Einbringung von Faserverstärkungen
oder in Form einer gerichteten Erstarrung von technischen Materialien,
die aus länglichen
Molekülketten
ausgebildet sind, kann die aus der Evolution entwickelten Vorteile
für technische
Materialien nutzbar machen.
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn als charakteristisches Merkmal die mikroskopische
Anordnung zylindrischer Hohlräume
in der Schale identifiziert wird und in einem technischen Material
mit entsprechenden Hohlräumen
nachgebildet wird. Schalen der Haselnuss weisen z. B. im Außenbereich
des Schalenquerschnitts regelmäßig angeordnete
zylindrische Hohlräume
auf, die sich aus den früheren
Blattadern bilden, durch die während
des Wachstums der Pflanze Nährstoffe
transportiert wurden Diese für
den Stoffwechsel wichtigen Transportröhren bedurften einen besonderen
Schutz gegen Zerstörung.
Dies wurde u. a. durch die besondere Anordnung kleiner kompakter
Zellverbünde
um die Transportröhrchen
gewährleistet,
wodurch eine relativ hohe Materialbeanspruchung an exponierter Stelle
sicher gestellt war. Nach dem Wachstum der Pflanze bildete sich – aus dem
Blatt – um
den Samen die verholzte Schale mit den bekannten Hohlzylindern.
Die Umsetzung einer solchen Struktur in ein technisches Material
führt zu technischen
Materialien, die sehr geringe spezifische Dichten bei gleichzeitig
hohen Festigkeiten aufweisen können.
Eine technische Umsetzung solcher Materialien kann durch vielerlei
bekannte Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Einbringen hohler
Verstärkungselemente
in einen Matrixwerkstoff, durch Einbringen von Verstärkungselementen,
die nachträglich
durch chemische oder physikalische Prozesse, wie beispielsweise
Schmelzung oder Verdampfung, wieder aus dem technischen Material
entfernt werden können
und dann entsprechende Hohlräume hinterlassen,
oder ähnliches.
Insbesondere
ist es bevorzugt, wenn die Schale einer Erd-, Hasel-, Macadamia-,
Para- oder Pecanuss analysiert wird. Dabei weist die Erdnuss charakteristische
Merkmale auf, die insbesondere für Leichtbaustoffe
geeignet sind. Die Schale der Erdnuss kann weiterhin entscheidende
Merkmale beitragen, um große
Verformungen bis zum Bruch bereitstellen zu können, die beispielsweise für gute Schlagzähigkeitswerte
von Vorteil sind. Die Macadamianussschale zeichnet sich durch sehr
hohe Festigkeitswerte aus und kann für hochbelastbare technische
Materialien entscheidende Merkmale ergeben. Die Paranuss zeichnet
sich durch ebenfalls hohe Festigkeitswerte bei gleichzeitig vergleichsweise
hohen Verformungsfähigkeiten
aus, eine Kombination dieser Eigenschaften ist für eine Reihe von technischen
Materialien wünschenswert.
Die Pecanuss hat eine charakteristische, würfelartige, kleinzellige und luftige
Struktur, die eine sehr hohe wahre Oberfläche bereitstellt, was zu hohen
Bruchenergien eines technischen Materials führen kann, das eine solche Struktur übernimmt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn jeweils ein Merkmal oder mehrere
charakteristisches Merkmale aus zwei Schalen unterschiedlicher Nussarten
identifiziert wird bzw. werden und diese gemeinsam in ein technisches
Material umgesetzt werden. Auf diese Weise können kombinierte Merkmale übernommen werden,
die zwei unterschiedlichen Anforderungen an technische Materialien
gerecht werden. Dabei können
oftmals synergistische Effekte erzielt werden.
Schließlich ist
es für
das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere vorteilhaft, wenn das charakteristische Merkmal in
ein Verpackungsmaterial umgesetzt wird oder wenn das charakteristische Merkmal
in einen Baustoff umgesetzt wird. Die Umsetzung in ein Verpackungsmaterial
ist, da die Nussschale selbst als ein biologisches Verpackungsmaterial
gesehen werden kann, eine Maßnahme,
die oft in sehr direkter Weise zu vorteilhaften technischen Eigenschaften
eines Verpackungsmaterials führen kann.
Aufgrund der hohen Belastbarkeit bei gleichzeitig hoher Dauerfestigkeit
und Schwingungsunempfindlichkeit ist aber auch die Umsetzung in
Baustoffe für
viele fortschrittliche technische Materialien vorteilhaft.
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verpackungsmaterial, umfassend:
eine erste äußere Deckschicht
und eine zweite äußere Deckschicht, wobei
zwischen der ersten und zweiten Deckschicht mindestens ein Zylinderhohlraum
angeordnet ist, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und im
Querschnitt kreisförmig
oder elliptisch ist. Dieses Verpackungsmaterial basiert auf der
Erkenntnis, dass eine entsprechende Struktur der Haselnussschale
eine besondere Festigkeit bei gleichzeitig geringer spezifischer
Dichte verleiht. Eine solches Verpackungsmaterial eignet sich in
besonders ausgezeichneter Weise als Ersatz für Wellpappe und kann die Festigkeit solcher
Verpackungsmaterialien ohne Erhöhung
des Gewichts erheblich steigern.
Es
ist insbesondere bevorzugt, wenn der Raum zwischen der ersten und
zweiten Deckschicht ein hohler Zwischenraum ist und der mindestens
eine Zylinderhohlraum in diesem Zwischenraum angeordnet und von
einer zylindrischen Wand begrenzt ist. Auf diese Weise entsteht
eine Struktur, die durch zwei voneinander beabstandete Deckplatten
gekennzeichnet ist, zwischen denen eine oder mehrere Röhren angeordnet
sind und die auf diese Weise eine besonders vorteilhafte Sandwichstruktur
bereitstellen.
Weiterhin
ist es bei dem erfindungsgemäßen Verpackungsmaterial
vorteilhaft, wenn zwischen der ersten und zweiten Deckschicht mehrere
Zylinderhohlräume
angeordnet sind, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch
wird einerseits eine hohe mechanische Belastbarkeit und darüber hinaus eine
ansprechende ästhetische
Erscheinung des Verpackungsmaterials erzielt.
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn zwischen der ersten und zweiten Deckschicht
im Bereich außerhalb
des mindestens einen Zylinderhohlraums eine Vielzahl von Partikeln
angeordnet sind. Diese Vielzahl von Partikeln führt zu einer Stabilisierung des
Verpackungsmaterials, da eine Verformung der Deckschichten und/oder
der Zylinderhohlraumwände durch
die Partikel verhindert oder verringert werden kann.
Dabei
kann vorzugsweise zwischen der ersten und zweiten Deckschicht im
Bereich außerhalb des
mindestens einen Zylinderhohlraums ein Bindermaterial, welches die
Partikel fixiert, angeordnet sein. Ein solches Bindermaterial führt zu einer
weiteren Erhöhung
der Belastbarkeit, indem die Partikel an Ort und Stelle festgehalten
und ein Ausweichen der Partikel, welches eine Verformung ermöglichen
würde, verhindert
wird.
Schließlich kann
das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial
fortgebildet werden, indem zwischen der ersten und zweiten Deckschicht
mindestens eine Zwischenschicht angeordnet ist, die sich parallel
zur ersten und/oder zweiten Deckschicht erstreckt, und dass zwischen
der ersten Deckschicht und der Zwischenschicht und zwischen der
zweiten Deckschicht und der Zwischenschicht und zwischen den gegebenfalls
mehreren Zwischenschichten jeweils mindestens ein Zylinderhohlraum
angeordnet ist, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und im Querschnitt
kreisförmig
oder elliptisch ist. Auf diese Weise entsteht eine zumindest doppellagige
Struktur, die besonders hohe Festigkeitswerte aufweist und sich
darüber
hinaus als redundant gegenüber
kurzzeitigen Überbeanspruchungen
erwiesen hat.
Insbesondere
könne auf
diese Weise mehrlagige Strukturen mit unterschiedlichen Orientierungen
der Hohlzylinderlängsachse
bereitgestellt werden, die je nach spezifischem Belastungsfall Vorteile bieten
(z.B. für
ein Bauteil, das aus verschiedenen Richtungen zug- bzw. druckbelastet
wird). Durch an den Belastungsfall angepasste Positionierung und Ausrichtung
der Zylinderachsen kann so ein sicheres, komplexes Bauteil mit hoher
Wechselbelastbarkeit bei minimalem Materialeinsatz ausgebildet werden.
Bei mehrlagiger Ausführung
könnte
eine unterschiedliche oder identische Achsenorientierung der Hohlzylinder übereinander
in mehreren Ebenen gewählt
werden.
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verbundmaterial, insbesondere
ein Baumaterial, umfassend: einen Matrixwerkstoff und in den Matrixwerkstoff
eingebettete Verstärkungselemente,
bei dem die Verstärkungselemente
sich in einer ersten Richtung erstrecken und an einem ersten Ende
abgewinkelt sind. Dem so entwickelten Verbundmaterial liegt die
Erkenntnis zugrunde, dass die Nussschale der Macadamianuss ihre
hohe Festigkeit insbesondere auch daraus ableitet, dass die Fasern
in der Nussschale mäanderförmig bzw.
falzartig verlaufen und hierdurch eine Verschiebung der Fasern gegeneinander
unterdrückt
oder zumindest verringert wird. Eine Umsetzung dieses Merkmals kann
durch Verstärkungselemente
erfolgen, die an einem Ende abgewinkelt sind und folglich zwei Vorzugsrichtungen aufweisen.
Dabei kann ein Abschnitt des Verstärkungselementes länger sein
als der andere. Die Verstärkungselemente
können
in zufälliger
Ausrichtung im Matrixwerkstoff eingebettet sein oder auch vorzugsweise
mit einer Vorzugsausrichtung.
Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Verstärkungselemente an einem zweiten
Ende abgewinkelt sind. Auf diese Weise wird die Fixierung der Verstärkungselemente
im Matrixwerkstoff weiter verbessert.
Dabei
ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Verstärkungselemente am ersten und/oder
zweiten Ende bogenförmig
abgewinkelt sind. Eine bogenförmige
Abwinklung verhindert die bei scharfer Abwinklung auftretende Spitzenlast
im Bereich der Abwinklung und kann somit zu einer insgesamt höheren Belastbarkeit
der Verstärkungselemente
selbst führen, die
sich auf die Belastbarkeit des gesamten Verbundmaterials vorteilhaft
auswirkt.
Verstärkungselemente
der vorgenannten Art mit beidseitiger Abwinklung können vorzugsweise entgegengesetzt
zueinander abgewinkelt sein. Auf diese Weise entstehen Verstärkungselemente
mit einer Z-Form oder einer S-Form. Solche Verstärkungselemente kopieren in
nahezu perfekter Weise die meanderartige Struktur in der Schale
der Macadamianuss und lassen sich insbesondere hinsichtlich einer gewünschten
Ausrichtung besonders vorteilhaft verarbeiten. Die Verstärkungselemente
können
dabei im Matrixwerkstoff als Einzelelement, als Cluster, als flächendeckendes
Netz, gerichtet und/oder ungerichtet, unidirektional, multidirektional,
in der Ebene und/oder im Raum angeordnet sein.
Schließlich ist
es beim erfindungsgemäßen Verbundmaterial
besonders bevorzugt, wenn der Matrixwerkstoff ein anorganisches
Material, insbesondere Beton, ist und die Verstärkungselemente aus einem metallischen
Material hergestellt sind. Eine solche Materialmischung ist aus
dem Bereich des Stahlbetons bekannt und eignet sich aufgrund der
Festigkeitswerte der einzelnen Materialbestandteile besonders gut
als Baumaterial. In vielen Fällen
ist jedoch auch die Verwendung organischer und nichtmetallischer
Verstärkungselemente
vorteilhaft Das Material des Verstärkungselements ist vorzugsweise
in Abhängigkeit
des E-Moduls des Matrixwerkstoffs und des Verstärkungselements zu wählen.
Das
erfindungsgemäße Verpackungs-
bzw. Verbundmaterial kann weiter fortgebildet werden durch mindestens
ein Reservoir für
flüssiges
Klebstoffmaterial, welches ausgebildet ist, um bei Ausbildung von
Materialfehlern auszuhärten.
Auf diese Weise kann ein aus der Natur bekannter Selbstheilungsprozess
im Material bereitgestellt werden, indem bei Risswachstum durch
das Material das Klebstoffmaterial aushärtet und das weitere Risswachstum
durch das Material stoppen kann.
Dabei
kann das Klebstoffreservoir vorzugsweise von einer festen Hülle umgeben
sein, die ausgebildet ist, um bei Überschreitung einer mechanischen
Belastungsgrenze des Verpackungs- bzw. Verbundmaterials das Klebstoffmaterial
freizugeben. So kann der Selbstheilungsprozess ablaufen, indem bei
Risswachstum durch das Material die feste Hülle des Reservoirs geöffnet wird
und der dann austretende Klebstoff aushärtet und das weitere Risswachstum
durch das Material stoppt.
Dabei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die feste Hülle das
Klebstoffmaterial durch Zerreißen freigibt.
Dies ist eine technisch einfach zu realisierende Möglichkeit,
um die Freigabe des Klebstoffsmaterials zu erzielen.
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das Klebstoffmaterial durch Kontakt mit
der Umgebungsluft aushärtet.
Unter den luftaushärtenden
Klebstoffen kann eine Vielzahl von verschiedenen Klebstoffen ausgewählt werden,
die durch Kontakt mit dem Luftsauerstoff, der Luftfeuchtigkeit oder
anderen Bestandteilen der Umgebungsluft aushärten.
Alternativ
ist es für
einige Anwendungen vorteilhaft, wenn das Klebstoffmaterial unter
Ausschluss einer Luftatmosphäre
aushärtet.
So kann z. B. extraterestrisch, in Raumstationen oder Raumtransportern
bzw. in Biossphären
innerhalb von Raumstationen oder Raumtransportern eine Selbstheilung
durch Aushärtung
erzielt werden. Dies kann insbesondere als Selbstabdichtungsprozess
in solchen gegen die Umgebung abgekapselten Lebensräumen genutzt werden,
indem ein Klebstoff, der bei Luftatmosphäre flüssig bleibt und bei Fehlen
dieser Atmosphäre
aushärtet,
verwendet wird.
Bei
einer weiteren Fortbildung wird ein Sensor zur Erfassung der Materialbelastung
oder -beanspruchung bereitgestellt und das Klebstoffmaterial ist ausgebildet,
um in Abhängigkeit
des Sensorsignals auszuhärten.
Ein solcher Sensor kann beispielsweise ein Dehnungsmessseonsor (DMS)
sein, der ein elektrisches Signal erzeugt, dass als Auslöser für die Aushärtung genutzt
wird. Die Aushärtung
kann hierbei auf verschiedene Weisen erzielt werden, beispielsweise
durch Freisetzen eines Härtungsmaterials,
Anlegen einer Spannung oder Aufbringen einer Strahlung an bzw. auf
das Klebstoffmaterial o.ä..
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn ein Sensor zur Erfassung der Materialbelastung
oder -beanspruchung bereitgestellt ist und das Klebstoffreservoir von
einer festen Hülle
umgeben ist, die ausgebildet ist, den Klebstoff in Abhängigkeit
des Sensorsignals freizugeben. Auch hier kann beispielsweise ein
DMS als Sensor verwendet werden. Der Klebstoff kann durch Zersetzen,
Zerreissen o.ä.
der Hülle
freigesetzt werden.
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das Klebstoffmaterial eine erste Klebstoffkomponente
und mindestens eine weitere Klebstoffkomponente umfasst, die bei Überschreitung
einer mechanischen Belastungsgrenze freigegeben werden, miteinander in
Kontakt kommen und dadurch aushärten.
Auf diese Weise kann ein Zwei-Komponentenklebstoff oder ein Mehrkomponentenklebstoff
verwendet werden, der beispielsweise innerhalb einer Hülle getrennt durch
eine Zwischenwand oder in zwei benachbart zueinander angeordneten
Hüllen
aufbewahrt wird. Solche Mehrkomponentenklebstoffe weisen regelmäßig den
Einkomponentenklebstoffen überlegene mechanische
Eigenschaften auf und können
darüber hinaus
für einen
besonders schnellen Aushärtungsvorgang
ausgelegt werden, um so auch einem schnellen Risswachstum innerhalb
des Materials entgegenzuwirken.
Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Verpackungs- bzw. Verbundmaterial mehrere
Klebstoffreservoire in Form kleiner umhüllter Depots, vorzugsweise
sphärischer
umhüllter
Kugeln im Verpackungs- bzw. Verbundmaterial verteilt sind, vorzugsweise
in dem Zwischenraum zwischen erster und zweiter Deckplatte des Verpackungsmaterials bzw.
in dem Matrixwerkstoff des Verbundmaterials. Die Anordnung der Klebstoffreservoire
in dieser Weise ist fertigungstechnisch vorteilhaft und stellt Sicherheit
gegen eine Vielzahl von Risswachstumsrichtungen bereit.
Schließlich ist
ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Reinigungsmaterial, umfassend
eine Vielzahl von Reinigungspartikeln mit einer Reinigungsoberfläche zur
Aufnahme einer Verunreinigung, bei dem die Reinigungsoberfläche durch
eine Vielzahl von offenporig miteinander verbundenen Zellhohlräumen gebildet
wird, die in Fluidverbindung mit der Umgebung stehen.
Das
so ausgebildete Reinigungsmaterial basiert auf der Erkenntnis, dass
die Schale der Pecanuss eine solche vorteilhafte Struktur aufweist,
die auf einem geometrischen Flächenbereich
ein besonders große
wahre Oberflächengröße bereitstellt
und sich folglich für
Reinigungsvorgänge
eignet, bei denen die Bereitstellung einer großen Oberfläche erforderlich ist.
Es
ist insbesondere bevorzugt, wenn die Reinigungspartikel zerkleinerte
Schalen der Pecanuss umfassen. Auf diese Weise wird ein kostengünstiges und
biologisch verträgliches
Reinigungsmaterial erhalten, dass sich für eine Vielzahl von Reinigungsvorgängen verwenden
lässt.
Schließlich kann
das erfindungsgemäße Verpackungs-,
Verbund- oder Reinigungsmaterial fortgebildet werden, indem die
Bestandteile des Verpackungs-, Verbund- bzw. Reinigungsmaterials
aus wiederverwertbaren Rohstoffen bestehen. Die so fortgebildeten
Materialien können
vorteilhaft recycelt werden und stellen unter den zunehmen verschärften Umweltvorschriften
keine Altlasten dar, die nach Gebrauch des Produkts weitere Kosten
verursachen.
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Hüllkörper, mit zumindest einer Wand,
die einen Innenraum zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umgibt
und die eine innere, zum Innenraum weisende Innenfläche und
der Innenfläche
gegenüberliegende
Außenfläche aufweist,
wobei die Wand im Bereich der Innenfläche eine innere Materialstruktur aufweist,
die senkrecht zur Innenfläche
ausgerichtete, mit technischen Mittel erzeugte, erste längliche Strukturen
umfasst und die Wand im Bereich der Außenfläche eine von der inneren Materialstruktur
abweichende äußere Materialstruktur
aufweist.
Unter
Hüllkörper soll
in diesem Zusammenhang jedes Bauteil verstanden werden, das in Form einer
Hülle einen
Hohlraum oder ein oder mehrere andere bauteil zumindest teilweise
umgibt. Solche Hüllkörper können beispielsweise
als Verpackungen oder Gehäuse
ausgestaltet sein.
Der
erfindungsgemäße Hüllkörper setzt
in seiner inneren Struktur die in der Haselnussschale identifizierte
Struktur um, die eine besonders günstige Materialausgestaltung
zum Schutz eines Innenraums vor äußeren mechanischen
Einwirkungen bietet. Die länglichen
Strukturen sind vorzugsweise technische Fasern aus einem synthetischen
oder natürlichen
Material. Unter technischen fasern sollen hierbei Fasern verstanden
werden, die mit technischen Fertigungsverfahren hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Hüllkörper soll
insbesondere kein biologisch gewachsener Hüllkörper sein.
Der
Hüllkörper kann
fortgebildet werden, indem die äußere Materialstruktur
eine Vielzahl von parallel zur äußeren Wandfläche verlaufenden
zweiten länglichen
Strukturen, insbesondere im Querschnitt zylindrische Längshohlräume, aufweist.
Hierduch kann das Gewicht des Hüllkörpers verringert
werden, ohne dabei eine Materialschwächung an entscheidender Stelle
zu verursachen.
Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die äußere Materialstruktur
eine Vielzahl von parallel zur äußeren Wandfläche verlaufenden
dritten länglichen Strukturen,
insbesondere Fasern, aufweist. Diese können zusätzlich oder alternativ zu den
länglichen zweiten
Strukturen vorgesehen sein.
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die äußere Materialstruktur
zumindest einen Bereich aufweist, der homogene, vorzugsweise isotrope,
Materialeigenschaften aufweist. Dies kann insbesondere eine besonders
günstige
Einleitung der äußeren Kräfte, die
in einer Vielzahl von Richtungen auftreten, auf die innere Materialstruktur
bewirken.
Vorzugsweise
verlaufen die innere und die äußere Wandfläche parallel
zueinander. Weiterhin ist die Wand vorzugsweise gekrümmt und
umgibt einen im wesentlichen kugelförmigen Innenraum. In diesem
Fall sind die ersten länglichen
Strukturen radial und die zweiten und dritten, länglichen Strukturen in Umfangsrichtung
ausgerichtet Der erfindungsgemäße Hüllkörper kann
weiterhin mit dem Selbstheilungseffekt fortgebildet werden, wie
zuvor im Zusammenhang mit dem Verpackungs- und Verbundmaterial beschrieben.
Insbesondere kann der Hüllkörper aus
recycelbaren Materialen bestehen.
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist Verwendung eines Hüllkörpers der
zuvor beschriebenen Art als Verpackungsmaterial, als Gehäuse, insbesondere
für empfindliche
Bauteile wie elektronische Komponenten, als Stoßstange für Kraftfahrzeuge, als Karosseriebauteil
oder als Schutzhelm. In diesen Anwendungen eröffnen die mit dem erfindungsgemäßen Hüllkörper erzielten
Eigenschaften besonders vorteilhafte Möglichkeiten bei der Gestaltung
und Konstruktion der Bauteile.
Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung werden anhand der anhängenden Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1:
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials von
schräg oben
vorne,
2:
einen Ausschnitt einer Frontalansicht des Verpackungsmaterials gemäß 1 und
3:
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Baumaterials von schräg vorne oben.
Das
in den 1 und 2 dargestellte Verpackungsmaterial
weist eine äußere Deckschicht 10 auf,
die oberseitig angeordnet ist, und eine zweite äußere Deckschicht 20,
die unterseitig angeordnet ist. Die erste und zweite äußere Deckschicht 10, 20 sind beabstandet
und parallel zueinander angeordnet und definieren zwischen sich
einen Zwischenraum 30.
Im
Zwischenraum 30 ist eine Vielzahl von Zylinderhohlräumen 40a–g angeordnet,
die jeweils von einer zylindrischen Wand 41a–g begrenzt
werden. Die Zylinderhohlräume 40a–g sind
beabstandet und parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich in
einer Richtung parallel zu den Deckschichten 10, 20.
Im Zwischenraum 30 sind eine Vielzahl von Partikeln 50 angeordnet,
die durch ein Bindematerial 51, das auf der Oberfläche jedes
einzelnen Partikels als Beschichtung angeordnet ist, aneinander
fixiert sind.
Das
in 3 dargestellte Baumaterial umfasst einen Matrixwerkstoff 110,
der sich zwischen mehreren parallel zueinander angeordneten, beabstandeten
Doppel-T-Trägern
(2 sind in 3 dargestellt) erstreckt. Die
Doppel-T-Träger 120a,
b sind aus Stahl hergestellt, wohingegen der Matrixwerkstoff 110 Beton
ist.
Im
Betonwerkstoff 110 sind eine Vielzahl von S-förmigen Verstärkungselemente 130 aus
Stahl eingebettet, welche einen ersten Abschnitt 131 aufweisen,
der sich senkrecht zu dem Doppel-T-Trägern 120a, b zwischen
den Doppel-T-Trägern
erstreckt.
Der
Mittelabschnitt 131 der Verstärkungselemente 130 geht
an beiden Enden des Verstärkungselements 130 bogenförmig in
einen abgewinkelten Abschnitt 132 bzw. 133 über. Die
bogenförmig
abgewinkelten Abschnitte 132, 133 sind entgegengesetzt zu
einander angeordnet, sodass die Verstärkungselemente 130 eine
in der Draufsicht S-förmige
Gestalt aufweisen.