Frei Otto
Ingenieurporträt

Frei Otto

Wie kein anderer hat Frei Otto die Leichtbauweise in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wissenschaftlich erforscht und die Entwicklung leichter, ressourcenschonender und umweltgerechter Tragwerke gefördert und beeinflusst. Seine Bauten von höchst gestalterischer Qualität sind fast allen bekannt – Zeit, sich seiner Person zu widmen.
Like no other, Frei Otto has in the second half of the 20th century scientifically researched lightweight construction and furthered and influenced the development of lightweight, economical and ecologically appropriate structures. Of the highest design quality, his buildings are known to almost everyone – time for a personal appraisal.

Die Ausstellung im Münchner Architekturmuseum, das Erscheinen seines Gesamtwerks, die Ehrung mit der RIBA-Goldmedaille und schließlich sein 80. Geburtstag, am 31. Mai diesen Jahres – die Anlässe sind zahlreich und bedeutend, den Architekten und Ingenieur, Bildhauer und Maler, Philosophen und Weltverbesserer im besten Sinne Frei Otto zu feiern und zu würdigen. »Ein glänzender Mann, mehr Wissenschaftler als Künstler, voller origineller Ideen, in seinen Ansichten ausgeglichen und gedankenvoll«, so hatte ihn Walter Gropius 1963 charakterisiert.

Als Künstler ist er Architekt, als Wissenschaftler Ingenieur, könnte man ergänzen. Architekten betrachten Tragwerkslehre und Materialkunde oft als untergeordnete Hilfswissenschaft – und ignorieren Bauschäden und allzu rasche Alterung als Misslichkeiten, die ihren Meisterwerken keinen Abbruch mehr tun können. Bauingenieure wiederum konstruieren oftmals ohne Ansehen des baukünstlerischen Ergebnisses. Gesucht wird (zum Beispiel durch integrierte Studiengänge) die ideale Kombination: der Architekt, der weiss wie vernünftig zu konstruieren ist, beziehungsweise der Ingenieur, der Schönes zu gestalten weiß. So kommt Frei Otto diesem Ideal als einer der wenigen von Seiten der Architektenschaft sehr nahe, wie wenige von Seiten der Ingenieure. So nahe, dass er für viele die Grenze bereits überschritten hat, dass er ihnen eher als Ingenieur gilt, arbeitete er doch als Wissenschaftler zeitlebens an Problem- stellungen, die gemeinhin dem Bauingenieurwesen zugerechnet werden.
Fritz Leonhardt, selbst einer der Ingenieure, denen eine gute Gestaltung von Ingenieurbauwerken immer am Herzen lag, hatte den an der TH Berlin als Architekten Ausgebildeten 1964 als »Ingenieurkollegen« an die TU Stuttgart geholt. Dort entwickelte Frei Otto »leichte Flächentragwerke«, und gründete 1969 einen Sonderforschungsbereich »Materialforschung und Forschung im konstruktiven Ingenieurbau« – ein Terrain, auf das sich normalerweise kein Architekt verirrte. Später wurde der Sonderforschungsbereich SFB 64 »Weitgespannte Flächentragwerke« genannt, was die Arbeit im Institut mit Netzen, Zelten, Schalen und Pneus anschaulicher beschreibt.
»Natürliche Konstruktionen« war das nächste Thema, dem er sich mit einem interdisziplinären Team in einem Sonderforschungsbereich widmete. Auch hierzu holte er Konstrukteure, Materialtechniker, Biologen und Geisteswissenschaftler aus aller Welt nach Stuttgart, um gemeinsam der Natur die Geheimnisse zu entlocken, wie man ökonomisch, ökologisch und im Einklang mit ihr bauen könne. Zellen und Knochen, Stämme und Halme, Kieselalgen und Spinnennetze, Wasserwirbel und Seifenblasen, Termitenhügel und Vogelnester wurden untersucht, um ihnen für künstliche Konstruktionen brauchbare Gesetzmäßigkeiten abzuschauen.
Interessant ist, dass er von Architektenseite her eine Urform der ingenieurtechnischen Entwicklungsmethode mitbringt, den empirischen Prozess. Es geht ihm um »Formfindung«, bereits in den zwanziger Jahren ein Begriff der Protagonisten der organischen Architektur. Die Form wird nicht erschaffen, sondern experimentell ermittelt, denn sie ist zuallererst Ausdruck herrschender statischer Kräfte und ergibt sich als Reaktion auf diese. So führen Hängemodelle, in ihrer selbst entstandenen, momentfreien Form fixiert und umgedreht, zu ökonomischsten, logischsten (und elegantesten) Tragwerken; Seifenblasen zwischen beliebigen Rahmen zu deren materiell und kräftemäßig minimierten Membrantragwerken und zu optimalen Pneukonstruktionen.
Am Anfang stand allerdings die Hängekonstruktion, mit deren erster Frei Otto bei seinem Amerika-Aufenthalt 1950-51 in Kontakt kam, der berühmten, 1953 fertig gestellten Arena in Raleigh, North Carolina. Ihr Entwerfer Metthew Nowicki war kurz zuvor tödlich verunglückt, als Otto die Pläne bei Fred Severud auf den Zeichen- tischen sah. Er erkannte, dass mit dieser leicht herzustellenden, materialsparenden Technik eine Bauweise zur Verfügung stand, die in einer Zeit der Materialknappheit weiterhelfen konnte und die ihm zudem als Gegenparadigma zur monumentalen Repräsentationsarchitektur des Dritten Reichs äußerst willkommen war.
Zurück in Berlin formulierte er in seiner Dissertation »Das hängende Dach« die Kernsätze der ökonomischen, von ihm »das Prinzip Leichtbau« genannten Bauweise: »Durch sparsame Anwendung hochwirksamer Baustoffe und durch Ausnutzung der Trageigenschaften räumlicher Systeme entstehen leichte, bewegliche Bauwerke ohne wesentliches Eigengewicht. Die Konstruktion schrumpft auf das unbedingt Notwendige zusammen«. Bald darauf bekam er Gelegenheit, seine Ideen mit weiter entwickelten Hängekonstruktionen zu demonstrieren. Der deutsche Pavillon auf der Weltausstellung 1967 in Montreal ist eine solche Seilnetzkonstruktion, organisch, spielerisch leicht, aller Erdenschwere und Monumentalität enthoben. Das experimentelle Modell dazu steht noch heute in Stuttgart. Frei Otto hatte es aufs TU-Gelände im Pfaffenwald versetzt und fortan für sein Institut genutzt – ein ständiges Anschauungsobjekt für Studenten und Mitarbeiter.
Das Prinzip der durch mehrere Masten angehobenen Zeltdecke hat er dann zusammen mit Günter Behnisch und dessen Partnern in großem Maßstab in München umsetzen können. Zur angestrebten Vollendung einer eleganten, ultraleichten Dachhaut hat es beim Olympiapark 1972 nicht ganz gereicht, sind doch die Stützglieder auf Grund der damals noch eingeschränkten EDV-Rechenkapazitäten für komplexe Tragsysteme aus Sicherheitsgründen unerwünscht kräftig ausgefallen. Zusätzlich entstanden weitgespannte Zelt- und Hängekonstruktionen in verschiedensten Variationen, für eine Sporthalle in Jeddah, ein Konferenzzentrum in Mekka, Ausstellungsbauten der Buga 1957 in Köln oder der Internationalen Gartenschau 1963 in Hamburg, Fabrikdächer für Wilkhahn in Bad Münder Eimbeckhausen oder ein Großvoliere in München.
Quasi als Umkehrung des Prinzips sind die auf Druck belasteten Schalenbauten zu verstehen, deren Form sich gleichwohl oft am einfachsten durch Selbstfindung mittels zugbelasteter Hängemodelle ermitteln lässt; ähnlich wie einst auch Antoni Gaudí zu seinen nahezu momentfreien Gewölbeformen gekommen ist. Prominentestes Beispiel ist die gemeinsam mit den Architekten Mutschler, Langner und Partner entworfene Gitterschale der Bugahalle 1971 in Mannheim. Sie besteht aus einem gleichmaschigen Netz aus geraden, durchlaufenden Holzlatten. Interessant dabei ist die Tatsache, dass nicht nur das Modell, sondern
folgerichtig auch die realisierte Konstruktion ihre Form selbst bildet: Hierzu wird das Gitter zunächst eben auf der Baustelle ausgebreitet und dann durch Stützgerüste angehoben. Durch Biegung der Latten und Verdrehung der Knoten entsteht dann die Form der Schale, die wiederum durch Fixieren der zuvor flexiblen Gitterknoten, die Befestigung des Gitterrandes und das Aufbringen der Dachhaut schließlich ihre Stabilität erhält.
Wenn Frei Otto seine Seilnetzideen auch in seinen typischen luziden Zeichnungen – man hat diese zum Teil aquarellierten Skizzen mit Bruno Tauts Fantasien verglichen – ins Utopische dehnte, die komplette Überdachung der Stuttgarter Bahnhofsanlage, eines Konferenzzentrums in Rijad oder ganzer Gebirgstäler, so blieb ihnen doch immer das Wissen um die Realisierbarkeit. Hätte sich ein Bauherr gefunden, hätte es auch Wege gegeben, die Ideen in die Wirklichkeit umzusetzen. Charakteristisch für Ottos ganzheitlichen Ansatz ist die Ausweitung der Erkenntnisfelder über das Ingenieurtechnisch-Konstruktive hinaus. Zwar wurden Bemessungs-, Berechnungs- und rechnerunterstützte Entwurfsmethoden für die verschiedensten Flächentragwerksprinzipien entwickelt, doch er fragte auch: »Wie werden weitgespannte Flächentragwerke vom Menschen erlebt?« und »Wie müssen Objekte entworfen werden, die eine zufriedenstellende Erlebniswirkung haben?«. Dazu wurden psychologische Untersuchungen durchgeführt und Tausende von Nutzern befragt. Es war ihm klar, dass man die menschlichen Bedürfnisse an die gebaute Umwelt analysieren müsse, um die allgemeine Tauglichkeit der Flächentragwerke ermessen zu können. Es ging nicht darum, die Menschheit mit neuen, fantastischen Bauwerken zu beglücken, sondern auch darum, ob sie damit glücklich wird – ein Rückkopplungseffekt, an dem Ingenieure und Architekten eigentlich immer interessiert sein sollten.
Vergleicht man die Entwürfe von Transrapid-Trassen, die Frei Otto zusammen mit seinem Freund, dem britischen Ingenieur Edmund Happold, entwickelt hat, mit dem inzwischen in Shanghai in die Landschaft betonierten Brückenband, wird dieses Anliegen deutlich. Frei Ottos Team hat zehn Entwürfe untersucht und sechzig Varianten gerechnet, eine filigraner als die andere. Dass bei seinen Trassenkonstruktionen auch deren Abbau und Recycling bedacht ist, überrascht nicht, hat er doch schon in den sechziger Jahren die Forderung aufgestellt, von allen Bauwerken die Gesamtenergiebilanz zu berechnen. Dazu hat er unter anderem das »Bic-l-Diagramm« aufgestellt, mit dem das Verhältnis zwischen Leistung und den dazu benötigten, also zu produzierenden und zu transportierenden Massen berechnet werden kann.
Anlagen zur Sonnenenergiegewinnung gehören ebenfalls seit mehr als drei Jahrzehnten zu seinem Programm. Vielfach kombinierte er sie mit Schirmkonstruktionen, die einen weiteren Schwerpunkt seiner Arbeit darstellen. Leichte Flächentragwerke können auch temporär sein, so sein Ansatz, der ihn zur Entwicklung von aufklappbaren Schirmen für Messen und Rockkonzerte führte. Die Vela römischer Amphitheater schließlich waren Vorbild für raffbare Textildächer, etwa über der Stiftskirchenruine in Bad Hersfeld, einem Multimediastadion oder einer Moschee in Saudi Arabien.
In die so faszinierende wie vielfältige Welt der natürlichen Konstruktionen ist Frei Otto mit der Methodik des »umgekehrten Weges« eingedrungen. Das heißt, es werden Wachstums- und Bildungsprozesse der anorganischen wie der organischen Natur experimentell künstlich in Gang gesetzt, um daraus Erkenntnisse für Konstruktionen zu gewinnen. Dieser umgekehrte Erkenntnisweg führte zu der Überzeugung, dass die lebende Natur nicht beliebige Strukturen wachsen lässt, sondern sich des abiotischen Selbstbildungsprozesses der Bläschenbildung bedient und diese mittels komplizierter
Fasernetze stabilisiert: Der weiche, fasergestützte Pneu – im technischen Sinn eine durch Innendruck stabilisierte Membrankonstruktion aus einer biegeweichen Hülle und einer fließfähigen Füllung – ist also die Urkonstruktion des biologischen Lebens, das Abbild der Zelle, des kleinsten Bausteins lebender Konstruktionen. Wieder ist es das Phänomen der Selbstfindung, das zu den Tragwerksformen führt. Die von Frei Ottos Teams erdachten Anwendungen dieses natürlichen Prinzips reichen vom Staudamm bis zum Luftschiff. Man kann mit Pneus Dämme aufbauen und temporäre Wasserreservoires vorhalten. Und man kann natürlich die vielfältigsten Dachkonstruktionen damit meistern. Traglufthallen in allen Größenordnungen sind dabei die häufigsten Anwendungsfälle, und Frei Otto wäre nicht der visionäre Architekt, hätte er es nicht Richard Buckminster Fuller gleichgetan und Klimahüllen für ganze Städte entworfen (doch im Unterschied zu diesem beließ er es nicht bei utopisch-hypertrophen Ideen, sondern wies nach, wie sie zu konstruieren seien). So entstand zusammen mit Kenzo Tange und Ove Arup das Projekt einer Stadt in der Antarktis, die mit einer transparenten pneumatischen Hülle von zwei Kilometern Durchmesser überspannt werden sollte. Die Membranhülle für eine Stadt im Norden Kanadas sollte eher eine amöbenhafte Form annehmen und im inneren differenzierte Raumeindrücke bieten.
Die Plexiglas-Modelle dazu werden mit einer speziellen Technik hergestellt, die inzwischen – nach Weiterentwicklung einschlägiger Techniken – als zukunftsträchtig gilt: Das Tiefziehen durch Unterdruck (Gleichflächenlast), das, wenn es ohne Gegenform geschieht, wiederum einen Prozess der Formselbstfindung ausnutzt. Dünnste Membrantragwerke lassen sich damit herstellen, etwa wenn Stahl- oder Aluminiumbleche durch Kaltverformung zu flachen Kalotten gezogen werden, die an Stabilität und spezifischem Tragvermögen kaum zu übertreffen sind. Ein kreisrundes Dach mit 100 Metern Durchmesser könnte theoretisch mit einer Blechstärke von nur einem Millimeter auskommen. Vorerst beschränkt sich das Verfahren auf handlichere Formate, etwa die Herstellung von Metallspiegeln zur Gewinnung von Sonnenenergie.
Gemessen an seinem internationalen Renommee hat Frei Otto nicht allzu viel selbst gebaut. Ihn scheint die Mehrung der Erkenntnisse immer wichtiger gewesen zu sein als deren Anwendung. »Gelehrt in dem Sinne, wie es an Hochschulen gemacht wird, habe ich nie. Ich habe all meine Lehr- und Forschungstätigkeit genutzt, um selbst Wissen zu sammeln und Grundlagen für neue Ideen zu erarbeiten. Ich war und bin im Erfahrenwollen maßlos und selbstsüchtig«, schrieb er 1985. Zahllose Architekten und Ingenieure haben mit ihm zusammen geforscht und mit ihm »etwas aufgelesen, was unbenützt am Wegesrand lag«. Er gibt seine Erfahrungen gerne weiter, wenngleich es ihn schmerzt, wenn andere unverhohlen seine Arbeiten ausnutzen, ohne ihn einer Erwähnung zu würdigen. Baumförmige »Verzweigungskonstruktionen« hat er zum Beispiel Anfang der achtziger Jahre entwickelt. Gebaut wurde damit der Terminal des Flughafens Stuttgart ohne sein Zutun. Und es ärgert ihn, weil seine Vorschläge oft besser sind als das dann realisierte. »Ein Himmel voller Metall!«, klagt er beispielsweise über das mittlerweile errichtete Dach des Olympiastadion in Berlin, bei dem 22 Stahlstützen vielen Zuschauern im Blickfeld stehen. Für dessen Überdachung hatte er eine leichte Konstruktion ohne sichtstörende Stützen erdacht.
Jüngstes spektakuläres Projekt aus seinem Atelier ist das Dach des neuen Stuttgarter Hauptbahnhofes, das er gemeinsam mit dem Architekten Christoph Ingenhoven entworfen hat. Es gehört zum städtebaulichen Projekt »Stuttgart 21«, das die Drehung der Gleisanlagen um 90 Grad und die unterirdische Anfahrt des Hauptbahnhofs vorsieht (und, trotz politischer Probleme, noch immer zur Realisierung steht). Eine unterirdische Bahnsteighalle quer zu den bisherigen Hallen soll unter dem Schlossgarten liegen und nur durch Oberlichtöffnungen mit dem Park in Verbindung stehen. Die für Frei Otto charakteristischen tropfenförmigen Öffnungen lassen erahnen, dass auch diese Formen mit Seifenhaut- und Hängemodellen ermittelt worden sind. Auf diese Weise kommt der Entwurf Frei Ottos Vorstellungen nahe, die Architektur topologisch wie gestalterisch weitgehend in die Natur einzubetten.
Der Mensch in Harmonie mit der Natur, das menschliche Handeln und vor allem natürlich das Bauen mit der Natur, mit der Ökologie in Einklang zu bringen, ist von Anbeginn sein Ziel gewesen. In diesem Sinn erforscht er Bauweisen und Materialien und äußert sich immer wieder zu ethischen, philosophischen und architekturtheoretischen Grundsatzfragen des Bauens. Er ist das Gewissen der Architekten, und als solches sicherlich auch der Gesellschaft.
~Falk Jaeger
Literaturhinweis: Frei Otto. Das Gesamtwerk. Leicht bauen – Natürlich gestalten, Winfried Nerdinger (Hrsg.), Birkhäuser, Basel, 2005