Schutz vor vereisten Tragflächen

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Systemlösungen zur Enteisung

Einen weiteren Ansatz verfolgen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. In einem EUProjekt, das im Herbst 2012 starten soll, entwickeln sie – neben der Enteisung durch Heizen – auch neue technische Lösungen, um das Eis mechanisch von den Flügeln zu entfernen.

"Hierfür werden wir innovative Materialien einsetzen, etwa die ’Shape-Memory-Materialien’", erläutert Dr. Stephan Sell, Wissenschaftler im Bereich Lacktechnik des Fraunhofer IFAM.

Das Besondere dieser Lösung: Ändert sich die Temperatur oder legt man eine elektrische Spannung an, ändert das Material sein Volumen. So können die Wissenschaflter das Eis von der Oberfläche absprengen. "Wir erwarten in dem Zusammenhang Energieeinsparungen bis 80 Prozent gegenüber herkömmlichen Beheizungsmethoden", sagt Sell.

Gleichzeitig wollen die Wissenschaftler diese aktive Enteisung der Flügel an neuartige Sensoren koppeln. Vereisen die Flügel, erkennen die Sensoren dies über ein optisches System und alarmieren die Crew. Bisherige Techniken basierten lediglich auf indirekten Messungen. Das integrierte Sensorsystem ermöglicht es, sowohl die Vereisung in Echtzeit zu erkennen als auch den Erfolg der Enteisung in Echtzeit zu überwachen. Dies erhöht die Energieeffizienz des Gesamtsystems und steigert die Sicherheit im Flugverkehr um ein Vielfaches.

Schutz durch Anti-Eis-Beschichtungen

Wo kein Wasser ist, kann auch kein Eis entstehen. Daher entwickeln Forscher des IFAM im CleanSky-Programm Beschichtungen mit Anti-Eis-Funktionen. Die hydrophobe, wasserabweisende Beschichtung soll unter anderem vor dem "Runback-Eis" schützen, also dem Eis, das sich aus dem von den Flügelvorderkanten abgeschmolzenen Eis bildet. Denn das Eis, das an den Flügelvorderkanten über Heizungen abgetaut wird, fließt als Schmelzwasser zum hinteren Teil der Tragfläche und friert dort wieder fest.

"Unsere hydrophoben Beschichtungen sollen dafür sorgen, dass das Wasser am hinteren Teil der Tragfläche erst gar nicht haften kann, sondern sofort abfließt. Das erreichen wir, indem wir dem Lack bestimmte Additive beimischen, beispielsweise fluorierte Verbindungen", erklärt Stephan Sell. "Die Herausforderung besteht vor allem darin, die wasserabweisenden Schichten so herzustellen, dass sie über Jahre hinweg stabil bleiben – trotz UV-Strahlung und hohen Erosionsbelastungen."

Die Anwendungsbereiche dieser neuen Technologien beschränken sich nicht nur auf die Luftfahrt: Auch bei Schiffen, Schienenfahrzeugen, Autos, Rollläden, Kühlaggregaten und Windenergieanlagen ist die Vereisung ein Problem. Beispielsweise führen vereiste Rotorblätter bei Windanlagen dazu, dass die Anlage deutlich weniger Strom produziert – im schlimmsten Fall führt die Vereisung zu irreparablen Schäden. Fallen Teile des Eises herunter, können Menschen verletzt werden.

Um die Anti-Eis-Technologien zu überprüfen, steht den Forschern am IFAM eine eigens entwickelte Eiskammer zur Verfügung. Hier können verschiedene Vereisungsszenarien realistisch nachgestellt werden: Beispielsweise können sie die Lufttemperatur auf bis zu -20 °C absenken, den Wind mit Geschwindigkeiten bis zu 70 m/s durch die Testkammer pfeifen lassen und über eine Düse Regen simulieren. So lassen sich die Eisbildung auf Oberflächen, die Effektivität der Enteisungsprozesse und die Haftkraft des Eises ermitteln. Für die Tests verwenden die Forscher beispielsweise individuell gefertigte Modelle von Flügelprofilen mit neuen Anti-Eis-Beschichtungen. (jv)

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