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BÜCHER UND ARTIKEL
DIE WISSENSCHAFT DES ERFINDENS KLICK UND PHYSIK
Bücher und Artikel / Und dann kam der Erfinder
Sie haben ein Drittel des Buches gelesen. Wenn Sie versuchen, die Bedeutung dessen, was Sie lesen, so prägnant wie möglich zusammenzufassen, erhalten Sie etwa Folgendes. Erfinderische Probleme werden seit langem durch Versuch und Irrtum gelöst (und werden auch heute noch gelöst). Die Methode ist ineffizient, daher musste viel Aufwand, Zeit und Geld für die Lösung von Problemen aufgewendet werden. Erfindungen verzögern sich oft um viele Jahre. Die wissenschaftliche und technische Revolution erforderte grundlegend neue Erfindungsmethoden. Die Theorie des erfinderischen Problemlösens (TRIZ) ist erschienen, sie lehrt, Probleme zu lösen, ohne „leere“ Optionen durchzugehen. Die Grundidee ist folgende: Technische Systeme entstehen und entwickeln sich auf natürliche Weise; Das Studium dieser Gesetzmäßigkeiten liefert Techniken – Werkzeuge zur Lösung erfinderischer Probleme. Die Techniken, die Sie getroffen haben, können in drei Gruppen eingeteilt werden: - verschiedene Tricks, zum Beispiel die "Do it in advance"-Technik; - Techniken, die auf der Nutzung physikalischer Effekte und Phänomene basieren, darunter die Technik „Änderung des Aggregatzustands“; - komplexe Techniken, die sowohl List als auch Physik umfassen, zum Beispiel der Bau von Fepoles. Meistens muss man bei der Lösung erfinderischer Probleme zuerst List und dann Physik anwenden. Erfolg entsteht aus einer Kombination aus beidem. Daher ist der Einsatz der Physik bei der Lösung erfinderischer Probleme einer der wichtigsten Abschnitte der Erfindungstheorie. Mal sehen, wie List und Physik andocken. Problem 29. WIRD FÜR IMMER ARBEITEN! In einem Werk fiel häufig eine automatische Maschine aus. Es war eine sehr gute Maschine, aber ein einfaches Detail war darin ständig verdorben – ein gebogenes Rohr, durch das Druckluft einen Strom kleiner Stahlkugeln mit hoher Geschwindigkeit trieb. Die Kugeln prallten in der Kurve gegen die Rohrwand und brachen Metallstücke ab. Beim Aufprall auf die Wand hinterließ jede Kugel einen kaum wahrnehmbaren Kratzer, doch nach wenigen Stunden durchbohrten die Kugeln ein dickes, starkes Rohr. „Lass uns zwei Rohre verlegen“, sagte der Vorarbeiter, „Während eines arbeitet, haben wir Zeit, das andere zu reparieren.“ Und dann tauchte ein Erfinder auf. - Ist es ein Geschäft: ständig Reparaturen durchzuführen?! er rief aus. - Ich habe eine passende Idee ... Ich garantiere: Die Maschine funktioniert ewig! Die Umsetzung der Erfindungsidee dauerte nur fünf Minuten. Was hat er vorgeschlagen? Ein Stoff (Stahlkugeln) interagiert also mechanisch mit einem anderen Stoff (Rohrwände). Daher ist ein unnötiges (sogar schädliches) Su-Feld gegeben. Im Werk versuchten sie es zu zerstören, indem sie eine dritte Substanz einführten – verschiedene Dichtungen, Schichten. Das ist falsch: Es ist notwendig, dass die dritte Substanz gleichzeitig die Wände schützt und nicht einstürzt. Dieselben Kugeln können zu dieser Substanz werden. Nur bewegungslos, an der Rohrwand stehengeblieben. Wenn der Rohrbogen von innen mit Kugeln abgedeckt wird, stürzen die Wände nicht mehr ein. Durch fliegende Kugeln kann eine oder mehrere Kugeln aus der Schutzschicht herausgeschleudert werden, doch ihr Platz wird sofort von einer der durch das Rohr sausenden Kugeln ausgefüllt. Hier endet der Trick. Jetzt brauchen wir eine einfache Physik: Wie bekommt man eine Schutzschicht aus Kugeln? Es müssen Magnete verwendet werden. An der Biegung des Rohres platzieren wir außen einen Magneten. Im Inneren bleibt sofort eine Kugelschicht am Rohr haften. Problem gelöst! Es ist interessant festzustellen, dass Strahlmaschinen zum Härten von Teilen bereits mindestens ein Vierteljahrhundert vor dem Erscheinen des Autorenzertifikats Nr. 261 207 zum Magnetschutz weit verbreitet waren. Jeder sah das Problem, aber sie lösten es entgegen der Theorie – sie installierten Dichtungen, machten die Wände des Geräts aus stärkerem Stahl ... Problem 30. HOCHFEINER KRAN Der Leiter des chemischen Labors lud den Erfinder ein und sagte: - Wir müssen den Gasfluss kontrollieren, der durch dieses Metallrohr von einem Gefäß zum anderen fließt. Wir haben Wasserhähne mit einem Schliffstopfen, aber diese bieten nicht die erforderliche Genauigkeit: Es ist schwierig, die Größe des Lochs, durch das das Gas fließt, zu regulieren. - Natürlich, - sagte der Erfinder, - Sie würden auch einen Samowarhahn anbringen. Der Chemiker gab vor, die Bemerkung nicht zu hören. „Es ist möglich“, fuhr er fort, „einen Gummischlauch und eine Klemme anzubringen.“ Dies ergibt jedoch nicht die erforderliche Genauigkeit. - Klammern, - kicherte der Erfinder. - Wäscheklammern... Hier konnte der Chemiker nicht widerstehen: Wir machen das schon seit Hunderten von Jahren. Versuchen Sie, einen Kran zu entwickeln, der nicht komplizierter ist als eine „Wäscheklammer“ oder ein „Samowar-Kran“, aber zehnmal präziser. - Ein Tropfen List plus Physik der neunten Klasse. Muss es so machen... Was hat der Erfinder vorgeschlagen? Für einen TRIZ-Spezialisten ist ein Kran ein typisches Su-Feldsystem: Körper B1, drehbares Teil B2 und Feld mechanischer Kräfte Pmech. Unter dem Einfluss des Pmech-Feldes bewegt sich der Teil B2 relativ zum Körper B1, wodurch der Spalt zwischen B1 und B3 größer oder umgekehrt kleiner wird. Es gibt bereits ein Vefield, aber es funktioniert nicht gut. Daher müssen wir das Su-Feld ersetzen und ein anderes Feld verwenden. Welches – elektrisch, magnetisch, elektromagnetisch, thermisch? Hier enden die Tricks und die Physik beginnt. Das Physiklehrbuch der neunten Klasse enthält ein ganzes Kapitel über Wärmeausdehnung! Und wir müssen nur die Breite der Lücke zwischen B1 und B2 ändern. Wir öffnen das Lehrbuch. Hier ist die Beschreibung des Experiments: Eine Kugel passiert einen beheizten Ring, der zuvor noch nie passiert ist. Die Zeichnung des Rings und der Kugel ist ein fertiges Modell unseres Krans. Vergleichen wir die erhaltene Lösung mit dem Zertifikat des Autors Nr. 179 489: „Ein Gerät zum Dosieren kleiner Gasmengen, bestehend aus einem Körper und einem an der Innenfläche des Körpers fest angebrachten Stab, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dosieren kleiner Gasmengen mit hoher Genauigkeit der Körper aus einem Material mit einem großen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Stab aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient viel kleiner als der des Körpermaterials ist.“ Sie wissen wahrscheinlich bereits, wie ein solcher Kran funktioniert. Bei Erwärmung dehnt sich der Körper stark aus, der Stab nur schwach. Es gibt eine Lücke. Je heißer das Gehäuse, desto größer ist der Spalt.
Der Sinn der Erfindung besteht, wie Sie sehen, darin, dass anstelle der Bewegung großer Teile, „Eisenstücke“, vorgeschlagen wird, die Spannung und Kompression des Kristallgitters zu nutzen. Übrigens ist es nicht nur mit einem thermischen Feld möglich, das Kristallgitter zu dehnen und zu stauchen. „Einige Kristalle wie Quarz, Rochelle-Salz und Turmalin verändern in einem elektrischen Feld ihre Größe: Je nach Richtung des Feldes werden sie gestaucht oder gedehnt“, heißt es in einem Physiklehrbuch für die zehnte Klasse. Dieses Phänomen wird als inverser piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Nun, Sie selbst haben bereits vermutet, dass der umgekehrte piezoelektrische Effekt zur Herstellung eines Mikrokrans genutzt werden kann. Es gibt auch einen ähnlichen Effekt – Magnetostriktion: Ein Magnetfeld dehnt (oder komprimiert) einige Metalle. Auch eine passende Antwort für das Kranproblem. Aufgabe 31. LASSEN SIE UNS IN DIE ZUKUNFT BLICKEN Wenn Sie Zahnpastareste aus einer fast leeren Tube herausdrücken müssen, stellen Sie die Tube auf eine harte Oberfläche und rollen Sie sie mit einem Bleistift. Dies ist das Funktionsprinzip einer Schlauchpumpe (siehe Abb.): Die Rollen drücken den flexiblen Schlauch gegen den Pumpenkörper und zwingen die Flüssigkeit oder Paste durch ihre Bewegung dazu, durch den Schlauch zu fließen. „Wir produzieren zwanzig Arten von Schlauchpumpen“, sagte der Chefingenieur des Werks zu seinem Stellvertreter. - In den kommenden Monaten werden wir drei weitere meistern. Doch im Prinzip sind alle Pumpen gleich, sie unterscheiden sich lediglich in der Größe und dem Einsatzzweck. Werden sich diese Pumpen in Zukunft ändern? „Wird sich wahrscheinlich nicht ändern“, antwortete der Stellvertreter. - Das Prinzip ist schließlich dasselbe. Und dann gab es Erfinder. Drei auf einmal! „Es wird auf jeden Fall neue Pumpen geben“, versicherte der erste Erfinder. - Das peristaltische Prinzip bleibt bestehen, die Wirkungsweise verlagert sich jedoch auf die Mikroebene. Wir schlagen vor, dafür physikalische Effekte zu nutzen“, sagten seine Kameraden. - Wir haben drei brandneue Schlauchpumpen. Die Erfinder begannen, die Blaupausen zu entfalten... Wie können diese Pumpen Ihrer Meinung nach angeordnet werden? Welche physikalischen Effekte werden darin genutzt? Der Übergang von der groben Bewegung von „Eisenstücken“ zur subtilen Bewegung von Molekülen und Atomen ist eine Regelmäßigkeit in der Entwicklung der Technologie. Daher die Methode zur Lösung vieler Probleme: „der Übergang von der Makroebene zur Mikroebene“. Hier beispielsweise Urheberzeugnis Nr. 438 327: „Ein Schwingkreisel mit Massen, die durch äußere veränderliche oder elektrische Felder in Schwingbewegung versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Schwingmassen Elektronen oder geladene Ionen verwendet werden.“ Bei herkömmlichen Vibrationskreiseln vibrieren massive Lasten – auf Stangen montierte „Gewichte“. Die Idee der Erfindung besteht darin, dass Mikropartikel – Elektronen oder Ionen – als „Gewichte“ genommen werden. Ein solches Gyroskop ist wesentlich kompakter, genauer und zuverlässiger. Wenn Sie im vorherigen Kapitel über die vier Phasen in der Entwicklung technischer Systeme gelesen haben, hatten Sie vielleicht eine Frage: Nun, Systeme durchlaufen vier Phasen, aber was passiert als nächstes mit den Systemen? Und dann gibt es zwei Möglichkeiten. Über eines habe ich bereits gesprochen: Das System, das die Grenzen der Entwicklung erreicht hat, vereint sich mit einem anderen System und bildet ein neues, komplexeres System – die Entwicklung geht weiter. Beispielsweise wurde aus einem Fahrrad, kombiniert mit einem Verbrennungsmotor, ein Motorrad. Es entstand ein neues System, die Entwicklung ging weiter. Manchmal ist der Weg zur Integration mit anderen Systemen versperrt. Es ist notwendig, sich zu vereinen – und es ist unmöglich, sich zu vereinen ... Ein solcher Widerspruch wird durch Fragmentierung überwunden: Wir werden das System in mehrere Teile teilen und durch die Kombination dieser Teile etwas Neues aufbauen. Das Verbot betraf die Verbindung mit Drittsystemen, gegen dieses Verbot haben wir nicht verstoßen. Nun, wenn man weder vereinen noch spalten kann? Angenommen, die Aufgabe ist gestellt: Es gilt, die „Federeigenschaften“ einer Spiralfeder zu verstärken, ohne ihr etwas hinzuzufügen und ohne sie zu zerdrücken. Wir gehen davon aus, dass die Feder aus dem am besten geeigneten Stahl besteht, es macht keinen Sinn, den Stahl zu wechseln.
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