DE102017218543A1 - Flow-optimized surface and vehicle with such a flow-optimized surface - Google Patents

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Abstract

Eine strömungsoptimierte Oberfläche (2), insbesondere Flugzeugoberfläche mit einer durch eine Beschichtung (5) gebildeten reibungsreduzierenden Oberflächenstruktur, ist dadurch ausgezeichnet, dass die Beschichtung (5) ein Elastizitätsmodul (E) von 1,0 bis 500,0 MPa und/oder eine elastische Verformbarkeit von mehr als 10 % aufweist.A flow-optimized surface (2), in particular aircraft surface with a friction-reducing surface structure formed by a coating (5), is characterized in that the coating (5) has a modulus of elasticity (E) of 1.0 to 500.0 MPa and / or elastic Has deformability of more than 10%.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine strömungsoptimierte Oberfläche mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Fahrzeug mit einer derartigen strömungsoptimierten Oberfläche mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 12.The present invention relates to a flow-optimized surface having the features of the preamble of claim 1 and a vehicle having such a flow-optimized surface having the features of the preamble of claim 12.

Fahrzeuge und Teile im Allgemeinen, welche bewusst einer Strömung ausgesetzt sind, wie z.B. Rotorblätter von Windkraftanlagen oder Schiffspropeller, werden in ihrer Außenform und ihrer Oberfläche gezielt so ausgelegt, dass die Reibungsverluste der Strömung an der Außenhaut der Fahrzeuge bzw. der Teile möglichst niedrig sind, wodurch neben einem gewünschten Bewegungsverhalten bzw. gewünschten Kräfteverhältnissen auch niedrigere Verbrauchswerte einer zugehörigen Antriebseinrichtung und Wirkungsgrade im Allgemeinen realisiert werden können.Vehicles and parts in general which are consciously exposed to a flow, such as e.g. Rotor blades of wind turbines or ship propellers are deliberately designed in their outer shape and their surface so that the friction losses of the flow on the outer skin of the vehicles or parts are as low as possible, which in addition to a desired movement behavior or desired balance of power and lower fuel consumption of an associated drive device and efficiencies in general can be realized.

Als Fahrzeuge im Sinne der Erfindung werden insbesondere Flugzeuge, Schiffe, Automobile, Motorräder und dergleichen angesehen, deren Außenhaut einer Relativströmung zu einem Fluid der Umgebung ausgesetzt sind, welche z.B. durch die Bewegung der Fahrzeuge selbst oder auch durch den Wind oder die Wasserströmung verursacht werden.In particular, aircraft, ships, automobiles, motorcycles and the like whose outer skin is exposed to a relative flow to a fluid of the environment, which e.g. caused by the movement of the vehicles themselves or by the wind or the water flow.

So wird die Oberfläche von Flugzeugen gezielt mit Mikrostrukturen in Form von Rippen zu einer strömungsoptimierten Oberfläche ausgebildet, durch welche die Reibungsverluste reduziert werden können. Die Geometrien solcher strömungsoptimierte Oberflächen sind z.B. aus den Druckschriften AT 508274 B1 , EP 2 982 599 A1 und WO 2017/063040 A1 bekannt. Die Rippen der strömungsoptimierten Oberfläche werden in der Fachsprache auch als Riblets - oder in Anlehnung an die Tierwelt auch als Haifischhaut - bezeichnet und dienen der Verringerung der Reibungsverluste, indem die Strömung in der Grenzschicht an der Oberfläche gezielt beeinflusst wird. In Versuchen konnte im Strömungskanal festgestellt werden, dass durch die Rippen eine Reibungsreduzierung von bis zu 10 % erzielt werden kann.Thus, the surface of aircraft is selectively formed with microstructures in the form of ribs to a flow-optimized surface, through which the friction losses can be reduced. The geometries of such flow-optimized surfaces are for example from the publications AT 508274 B1 . EP 2 982 599 A1 and WO 2017/063040 A1 known. The ribs of the flow-optimized surface are also referred to in the jargon as riblets - or, in the style of the animal world, as sharkskins - and serve to reduce friction losses by selectively influencing the flow in the boundary layer at the surface. In tests it could be determined in the flow channel that the ribs can achieve a friction reduction of up to 10%.

Riblets können durch unterschiedliche Verfahren auf eine Oberfläche aufgebracht werden, dazu zählen beispielsweise das Lithographie, Laserablation, 3D-Druck und spanende Bearbeitung, bspw. Fräsen.Riblets can be applied to a surface by a variety of techniques including lithography, laser ablation, 3D printing, and machining, such as milling.

Die strömungsoptimierten Oberflächen mit der reibungsreduzierenden Oberflächenstruktur können z.B. in Form von Folien aufgebracht oder durch Prägeverfahren eingeprägt werden.The flow optimized surfaces having the friction reducing surface structure may e.g. applied in the form of films or embossed by embossing.

Sofern die strömungsoptimierte Oberfläche mittels einer Folie aufgebracht wird, wird zur Verwirklichung der speziellen Rippenstruktur auf die Folie ein spezieller Lack aufgebracht. Bei dem Lack handelt es sich um einen UV-härtbaren Lack, welcher auf eine Matrize mit einer Negativform der Oberfläche gegeben wird. Die Matrize wird dann mit dem Lack auf die zu beschichtende Oberfläche gepresst. Die Matrize selbst ist gleichzeitig durchlässig für UV-Strahlung, so dass der Lack während des Prägeprozesses soweit gehärtet werden kann, dass er nach dem Entfernen der Matrize formstabil ist. Neben der Verwendung einer Matrize kann das Verfahren auch kontinuierlich unter Verwendung einer Rolle, eines Förderbandes, o.ä. appliziert werden.If the flow-optimized surface is applied by means of a foil, a special lacquer is applied to the foil in order to realize the special rib structure. The paint is a UV-curable paint which is applied to a die with a negative mold of the surface. The matrix is then pressed with the paint on the surface to be coated. The matrix itself is also permeable to UV radiation, so that the paint can be cured during the embossing process to the extent that it is dimensionally stable after removal of the die. In addition to the use of a die, the process can also be carried out continuously using a roller, a conveyor belt, or the like. be applied.

Ferner kann der mikrostrukturierte Lack auch mit der freien Seite ohne Trägerfolie direkt auf die Flugzeugoberfläche geklebt werden, so dass der Lack mit der Rippenstruktur die freie Oberfläche des Flugzeugteils bildet. Alternativ kann der Lack auch direkt auf die zu strukturierende Oberfläche des Flugzeuges aufgebracht werden, wobei die reibungsreduzierende Oberflächenstruktur dann z.B. in einem Rollverfahren anschließend eingeprägt oder bereits während des Auftragens geformt wird, wie dies z.B. aus der EP 2 982 599 A1 bekannt ist.Furthermore, the microstructured paint can also be glued to the free surface without carrier film directly on the aircraft surface, so that the paint with the rib structure forms the free surface of the aircraft part. Alternatively, the paint can also be applied directly to the surface of the aircraft to be structured, wherein the friction-reducing surface structure is then then embossed, for example in a rolling process or already formed during the application, as for example from EP 2 982 599 A1 is known.

Ein Nachteil solcher strömungsoptimierter Oberflächen besteht darin, dass auch sie unter den äußeren Einwirkungen einem nicht zu vermeidenden Verschleiß unterliegen. Durch den Verschleiß ändert sich dann wiederum die in Bezug zu den Reibungsverhältnissen vorteilhafte Oberflächenstruktur der strömungsoptimierten Oberfläche, wodurch die Reibungsverluste ansteigen, bzw. der vorteilhafte Effekt der reibungsreduzierenden Oberfläche zumindest teilweise verloren geht.A disadvantage of such flow-optimized surfaces is that even under the external influences they are subject to unavoidable wear. As a result of the wear, the surface structure of the flow-optimized surface that is advantageous in relation to the friction conditions then changes, as a result of which the friction losses increase, or the advantageous effect of the friction-reducing surface is at least partially lost.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine strömungsoptimierte Oberfläche und ein Fahrzeug mit einer derartigen strömungsoptimierten Oberfläche mit einem reduzierten Verschleiß bereitzustellen.Against this background, the object of the invention is to provide a flow-optimized surface and a vehicle with such a flow-optimized surface with reduced wear.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine strömungsoptimierte Oberfläche mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Fahrzeug mit einer derartigen strömungsoptimierten Oberfläche mit den Merkmalen von Anspruch 12 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.To achieve the object, a flow-optimized surface according to the invention with the features of claim 1 and a vehicle with such a flow-optimized surface with the Features of claim 12 proposed. Further preferred developments can be found in the subclaims, the figures and the associated description.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine die reibungsreduzierende Oberfläche bildende Beschichtung ein Elastizitätsmodul von 1,0 bis 500,0 MPa und/oder eine elastische Verformbarkeit von mehr als 10 % aufweist.According to the basic idea of the invention, it is proposed that a coating forming the friction-reducing surface has a modulus of elasticity of 1.0 to 500.0 MPa and / or an elastic deformability of more than 10%.

Unter einer elastischen Verformbarkeit im Sinne dieser Anmeldung ist der Grad der reversiblen elastischen Verformung zu verstehen.Under an elastic deformability in the sense of this application, the degree of reversible elastic deformation is to be understood.

Die vorgeschlagene Eigenschaft der Beschichtung ist insofern von Vorteil, da dadurch der Verschleiß der strömungsoptimierten Oberfläche entscheidend verringert werden kann. Dies liegt daran, dass die bisher durch die auftreffenden Partikel verursachte Abrasion der strömungsoptimierten Oberfläche reduziert werden kann, indem die Beschichtung der strömungsoptimierten Oberfläche zumindest geringfügig elastisch nachgeben kann. Die auftreffenden Partikel verursachen dadurch kein Herauslösen von Werkstoffpartikeln aus der strömungsoptimierten Oberfläche, sondern stattdessen beim Auftreffen kleine elastische Eindrückungen, welche sich nach dem Abprallen der Partikel wieder zurückverformen. Die Erfindung nutzt demnach die Erkenntnis, dass durch die bewusste Nachgiebigkeit der strömungsoptimierten Oberfläche, die Oberfläche selbst in ihrer ursprünglichen Form länger erhalten bleiben kann. Das niedrige Elastizitätsmodul sowie die hohe Bruchdehnung führen dabei vorzugsweise zu einer entsprechend hohen elastischen Verformbarkeit der strömungsoptimierten Oberfläche von größer als 10 %, ohne dass die durch die Oberflächenstruktur erzielten Vorteile hinsichtlich der Reibungsreduzierung nachteilig beeinflusst werden.The proposed property of the coating is advantageous in that it allows the wear of the flow-optimized surface can be significantly reduced. This is due to the fact that the abrasion of the flow-optimized surface caused hitherto by the impinging particles can be reduced by the coating of the flow-optimized surface being able to yield at least slightly elastically. The impinging particles thereby cause no dissolution of material particles from the flow-optimized surface, but instead on impact small elastic indentations, which deform after the rebound of the particles back again. The invention thus utilizes the knowledge that the surface itself can be retained in its original form for a longer time due to the deliberate compliance of the flow-optimized surface. The low modulus of elasticity and the high elongation at break preferably lead to a correspondingly high elastic deformability of the flow-optimized surface of greater than 10%, without adversely affecting the advantages in terms of friction reduction achieved by the surface structure.

Vorzugsweise wird die Beschichtung durch einen Kunststoff, weiter vorzugsweise durch einen Lack gebildet. Der Lack wird vorteilhaft über eine Negativform, bspw. durch eine Rolle oder ein Förderband, auf die Oberfläche aufgebracht. Vorzugsweise handelt es sich um UV-härtbaren Lack. Weiter vorzugsweise ist die Negativform der Matrize dann auch durchlässig für UV-Licht. Der Lack kann somit bereits während des Prägeprozesses so weit gehärtet werden, dass er nach Entfernen der Matrize formstabil ist.Preferably, the coating is formed by a plastic, more preferably by a lacquer. The paint is advantageously applied to the surface via a negative mold, for example by a roller or a conveyor belt. Preferably, it is UV-curable varnish. Further preferably, the female mold is also permeable to UV light. The paint can thus be hardened so far during the embossing process that it is dimensionally stable after removal of the die.

Vorteilhaft ist der Lack aus einem Präpolymer mit wenigstens einem Mono- oder Oligomerbaustein mit wenigstens einer polymerisierbaren C-C Doppelbindung hergestellt. Weiter vorteilhaft ist der Mono- oder Oligomerbaustein aus der Gruppe der Acrylate, Methylacrylate, Vinylether, Allylether, Propenylether, Alkene, Diene, ungesättigte Ester, Allyl-Triazene, Allyl-Isocyanate, N-Vinylamide.Advantageously, the paint is produced from a prepolymer having at least one mono- or oligomer building block with at least one polymerizable C-C double bond. Further advantageous is the mono- or oligomer building block from the group of acrylates, methyl acrylates, vinyl ethers, allyl ethers, propenyl ethers, alkenes, dienes, unsaturated esters, allyl triazenes, allyl isocyanates, N-vinyl amides.

In weiteren Ausführungsformen ist der Lack vorteilhaft aus einem Präpolymer mit wenigstens einem multifunktionalen Monomerbaustein mit wenigstens zwei Thiol-Gruppen aus der Gruppe: 3-Mercaptopropionate, 3-Mercaptoacetate, Thioglycolate, Alkylthiole hergestellt.In further embodiments, the paint is advantageously prepared from a prepolymer having at least one multifunctional monomer building block with at least two thiol groups from the group: 3-mercaptopropionates, 3-mercaptoacetates, thioglycolates, alkylthiols.

Vorteilhaft weist der Lack einen Anteil von wenigstens 60,0 Gewichtsprozent einer oder mehrerer der folgenden Oligomer- und/oder Polymerverbindungen auf: Polyurethane, Polyacrylate, Epoxidacrylate, Silikonacrylate, Polyetheracrylate. Weiter vorteilhaft weist der Lack einen Anteil von 2,0 bis 40,0 Gewichtsprozent eines oder mehrerer reaktiver Verdünnungsmittel eines UV-aushärtbaren Monomers mit einer Acrylat-, Methacrylat oder Vinylgruppe auf. Vorzugsweise umfasst der Lack einen Anteil von 0,05 bis 10,0 Gewichtsprozent eines oder mehrerer hydrophober Zusatzstoffe, welcher Silikon, Fluorchemikalien, und/oder Alkylverbindungen aufweist.Advantageously, the lacquer has a proportion of at least 60.0 percent by weight of one or more of the following oligomer and / or polymer compounds: polyurethanes, polyacrylates, epoxy acrylates, silicone acrylates, polyether acrylates. Further advantageously, the lacquer comprises a proportion of 2.0 to 40.0 percent by weight of one or more reactive diluents of a UV-curable monomer having an acrylate, methacrylate or vinyl group. Preferably, the varnish comprises a proportion of 0.05 to 10.0 percent by weight of one or more hydrophobic additives comprising silicone, fluorochemicals, and / or alkyl compounds.

Vorteilhaft weist der Lack einen Photoinitiator auf. Weiter vorteilhaft beträgt der Anteil des Photoinitiators 0,0 bis 5,0 Gewichtsprozent des Lacks.Advantageously, the paint has a photoinitiator. Further advantageously, the proportion of the photoinitiator 0.0 to 5.0 weight percent of the paint.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1 eine vergrößerte schematische Darstellung einer strömungsoptimierten Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche und einer Oberfläche nach dem Stand der Technik im Vergleich; und
  • 2 eine vergrößerte Darstellung einer strömungsoptimierten Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche und einer Oberfläche nach dem Stand der Technik im Vergleich.
The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying figure. It shows
  • 1 an enlarged schematic representation of a flow-optimized surface with a surface according to the invention and a surface according to the prior art in comparison; and
  • 2 an enlarged view of a flow-optimized surface with a surface according to the invention and a surface according to the prior art in comparison.

In der 1 sind zwei Schnitte und Draufsichten durch bzw. auf ein in diesem Fall in Form eines Flugzeugteils 1 ausgebildeten Fahrzeugteils zu erkennen, wobei die Darstellung I ein Flugzeugteil 1 mit einer strömungsoptimierten Oberfläche 2 nach dem Stand der Technik und die Darstellung II ein weiterentwickeltes Flugzeugteil 1 mit einer erfindungsgemäßen strömungsoptimierten Oberfläche zeigen. Das Flugzeugteil 1 kann dabei jedes Teil eines Flugzeugs sein, welches Teil der Außenhaut des Flugzeuges ist und damit der Luftströmung ausgesetzt ist.In the 1 are two sections and plan views through and on in this case in the form of an aircraft part 1 recognize recognized vehicle part, the representation I an aircraft part 1 with a flow-optimized surface 2 according to the prior art and the representation II on further developed aircraft part 1 with a flow-optimized surface according to the invention. The aircraft part 1 can be any part of an aircraft, which is part of the outer skin of the aircraft and thus exposed to the air flow.

Die strömungsoptimierte Oberfläche 2 weist jeweils eine reibungsreduzierende Oberflächenstruktur auf, welche z.B. der in der Druckschrift AT 508274 B1 beschriebenen Oberflächenstruktur entsprechen kann. Die reibungsreduzierende Oberflächenstruktur zeichnet sich vorzugsweise durch eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Rippen 3 aus, welche bevorzugt in Strömungsrichtung der während des Fluges an der Oberfläche unter Normalbedingungen entlang strömenden Außenluft ausgerichtet sind. Die Höhe der Rippen 3 beträgt das 0,1 bis 1,5 fache, vorzugsweise das 0,3 bis 0,6 fache des Abstandes der Rippen 3 zueinander, wobei die Höhe und die Abstände im Mikrometerbereich von 10 bis 200 µm gewählt sind. Es sind daneben auch weitere strömungsreduzierende Geometrien möglich.The flow-optimized surface 2 Each has a friction-reducing surface structure, which, for example, in the document AT 508274 B1 can correspond to described surface structure. The friction-reducing surface structure is preferably characterized by a plurality of mutually parallel ribs 3 from which are preferably aligned in the flow direction of the outer air flowing during the flight at the surface under normal conditions along. The height of the ribs 3 is 0.1 to 1.5 times, preferably 0.3 to 0.6 times the distance of the ribs 3 to each other, wherein the height and the distances in the micrometer range of 10 to 200 microns are selected. There are also other flow-reducing geometries possible.

Die strömungsoptimierte Oberfläche 2 wird hier in der Verwendung auf einem Flugzeugteil 1 beschrieben, welches während des Fluges der Luftströmung der Umgebung ausgesetzt ist. Die Luftströmung setzt sich in diesem Fall aus dem Wind und der durch die Fluggeschwindigkeit verursachten Relativbewegung des Flugzeuges zu seiner Umgebung vektoriell zusammen und kann je nach der Windrichtung bis zu 300 m/s betragen. Die Luftströmung entspricht der Relativströmung zwischen der Außenhaut des Flugzeugteiles 1 und dem das Flugzeugteil 1 umgebenden Fluid. Da die Fluggeschwindigkeit mit ca. 850 km/h bis 950 km/h erheblich größer als die Windgeschwindigkeit ist, wird die Relativgeschwindigkeit der vektoriellen Summe immer in Flugrichtung also in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes gerichtet sein. Damit sind die Rippen 3 bei einem Flugzeug dementsprechend immer in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes ausgerichtet.The flow-optimized surface 2 is here in use on an aircraft part 1 described, which is exposed during the flight of the air flow to the environment. In this case, the air flow is vectorially composed of the wind and the relative movement of the aircraft to its environment caused by the airspeed and may be up to 300 m / s depending on the wind direction. The air flow corresponds to the relative flow between the outer skin of the aircraft part 1 and the part of the aircraft 1 surrounding fluid. Since the airspeed, at about 850 km / h to 950 km / h, is considerably greater than the wind speed, the relative speed of the vectorial sum will always be directed in the direction of flight in the longitudinal direction of the fuselage. This is the ribs 3 accordingly always aligned in the longitudinal direction of the fuselage in an aircraft.

Die strömungsoptimierte Oberfläche 2 kann aber auch auf Oberfläche anderer Fahrzeuge wie z.B. Schiffen, Automobilen, Motorrädern oder dergleichen angewendet werden. Ferner ist es ebenso denkbar, die strömungsoptimierte Oberfläche 2 auf Oberflächen anzuwenden, welche aufgrund ihrer Anordnung und der Verwendung des Teils, auf dem sie angeordnet sind, extremen Strömungsbedingungen ausgesetzt sind. Solche Oberflächen können z.B. die Oberfläche der Rotorblätter von Windrotoren, von Schiffspropellern oder auch von Surf- oder Kiteboards sein. Die Rippen 3 sind in diesem Fall jeweils in Strömungsrichtung der unter Normalbedingungen oder gemittelten Bedingungen zu erwartenden Relativströmung an der Oberfläche ausgerichtet.The flow-optimized surface 2 but can also be applied to the surface of other vehicles such as ships, automobiles, motorcycles or the like. Furthermore, it is also conceivable, the flow-optimized surface 2 to apply to surfaces which, due to their arrangement and the use of the part on which they are placed, are exposed to extreme flow conditions. Such surfaces may be, for example, the surface of the rotor blades of wind rotors, ship propellers or even surfboards or kite boards. Ribs 3 are aligned in this case respectively in the flow direction of the expected under normal conditions or averaged conditions relative flow at the surface.

Die beiden strömungsoptimierten Oberflächen 2 in der 1 sind hier jeweils auf einem Flugzeugteil 1 in Form einer Beschichtung 5 aufgebracht, wobei die Beschichtung 5 vorzugsweise durch einen Lack gebildet ist Die strömungsoptimierten Oberflächen 2 weisen jeweils eine reibungsreduzierende Oberflächenstruktur aus parallel zueinander verlaufenden Rippen 3 auf, welche in den oberen Draufsichten jeweils als Linien und in den unteren Schnittdarstellungen als äquidistant zueinander angeordnete Erhebungen bzw. Spitzen zu erkennen sind.The two flow-optimized surfaces 2 in the 1 here are each on an aircraft part 1 in the form of a coating 5 applied, the coating 5 preferably formed by a lacquer The flow-optimized surfaces 2 each have a friction-reducing surface structure of mutually parallel ribs 3 which can be recognized in the upper plan views in each case as lines and in the lower sectional representations as equidistantly arranged elevations or tips.

Die in der linken Darstellung I gezeigte, im Stand der Technik bekannte strömungsoptimierte Oberfläche 2 mit der als A bezeichneten Lackschicht LS weist eine Beschichtung 5 mit einem Elastizitätsmodul E von 1026 MPa, einer Zugfestigkeit R von 37,5 MPa und einer Bruchdehnung L von 6,2 % auf.The one in the left illustration I shown, in the art known flow-optimized surface 2 with the as A designated paint layer LS has a coating 5 with a modulus of elasticity e of 1026 MPa, a tensile strength R of 37.5 MPa and a breaking elongation L of 6.2%.

Der Verschleiß der im Stand der Technik bekannten strömungsoptimierten Oberfläche 2 mit der Lackschicht LS wurde unter definierten Bedingungen in einem Versuch in einem Sandrütteltisch erzeugt und ist in Form von Kratern 4 in der strömungsoptimierten Oberfläche 2 und anhand der Verrundungen 6 der vormals im Querschnitt spitzenförmigen Rippen 3 zu erkennen.The wear of the flow-optimized surface known in the prior art 2 with the varnish layer LS was produced under defined conditions in an experiment in a Sandrütteltisch and is in the form of craters 4 in the flow-optimized surface 2 and the fillets 6 the former in cross section tip-shaped ribs 3 to recognize.

Die in der rechten Darstellung II gezeigte erfindungsgemäß weiterentwickelte strömungsoptimierte Oberfläche 2 weist eine neue Lackschicht LS auf, welche als B bezeichnet ist und eine Beschichtung 5 mit einem Elastizitätsmodul E von 7,3 MPa, einer Zugfestigkeit R von 8,0 MPa und einer Bruchdehnung L von 81,3 % aufweist.The in the right representation II shown inventive flow-optimized surface 2 has a new paint coating LS on which as B is designated and a coating 5 with a modulus of elasticity e of 7.3 MPa, a tensile strength R of 8.0 MPa and a breaking elongation L of 81.3%.

Die schematische Darstellung der 1 wird anhand 2 nochmals anhand von Mikroskopbildern veranschaulicht.The schematic representation of 1 is based 2 again illustrated by microscope images.

Der Verschleiß der erfindungsgemäß weiterentwickelten strömungsoptimierten Oberfläche 2 mit der neuen Lackschicht LS wurde unter identischen Versuchsbedingungen erzeugt und ist erkennbar geringer, was anhand der deutlich geringeren Anzahl der Krater 4 in der strömungsoptimierten Oberfläche 2 zu erkennen ist, welche zudem erheblich flacher ausgebildet sind. Außerdem sind die Rippen 3 deutlich weniger verrundet und im Querschnitt noch spitzenförmig erhalten, wie in der unteren Darstellung zu erkennen ist.The wear of the inventively developed flow-optimized surface 2 with the new lacquer layer LS was produced under identical experimental conditions and is noticeably lower, which is based on the significantly lower number of craters 4 in the flow-optimized surface 2 it can be seen which are also considerably flatter. Besides, the ribs are 3 much less rounded and still pointed in cross-section, as can be seen in the lower diagram.

Dieser geringere Verschleiß der strömungsoptimierten Oberfläche 2 ist auf die Lackschicht LS mit der neuen Beschichtung 5 zurückzuführen, welche aufgrund des geringeren Elastizitätsmoduls E und der hohen Bruchdehnung L der Beschichtung 5 in der Lage ist, gegenüber den auftreffenden Partikeln nachzugeben, ohne dabei mechanisch zerstört zu werden. This lower wear of the flow-optimized surface 2 is on the paint layer LS with the new coating 5 due to the lower modulus of elasticity e and the high elongation at break L the coating 5 is able to yield to the impinging particles without being mechanically destroyed.

Derselbe Effekt konnte auch bei Flugversuchen beobachtet werden, bei denen erfindungsgemäße Beschichtungen 5 auf ein Flugzeugteil 1 appliziert wurden, um deren Verschleiß unter realen Nutzungsbedingungen zu analysieren.The same effect could also be observed in flight tests in which coatings according to the invention 5 on an aircraft part 1 were applied to analyze their wear under real conditions of use.

Da die strömungsoptimierte Oberfläche 2 während der „normalen“ Strömungsbedingungen ausschließlich aus der Strömung resultierenden Druckkräften ausgesetzt ist und keine zusätzlichen Impulskräfte durch auftreffende Partikel auftreten, wirken auf die strömungsoptimierte Oberfläche 2 während dieser „normalen“ Strömungsbedingungen erheblich geringere Druckkräfte. Damit verformt sich die strömungsoptimierte Oberfläche 2 während dieser „normalen“ Strömungsbedingungen nicht oder nur in einem erheblich geringeren Maße, so dass die reibungsreduzierende Oberflächenstruktur der strömungsoptimierten Oberfläche 2 mit den Rippen 3 unter den „normalen“ Strömungsbedingungen trotz des niedrigeren Elastizitätsmoduls E erhalten bleibt.Because the flow-optimized surface 2 During the "normal" flow conditions is exposed exclusively to the pressure forces resulting from the flow and no additional impulse forces occur by impinging particles act on the flow-optimized surface 2 significantly lower pressure forces during these "normal" flow conditions. This deforms the flow-optimized surface 2 during this "normal" flow conditions, or only to a considerably lesser extent, so that the friction-reducing surface structure of the flow-optimized surface 2 with the ribs 3 is maintained under the "normal" flow conditions despite the lower modulus of elasticity E.

Die erfindungsgemäße Beschichtung 5 weist ein bevorzugtes Elastizitätsmodul E von 1,0 bis 500,0 MPa auf, wobei der erfindungsgemäße Effekt also die Verschleißreduzierung deutlicher bzw. größer wird, wenn ein Lack 5 mit einem möglichst niedrigen Elastizitätsmodul E verwendet wird. So konnten besonders gute Ergebnisse mit Beschichtungen 5 mit einem Elastizitätsmodul E von kleiner als 100 MPA und besonders bevorzugt mit einem Elastizitätsmodul E von kleiner als 50 MPa erzielt werden.The coating according to the invention 5 has a preferred modulus of elasticity e from 1.0 to 500.0 MPa, whereby the effect according to the invention, ie the reduction in wear, becomes clearer or greater when a lacquer is used 5 is used with the lowest possible modulus of elasticity E. Thus, particularly good results could be achieved with coatings 5 with a modulus of elasticity E of less than 100 MPa, and particularly preferably with a modulus of elasticity E of less than 50 MPa.

Die erfindungsgemäße Beschichtung 5 mit der neuen Lackschicht LS kann z.B. aus einem Präpolymer mit wenigstens einem Mono- oder Oligomerbaustein mit wenigstens einer polymerisierbaren C-C Doppelbindung hergestellt sein, wobei der Mono- oder Oligomerbaustein weiter bevorzugt aus der Gruppe der Acrylate, Methylacrylate, Vinylether, Allylether, Propenylether, Alkene, Diene, ungesättigte Ester, Allyl-Triazene, Allyllsocyanate, N-Vinylamide ist.The coating according to the invention 5 with the new lacquer layer LS can be produced, for example, from a prepolymer having at least one mono- or oligomer building block with at least one polymerizable CC double bond, the mono- or oligomer building block more preferably from the group of the acrylates, methyl acrylates, vinyl ethers, allyl ethers, propenyl ethers, alkenes, Dienes, unsaturated esters, allyl triazenes, allyl isocyanates, N-vinyl amides.

Ferner kann die Beschichtung 5 aus einem Lack aus einem Präpolymer mit wenigstens einem multifunktionalen Monomerbaustein mit wenigstens zwei Thiol-Gruppen aus der Gruppe: 3-Mercaptopropionate, 3-Mercaptoacetate, Thioglycolate, Alkylthiole hergestellt sein.Furthermore, the coating can 5 from a varnish of a prepolymer having at least one multifunctional monomer building block with at least two thiol groups from the group: 3-mercaptopropionates, 3-mercaptoacetates, thioglycolates, alkylthiols.

Weiter kann der Lack einen Anteil von wenigstens 60,0 Gewichtsprozent einer oder mehrerer der folgenden Oligomer- und/oder Polymerverbindungen: Polyurethane, Polyacrylate, Epoxidacrylate, Silikonacrylate, Polyetheracrylate aufweisen.Furthermore, the paint may have a proportion of at least 60.0 percent by weight of one or more of the following oligomer and / or polymer compounds: polyurethanes, polyacrylates, epoxy acrylates, silicone acrylates, polyether acrylates.

Außerdem kann der Lack einen Anteil von 2,0 bis 40,0 Gewichtsprozent eines oder mehrerer reaktiver Verdünnungsmittel eines UV-aushärtbaren Monomers mit einer Acrylat-, Methacrylat oder Vinylgruppe aufweisen.In addition, the varnish may contain from 2.0 to 40.0 percent by weight of one or more reactive diluents of a UV-curable monomer having an acrylate, methacrylate or vinyl group.

Zusätzlich kann der Lack einen Anteil von 0,05 bis 10,0 Gewichtsprozent eines oder mehrerer hydrophober Zusatzstoffe umfassen, welche Silikon, Fluorchemikalien, und/oder Alkylverbindungen aufweisen.Additionally, the varnish may comprise from 0.05 to 10.0 weight percent of one or more hydrophobic additives comprising silicone, fluorochemicals, and / or alkyl compounds.

Weiter kann der Lack einen Photoinitiator aufweisen, wobei der Anteil des Photoinitiators bevorzugt 0,0 bis 5,0 Gewichtsprozent des Lacks beträgt.Further, the paint may have a photoinitiator, wherein the proportion of the photoinitiator is preferably 0.0 to 5.0 weight percent of the paint.

Ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lackes weist folgende Zusammensetzung auf: 59 % Urethanacrylat (Ebecryl 8402 von Allnex) 20 % Nanocryl 140 14 % HDDA 3 % TPO-L Photoinitiator 2 % Tinuvin 479 (UV-Absorber) 1 % Tinuvin 292 (HALS) 1 % RAD2200N von Evonik (Antihaftadditiv). A first possible embodiment of a paint according to the invention has the following composition: 59% Urethane acrylate (Ebecryl 8402 from Allnex) 20% Nanocryl 140 14% HDDA 3% TPO-L photoinitiator 2% Tinuvin 479 (UV absorber) 1 % Tinuvin 292 (HALS) 1 % RAD2200N from Evonik (non-stick additive).

Ein zweites mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lackes weist folgende Zusammensetzung auf: 84 % Oligomer E8402 9 % Verdünner GDMP (Thiol) 3 % TPO-L Photoinitiator 2 % Tinuvin 479 (UV-Absorber) 1 % Tinuvin 292 (HALS) 1 % RAD2200N von Evonik (Antihaftadditiv). A second possible embodiment of a paint according to the invention has the following composition: 84% Oligomer E8402 9% Thinner GDMP (Thiol) 3% TPO-L photoinitiator 2% Tinuvin 479 (UV absorber) 1 % Tinuvin 292 (HALS) 1 % RAD2200N from Evonik (non-stick additive).

Es wurden verschiedene vorteilhafte Bestandteile des Lackes in bevorzugten ausgewählten Gewichtsanteilen beschrieben. Für den Fachmann ist jedoch klar, dass die Bestandteile auch beliebig kombiniert werden können, soweit der erfindungsgemäß niedrige Elastizitätsmodul E verwirklicht ist, welcher ursächlich für die Verschleißreduzierung ist.Various advantageous components of the paint have been described in preferred selected proportions by weight. However, it is clear to the person skilled in the art that the constituents can also be combined as desired, provided that the modulus of elasticity according to the invention is low e is realized, which is the cause of the wear reduction.

Vorzugsweise ist es auch möglich, die reibungsreduzierende Beschichtung 5 durch eine Kautschukbeschichtung zu bilden. Vorzugsweise findet dann das chemische Härten, bspw. die Vulkanisierung, während der Formgebung durch eine Matrize mit der Negativform statt.Preferably, it is also possible, the friction-reducing coating 5 by a rubber coating. Preferably, then, the chemical curing, for example, the vulcanization, takes place during the shaping by a die with the negative mold.

Weiter vorzugsweise besteht die Möglichkeit, die Beschichtung 5 auf eine Folie aufzubringen und diese dann auf die Oberfläche aufzubringen. Insbesondere vorzugsweise wird die Beschichtung 5 durch die Folie selbst gebildet.Further preferably, there is the possibility of the coating 5 Apply to a foil and then apply it to the surface. In particular, preferably, the coating 5 formed by the film itself.

Ferner kann die vorgeschlagene Beschichtung 5 auch auf andere reibungsreduzierende Oberflächenstrukturen mit einer anderen Struktur als die hier beschriebenen Rippen 3 angewendet werden, da durch die Beschichtung 5 grundsätzlich nur der Verschleiß reduziert wird und damit die ursprüngliche reibungsreduzierende Oberflächenstruktur unabhängig von ihrer Formgebung länger erhalten bleibt.Furthermore, the proposed coating 5 also to other friction reducing surface structures having a different structure than the ribs described herein 3 to be applied, as by the coating 5 In principle, only the wear is reduced and thus preserves the original friction-reducing surface structure regardless of their shape longer.

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  • WO 2017/063040 A1 [0004]WO 2017/063040 A1 [0004]

Claims (12)

Strömungsoptimierte Oberfläche (2), insbesondere Flugzeugoberfläche mit -einer durch eine Beschichtung (5) gebildeten reibungsreduzierenden Oberflächenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass -die Beschichtung (5) ein Elastizitätsmodul (E) von 1,0 bis 500,0 MPa und/oder eine elastische Verformbarkeit von mehr als 10 % aufweist.Flow-optimized surface (2), in particular aircraft surface with a friction-reducing surface structure formed by a coating (5), characterized in that the coating (5) has a modulus of elasticity (E) of 1.0 to 500.0 MPa and / or an elastic Has deformability of more than 10%. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) durch einen Kunststoff gebildet ist.Flow-optimized surface (2) after Claim 1 , characterized in that the coating (5) is formed by a plastic. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff durch einen Lack gebildet ist.Flow-optimized surface (2) after Claim 2 , characterized in that the plastic is formed by a lacquer. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass -der Lack (5) aus einem Präpolymer mit wenigstens einem Mono- oder Oligomerbaustein mit wenigstens einer polymerisierbaren C-C Doppelbindung hergestellt ist.Flow-optimized surface (2) after Claim 3 , characterized in that the lacquer (5) is produced from a prepolymer having at least one mono- or oligomer building block with at least one polymerisable CC double bond. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass -der Mono- oder Oligomerbaustein aus der Gruppe der Acrylate, Methylacrylate, Vinylether, Allylether, Propenylether, Alkene, Diene, ungesättigte Ester, Allyl-Triazene, Allyl-Isocyanate, N-Vinylamide ist.Flow-optimized surface (2) after Claim 4 Characterized in that -the mono- or Oligomerbaustein from the group of acrylates, methacrylates, vinyl ethers, allyl ethers, propenyl ethers, alkenes, dienes, unsaturated esters, allyl-triazenes, allyl isocyanates, N-vinylamides is. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass -der Lack (5) aus einem Präpolymer mit wenigstens einem multifunktionalen Monomerbaustein mit wenigstens zwei Thiol-Gruppen aus der Gruppe: 3-Mercaptopropionate, 3-Mercaptoacetate, Thioglycolate, Alkylthiole hergestellt ist.Flow-optimized surface (2) according to one of Claims 3 to 5 , characterized in that the lacquer (5) is produced from a prepolymer having at least one multifunctional monomer unit with at least two thiol groups from the group: 3-mercaptopropionates, 3-mercaptoacetates, thioglycolates, alkylthiols. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass -der Lack (5) einen Anteil von wenigstens 60,0 Gewichtsprozent einer oder mehrerer der folgenden Oligomer- und/oder Polymerverbindungen: Polyurethane, Polyacrylate, Epoxidacrylate, Silikonacrylate, Polyetheracrylate aufweist.Flow-optimized surface (2) after Claim 3 , characterized in that the lacquer (5) has a content of at least 60.0 percent by weight of one or more of the following oligomer and / or polymer compounds: polyurethanes, polyacrylates, epoxy acrylates, silicone acrylates, polyether acrylates. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass -der Lack (5) einen Anteil von 2,0 bis 40,0 Gewichtsprozent eines oder mehrerer reaktiver Verdünnungsmittel eines UV-aushärtbaren Monomers mit einer Acrylat-, Methacrylat oder Vinylgruppe aufweist.Flow-optimized surface (2) after Claim 7 , characterized in that the lacquer (5) has a content of 2.0 to 40.0% by weight of one or more reactive diluents of a UV-curable monomer having an acrylate, methacrylate or vinyl group. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass -der Lack (5) einen Anteil von 0,05 bis 10,0 Gewichtsprozent eines oder mehrerer hydrophober Zusatzstoffe umfasst, welcher Silikon, Fluorchemikalien, und/oder Alkylverbindungen aufweist.Flow-optimized surface (2) according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that the paint (5) comprises a proportion of 0.05 to 10.0 weight percent of one or more hydrophobic additives comprising silicone, fluorochemicals, and / or alkyl compounds. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass -der Lack (5) einen Photoinitiator aufweist.Flow-optimized surface (2) according to one of Claims 3 to 9 , characterized in that the lacquer (5) has a photoinitiator. Strömungsoptimierte Oberfläche (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass -der Anteil des Photoinitiators 0,0 bis 5,0 Gewichtsprozent des Lacks (5) beträgt.Flow-optimized surface (2) after Claim 10 , characterized in that the proportion of the photoinitiator is from 0.0 to 5.0% by weight of the varnish (5). Fahrzeug, insbesondere Flugzeug, mit einer strömungsoptimierten Oberfläche, insbesondere Flugzeugoberfläche, nach einem der Ansprüche 1 bis 11.Vehicle, in particular aircraft, with a flow-optimized surface, in particular aircraft surface, according to one of Claims 1 to 11 ,
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