Energiesparende Motorenbauteile: Forschungsprojekt lernt von Haifischhaut

Haifische verfügen über eine spezielle Hautstruktur, welche die Reibung im Wasser reduziert und sie so sehr energiesparend jagen lässt. Wissenschaftler der Jade Hochschule erforschen, wie sich das Prinzip auf Maschienenbauteile anwenden lässt, damit diese mehr Leistung erbringen können.

Der schnellschwimmende Haifisch hat nicht nur scharfe Zähne, sondern auch eine reibungsreduzierende Hautoberfläche, deren Struktur für effizientere Bauteile adaptiert werden soll. | Symbolbild: Pixelio
Der schnellschwimmende Haifisch hat nicht nur scharfe Zähne, sondern auch eine reibungsreduzierende Hautoberfläche, deren Struktur für effizientere Bauteile adaptiert werden soll. | Symbolbild: Pixelio
Julian Kral
(erschienen bei PROFI-Werkstatt von Anna Barbara Brüggmann)

Der Hai ist als Räuber der Meere ein sehr effizientes Tier: Die Haut von schnellschwimmenden Haien ist mit einer sogenannten Riblet-Struktur versehen, welche die oberflächennahe Reibung im Wasser reduziert - der Hai spart so bei der Jagd Energie. Die Struktur der Hai-Haut wollen Wissenschaftler der Jade Hochschule auf Windkraftanlagen, Gasturbinen oder auf strömungsausgesetzte Bauteile, zum Beispiel Bahn-, Flugzeug- oder Schiffsrümpfe übertragen. Herausgefunden werden soll, wie die Oberfläche so optimiert werden kann, dass die Reibung reduziert wird, um die Effizienz zu steigern.

Das Forschungsvorhaben mit dem Namen „Optimierung der strömungsmechanischen Auslegung von Energiemaschinen durch Einsatz von Hochrate-Laserstrukturierungstechnologien“ wurde mit insgesamt zwei Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Das dreijährige Projekt wird in Kooperation mit der Hochschule Mittweida in Sachsen durchgeführt.

„Die Oberflächenstrukturen, die wir nachgebildet haben, sind eigentlich eine Errungenschaft der Natur – genauer der Evolution von schnellschwimmenden Haien“, erklärt Prof. Dr. Karsten Oehlert, Projektleiter vom Fachbereich Ingenieurwissenschaften der Jade Hochschule.

Anwendung im Turbolader

Ein Projekt-Schritt sieht vor, die Ribletstrukturen auf Turbolader, die unter anderem in Automobil-Motoren eingebaut sind, aufzubringen. Dies soll den optimalen Bereich, in dem der Turbolader arbeitet, erweitern und so die Leistung des Motors steigern.

Die Hochschule Mittweida untersuchte die Übertragbarkeit der Ribletstrukturen auf Materialien und Oberflächen mittels Hochrate-Laserstrukturierungstechnologien. Diese Ergebnisse wurden wiederum von der Jade Hochschule experimentell überprüft. Dort steht ein Windkanal zur Verfügung, in dem die strömungstechnischen Fragestellungen experimentell untersucht werden konnten.

Neben der Untersuchung der Materialien ging es ebenfalls um die Entwicklung eines Prognosetools. Dieses Programm soll berechnen können, inwiefern die Riblet-Struktur die Effizienz eines real gefertigten Bauteils erhöhen könnte. Zur Umsetzung der Forschungs- und Entwicklungsergebnisse in die industrielle Wirklichkeit am Studienort Wilhelmshaven der Jade Hochschule ein Konsortium mit Unternehmen der Region gegründet.

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