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Forschung: Lässt sich Struktur der Haifischhaut auf Motoren übertragen?

Wie sich Energiemaschinen, wie Motorenbauteile so optimieren lassen, dass sie - nachempfunden der reibungsreduzierenden Struktur der Haifischhaut – mehr Leistung erbringen, ist Teil eines Forschungsprojekts der Jade Hochschule - Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth.

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

Die Haut von schnellschwimmenden Haien ist mit einer sogenannten Riblet-Struktur versehen, welche die oberflächennahe Reibung reduzieren, sodass der Hai bei der Jagd Energie sparen kann. Doch lässt sich diese Struktur auf Energiemaschinen, beispielsweise Bauteile von Motoren übertragen, sodass eine Effizienzsteigerung möglich wird?

Ein Forschungsvorhaben der Jade Hochschule 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. Herausgefunden werden soll, 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.

„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.

Die Struktur der Hai-Haut, welche die oberflächennahe Reibung reduziere, solle nun Oehlert zufolge auf Energiemaschinen, wie Windkraftanlagen oder Gasturbinen oder auf strömungsausgesetzte Bauteile, zum Beispiel Bahn-, Flugzeug- oder Schiffsrümpfe übertragen werden.

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 Verfügungt, 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.

Ein nächster 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.

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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