Tribologie Haifischhaut-Lack macht Windkraftanlagen aerodynamischer

Autor / Redakteur: Stéphane Itasse / Stéphane Itasse

Der Haihaut-Effekt gehört zu den bekanntesten Ergebnissen der Bionik: Die einzelnen Schuppen haben eine Rillenstruktur (Riblets), die sich über den ganzen Haikörper erstreckt. Diese Rillen erzeugen kleine Wasserwirbel, die die seitlich gerichteten Kräfte und die Reibung verringern. Forscher nutzen das jetzt für Windkraftanlagen.

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Diese Rillenstruktur haben Forscher des Fraunhofer IFAM vom Haifisch auf Windkraftanlagen übertragen.
Diese Rillenstruktur haben Forscher des Fraunhofer IFAM vom Haifisch auf Windkraftanlagen übertragen.
(Bild: Fraunhofer IFAM)

Untersuchungen des Einflusses des im Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen, haben zur Entwicklung eines Riblet-Lacksystems geführt. Der neuartige Lack verbessert auf Erfolg versprechende Weise die aerodynamischen Eigenschaften eines Modells eines Windenergieanlagen-Rotorblatts hinsichtlich Leistungssteigerung und reduzierten Lärmemissionen bei Windenergieanlagen, wie das Forschungsinstitut berichtet. Im Versuch konnte die Gleitzahl – das heißt das Verhältnis zwischen Auftrieb und Reibung – durch die funktionelle Riblet-Beschichtung um mehr als 30 % gesteigert werden, wie es in der Mitteilung heißt.

Haifischhaut-Lack kann Ertrag um 5 bis 6 % pro Jahr steigern

Daraus resultiere die Prognose, dass sich durch das Riblet-Lacksystem aus dem Fraunhofer IFAM die aerodynamische Qualität der Rotorblätter signifikant steigern lässt – und zwar ohne zusätzliche Lasten für die Konstruktion der Windenergieanlage, da die leistungssteigernde Funktion in das Lacksystem integriert sei.

„Diese Ergebnisse führen uns zu der Annahme, dass die Leistungssteigerung durch unser Riblet-Lacksystem eine Erhöhung der jährlichen Stromausbeute zwischen 5 und 6 % ermöglicht“, erläutert Dr. Volkmar Stenzel, Leiter des Bereichs Lacktechnik am Fraunhofer IFAM. „Darüber hinaus erwarten wir einen zusätzlichen Nutzen durch unseren Haifischhautlack für die unmittelbare Umgebung: Die Beschichtung kann gleichzeitig in der Lage sein, die Lärmemission der Anlage zu reduzieren“, ergänzt Stenzel.

Die Ergebnisse wurden in praktischen Versuchen im Rahmen eines Kooperationsprojekts des Fraunhofer IFAM mit der Muehlhan AG in einem Windkanalversuch bei der Windguard GmbH in Bremerhaven durchgeführt. Die Begleitung hinsichtlich der aerodynamischen Grundlagen erfolgten durch Prof. Dr. Alois Schaffarczyk von der Fachhochschule Kiel.

Kooperationspartner für Umsetzung der Forschungsergebnisse gesucht

Für die Versuche wurde ein Modell mit dem Profil DU-W-300 gebaut, das zunächst mit einer konventionellen glatten Beschichtung gemessen wurde. Im Anschluss erfolgte die Messung mit demselben Modell, nun aber mit der funktionellen Riblet-Beschichtung versehen. Die Messungen wurden bei zwei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten (50 m/s sowie 75 m/s) und verschiedenen Anstellwinkeln durchgeführt.

„Vor dem Hintergrund dieser positiven Ergebnisse und Prognosen suchen wir aktuell Kooperationspartner, mit denen wir gemeinsam das Potenzial unserer Riblet-Beschichtung für die kommerzielle Nutzung praktisch nachweisen werden“, blickt Stenzel in die Zukunft.

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