Gas haltende Kavitäten mit akustischer Qualität

Traktat

uber die Beitrage zum Stand der Technik und zu den ^Transactions in Suffering Innovations"

Die transactions in Suffering Innovations" bilden eine Sammlung von Schriften uber Artefakte im Themenfeld Biologie & Technik, die in loser Reihenfolge erscheint. Es besteht durchaus die Absicht, den Stand der Technik zu verandern.

Gegenstand der Beitrage zu den Schriften der transactions in Suffering Innovations" sind Artefakte, Problemlosungen, Gestaltungsfragen und die kritische Auseinandersetzung mit Themen der Bionik, also Technik nach Vorbildern aus der belebten und unbelebten Natur und ihre Umsetzung. In ausgesuchten Fallen sind Technische Beschreibungen nach Standards des Deutschen Patent und Markenrechts^[1] verfasst.

Mit den transactions in Suffering Innovations" soll der Fortschritt auf dem Gebiet der angewandten Bionik dadurch gefordert werden, dass die dargestellten notleidenden Artefakte, Problem- und Gestaltungslosungen frei von Rechten Dritter sind und mit ausdrucklicher Genehmigung dem Leser zur Nutzung verfugbar werden.

In den transactions in Suffering Innovations" werden ausschlieRlich Artefakte offeriert, die nicht unter das Arbeitnehmererfindungsgesetzes ArbErfG^[2] fallen oder in der Vergangenheit fielen.

Die in den transactions in Suffering Innovations" dargestellten Artefakte sind insofern notleidend, da sie einerseits aus materieller Not nicht weiterverfolgt werden, ein Umstand der sich vielleicht wieder andern mag. Andererseits sind die dargestellten Artefakte notleidend, weil sie moglichweise auftretender oder voranschreitenden geistigen Umnachtung zum Opfer zu fallen drohen; ein Umstand der sich wohl nicht mehr andern wird.

Als Ubergeordneter Absicht gilt es solche Forschung anzustoRen, die Losungswege der Ubertragung biologischer Phanomene untersucht und Fragestellungen betrifft, die im Zusammenhang stehen mit Natur und Technik.

Die Beitrage zum Stand der Technik und den transactions in Suffering Innovations" sind in deutscher Sprache verfasst. Dem Text wird gegebenenfalls eine teilweise oder vollstandige Ubersetzung in englischer Sprache beigestellt. In einer Ausgabe der Schriftensammlung wird jeweils nur ein Werk platziert. Den Ausfuhrungen wird gegebenenfalls ein Prolog vor und ein Epilog nachgestellt.

Mi. Dienst

Titel

Gas haltende Kavitaten mit akustischer Qualitat

Untertitel

Transactions in Suffering Innovations T19 SI762 24. April 2018

Technische Beschreibung

Gas haltende Kavitaten mit akustischer Qualitat

Die Erfindung betrifft die Lehre uber die Gestaltung einer Gas haltenden Kavitatenstruktur zur Integration in die benetzte Oberflache von Stromungsbauteilen, beispielsweise den Unterwasserbereich von Seefahrzeugen. Im Zusammenspiel mit der besonderen Gestaltung Gas haltender Kavitaten (Gas Keeping Kavities, GKK) ist die Materialauswahl von Bedeutung. Es kommen hydrophobe Kunststoffe oder hydrophobe Oberflachenbeschichtungen zur Anwendung. Die Gas haltender Kavitaten sind gestalterisch ausgefuhrt derart, dass sie akustische Resonanzsysteme darstellen.

Die Gas haltenden Kavitaten werden als vorgefertigte Halbzeuge in die Oberflachen von Seefahrzeugen integriert und dort stoffschlussig arretiert.

Stand der Wissenschaft, Stand derTechnik und Entgegenhaltungen

Neben der fluidmechanischen Wirksamkeit, der mechanischen Stabilitat und Festigkeit ist die Minderung des fluidmechanischen Widerstands das wichtigste Gestaltungskonzept bei der Entwicklung von Stromungsbauteilen.

Stand der Wissenschaft. Biologie und Bionik.

In den Jahrmillionen der biologischen Evolution hat die belebte Natur leistungsfahige und Ressourcen schonende Gestaltungslosungen hervorgebracht. Die wissenschaftliche und Anwendungen orientierte Bionik (aus Biologie und Technik) entschlusselt biologische Gestaltungslosungen mit dem Ziel Prinzipien aus der belebten Natur auf Technik zu ubertragen.

Der so genannte Salvinia-Effekt beschreibt die dauerhafte Stabilisierung einer Luftschicht auf einer Oberflache unter Wasser. Basierend auf biologischen Vorbildern (z. B. Schwimm-farngewachsen (Salviniaceae) eroffnen technische Salvinia-Oberflachen u. a. die Moglichkeit der Beschichtung von Schiffen, die reibungsreduziert (erste prototypische Oberflachen zeigten eine Reibungsreduktion von bis zu 30%) auf einer Luftschicht durch das Wasser gleiten und Energie und Emissionen einsparen. Voraussetzungen sind extrem wasserabstoRende superhydrophobe Oberflachen mit bis zu mehrere Millimeter langen haarartigen gekrummten und elastischen Strukturen, die unter Wasser die Luftschicht einschlieRen. Der Salvinia-Effekt wurde von dem Biologen und Bioniker Wilhelm Barthlott (Universitat Bonn) und Mitarbeitern entdeckt und seit 2002 systematisch an Tieren und Pflanzen untersucht [BART-18], Werden extrem Wasser abweisende (superhydrophobe), strukturierte Oberflachen unter Wasser getaucht, so wird Luft, fur eine begrenzte Zeit, zwischen den Strukturen eingeschlossen und von der Oberflache gehalten,

Der von Barthlott beschriebene Salvinia-Effekt wird in erster Linie von mikrostrukturierten „Anhangen" an eine gegebene fluidmechanisch wirksame Oberflache getragen,

Bei Salvinia natans ist das Halten der Luft vermutlich eine Uberlebensstrategie der Pflanzen, Die Oberseite ihrer Schwimmblatter ist stark Wasser abweisend und weist eine auRert komplizierte und artspezifisch sehr unterschiedliche samtige Behaarung auf, Bei einigen Arten sind die immer vielzelligen 0,3-3 mm langen Haare einzeln stehend (z, B, Salvinia cucullata), bei Salvinia oblongifolia sind zwei Haare an der Spitze verbunden,

Bei Salvinia minima und Salvinia natans stehen vier freie Haare auf einem Sockel, Die komplexesten Haare haben die Riesen-Salvinia Salvinia molesta und Salvinia auriculata sowie nahe verwandte Arten: auf einem gemeinsamen Stiel stehen je vier Haare, die aber an der Spitze verbunden bleiben, Das Ganze ahnelt einem mikroskopischen Schneebesen und hat zu dem treffenden Namen „Schneebesen- Haare" (eggbeater trichomes) gefuhrt, Die gesamte Blattoberflache - inklusive der Haare - ist mit nanoskaligen Wachskristallen uberzogen, die fur den Wasser abweisenden Charakter der Oberflache verantwortlich sind, Die Blattoberflachen sind somit ein klassisches Beispiel fur eine „hierarchische Struktu-rierung" [Salv-18],

Der GroRe Kolbenwasserkafer (Hydrophilus piceus, Syn,: Hydrous piceus) ist mit einer Lange von bis zu funf Zentimetern der groRte Wasserkafer Europas und wurde deswegen fruher auch Riesenwasserkafer genannt, Er zeigt bei der Atmung einige hochst interessante Anpassungen an das Wasserleben und steht wegen seiner zunehmenden Gefahrdung unter Naturschutz [Kolb-18], Zur Atmung kommt der Kolbenwasserkafer mit seinem Vorderende an die Wasseroberflache, Er halt den Kopf von unten an den Wasserspiegel und neigt sich dabei leicht nach einer Seite, er krangt, Dann holt er den der Wasseroberflache naheren Fuhler aus der mit Luft gefullten Grube, die sich auf der Unterseite des Halsschilds befindet, Ein spitzer Fortsatz des ersten Glieds der Fuhlerkeule durchbricht von unten die durch die Wasseroberflachenspannung bedingte Haut der Wasseroberflache, Dann wird der Fuhler abgeknickt uber die Wasserflache hinausgeschoben, so dass die Fuhlerspitze unter der Wasseroberflache bleibt und dabei der Kopffurche anliegt, Die Kopffurche ist eine aus zwei Haarsaumen bestehende Rinne, die vertikal verlauft, Sie wird durch die daruberliegenden Aushohlungen der drei Fuhlerendglieder zu einem Schnorchel erganzt, der von dem abgeknickten Fuhlergelenk uber Wasser bis unter den Halsschild reicht, Zum Lufttransport fuhrt die mit feinsten Harchen bekleidete Fuhlerkeule vibrierende Bewegungen aus, Diese Tatigkeit wird abwechselnd links- und rechtsseitig ausgefuhrt, so dass das Tier hin- und herschaukelt, Auf der Korperunterseite tragen die Kafer eine dichte goldgelbe Behaarung (Pubescenz), zwischen dem zweiten und dritten Beinpaar und entlang der Flugeldeckenrander und vom Dorn uber dem Brustkiel, Unter der Behaarung wird der Luftvorrat in Hohlraumen (Kavitaten) mittransportiert, Dieses Luftkissen auf der Korperunterseite wird von einem Kiel und den uberstehenden Deckflugelrandern gehalten und reicht

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^[1] https://www.dpma.de/patent/anmeldune/index.html

^[2] Am 7. Februar 2002 trat die Novellierung des Arbeitnehmererfindungsgesetzes ArbErfG in Kraft.