Struktur der Haifischhaut macht Turbomaschinen effizienter

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 mit insgesamt zwei Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Die Jade Hochschule führte das dreijährige Projekt in Kooperation mit der Hochschule Mittweida in Sachsen durch.

„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 Haut der Haie ist mit sogenannten Riblets ausgestattet, die die oberflächennahe Reibung reduzieren, so dass 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.

Die Hochschule Mittweida untersuchte die Übertragbarkeit der Ribletstrukturen auf Materialien und Oberflächen mittels Hochrate-Laserstrukturierungstechnologien. Die Ergebnisse wurden von der Jade Hochschule experimentell überprüft: Als eine der wenigen Hochschulen Deutschlands ist diese mit einem Windkanal ausgestattet, 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.

In einem nächsten Schritt sollen die Ribletstrukturen 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, 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.

Prof. Dr. Karsten Oehlert, 04421 985 – 2156, karsten.oehlert@jade-hs.de