Im Laufe von Millionen von Jahren hat die Natur nahezu perfekte Lösungen für diverse Probleme entwickelt, weshalb die Bionik derzeit im Trend liegt: Im Rahmen dieser Wissenschaft wird versucht, die besten “Erfindungen” der Natur auf innovative Weise in die moderne Technik zu übertragen. So könnten laut Yvonne Wilke, Dr. Volkmar Stenzel und Manfred Peschka vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM auch in Zukunft die Schuppen von Haien als Vorbild für die Struktur von Lack für Windenergieanlagen, Schiffe oder eben Flugzeuge dienen. Denn die Schuppen schnell schwimmender Haie sind so aufgebaut, dass sie den Strömungswiderstand deutlich verringern und die Haie so mit relativ wenig Kraftaufwand hohe Geschwindigkeiten erreichen. Würde ein entsprechender Lack auf jedes Flugzeug angewandt, könnten pro Jahr weltweit rund 4,48 Mio Tonnen Treibstoff eingespart werden.
Foto: BriYYZ (flickr.com)
An einem solchen Lack, der den Strömungswiderstand reduziert, arbeitet das Team vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. Gleichzeitig entwickeln sie auch die dazugehörige Fertigungstechnik. Als größte Herausforderung beschreiben sie die Übertragung des theoretischen Wissens in einen Lack, der zudem den extremen Anforderungen in der Luftfahrt Stand halten kann. Darunter fallen unter anderem Temperaturschwankungen von -55 bis +70 Grad Celsius, intensive UV-Bestrahlung sowie natürlich die hohen Fluggeschwindigkeiten.
Nanopartikel im Lack sorgen dafür, dass der Lack UV-Strahlung, Temperaturwechsel und mechanische Belastungen wirklich dauerhaft aushält und die Entscheidung für Lack als Beschichtungsstoff bietet mehrere Vorteile erklärt Dr. Volkmar Stenzel. “Er kommt ohnehin als äußerste Schicht auf ein Flugzeug, so dass kein weiterer Materialauftrag erforderlich ist. Er verursacht kein Zusatzgewicht und auch beim Strippen eines Flugzeugs – etwa alle fünf Jahre muss der Lack komplett entfernt und erneuert werden – fällt kein zusätzlicher Aufwand an. Zudem lässt er sich problemlos auf dreidimensional gekrümmten Flächen aufbringen”. Damit der Lack seine Haifischhaut-Struktur erhält, wird er nicht direkt, sondern über eine Matrize auftragen. Hier lag die besondere Herausforderung darin, dass der flüssige Lack gleichmäßig in einer dünnen Schicht auf die Matrize aufgetragen werden muss und gleichzeitig dafür zu sorgen, dass er sich auch nach der UV-Bestrahlung, die für das Härten erforderlich ist, wieder gleichmäßig von der Unterlage ablöst.
Weniger Strömungswiderstand würde auch Schiffe effizienter machen: Das Team konnte die Wandreibung in einem Test mit einer Schiffbau-Versuchsanstalt um mehr als fünf Prozent reduzieren. Würden bei einem großen Containerschiff diese fünf Prozent im Jahr weniger verbraucht, ließen sich damit bis zu 2.000 Tonnen Treibstoff einsparen. Hochgerechnet auf alle Containerschiffe wäre das Einsparpotential auch hier gewaltig. Weitere Einsatzmöglichkeiten für ähnliche Lacke wären Windenergieanlagen, bei denen durch einen verringerten Luftwiderstand der Rotorblätter der Wirkungsgrad der Anlagen – und damit den Energiegewinn – verbessert werden könnte.
Für ihre Leistungen wird das Team mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2010 ausgezeichnet.
Das Foto des Emirates A380 stammt von BriYYZ und wurde auf flickr unter der Creative Commons LizenzNamensnennung-Keine Bearbeitung 2.0 US-amerikanisch (nicht portiert) veröffentlicht.
