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Was ist Riblet-Folie?

Was ist Riblet-Folie?

 

Die kleinen, dicht nebeneinander liegenden Schuppen von Haien sind mit feinen, scharfkantigen und parallel zur Strömung ausgerichteten Rillen ausgestattet.

Diese Rillen, die auf Englisch riblets heißen, verringern den Strömungswiderstand und machen Haie so zu schnellen Schwimmern. Riblet-Folien machen sich genau diesen Effekt zunutze.

Sie ahmen die Struktur der Haifischhaut nach und können, aufgebracht auf Flugzeugen und Schiffen, die aerodynamischen Eigenschaften verbessern und den Kraftstoffverbrauch senken. 

 

Was bedeutet Bionik?

Die Forschung und die Technik versuchen schon seit jeher, Prinzipien aus der Natur zu entschlüsseln, zu kopieren und auf technische Anwendungen zu übertragen. Diese Disziplin nennt sich Bionik, wobei sich das Wort aus Biologie und Technik zusammensetzt. Als Begründer der Bionik gilt Leonardo da Vinci, der unter anderem den Vogelflug analysierte und versuchte, seine Erkenntnisse in den Bau von Fluggeräten einfließen zu lassen.

Erst in den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Bionik jedoch infolge von verbesserten Produktionsprozessen, dem vermehrten Einsatz von Computern und anderen modernen Entwicklungen als eigenständige wissenschaftliche Disziplin etabliert. Ein Beispiel für eine Errungenschaft der Bionik ist der Klettverschluss. Vorbild hierfür war die Klette, deren Früchte mit Widerhaken ausgestattet sind.

Ganz so einfach wie bei der Klette macht es die Natur den Forschern jedoch nur selten. So gibt es beispielsweise die Spinnenseide. Die Fäden der Spinne sind federleicht, aber trotzdem deutlich belastbarer und reißfester als Stahl und jede andere bekannte Synthetikfaser. Die Forschung weiß, wie die Spinnseidenfäden aufgebaut sind und kann ihre Rohproteine nachahmen. Den eigentlichen Spinnvorgang kann sie technisch jedoch nicht produzieren. Ein anderes Beispiel ist Haifischhaut. Schon seit gut 50 Jahren ist bekannt, dass die Schuppen von Haien eine Rippenstruktur aufweisen, die den Strömungswiderstand beim Schwimmen deutlich verringert und so die Geschwindigkeit der Tiere erhöht.

Diesen Effekt, der nach den kleinen Rippchen (im Englischen riblets) Riblet-Effekt benannt ist, kann die Technik schon länger nachahmen. Die wirtschaftliche Ausnutzung dieses Effekts erweist sich jedoch als ungleich schwieriger.    

 

Was ist Riblet-Folie?

Bei den meisten Strömungen, die im technischen Bereich eine Rolle spielen, handelt es sich um turbulente Strömungen. Wenn sich Körper schnell durch Wasser oder die Luft bewegen, entstehen auf der Außenseite Verwirbelungen. Lange Zeit wurde davon ausgegangen, dass der Widerstand umso geringer ist, je glatter eine Oberfläche ist.

Raue Oberflächen hingegen würden den Widerstand erhöhen. Delphine etwa verfügen über eine Hautstruktur, die dazu beiträgt, dass die Verwirbelungen reduziert werden. In den 1990er-Jahren orientierte sich der Ingenieur Dietrich W. Bechert von der TU Berlin jedoch an der Haut von Haien, die eben nicht glatt ist, sondern feinste Rillen aufweist. In Zusammenarbeit mit dem Tübinger Paläontologen Wolf-Ernst Reif untersuchte er die feinen, parallel zur Strömung angeordneten Rillen auf den Schuppen der Tiere. Mittels kleinster Nadeln und Mikrometerschrauben vermaßen sie die Tiefe und die Weite der Rillen und übertrugen die Ergebnisse in hundertfacher Vergrößerung auf Scheiben aus Plexiglas.

Die Scheiben testeten die Wissenschaftler dann in strömendem Synthetiköl, während Feinwagen den Widerstand der gerillten Musterplatten ermittelten. Nachdem es noch während der Laborphase gelungen war, einen Hersteller zu finden, der selbstklebende, glasklare Folien mit der besagten Rillenstruktur produzieren konnte, entstand die erste Riblet-Folie.

Sie war für Passagierflugzeuge konzipiert und durch die Beschichtung mit der Folie entstand eine Oberfläche, die die Reibung um bis zu acht Prozent reduzierte und folglich auch den Kerosinverbrauch spürbar senkte. Bechert und sein Team wurden für ihre Forschungsarbeit 1992 mit dem 1. Bionik-Preis ausgezeichnet. Riblet-Folie ist also eine Folie, die Haifischhaut imitiert. Deshalb wird Riblet-Folie auch künstliche Haifischhaut genannt.

 

In welchen Bereichen kommt Riblet-Folie zur Anwendung?

Die feinen Rillen auf den Haifischschuppen, die auch auf der Riblet-Folie vorhanden sind, minimieren die Wirbel bei der Strömung. Unter Laborbedingungen kann die Reibung durch die Riblet-Folie um maximal 10 Prozent reduziert werden, bei technischen Anwendungen sind bis zu acht Prozent möglich.

Die Rillen, die auf der Oberfläche vorhanden sind, sind so winzig, dass die Strömung die Oberfläche nicht als rau und strukturiert, sondern praktisch als glatt wahrnimmt. Die Eigenschaft, den Widerstand verringern zu können, setzt allerdings eine gewisse Geschwindigkeit voraus. Deshalb ist es nicht möglich, eine Riblet-Folie für jede beliebige Anwendung zu nutzen. Stattdessen muss für jede Anwendung eine eigens dafür konzipierte Rillenoberfläche entwickelt werden. Hinzu kommt, dass der Anteil der Reibung durch die äußeren Flächen oder Wände am Gesamtwiderstand groß genug sein muss, damit sich der gewünschte Effekt einstellt.

Bei Flugzeugen, Schiffen und auch Rohrleitungen ist diese Voraussetzung erfüllt. Riblet-Folien und auch Riblet-Lacke werden deshalb vorrangig für die Beschichtung von Flug- und Wasserfahrzeugen verwendet. Bei Booten und Schiffen kommt übrigens noch ein zweiter, positiver Nebeneffekt dazu. Die feinen Rillen wirken nämlich auch dem Bewuchs durch Pflanzen und Muscheln entgegen. Der Bewuchs ist ein großes Problem in der Schifffahrt, denn die Wasserfahrzeuge werden dadurch langsamer und der Energiebedarf, um Vorwärtszukommen, steigt.

Muscheln können zudem Schäden an der Außenhaut verursachen. Die künstliche Haifischhaut in Form von Folie kann somit eine umweltfreundliche Alternative zu Chemiefarbe sein. Der Riblet-Lack wurde übrigens deshalb erforderlich, weil die Folie nur auf geraden oder gewölbten Flächen angebracht werden kann. Weisen die Oberflächen komplexere Formen auf, ist eine Beschichtung mit Riblet-Lack erforderlich. Die Struktur der Haifischhaut wird außerdem bei Schwimmanzügen im Profibereich genutzt.

Bei Kraftfahrzeugen hingegen bringt eine Beschichtung mit einer Riblet-Folie oder einem Riblet-Lack letztlich nichts. Dies liegt daran, dass der aerodynamische Gesamtwiderstand hier in erster Linie von Turbulenzen beeinflusst wird.

 

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