Strömungsgünstige Beschichtung für die Senkung des Treibstoffverbrauchs

Es ist bekannt, dass die Schuppen von schnell schwimmenden Haien mikroskopisch kleine Rillen (Riblets) aufweisen, die parallel zur Strömungsrichtung des Wassers angeordnet sind. Fluiddynamische Untersuchungen, durchgeführt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin, haben den Wirkmechanismus der Rillenstruktur aufgeklärt und die Ableitung von technischen Ribletstrukturen ermöglicht. Die fluiddynamische Wirkung der Strukturen beruht darauf, dass bei turbulenter Strömung die Komponenten der Wirbel, die quer zur Strömungsrichtung wirken, behindert und daher annähernd um die Höhe der Rillen angehoben werden. Durch Behinderung dieser Wirbel wird weniger schnelles Fluid zur Wand transportiert, was zu einer geringeren Wandreibung führt. Mit Hilfe von Untersuchungen in einem Ölkanal wurden der Zusammenhang zwischen den Rillenweiten und -höhen und dem Strömungszustand ermittelt und verschiedene Rillengeometrien auf ihre Wirksamkeit untersucht. Versuche mit einem Modell eines Airbus A320 in einem Windkanal ergaben eine Reduzierung des Strömungswiderstandes um bis zu drei Prozent je nach Anteil der mit Riblets versehenen Oberfläche. Nunmehr stehen die Entwicklung einer geeigneten Lackapplikationstechnik und die Ermittlung des Verschleißverhaltens, also der aerodynamischen Restwirksamkeit von belasteten Oberflächen, im Vordergrund. Die Herausforderung bei diesem Entwicklungsprojekt besteht in der exakten Reproduktion einer Mikrostruktur (Rillenweiten von 50 µm, Kantenschärfe etwa 1 µm) in einem Lacksystem auf einer großen, gekrümmten Struktur. Da eine Stempelmethode für große, gekrümmte Bauteile nicht zweckmäßig ist, wurde ein Applikator entwickelt, der mit einem Roboter über die zu beschichtende Oberfläche geführt wird und in einem Rollenverfahren kontinuierlich einen mikrostrukturierten Lackfilm hinterlässt. Bei dem letztendlich entwickeltem Beschichtungsverfahren handelt es sich im Kern um eine sehr kostengünstige Methode, mit der Mikro- und Nanostrukturen auf große Bauteile übertragen werden können. Um weitere Anwendungsmöglichkeiten zu finden, wurde versucht, weitere technisch relevante Oberflächentopographien mit dem oben beschriebenen Verfahren in einem Dual-Cure-Lack zu reproduzieren. Bei diesen Untersuchungen stellte sich heraus, dass selbst Strukturen im Nanometerbereich mit großer Qualität reproduziert werden können.