Besser beschleunigen mit Hai-Schuppen

Zwei steirische Jungunternehmer haben berechnet, dass sich mit speziellen Folien und Lacken der Reibungswiderstand von Flugzeugen verringern lässt - Das Vorbild dafür fanden sie im Meer

In der Technik wird seit langem versucht, die Strategien der Natur für diverse Anwendungen zu kopieren. Man nennt dies Bionik (siehe Wissen auf der nächsten Seite). Beim Klettverschluss zum Beispiel ist das gelungen. Den Mechanismus dafür hat man sich von einer Pflanze, der Klette, deren Samen mit Widerhaken versehen sind, abgeschaut.

Bei anderen Dingen wiederum stellte sich heraus, dass die natürlichen Vorbilder nicht so einfach zu kopieren und in Anwendungen umsetzbar sind. Der "Riblet-Effekt" zum Beispiel: "Die Schuppen eines Hais haben eine spezielle Feinstruktur, durch die er einen erheblich geringeren Strömungswiderstand im Wasser hat", erklärt Maschinenbauer Andreas Flanschger. Anders als Fische mit glatter Schuppenoberfläche kann sich der Hai so schneller im Wasser vorwärts bewegen.

Tunen mit Hightech

"Der Riblet-Effekt ist seit langem bekannt. Es handelt sich um kleine Rippen, im Mikrometerbereich, die auf den Schuppen von schnell schwimmenden Haien zu finden sind", erläutert Flanschger weiter. Bis jetzt sei es aber nicht gelungen, diesen Effekt wirtschaftlich zu nutzen. Zu dieser Erkenntnis sind Flanschger und sein Kollege Peter Leitl während ihres Studiums an der TU Graz gekommen. "Wir wollten damals den Rennwagen des TU-Graz-Racing-Teams schneller machen und haben Berechnungen angestellt, wie man den Riblet-Effekt dafür einsetzen könnte", erzählt Flanschger. Ziel war es, eine Folie zu entwickeln, mit der der Bolide hätte beklebt werden sollen. "Wir haben festgestellt, dass es so eine Folie gar nicht gibt." Damit war die Geschäftsidee geboren.

2009 machten sich die beiden Diplomingenieure mit dem Unternehmen "Bionic Surface Technologies" mit Sitz im Science Park Graz selbstständig. Unterstützt wurden sie dabei unter anderem von FFG und der Förderbank AWS. "Wir berechnen sozusagen die Wirkung des Effekts - das ist unsere eigentliche Kernkompetenz", schildert Flanschger.

Er bringt ein Beispiel: Je nach Flugzeugtyp sind bis zu 50 Prozent des Gesamtwiderstands des Fliegers auf Reibungswiderstand zurückzuführen. Mit dem Riblet-Effekt kann dieser Widerstand um bis zu acht Prozent gesenkt werden, was wiederum eine Treibstoffersparnis von bis zu vier Prozent bringt. Getestet wurde dies in Aigen im Ennstal und bei einem Flugrennen in Reno (USA). Die kleinen einmotorigen Maschinen waren mit einer Riblet-Folie beklebt, die laut Flanschger relativ einfach aufzubringen sei. "Man kann diesen Effekt mittlerweile aber auch mit einem bestimmten Lack erzielen", sagt der junge Managing Director.

Strömungsmechanik

Wie Lack oder Folie auszusehen haben, berechnen die beiden mit einem bestimmten Algorithmus in einer sogenannten CFD-Simulation, der Computational Fluid Dynamics, auch numerische Strömungsmechanik genannt. "Nach dieser Berechnung können wir sagen, welches Einsparungspotenzial es gibt, welchen Nutzen der Kunde davon hat", sagt Flanschger. Danach folgt die Herstellung von Lack bzw. Folie, dann die Anbringung. Dieser Schritt erfordert wieder eine eigene Berechnung.

Das heißt, das Ding einfach zu Hause auf die Familienkarosse zu kleben würde nichts bringen. "Das haben wir schon alles durchgerechnet", sagt Flanschger. Sinn würde es bei Hochgeschwindigkeitszügen oder bei den Flügeln eines Windrades machen: "Die Riblets müssten je nachdem, wo sie am Flügel angebracht sind, unterschiedlich beschaffen sein", sagt er. "An der Spitze herrschen andere Strömungsgeschwindigkeiten als in der Mitte des Flügels." Theoretisch funktioniere das einwandfrei, nur versucht habe es noch niemand. Außerdem: "Kaum jemand versteht, worum es geht."

Neues Produkt, neuer Markt

Anfangs hatten die beiden Jungunternehmer Schwierigkeiten. Potenzielle Kunden verstanden weder die Idee noch das Produkt: "Unsere Firma ist mit einem neuen Produkt auf einem neuen Markt", sagt Flanschger, "das macht es schwierig, Kunden davon zu überzeugen, dass Riblets auch garantiert halten, was sie versprechen. Wenn wir von der Riblet-Folie oder dem Lack sprechen, glauben viele, es handelt sich um eine Art Zaubertrick." Zudem sei beispielsweise die Luftfahrtindustrie sehr konservativ. Schon seit den 1950er-Jahren habe man erkannt, dass aufgebogene Flügel, sogenannte Winglets, für besseren Auftrieb und weniger Treibstoffverbrauch sorgen, erzählt Flanschger. Eingesetzt werden sie erst seit rund 15 Jahren.

Tests und ein Forschungsprojekt am NIL (Nanoimprint Lithography) Austria Project Cluster laufen derzeit parallel. Letzteres soll in rund drei Jahren einen fertigen Massenproduktionsprozess bringen. "Derzeit leben wir von unserer Expertise der numerischen Strömungsmechanik", sagt Flanschger, "Kunden kommen zu uns, wenn sie realitätsnahe Berechnungen beispielsweise von komplexen Strömungssystemen benötigen." (Markus Böhm /DER STANDARD, Printausgabe, 20.07.2011)

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