Bionik in der Architektur 17.08.2014, 08:00 Uhr

Der Seeigel als Vorbild für einen Holzpavillon

Ein Seeigel stand Stuttgartern Forschern Modell: Nach dem Vorbild seines Schalenskeletts haben sie aus dünnen Holzplatten einen Pavillon gebaut, der stabil, ressourcenschonend und durchaus stattlich ist. Die Berechnung der einzelnen Elemente haben die Schwaben dem Computer überlassen, die Herstellung übernahmen Roboter.

Der geschwungene Pavillon steht auf der baden-württembergischen Landesgartenschau in Schwäbisch Gmünd: Genau 243 Platten aus Buchen-Funierschichtholz verarbeiteten die Erbauer, jede davon nur 50 Millimeter dick.

Der geschwungene Pavillon steht auf der baden-württembergischen Landesgartenschau in Schwäbisch Gmünd: Genau 243 Platten aus Buchen-Funierschichtholz verarbeiteten die Erbauer, jede davon nur 50 Millimeter dick.

Foto: Universität Stuttgart

Fliegen dienen schon mal als Vorbild für menschliche Erfindungen, Pflanzen und Vögel ebenso – aber Seeigel? Ja, auch Seeigel sind interessant für die Bionik, die sich mit der Übertragung von Phänomenen der Natur auf die Technik beschäftigt – in diesem Fall dienen die runden Meeresbewohner als Inspiration für die Architektur. Wer jetzt aber ein Gebäude voller Stacheln erwartet hat, liegt falsch: Das Schalenskelett ist es, das Architekten so fasziniert. Es ist dünn und trotzdem stabil – genau wie das Dach eines Holzpavillons, der auf der Landesgartenschau in Schwäbisch Gmünd zu sehen ist.

Elemente sind gerade mal 50 Millimeter dick

Stattliche 17 x 11 x 6 Meter groß ist die Holzkonstruktion, die dem baden-württembergischen Landesforstbetrieb (ForstBW) auf der diesjährigen Landesgartenschau Baden-Württemberg als Ausstellungsraum dient – standesgemäß natürlich aus Holz. Genau 243 Platten aus Buchen-Funierschichtholz verarbeiteten die Erbauer in dem geschwungenen Pavillon, jede davon nur 50 Millimeter dick.

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Vorbild für den dünnen und trotzdem stabilen Holzpavillon war der Seeigel Sanddollar. Sein Plattenskelett besteht aus ebenen polygonalen Kalkplättchen.

Vorbild für den dünnen und trotzdem stabilen Holzpavillon war der Seeigel Sanddollar. Sein Plattenskelett besteht aus ebenen polygonalen Kalkplättchen.

Quelle: Universität Stuttgart

Wie das Gebäude trotzdem die gebotene Stabilität erlangen konnte, haben sich die Institute für Computerbasiertes Entwerfen (ICD), für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) und für Ingenieurgeodäsie (IIGS) der Universität Stuttgart beim Seeigel abgeschaut – genauer gesagt, bei der Unterart Sanddollar, die an flachen Sandküsten aller Meere vorkommen. Dessen durch die dünne Haut sichtbares Plattenskelett besteht aus ebenen polygonalen Kalkplättchen, die passgenau aneinandergefügt und miteinander verzahnt sind. Das gewährleistet hohe Stabilität bei einer individuellen Form, für die so wenig Material wie möglich benötigt wird – und genau das wurde auf das Gebäude übertragen.

Wie beim Seeigel sind die einzelnen Platten passgenau aneinandergefügt und miteinander verzahnt. Das gewährleistet hohe Stabilität bei individueller Form und wenig Materialeinsatz.

Wie beim Seeigel sind die einzelnen Platten passgenau aneinandergefügt und miteinander verzahnt. Das gewährleistet hohe Stabilität bei individueller Form und wenig Materialeinsatz.

Quelle: Universität Stuttgart

Während die Schale des Seeigels jedoch in die finale Form wächst, mussten die Erbauer des Pavillons die Form festlegen und anschließend die einzelnen Teile berechnen. Einzelne Teile ist hier durchaus wörtlich zu nehmen: Von den 243 Einzelplatten, von denen jede für einen ganz bestimmten Platz vorgesehen ist, sieht keine aus wie die andere. Nachdem die Form feststand – das geschwungene Konstrukt, bestehend aus zwei miteinander verbundenen Bereichen, sieht aus wie eine Mischung aus Erdnuss und Iglu – wurden die einzelnen Teile am Computer generiert, grob vorgefertigt und anschließend von Robotern per siebenachsiger Fräsmaschine auf Basis der digitalen Konstruktionszeichnung individuell zugesägt, einschließlich der 7600 Zinkenverbindungen, die wie bei einem Puzzle ineinandergreifen und das ganze Werk in Form halten.

Kurze Bauphase dank digitaler Vorarbeit

Dabei haben die Maschinen so präzise gearbeitet, dass kein Blatt Papier dazwischen passt: Im Durchschnitt betrug die Maßtoleranz der Bauteile gerade einmal 0,86 Millimeter. Und schnell waren sie auch: Gerade einmal drei Wochen dauerte es, bis das Schalentragwerk fertig war – anschließend kam noch eine Abdichtung, eine Dämmung und zu guter Letzt eine Außenverkleidung aus Lärchenholzbrettern außen auf die langgezogene, geschwungene Kuppel – natürlich ebenfalls digital vorgefertigt.

Ein Roboter bringt die Holzplatten in Form – mit einer siebenachsigen Fräsmaschine auf Basis der digitalen Konstruktionszeichnung. Die Maßtoleranz der Bauteile betrug gerade einmal 0,86 Millimeter.

Ein Roboter bringt die Holzplatten in Form – mit einer siebenachsigen Fräsmaschine auf Basis der digitalen Konstruktionszeichnung. Die Maßtoleranz der Bauteile betrug gerade einmal 0,86 Millimeter.

Quelle: Universität Stuttgart

Noch ein weiterer Vorteil der Bauweise: Durch die mit fünf Zentimetern extrem dünnen Platten wurden nur wenig Rohstoffe verbraucht – und was an Verschnitt bei der Plattenfertigung anfiel, fand sich später als Teil des Parkettfußbodens wieder.

Mit dem Projekt im Rahmen des EU-Forschungsprojekts „Robotik im Holzbau“ wollten die beteiligten Institute neue Wege aufzeigen, wie es durch die Verkettung computerbasierter Entwurfs-, Simulations- und Fertigungsverfahren möglich ist, konstruktive Leistungsfähigkeit, architektonische Qualität und gleichzeitig die Schonung von Ressourcen zu erreichen. Dabei haben sie sich nicht zum ersten Mal auf Vorbilder aus der Natur gestützt – bereits in der Vergangenheit hatten sie Erfahrung mit Bionik gemacht. Wer sich den Pavillon einmal selbst anschauen möchte, hat dazu bei der baden-württembergischen Landesgartenschau in Schwäbisch Gmünd Gelegenheit. Die läuft noch bis zum 12. Oktober 2014.

Ein Beitrag von:

  • Judith Bexten

    Judith Bexten ist freie Journalistin. Ihre Schwerpunkte liegen in den Bereichen Technik, Logistik und Diversity.

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