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HAI-TECH - Strömungsgünstige Oberflächen durch Lacksysteme Entwicklung eines anwendbaren Lacksystems zum Einsatz mit der Riblet-Technik im maritimen Bereich und im Süßwasser

Abschlussbericht. Zeitraum: 01.09.2008 - 31.08.2012
 
: Buchbach, S.

:
Volltext (PDF; )

Bremen: Fraunhofer IFAM, 2012, 90 S.
Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF
03SX257
Deutsch
Bericht, Elektronische Publikation
Fraunhofer IFAM ()

Abstract
Der Strömungswiderstand eines Schiffkörpers stellt einen entscheidenden Faktor für den Energieaufwand und somit auch für den Treibstoffverbrauch eines Schiffes dar. Seit einigen Jahren ist bekannt, dass eine der Haifischhaut nachempfundene mikrostrukturierte Oberfläche (sog. Riblets) geeignet ist, den Strömungswiderstand einer Oberfläche signifikant zu senken. In einigen Bereichen haben prototypische Anwendungen (z.B. das Bekleben einer Renn-Yacht mit Riblet-Folie oder die Mikrostrukturierung von Schwimmanzügen) bereits die Wirksamkeit einer solchen Strukturierung belegt. Eine großtechnische Anwendung ist wegen des Fehlens einer technisch umsetzbaren und preiswerten Lösung bisher allerdings nicht erfolgt. Die bislang einzige für Großstrukturen anwendbare Technik ist das Bekleben mit einer oberflächenstrukturierten Folie. Hierbei überwiegen allerdings die Nachteile, die sich einerseits durch die erschwerte Applikation auf gekrümmten Oberflächen und andererseits durch Alterungsprozesse des Folienmaterials und des Klebers ergeben und somit den wirtschaftlichen Nutzen wieder zunichte machen. Das Ziel des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Verbundprojektes HAI-TECH war es, die bisherige Folienlösung durch ein oberflächenstrukturiertes Lacksystem zu ersetzen. Die Ergebnisse dieses Projektes sollen in erster Linie dazu dienen, den Treibstoffverbrauch großer Transportschiffe zu senken und damit einen wichtigen Beitrag zur Senkung der Emissionen von Treibhausgasen zu leisten oder im Gegenzug die Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen. Der Strömungswiderstand eines bewegten Körpers im Wasser wird durch eine Mikrostrukturierung der Oberfläche des Körpers entscheidend beeinflusst Ein Beispiel aus der Natur sind die Schuppenstrukturen von schnellen Haiarten, die durch ihre Rällengeometrie den Strömungswiderstand des Fisches und damit die Geschwindigkeit und den Energieverbrauch optimieren.

 

In October 2009 the European Commission decided that fuel consumption by aviation and shipping has to be reduced by 10% and 20% respectively by 2020. A significant contribution to this challenging goal could be a coating that reduces drag.For about 20 years it has been known that special microstructures ("riblets") can lower drag by up to 10%. A new process for the production of such microstructured coatings on large surfaces is presented in this article. This process allows coating application, embossing, and partial curing in a single step. The coating material consists of VOC-free nanocomposites that give the coating the necessary abrasion resistance and weathering stability. Drag measurements have been carried out In a ship model basin and in a wind-tunnel respectively. In these experiments, smooth coatings were compared to riblet-structured coatings. These structures were adapted to the flow-parameters of the fluid. A surface-drag reduction of 5.2% for a torpedo-shaped specimen was measured in a large hydrodynamic and cavitation tunnel. In a wind-tunnel experiment a reduction of the total drag of a wing-profile by 6.2% was measured. Both experiments indicate the high potential for fuel savings in the transportation sector.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-256695.html