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Bionik

Haihaut-Struktur soll Maschinen effizienter machen

| Redakteur: Lilli Bähr

Die Haut von Haien ist mit „Riblets“ ausgestattet, die die oberflächennahe Reibung reduzieren. Diese Struktur haben Forscher der Jade-Hochschule mittels Lasertechnologien auf Bauteile von Motoren übertragen, sodass sie mehr Leistung erbringen.

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Die Haut von schnellschwimmenden Haien ist mit Riblets versehen, die die oberflächennahe Reibung so reduzieren, dass der Hai bei der Jagd Energie spart.
Die Haut von schnellschwimmenden Haien ist mit Riblets versehen, die die oberflächennahe Reibung so reduzieren, dass der Hai bei der Jagd Energie spart.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Wie die Oberfläche von Bauteilen, zum Beispiel von Windkraftanlagen oder von Motoren, so optimiert werden kann, dass die Reibung reduziert und die Maschinen effizienter werden, war Thema eines Forschungsprojektes der Jade-Hochschule. Das Forschungsvorhaben „Optimierung der strömungsmechanischen Auslegung von Energiemaschinen durch Einsatz von Hochrate-Laserstrukturierungstechnologien“ wurde in Kooperation mit der Hochschule Mittweida in Sachsen durchgeführt.

Die wissenschaftlichen Mitarbeiter Christoph Million (li.) und Konrad Hartung untersuchten im Windkanal die Profilausschnitte von Turbomaschinen.
Die wissenschaftlichen Mitarbeiter Christoph Million (li.) und Konrad Hartung untersuchten im Windkanal die Profilausschnitte von Turbomaschinen.
(Bild: Piet Meyer/Jade HS)

Riblet-Struktur übertragen

„Die Oberflächenstrukturen, die wir nachgebildet haben, sind eigentlich eine Errungenschaft der Natur – genauer der Evolution von schnellschwimmenden Haien“, erklärt Prof. Karsten Oehlert, Projektleiter vom Fachbereich Ingenieurwissenschaften der Jade-Hochschule. „Die Haut der Haie ist mit sogenannten Riblets ausgestattet, die die oberflächennahe Reibung reduzieren, sodass der Hai bei der Jagd Energie spart.“ Diese Struktur kann nun auf Energiemaschinen, wie Windkraftanlagen oder Gasturbinen oder auf strömungsausgesetzte Bauteile, zum Beispiel Bahn-, Flugzeug- oder Schiffsrümpfe, übertragen werden.

Programm berechnet Effizienz

Die Hochschule Mittweida untersuchte die Übertragbarkeit der Ribletstrukturen auf Materialien und Oberflächen mittels Hochrate-Laserstrukturierungstechnologien. Die Ergebnisse wurden von der Jade-Hochschule mit einem Windkanal überprüft, in dem die strömungstechnischen Fragestellungen experimentell untersucht werden konnten. Neben der Untersuchung der Materialien wurde ein Prognosetool entwickelt. Dieses Programm kann berechnen, inwieweit die Riblet-Struktur die Effizienz eines real gefertigten Bauteils erhöhen könnte.

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Mit bionischen Verfahren lassen sich Bauteile so gestalten, dass sie mit minimalem Aufwand ihre strukturmechanischen Funktionen erfüllen. Das Praxishandbuch Bionik in der Strukturoptimierung st ein Nachschlagewerk für ressourceneffizienten Leichtbau für Konstrukteure, Entwickler und Studierende.

Motorleistung steigern

In einem nächsten Schritt sollen die Riblet-Strukturen auf Turbolader, die unter anderem in Automobil-Motoren eingebaut sind, aufgebracht werden. Versehen mit der neuen Struktur kann der optimale Bereich, in dem der Turbolader arbeitet, laut Forscher erweitert und damit die Leistung des Motors gesteigert werden.

Zur Umsetzung der Forschungs- und Entwicklungsergebnisse in die industrielle Wirklichkeit wurde im Rahmen des Wissens- und Technologietransfers am Studienort Wilhelmshaven der Jade Hochschule ein Konsortium mit Unternehmen der Region gegründet.

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