DE69309655T2

DE69309655T2 - Verfahren zur bildung einer luftschicht auf einer unterwasseroberfläche eines unterwasserrumpfteiles, und schichtstruktur auf unterwasseroberfläche

Info

Publication number: DE69309655T2
Application number: DE69309655T
Authority: DE
Inventors: Yong-Bo Zaidanhojin Ouyo Chong; Makoto Mitsui Engin Shi Kumada; Naoki Mitsui Engin S Matsubara; Yoichi Mitsui Engin S Sugiyama; Junichiro Mitsui Engi Tokunaga; Nobuatsu Watanabe
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: AU4834393A; HK1000349A1; JPH0717476A; DK0616940T3; NO308456B1; NO941964D0; NO941964L; EP0616940A1; SG78259A1; GR3023606T3; BR9305682A; TW261592B; JP2890340B2; KR100188358B1; WO1994007740A1; DE69309655D1; EP0616940A4; US5476056A; EP0616940B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Luftschicht über untergetauchten Oberflächen eines Teils mit untergetauchtem Bereich sowie eine Struktur einer Überzugsschicht über den untergetauchten Oberflächen, die dazu bestimmt ist, den Fluid-Reibungswiderstand oder Fahrtwiderstand von Schiffen und dergleichen zu reduzieren.

Hintergrundstechnik

Teile mit Unterwasseroberflächen oder Oberflächen in Berührung mit Wasser, wie Schiffe und Flüssigkeitstransportkanäle, erzeugen einen Wasserstrom entlang ihren Oberflächen, wenn die Schiffe Fahrt haben oder Flüssigkeit sich bewegt, wobei die Wassergeschwindigkeit an der untergetauchten Oberfläche des Teils null ist. Ein Geschwindigkeitsgradient nahe der untergetauchten Oberfläche des Teils hängt von der Fluidviskosität und den Scherkräften infolge der Viskosität ab, die den Fluidreibungswiderstand bildet.
Dieser Fluidreibungswiderstand, den man bei dem Schiff findet, kann sehr groß sein. Von den auf das Schiff ausgeübten Reibungswiderständen beim Navigieren, welche einen wellenerzeugenden Fahrtwiderstand, einen Formwiderstand und einen Luftwiderstand zusätzlich zu dem Fluidreibungswiderstand einschließen, ist dem Fluidreibungswiderstand so viel wie 60 bis 70 % des gesamten Fahrtwiderstandes zuzuschreiben.
Betrachtet man einen solchen großen Anteil des Fluidreibungswiderstandes, so ist der beste Weg, die Antriebskraft wirtschaftlich zu gestalten und die Geschwindigkeit eines Schiffes zu erhöhen, der, den Fluidreibungswiderstand zu minimieren, und die Entwicklung einer solchen Technologie wurde in der Industrie heftig verlangt.
Unter den derzeit verwendeten Maßnahmen, den Fluidreibungswiderstand an dem Schiff zu reduzieren, sind ein Verfahren, welches den Boden des Schiffes mit Vorsprüngen versieht, um rahmenartige Luftkammern zu bilden, und den Luftkammern unter Bildung einer Luftschicht über der Oberfläche des Schiffbodens Luft zuführt, und das, was allgemein als eine Mikroblasenmethode bezeichnet wird, welche Luft über der Oberfläche des Schiffskörpers ausbläst, um eine große Anzahl von Luftblasen über der Oberfläche zu erzeugen.
Bei der ersteren Methode gibt es jedoch ein Problem derart, daß, wenn sich ein Schiff bewegt, die in der Luftkammer enthaltene Luft ausströmt und die Ergänzung der verlorengegangenen Luft viel Energie erfordert. Die US-A-5 054 412 und die GB-A-1 300 132 beschreiben ein solches Verfahren. In der US-A-5 054 412 sind die Luftkammern V-förmige Nuten mit einer Breite von 0,25 bis 1 mm und einer Tiefe von 0,5 bis 2 mm, welche sich in der Fließrichtung der Flüssigkeit erstrecken. In der GB-A-1 300 132 sind die Luftkammern V- förmig mit einer Tiefe von 0,1 bis 1 mm, die quer zur Fließrichtung der Flüssigkeit liegen.
Die letztere Methode erfordert einen Kompressor in großem Maßstab, da Reibungswiderstand nur dann reduziert werden kann, wenn eine große Luftmenge aus Düsen abgegeben wird, die an der Seite und am Boden des Schiffskörpers vorgesehen sind. Dies steigert unvermeidlich die Anlagenkosten und erfordert hohe Energie, um den Kompressor mit großer Kapazität anzutreiben. Während die zugeführte Luft, die in der Form von Blasen entlang der Seite und dem Boden des Schiffskörpers strömt, den Fluidreibungswiderstand reduziert, sollte bemerkt werden, daß, während die Blasen abstromwärts strömen, sie sich wiederholt miteinander vereinigen und zu größeren Blasen verschmelzen, was den Bereich der Blasen, der den Schiffskörper bedeckt, und damit die den Fluidreibungswiderstand reduzierende Wirkung verkleinert. Um eine signifikante Reduktion des Gesamtreibungswiderstandes des gesamten Schiffes zu erhalten, ist es daher erforderlich, eine große Luftmenge zuzuführen, was es schwierig macht, eine wesentliche Verminderung des Fluidreibungsfahrtwiderstandes zu erreichen. Aus diesen Gründen kann keines dieser Verfahren praktisch verwendert werden.
Schwimmende Strukturen, wie verankerte Schiffe und Kähne, oder ortsfeste Strukturen, wie Unterwasserstahlpfähle, haben Probleme, da die Oberflächen ihrer untergetauchten Bereiche oftmals darauf abgeschiedene Unterwasserorganismen haben oder durch Korrosion angegriffen werden. Als ein Mittel zur Lösung dieser Probleme besteht eine bekannte Methode darin, Antikontaminier- oder Antikorrosionsüberzüge auf den Unterwasseroberflächen aufzubringen. Diese Methode erfordert jedoch nicht nur mühsame Wartung der Beschichtung, sondern erbringt auch eine Gefahr schädlicher Substanzen in dem Überzug, die sich in Wasser lösen, was zu einer Umweltverschmutzung führt.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Forschungen auf einem Weg durch, um einen Fluidreibungswiderstand signifikant mit geringer Energie zu reduzieren, und machten erfolgreich die Erfindung. Das heißt, die vorliegende Erfindung liefert nach einem Aspekt einen Überzug für eine Struktur mit einer Oberfläche, die in eine Flüssigkeit eingetaucht werden soll, wobei dieser Überzug feine Vertiefungen und Vorsprünge hat und wenigstens die Scheitel der Vorsprünge ein flüssigkeitsabstoßendes Material haben, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Vertiefungen und Vorsprünge unregelmäßig angeordnet sind und solche Abmessungen haben, daß sie die Luft in die Lage versetzen, eingefangen und zurückgehalten zu werden, wenn die Oberfläche in die Flüssigkeit eingetaucht wird und sich darin bewegt.
Die Überzugsschicht, wie sie hier bezeichnet wird, bedeutet Folien oder bogenartige Materialien, die an die Oberfläche einer Struktur gebunden werden, oder eine über der Oberfläche einer Struktur gebildete Überzugsschicht und hat sehr kleine Vorsprünge und Vertiefungen, die in ihrer eigenen Oberfläche ausgebildet sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bekommt man eine Struktur mit einer Oberfläche, die bei der Verwendung in ein Fluid eingetaucht wird, und einem Überzug nach der Erfindung, der auf der Oberfläche ausgebildet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zur Ausbildung einer Luftschicht zwischen einer Oberfläche einer Struktur, welche bei der Verwendung in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, und der Flüssigkeit bereitgestellt, wobei die Einrichtung einen Überzug nach der Erfindung und Einrichtungen zur Zuführung von Luft zu der Oberfläche für eine Vereinigung mit zurückgehaltener Luft unter Bildung einer Luftschicht zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeit umfaßt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bekommt man ein Verfahren zur Ausbildung einer Luftschicht über einer Oberfläche einer Struktur, welche bei der Verwendung einen in eine Flüssigkeit eingetauchten Bereich hat, wobei das Verfahren darin besteht, den bei der Verwendung untergetauchten Bereich der Struktur mit einem Überzug der Erfindung zu versehen und Luft dem Überzug zuzuführen, damit sich diese mit zurückgehaltener Luft unter Bildung einer Luftschicht zwischen dem Überzug und der Flüssigkeit vereinigt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bekommt man ein Verfahren zur Reduzierung des Reibungswiderstandes zwischen einem Meeresbehältnis und Wasser, bei dem man
wenigstens einen mit Wasser in Berührung stehenden Teil des Meeresbehältnisses mit einer Oberfläche versieht, die eine luftzurückhaltende Eigenschaft hat,
eine Lufteinspritzzone in einer Aufstrompositition der Oberfläche vorsieht,
Einrichtungen zur Bildung einer dünnen Luftschicht über der Oberfläche des mit Wasser in Berührung stehenden Teils vorsieht, wobei die Luft durch die Lufteinspritzzone eingespritzt wird, wenn das Meeresbehältnis navigiert wird, die Einrichtung durch eine Überzugsschicht mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten ausbildet und wenigstens Spitzenbereiche der Oberflächenunregelmäßigkeiten mit einem wasserabweisenden Material ausbildet, wobei die Überzugsschicht primär Luft in Wasser zurückhält,
Sekundärluft aus der Lufteinspritzzone in die Primärluftschicht führt und gestattet, daß Sekundärluft in der Primärluftschicht absorbiert und mit dieser vereinigt wird und sich unter Bildung einer dünnen Luftschicht über der Oberfläche ausbreitet, und
das Meeresbehältnis navigiert, während ein Anteil Luft in einem mit Wasser in Berührung stehenden Oberflächenbereich der dünnen Luftschicht mit der durch die Lufteinspritzzone eingespritzten Sekundärluft ergänzt, um zum Heck des Meeresbehältnisses weggeführt zu werden.
Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bekommt man ein Meeresbehältnis mit einem verminderten Reibungswiderstand mit Wasser mit
einem Schiffskörper, von dem wenigstens ein mit Wasser in Berührung stehender Teil eine Oberfläche mit einer luftzurückhaltenden Eigenschaft umfaßt,
einer in einer Aufstromposition auf dieser Oberfläche vorgesehenen Einspritzzone und
Einrichtungen zur Ausbildung einer dünnen Luftschicht über dieser Oberfläche mit der durch die Lufteinspritzzone eingespritzten Luft, wenn das Meeresbehältnis navigiert wird, wobei diese Einrichtung eine Überzugsschicht mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten umfaßt, wenigstens Spitzen- oder obere Bereiche dieser Oberflächenunregelmäßigkeiten von einem wasserabstoßenden Material gebildet werden und diese Oberflächenschicht eine in Wasser Primärluft, die einen dünnen Luftfilm umfaßt, zurückhaltende Eigenschaft hat,
wobei sich die Lufteinspritzzone in der Richtung der Schiffskörperbreite derart erstreckt, daß an einer Aufstromposition der Überzugsschicht die Lufteinspritzzone Sekundärluft in die Nachbarschaft der Oberfläche der Überzugsschicht einspritzen kann,
und die Anordnung derart ist, daß die Sekundärluft der über der Oberfläche der Überzugsschicht zurückgehaltenen Primärluft zugeführt und in die Lage versetzt wird, sich über der Oberfläche der Überzugsschicht unter Bildung einer dünnen Luftschicht auszubreiten, die konstant über dem mit Wasser in Berührung stehenden Teil des Meeresbehältnisses gehalten wird, wobei eine von einem Heckteil des Meeresbehältnisses entsprechend der Navigation des Meeresbehältnisses abgezogene und weggetragene Luftmenge durch die zugeführte Sekundärluft ersetzt wird.
Der auf der untergetauchten Oberfläche einer Struktur gebildete Überzugsfilmkörper hält eine dünne Luftschicht in Wasser zurück, die nicht leicht von der Oberfläche abgetrennt wird und durch Zufuhr nur einer kleinen Luftmenge unter Verwendung von sehr wenig Energie zurückgehalten werden kann. Da die Luftschicht eine direkte Berührung zwischen Wasser und der Struktur verhindert, kann der Fluidreibungswiderstand reduziert und gleichzeitig die Kontaminierung und Korrosion der Struktur verhindert werden.
Gemäß detaillierterer Beschreibung hat der Überzugsfilmkörper, der über dem untergetauchten Bereich einer Struktur gebildet wird, sehr kleine Vorsprünge und Vertiefungen in seiner Oberfläche, wobei wenigstens die Oberfläche vorspringender Bereiche der Überzugsschicht wasserabstoßende Eigenschaft hat. Wenn somit der Überzugsoberfläche Luft zugeführt wird, strömt diese leicht in die vertieften Abschnitte der winzigen Vorsprünge und wird dort durch die Wirkung des Wasserdruckes und der Oberflächenspannung von Wasser sowie durch die wasserabweisende Wirkung der Überzugsschicht zurückgehalten.
Da die Überzugsschicht nach dieser Erfindung die Eigenschaft hat, kleine Luftmengen in vertieften Abschnitten in ihrer eigenen aufgerauhten Oberfläche unter dem Wasser zurückzuhalten, wenn der Überzugsfläche Luft zugeführt wird, vereinigt sich die Luft, die dazu neigt, die Oberflächenenergie zwischen Wasser und Luft zu reduzieren, mit der bereits vorliegenden Luft, um wirksam eine dünne Luftschicht zu bilden, die nicht von der Überzugsfilmkörperoberfläche, d. h. der untergetauchten Oberfläche trennbar ist.
Wenn die so gebildete Luftschicht äußeren Störungen ausgesetzt und dabei gezwungen wird, sich von der Oberfläche als Blasen zu trennen, wirkt eine Zug- und Rückhaltekraft auf die Blasen und hält die Luftschicht an der untergetauchten Oberfläche anhaftend. Eine Luftschicht auf der Seite des freien Stromflusses oder in einer Position von der Überzugsfläche entfernt wird von dem fließenden Wasser angezogen und abgetrennt und fließt abstromwärts. Durch Zufuhr einer kleinen Luftmenge als Ersatz für den Luftverlust, der mit dem freien Stromfluß wegfließt, ist es möglich, die Luftschicht in gutem Zustand zu halten.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines Schiffes, die eine Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Querschnitt der Überzugsschicht;
Fig. 3 ist ein Querschnitt der Überzugsschicht und zeigt in Vertiefungen in der Überzugsfläche eingefangene Luft;
Fig. 4 ist ein Querschnitt, der eine über der Überzugszoberfläche gebildete Luftschicht zeigt;
Fig. 5 ist ein Querschnitt der Überzugsschicht;
Fig. 6 ist ein Querschnitt der Überzugsschicht;
Fig. 7 ist ein Querschnitt der Überzugsschicht;
Fig. 8 ist ein Querschitt der Überzugsschicht mit einer Mehrschichtstruktur;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das ein in dem Test dieser Erfindung verwendetes Modellschiff zeigt;
Fig. 10 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Bereiches Y, der in Fig. 9 gezeigt ist;
Fig. 11 ist eine vergrößerte Darstellung eines durch den Pfeil B in Fig. 9 angezeigten Bereiches von unten;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Luftmenge und der Stärke der Fahrwiderstandsverminderung oder DR;
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Schiffsgeschwindigkeit und der erforderlichen Kraft;
Fig. 14 ist ein schematisches Diagramm, das die Gestaltung einer Testeinrichtung zur Bestimmung des Fluidreibungswiderstandes in einer Leitung zeigt;
Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm, das die Gestaltung einer Plattiereinrichtung zum Plattieren der Innenwand einer Rohrleitung zeigt;
Fig. 16 ist ein Querschnitt der Überzugsschicht, die durch die Plattiereinrichtung von Fig. 15 erzeugt wurde;
Fig. 17 ist das Ergebnis von Druckunterschiedsmessungen zwischen den Enden eines getesteten Abschnittes einer Rohrleitung;
Fig. 18 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in einer Rohrleitung und der Stärke der Widerstandsverminderung oder DR zeigt;
Fig. 19 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Abständen von Vorsprüngen und der Lebensdauer der Luftschicht zeigt;
Fig. 20 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis h/s von Höhe zu Abstand und der Lebensdauer (Stunden) der Luftschicht zeigt;
Fig. 21 ist eine schematische Darstellung, die den Test für die über der Überzugsoberfäche gebildete Luftschicht zeigt;
Fig. 22 ist eine schematische Darstellung, die einen Test für die über der Überzugsoberfläche gebildete Luftschicht zeigt;
Fig. 23 ist ein schematisches Diagramm, das diese Erfindung in Anwendung als ein Mittel zur Verhinderung von Kontaminierung und Korrosion eines Pfeilers zeigt; und
Fig. 24 ist ein schematisches Diagramm, das diese Erfindung in Anwendung als Mittel zur Verhinderung von Kontaminierung und Korrosion einer Wasseraufnahmeröhre zeigt.

Beste Durchführungsweise der Erfindung

[Ausführungsform 1]

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 24 wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Ausbildung von Luftfilmen über untergetauchten Oberflächen einer Struktur mit untergetauchten Bereichen und auch einer Struktur der über den untergetauchten Oberflächen gebildeten Überzugsschicht beschrieben.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Schiffes unter Anwendung der vorliegenden Erfindung. In der Figur bedeutet das Bezugszeichen 1 einen Schiffskörper, dessen Boden 2 und dessen Seiten 2a wenigstens auf der untergetauchten Oberfläche mit einer Schicht 3, 3a überzogen sind. Der Schiffskörper ist mit einer Düse 4 ausgestattet, die von vorn nach hinten gerichtet ist, so daß von einem Kompressor 5 angelieferte Luft aus der Düse 4 entlang der Überzugsoberfläche 3 (3a) ausgeblasen wird.
Der Überzugsfilmkörper 3 (3a) hat, wie in Fig. 2 gezeigt ist, winzige Vertiefungen 6 und Vorsprünge 7, die in seiner Oberfläche ausgebildet sind, wobei wenigstens Scheitel 7' der Vorsprünge 7 von wasserabstoßendem Material 8 mit dem Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als 90º ausgebildet sind. Die winzigen Vorsprünge 7 sind so gebildet, daß ihre Abstände s 0,3 bis 30 µm sind und das Verhältnis h/s zwischen der Höhe h und dem Abstand s etwa 0,3 bis 3 ist.
Das wasserabweisende Material kann Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen oder eine wasserabweisende Überzugssubstanz sein. Es kann auch von einem hydrophilen Harz, wie Polyvinylchlorid, gebildet werden, welches einem Plasmaverfahren unter Verwendung von CF&sub4;-Gas unter Erzeugung einer wasserabweisenden Eigenschaft unterzogen wurde. Alternativ kann das wasserabweisende Material gebildet werden, indem man feine Teilchen, wie Kieselsäure, mit einem Oberflächenbehandlungsmittel, wie Perfluoralkylsilan, behandelt und sie mit Harz derart befestigt, daß Teile der Oberfläche hervorragen.
Wenn die wasserabweisenden feinen Teilchen verwendet werden, braucht das Harz nicht wasserabweisend zu sein, da es dazu dient, die Teilchen zu befestigen. Das Harz kann beispielsweise Polyesterharz, Phenylharz, Aminoharz, Epoxyharz, Vinylharz oder Urethanharz sein, so lange es für einen Überzug geeignet ist.
Obwohl das wasserabweisende Material 8 normalerweise an den Scheiteln 7' vorgesehen ist, die in Berührung mit Wasser 13 kommen, ist es natürlich auch möglich, die Oberfläche der Vertiefungen 6 unter Verwendung des wasserabweisenden Materials 8 auszubilden.
Mit dem Verfahren dieser Erfindung zur Bildung einer Luftschicht über der untergetauchten Oberfläche einer Struktur ergibt die Tatsache, daß die untergetauchte Oberfläche feine Vertiefungen und Vorsprünge hat und daß wenigstens die Scheitel 7' der Vorsprünge 7 aus wasserabweisendem Material mit dem Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als 90º sind, die folgenden Wirkungen. Das heißt, wie in Fig. 3 gezeigt, da die Überzugsoberfläche 10 oder wenigstens die Scheitel 7' der Vorprünge 7 aus wasserabweisendem Material bestehen, hat die Schicht eine wasserabweisende Eigenschaft in der Art, daß, wenn Luft a der Überzugsfilmkörperoberfläche 10 zugeführt wird, die Luft a leicht in die Vertiefungen 6 eindringen wird.
Eine soche Überzugsoberfläche 10 wird an Land erzeugt, und daher wird, wenn die Überzugsoberfläche 10 in Wasser untergetaucht wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die Luft a stabil in den Vertiefungen 6 durch den Wasserdruck P, dessen Größe der Wassertiefe entspricht, und durch die Oberflächenspannung von Wasser gehalten.
Der Kontaktwinkel mit Wasser auf der Überzugsschichtoberfläche 10 mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen ist mehr als 90º oder vorzugsweise mehr als 110º. Je größer der Kontaktwinkel ist, als desto größer kann die Wirkung dieser Erfindung erwartet werden.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein das obige Phänomen wiedergebendes Modell zeigt. Die Überzugsoberfläche 10 von wasserabweisendem Material mit Vertiefungen 6 und Vorsprüngen 7 wird in Wasser 13 eingetaucht, und wenn der Überzugsoberfläche 10 Luft a' zugeführt wird, strömt die Luft a' leicht in die Vertiefungen 6, die auf der Oberfläche 10 ausgebildet sind, und wird dort als Luft a eingefangen. In der tatsächlichen Situation ist die Luft, die zu der Überzugsoberfläche 10 gelangte, wenn die Überzugsschicht in der Atmosphäre war, in den Vertiefungen 6 durch den Wasserdruck 13 und die Oberflächenspannung von Wasser enthalten. Wenn wenigstens die Vorsprünge 7 oder die Scheitel 7' der Vorsprünge 7 nicht aus wasserabweisendem Material bestehen, wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Luft a nicht in den Vertiefungen 6 enthalten sein, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Mit der Luft a in den Vertiefungen 6 auf diese Weise gehalten, vereinigt sich die Luft a' leicht, wenn weitere Luft a' zugeführt wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, mit der vorhandenen Luft a durch die Wirkung der Oberflächenenergiereduzierung unter Bildung einer dünnen Luftschicht 12 über der Überzugsoberfläche 10. Als Ergebnis gibt es drei Schichten, die die Überzugsoberfläche 10, die Luftschicht 12 und das Wasser 13 bilden. In einer solchen dreischichtigen Struktur bleibt, wenn das Wasser 13 in der Richtung X fließt, die Luftschicht 12 in Berührung mit der Überzugsoberfläche 10 an der Oberflächen haftend, während die Luftschicht 12a auf der Seite des fließenden Wassers 13 abgezogen wird und mit dem Wasser 13 wegströmt. Somit ist es durch Zufuhr einer kleinen Luftmenge zur Kompensation der Luft, die durch das fließende Wasser 13 weggetragen wird, möglich, die Luftschicht 12 in gutem Zustand zu halten.
Die Überzugsschicht mit den obenerwähnten winzigen Vertiefungen und Vorsprüngen besteht beispielsweise aus einer Folie oder einer Überzugsschicht eines Kunstharzes. Zur weiteren detaillierten Beschreibung können die feinen Vertiefungen und Vorsprünge 15a nach einer Überführungsmethode gebildet werden, die winzige Vertiefungen und Vorsprünge in einer Kunstharzfolie 15 bildet, wie in Fig. 5 gezeigt ist, und zwar mit Hilfe einer Walze mit entsprechenden feinen Vertiefungen und Vorsprüngen in ihrer eigenen Oberfläche oder durch eine Preßmethode, die ein Formwerkzeug mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen verwendet, oder durch eine Siebmaschenmethode, die ein von feinen Fäden gewebtes Maschenbild überträgt, oder durch eine Methode mit hoher Energiedichte unter Verwendung eines Lasers oder Plasmas.
Wenn die auf diese Weise gebildete Folie 15 aus einem wasserabweisenden Harz besteht, kann sie verwendet werden wie sie ist. Wenn sie aus einem hydrophilen Harz besteht, wird die Oberfläche behandelt, um sie wasserabweisend zu machen.
Fig. 6 bis 8 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher die Überzugsschicht 3 von einer Überzugsschicht gebildet wird.
In Fig. 6 hat die Überzugsschicht 3 wasserabweisende feine Teilchen 18, die an der Oberfläche eines über der Oberfläche einer Struktur 16 gebildeten Überzuges 17 angeheftet sind. Das heißt, die Überzugsschicht 3 wird folgendermaßen ausgebildet. Der Überzug 17 wird als Kleber auf der Oberfläche der Struktur 16 aufgebracht, und die feinen Teilchen 18 werden an die Oberfläche des Überzuges 17 durch Aufsprühen oder Aufschleudern angeheftet, oder der mit feinen Teilchen 18 ausgebreitete Überzug 17 wird auf der Oberfläche der Struktur 16 aufgebracht, wobei man die feinen Teilchen 18 auf der Überzugsoberfläche läßt. Wenn die feinen Teilchen 18 aus hydrophilem Material bestehen, werden sie oberflächenbehandelt, um eine wasserabweisende Eigenschaft zu liefern.
Fig. 7 ist ein Querschnitt einer Überzugsschicht 3, die nach einer anderen Methode gebildet wurde. Das Verfahren der Ausbildung der Überzugsschicht 3 besteht in diesem Fall darin, daß man durch Aufsprühen oder Aufschleudern eine Schicht feiner Teilchen 18a aus einem wasserabweisenden oder hydrophilen Material auf dem Überzug 17, der auf der Oberfläche einer Sturktur 16 ausgebildet wurde, aufbringt oder die feinen Teilchen 18a mit dem Überzugsmaterial vermischt und auf der Oberfläche der Struktur unter Bildung einer Schicht feiner Teichen 18a im Gemisch mit dem Überzug aufbringt und dann einen Film 20 über den Oberflächen der feinen Teichen 18a aufbringt. In diesem Fall wird, wenn der Film 20 aus hydrophilem Material besteht, auch dessen Oberfläche behandelt, um eine wasserabweisende Eigenschaft zu ergeben.
Fig. 8 ist ein Querschnitt einer Überzugsschicht 3, die nach noch einer anderen Methode gebildet wurde. Das Herstellungsverfahren besteht darin, daß man eine erste Überzugsschicht 21 a bildet, die relativ große Teilchen 21 (wie beispielsweise Glasperlen) enthält, eine zweite Überzugsschicht auf der ersten Überzugsschicht 21 a ausbildet und eine Schicht von wasserabweisenden feinen Teilchen 22 über der Oberfläche der zweiten Überzugsschicht aufbringt oder weiterhin einen wasserabweisenden Film über den feinen Teilchen 22 (wie im Falle von Fig. 7) unter Bildung einer Oberfläche 23 mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen aufbringt. Durch Bildung einer mehrschichtigen Struktur, in welcher eine Oberflächenschicht einschließlich der feinen Teilchen 22 über dem ersten Überzugsfilmkörper 21 a, der relativ große Teilchen 21, wie oben erwähnt, enthält, gebildet wird, bekommt man eine sogenannte aufgerauhte Verbundoberfläche, die aus relativ großen Vertiefungen und Vorsprüngen 23a und feinen Vertiefungen und Vorsprüngen 23b besteht. Mit einer solchen Struktur der Überzugsschicht 3 wird die Luft, die der geeigneten Stelle in der Überzugsoberfläche 23 zugeführt wird, rasch über die gesamte Überzugsoberfläche 23 verteilt, wobei die großen Vertiefungen und Vorsprünge 23a als Luftdurchgänge und die kleinen Vertiefungen und Vorsprünge 23b als luftrückhaltende Oberflächen verwendet werden. Auf diese Weise kann ein beabsichtigter Luftfilm erhalten werden.
Obwohl nicht gezeigt, kann eine Überzugsschicht mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen durch elektrolytisches oder stromloses Dispersionsplattieren ausgebildet werden. Das heißt, wenn ein Substrat mit einer mit Polytetrafluorethylenteilchen vermischten Plattierflüssigkeit plattiert wird, werden die Polytetrafluorethylenteilchen zusammen mit einer Metallmatrix abgeschieden, um die Oberfläche zu bedecken, wobei sich feine Vertiefungen und Vorsprünge ausbilden.
Die Erfinder dieser Erfindung führten einen Modelltest durch, um die Wirkungen der Überzugsschicht mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen auf die Verminderung des Fluidreibungswiderstandes eines Schiffes zu bewerten.
Obwohl diese Erfindung auf alle untergetauchten Oberflächen, wie einen Schiffskörperboden und Schiffskörperseiten, angewendet werden kann, erfolgte der Test durch Überziehen nur der Oberfläche des Schifsskörperbodens mit einer wasserabweisenden Überzugsschicht mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen, um ein Ergebnis in einer kurzen Zeitdauer zu erhalten. Die Einzelheiten des Tests sind folgende.

(Test 1)

Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das das Modellschiff zeigt, das in dem Test zur Bestimmung der Wirkungen dieser Erfindung verwendet wird. Fig. 10 ist eine vergrößerte Darstellung eines Bereiches Y in Fig. 9. Fig. 11 ist eine vergrößerte Darstellung eines Düsenabschnittes von unten, der durch den Pfeil B in Fig. 10 angezeigt ist.
In Fig. 9 wurde ein Kompressor getrennt von dem Modellschiffskörper 25 installiert, um Druckluft a durch ein Ventil 27 und eine Leitung 28 an ein Strömungsmeßgerät 29 zu liefern, welches den Strom der Luft bestimmte, und von dort durch eine Leitung 30 zu dem Boden des Schiffskörpers 25 zu führen. Die Luft a wird durch eine Zweigleitung 31 am Boden 25a des Schiffskörpers 25 in viele Leitungen aufgeteilt, welche dann über Ventile 32 mit einer großen Anzahl von Düsen 33 (kleine Rohre mit einem Durchmesser von 0,6 mm) verbunden waren, um Luft entlang einem Teststück TP zu blasen, das später beschrieben ist, wie in Fig. 10 und 11 gezeigt ist. Die Düsen 33 sind von der Aufstromseite zu der Abstromseite des sich bewegenden Schiffes gerichtet. Die große Anzahl von Düsen 3 ist in einer geraden Linie mit konstanten Abständen angeordnet, wie in Fig. 11 gezeigt ist.
Das in diesem Test verwendete Teststück TP ist eine beschichtete flache Aluminiumplatte (die der Struktur 16 entspricht), 400 mm breit, 500 mm lang und 1 mm dick.
Die auf diesem Teststück aufgebrachte Überzugsschicht von wasserabstoßendem Material hat eine Mehrschichtstruktur mit einer konkaven/konvexen Verbundoberfläche, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Die untergetauchte Oberfläche (Überzugsfilmschicht 3) der wasserabweisenden Überzugsschicht hat eine wasserabweisende Eigenschaft, die den Kontaktwinkel mit Wasser von 165º zeigt. In der Oberfläche sind die mittlere Höhe und der mittlere Abstand der großen Welligkeiten der ersten Überzugsschicht 21 a 6,3 µm bzw. 25,1 µm und die mittlere Höhe und der mittlere Abstand feiner Vertiefungen und Vorsprünge 0,9 µm bzw. 3,0 µm.
Die Überzugsschicht hat eine dreischichtige Struktur, die aus einer ersten Überzugsschicht 21a, welche Teilchen 21, wie Glasperlen mit einem Durchmesser von 50 µm enthält, einer mittleren Überzugsschicht, die über der ersten Überzugsschicht 21a ausgebildet ist und hydrophobe Kieselsäure 37a mit einem Durchmesser von 12 µm enthält, und einer Oberflächenüberzugsschicht, die hydrophobe Kieselsäure (feine Teilchen 22) mit einem Durchmesser von 1,4 µm enthält, besteht.
Vierzehn solcher Teststücke TP in Form flacher Platten wurden miteinander vereinigt, um ein größeres Teststück TP mit einer Breite von 800 mm und einer Länge von 3500 mm zu bilden, welches dann am Boden 25a des Schiffskörpers 25 des Modellschiffes befestigt wurde, welches 7,276 m long, 1,28 m breit und 0,6 m tief war, so daß die Vorderkante des Teststückes TP 1,45 m vom Bug entfernt angeordnet war.
Wie in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigt, waren Düsen 33 aus Spritzennadeln mit einem Innendurchmesser von 0,6 mm zum Ausblasen von Luft an der Vorderkante des Teststückes TP in gleichen Abständen (etwa 20 mm) angeordnet.
Der Schiffskörper 25 hat unter Ballast einen Tiefgang von 200 mm. Bei dieser Bedingung hatte der getestete Schiffskörper 25 eine Eintauchfläche S von 9,81 m², der Bereich St des Teststückes TP war 2,82 m² und das Flächenverhältnis St/S 0,285.
Ein Schleppwassertank mit einer Länge von 220 m, einer Breite von 14 m und einer Tiefe von 6,5 m wurde für den Schiffskörperwiderstandstest verwendet. Der Schiffskörper 25 wurde mit einem Schleppfahrzeug verbunden, und bei jeder Schiffsgeschwindigkeit wurde eine spezielle Luftmenge aus vierzig Spritzendüsen 33 in der Form winziger Blasen abgegeben, die vom Bug zum Heck strömten, während gleichzeitig der Widerstand des Schiffskörpers 25 unter Verwendung eines Widerstandskraftmeßgerätes gemessen wurde.
Tabelle 1 zeigt die Widerstandsreduzierungen (DR) des Modellschiffes, ausgedrückt als viskoser Widerstand und Reduzierungen des Reibungswiderstandes des Teststückes TP (DR') bei verschiedenen Schiffsgeschwindigkeiten. DR und DR' können nach den folgenden Formeln wiedergegeben werden.
DR = -(Ct - Ct&sub0;/Cv&sub0; x 100 %
DR' = (1 + K) DR/(St/S)
worin Ct = Gesamtwiderstandskoeffizient des getesteten Modellschiffes, Cv = viskoser Widerstandskoeffizient des getesteten Modellschiffes, Index 0 = normale Tests ohne Verwendung der wasserabstoßenden flachen Platte und K = Formeinflußfaktor (K = 0,222).
Tabelle 1 zeigt, daß das DR den Maximalwert von 19,4 % bei der Schiffsgeschwindigkeit von U = 2,11 m/s erreichte. Die Beziehung zwischen dem DR bei der Schiffsgeschwindigkeit U = 2,11 m/s und der Luftmenge, ein Maß für die mittlere Luftschichtdicke, ist in Fig. 12 gezeigt.
Die Luftmenge ist ein Index, der die mittlere Luftfilmdicke repräsentiert, berechnet unter der Annahme, daß die Luftschicht, die durch eine Kombination der in den Vertiefungen in der Überzugsschichtoberfläche erhaltenen Luft und der zugeführten Luft gebildet wird, gleichmäßig mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Schiff strömt. Bei der Schiffsgeschwindigkeit U = 2,11 m/s (Froudezahl Fr = 0,25) ist die tatsächlich zugeführte Luftmenge Qa wie in Tabelle 2 gezeigt.
Fig. 12 zeigt, daß die Wirkung der Reibungswiderstandsverminderung durch die Zufuhr von nur einer kleinen Luftmenge hervorgerufen wird. Es besteht eine Neigung, daß bis zur mittleren Luftschichtdicke von 0,24 mm (Luftmenge 5) eine Steigerung der Luftmenge mit einer Steigerung von DR % verbunden ist und daß jenseits dieser Dicke das DR % fast konstant bleibt. Bei dieser Ausführungsform wurde der Maximalwert von DR von 19 % bei der Luftmenge 20 erreicht. Das DR', welches nur ein Teststückabschnitt TP betrifft, erreichte einen Wert so hoch wie etwa 83 %.
Gemäß der Beobachtung des Luftstromes, der aus den Düsen 33 ausgestoßen wurde, wurde gefunden, daß die Luft a, die aus den Düsen abgegeben wurde, entlang der Oberfläche des Teststückes TP zu dem Heck strömte, während sie an der Teststückoberfläche anhaftete und sich darüber ausbreitete.
Zu Vergleichszwecken wurde auch eine Polytetrafluorethylenplatte mit einer glatten Oberfläche, die nicht oberflächenbehandelt war, anstelle des Teststückes TP getestet. In diesem Fall wurde die Luft aus den Düsen 33 als Blasen ohne Anhaften an der Polytetrafluorethylenplatte ausgeblasen und strömte abstromwärts in der Form einzelner getrennter Blasen.
Dies zeigt, daß die Verwendung der speziell gebildeten Überzugsschicht über dem Teststück TP, deren Oberfläche winzige Vertiefungen und Vorsprünge hat und die auch wenigstens an den Scheiteln vorspringende Abschnitte der Vertiefungen und Vorsprünge aus wasserabstoßendem Material besteht, um ihnen einen bestimmten Bereich von wasserabweisender Eigenschaft zu verleihen,und die Zufuhr von Luft zwischen der Überzugsschichtoberfläche und dem Wasser zusammenwirken, um nicht nur zu gestatten, daß eine Luftschicht zwischen der Überzugsoberfläche und dem Wasser gebildet wird, sondern auch die Luft der Luftschicht an der Überzugsoberfläche anhaftend zu halten, wobei nur jener Teil der Luftschichten nahe dem strömenden Wasser durch das Wasser weggetragen wird.
Wenn die Luftschicht über der Oberfläche des Überzugsfilmkörpers gebildet wird, ist der Überzugsfilmkörper nicht mehr in direkter Berührung mit dem Wasser, was zu einer wesentlichen Verminderung des Fluidreibungswiderstandes führt, wie aus der Fluidmechanik ersichtlich ist.
Es ist leicht zu verstehen, daß dies seinerseits eine Ersparnis an Antriebskraft gestattet. Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Schiffskörpers 25 und der für den Antrieb erforderlichen Energie gemäß den Ergebnissen des Tests unter Verwendung des Modellschiffes.
In dem Diagramm zeigt die ausgezogene Linie die erforderliche Energie (einschließlich der Luftabgabeenergie), wenn eine glatte Polytetrafluorethylenplatte befestigt wurde, und eine gestrichelte Linie zeigt die erforderliche Energie, wenn eine Luftschicht durch die Oberfläche des Überzugsfilmkörpers nach dieser Erfindung gebildet wurde. Es ist ersichtlich, daß die Energieverminderung um so größer ist, je höher die Schiffsgeschwindigkeit ist.
Bei wirklichen Schiffen gibt es verschiedene Arten von Schwingungen oder Schiffsbewegungen während der Navigation. Wenn der Schiffskörper schwingt, ist es erforderlich, daß die Oberfläche des Überzugsfilmkörpers, welche, wie oben erwähnt, gebildet wurde, in der Lage ist, die Luftschicht wirksam zurückzuhalten.
Um diese Eigenschaft zu testen, erhielt der Schiffskörper 25 eine mäßige zyklische Rollbewegung im Bereich von ± 3º, und gleichzeitig wurde Luft aus den Düsen 33 ausgeblasen. Das Ergebnis ist, daß die aus den Düsen 33 ausgestoßene Luft entlang dem Teststück TP strömte, während sie sich unter Bildung einer dünnen Luftschicht über der Oberfläche des Teststückes ausbreitete. Trotz der Rollbewegung des Schiffes wurde bestätigt, daß die Luftschicht zuverlässig gebildet wurde, obwohl eine geringe Leistungsverschlechterung beobachtet wurde.
Ob nun der Schiffskörper 25 rollt oder nicht, wird daher gefunden, daß in dem Schiffskörper 25, welcher das Teststück TP mit der nach der Erfindung gebildeten Überzugsfilmkörperoberfläche 10 hat, die Zuführung einer kleinen Luftmenge die zuverlässige Bildung und Aufrechterhaltung einer Luftschicht gestattet. Es liegt somit auf der Hand, daß die Erfindung sehr wirksam bei der Reduzierung der Fluidreibung ist, wenn ein Schiff gesteuert wird.

(Test 2)

Fig. 14 zeigt ein Systemdiagramm einer Testvorrichtung, um die Verminderung der Fluidreibung zu prüfen, wenn die Struktur mit eingetauchten Bereichen einer Flüssigkeitstransportleitung ist. Mit 35 ist eine zylindrische Kupferleitung bezeichnet, die mit zwei Leitungssystemen verbunden ist, einem Wassersystem A und einem Luftsystem B. In dem Wassersystem A wird Wasser W in einem Kunstharzbehälter 36 mit Hilfe einer Pumpe 37 durch ein Ventil 38 und ein Strömungsmeßgerät 39 zu der Kupferleitung 35 transportiert, von welcher das Wasser zu dem Behälter 36 zurückgeführt wird, so daß eine geschlossene Schleife gebildet wird. In dem Luftsystem B liefert andererseits ein Minikompressor 40 Luft durch ein Ventil 41 und ein Strömungsmeßgerät 42 zu nichtgezeigten Spritzennadeln, aus deren Düsen die Luft in jenes Ende der Kupferleitung 35 an der Wasserankunftsseite eingeblasen wird. Acht derartige Spritzennadeldüsen sind in der Kupferleitung in speziellen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Die Innenoberfläche der Kupferleitung 35, welche die untergetauchte Oberfläche darstellt, ist mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen durch elektrolytisches Dispersionsplattieren versehen, wobei die Vorsprünge mit einem wasserabstoßenen Material bedeckt sind.
Das Verfahren zur Ausbildung der Überzugsschicht mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen unter Verwendung einer Plattiertechnik ist nachfolgend beschrieben. Wie in Fig. 15 gezeigt, sind das Plattierbad 45 und die Kupferleitung 35 miteinander durch eine Leitung C und eine Leitung D verbunden, wobei die Leitung C aus einer Pumpe 46, einem Strömungseinstellventil 47 und einem Strömungsmeßgerät 48 besteht. Ein Nickelstab 49 als eine Anode, die in der Kupferleitung 35 installiert ist, ist mit einer Gleichstromenergiequelle 50 verbunden. Mit 51 ist eine Heizeinrichtung und mit 52 ein Rührer bezeichnet.
Die Zusammensetzung einer Dispersionsflüssigkeit L in dem Plattierbad 45 ist folgende:
Nickelsulfamat: 350 g/l
Nickelchlorid: 45 g/l
Borsäure: 40 g/l
Polytetrafluorethylenteilchen: 200 g/l
Das elektrolytische Dispersionsplattieren erfolgte unter den folgenden Bedingungen:
Dispersionsflüssigkeitstemperatur: 45 ºC
Stromdichte: 4,5 A/dm²
Stromzuführzeit: 30 min
Mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Dispersionsflüssigkeit ini der Leitung: 45 - 50 cm/s
Beobachtung der plattierten Schicht (Überzugsschicht) auf der Innenoberfläche der Kupferleitung 35 durch ein Lasermikroskop ergab, daß die Polytetrafluorethylenteilchen 35b von der Oberfläche der Nickelschicht 35a hervorragen, die auf der Innenoberfläche der Kupferleitung 35 ausgebildet ist, wie in Fig. 16 zu sehen ist. Es wurde auch gefunden, daß der Abstand s zwischen den Teilchen 35b im Bereich von 0,3 bis 30 µm liegt und daß ihr Verhältnis von Höhe zu Abstand h/s in einen Bereich von 0,3 bis 3 fällt.
Die Kupferleitung 35, deren Innenoberfläche mit einer plattierten Schicht (Überzugsfilmschicht) überzogen war, welche feine Vertiefungen und Vorsprünge auf ihrer Oberfläche hat und deren Vorsprünge von wasserabstoßenden Polytetrafluorethylenteilchen 35b gebildet wurden, wurde, wie in Fig. 14 gezeigt, für einen Druckverlustmessungstext angeordnet. Der Minikompressor 40 und die Pumpe 37 wurden so aktiviert, daß Luft und Wasser in die Kupferleitung 35 geführt wurden, um den Druckunterschied quer zu dem getesteten Abschnitt durch ein Druckunterschiedsmeßgerät 53 zu messen. Die gemessenen Werte wurden kontinuierlich auf einem Tintenschreiberrekorder 55 über ein Tiefpaßfilter 54 aufgezeichnet.
Der Test wurde mit der mittleren Strömungsgeschwindigkeit V von 0,5 bis 3 m/s in der Leitung und dem Verhältnis von eingeführter Luftmenge zu Wasserströmung RQ von 0,5 bis 3 Vol.% durchgeführt. Eines der Ergebnisse solcher Druckverlustmessungstests für V = 1,6 m/s ist in Fig. 17 gezeigt, welche anzeigt, daß die Einführung von Luft den Druckverlust reduzierte. Es ist auch ersichtlich, daß die Verminderung des Druckverlustes um so größer ist, je kleiner die eingeführte Luftmenge ist.
Fig. 18 zeigt die Beziehung zwischen der mittleren Strömungsgeschwindigkeit V in der Leitung und der Verminderung des Reibungswiderstandes (DR) in der Leitung, die man durch Berechnung des Reibungsfaktors aus den Druckverlustmessungstestergebnissen bekommt. Die graphische Darstellung zeigt, daß etwa 23 % der Widerstandsverminderung für V = 1,6 m/s erreicht werden, wenn das Strömungsverhältnis Luft/Wasser RQ so klein wie 0,5 Vol.% ist (schwarze Linie in dem Diagramm).
Zwei Arten von Leitungen wurden hergestellt. Eine ist eine Polytetrafluorethylenleitung mit einer glatten Innenoberfläche, die aus einem wasserabstoßenden Material mit dem Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als 90º besteht, und die andere ist eine Kupferleitung, die auf ihrer Innenoberfläche mit einem hydrophilen Material mit dem Kontaktwinkel mit Wasser von weniger als 90º überzogen ist, dessen Innenoberfläche mit winzigen Vertiefungen und Vorsprüngen ausgebildet ist. Sie wurden dem obenerwähnten Druckverlustmessungstest unterzogen. Es wurde gefunden, daß der Druckverlust mit beiden Leitungen anstieg, und diese Tendenz wurde erhöht, wenn die Luftmenge zunahm.
Die Wirkungen des Vorsprungsabstandes s auf die Lebensdauer der Luftschicht wurden auch geprüft, und das Ergebnis ist in Fig. 19 gezeigt.
Drei Arten von Harzplatten, Polypropylen, Polyvinylchlorid und Polytetrafluorethylen, wurden als die Teststücke (2 x 5 cm) verwendet, die mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen durch eine Übertragungsmethode ausgebildet waren. Diese Teststücke wurden 10 cm unter die Wasseroberfläche getaucht, und es wurde bestätigt, daß eine Luftschicht an der Oberfläche aller dieser Teststücke anhaftete. Es erfolgte eine Messung der Zeit, die erforderlich war, damit 10 % der den gesamten Bereich jedes Teststückes bedeckenden Luftschicht beseitigt wurden. Diese Zeitmessungen, die als die Lebensdauer der Luftschicht eines jeden Teststückes genommen wurden, wurden verglichen.
In Fig. 19 bedeutet die Kurve a die Polypropylenwerte, die Kurve b die Polytetrafluorethylenwerte und die Kurve c die Polyvinylchloridwerte. Es wurde das Testergebnis gefunden, daß die Polypropylen- und Polytetrafluorethylenharze in dieser Erfindung benutzt werden können, aber das Polyvinylchlorid nicht geeignet ist.
Das Ergebnis des Tests zur Messung der Luftschichtlebensdauer zeigt, daß die Lebensdauer des Luftfilmes scharf ansteigt, wenn der Vorsprungsabstand vermindert wird.
Besonders im Falle von Polytetrafluorethylen wird die Lebensdauer von mehr als 300 Tagen sichergestellt, wenn der Vorsprungsabstand auf weniger als 30 µm eingestellt wird.
Eine Untersuchung erfolgte auch bezüglich der Wirkungen, die das Verhältnis h/s der Vorsprungshöhe h zu dem Abstand s auf die Luftschichtlebensdauer hat. Die Ergebnisse sind in Fig. 20 gezeigt. Die graphische Darstellung zeigt, daß der Luftfilm für eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden kann, wenn das Verhältnis der Vorsprungshöhe zum Abstand h/s auf mehr als 0,3 eingestellt wird.
Andere Testergebnisse zeigen, daß eine zu große Vorsprungshöhe h und ein zu kleiner Abstand s zu einer Steigerung des Fluidreibungswiderstandes führen. Es ist daher erwünscht, das Verhältnis h/s im Bereich von 0,3 bis 3 einzustellen.

(Test 3)

Die Erfinder dieser Erfindung führten weiterhin Experimente durch, um die Bedingung zu prüfen, bei der die über der Überzugsoberfläche gebildete Luftschicht zurückgehalten wird, und um einen besseren Weg zur Ausbildung der untergetauchten Oberfläche mit Vertiefungen und Vorsprüngen zu finden.
Ein Teststück TP wurde hergestellt, das aus einer Aluminiumplatte 56 als ein Substrat und einer Überzugsschicht 57 bestand, die über der Oberfläche der Aluminiumplatte 56 ausgebildet wurde, wie in Fig. 21 gezeigt ist, wobei die Überzugsschicht eine aufgerauhte Verbundoberfläche der Mehrschichtstruktur dieser Erfindung mit Vertiefungen und Vorsprüngen hatte, wie in Fig. 8 gezeigt ist. (Der Überzugsfilmkörper 57 wird durch Aufbringung einer Glasperlen mit einem relativ großen Korndurchmesser enthaltenden Grundierung unter Bildung eines ersten Überzugsfilmkörpers auf der Oberfläche des Substrates, Aufbringung eines wasserabstoßende Kieselsäureteilchen mit einem mittleren Durchmesse von etwa 12 µm enthaltenden Harzes auf dem ersten Überzugsfilmkörper unter Bildung einer Zwischenüberzugsschicht und weitere Aufbringung eines wasserabstoßende Kieselsäureteilchen 22 mit einem mittleren Durchmesser von etwa 1,4 µm enthaltenden Harzes unter Bildung einer Deckschicht auf dem Zwischenüberzugsfilmkörper ausgebildet. Die Überzugsschicht 57 hat eine gewellte oder aufgerauhte Verbundoberfläche, die von einer Kombination relativ großer Vertiefungen und Vorsprünge 23a und feiner Vertiefungen und Vorsprünge 23b auf ihrer Oberseite gebildet wird.)
Das Teststück TP wurde derart in Wasser eingetaucht, daß die Seite der Überzugsschicht 57 nach oben blickte, und eine Spritze 58 wurde nahe an der Oberfläche der Überzugsschicht 57 angeordnet. Es wurde beobachtet, daß, wenn der Spritze 58 Luft zugeführt wurde, die Luft a statt sich nach oben zu bewegen, rasch über der gesamten Oberfläche der Überzugsschicht 57 ausgebreitet wurde und eine Luftschicht F bildete, die dort zurückgehalten wurde. Wenn die Luft a in größeren Mengen zugeführt wurde, als in der Oberfläche des Teststückes TP zurückgehalten werden konnten, trennte sich ein Teil der zugeführten Luft von der Überzugsoberfläche 57 ab und bewegte sich in der Form von Blasen nach oben.
Bei einem anderen Experiment wurde das Teststück TP geneigt in Wasser in einem Behälter 60 untergetaucht, wie in Fig. 22 gezeigt ist. Wenn Luft a durch ein enges Rohr 61 dem unteren Endbereich des Teststücke TP zugeführt wurde, trennte sich die Luft a nicht von der Oberfläche des Teststückes TP und bewegte sich nicht vertikal nach oben, sondern breitete sich stattdessen entlang der geneigten Oberfläche aus und bildete einen dreieckigen Luftfilm F, der sich entlang der geneigten Oberfläche nach oben ausbreitete.
Wenn zusätzliche Luft a weiter zugeführt wurde, wurde beobachtet, daß die in der Luftschicht F enthaltene Luftmenge größer wurde als in der Oberfläche des Teststückes TP zurückgehalten werden konnte, daß sich eine Luftansammlung f am oberen Endbereich des Teststückes TP bildete und daß die Luftansammlung f örtlich anschwoll, um sich als Blasen V abzutrennen, die sich zu der Wasseroberfläche nach oben bewegten.

[Ausführungsform 2]

Wie in der Ausführungsform 1 erklärt, ist klar ersichtlich, daß die Luft, wenn sie der Überzugsoberfläche zugeführt wird, die nach der Erfindung hergestellt wurde, zu einer Luftschicht ausgebildet wird, die fest an der Überzugsoberfläche anhaftet. Indem man sich dieses Phänomen zunutze macht, ist es möglich, ausgezeichnete Antikontaminierungs- und Antikorrosionswirkungen zu bekommen.
Es ist auch zu erwarten, daß die Erfindung solch ausgezeichnete Wirkungen ergibt, wenn man sie auf ankernde Schiffe, fest im Wasser installierte schwimmende Molen, Kähne, Deiche und Unterwasserpfähle anwendet.
Fig. 23 zeigt einen Pfosten, der mit dem Überzugsfilmkörper nach dieser Erfindung überzogen ist, um Unterwasserorganismen daran zu hindern, an der Überzugsoberfläche anzuhaften.
Ein Bein 82 des Pfostens (Unterwasserstruktur), das auf dem Meeresboden 81 errichtet ist, ist an seinem unteren Bereich mit einer ringförmigen Lufteinblasvorrichtung 83 versehen, aus welcher aus vielen kleinen Öffnungen Luft G ausgeblasen wird. Das Bein 82 hat Vertiefungen und Vorsprünge, die wenigstens auf der Oberfläche der Schicht ausgebildet wird, wobei wenigstens die Scheitel der Vorsprünge mit einer Schicht eines wasserabweisenden Materials ähnlich jenem, das in der Ausführungsform 1 verwendet wurde, überzogen sind.
In dem Pfosten 80 mit einer solchen Konstruktion wurde ein Kompressor 84 über ein Kontrollventil 85, ein Strömungsmeßgerät 86 und eine Leitung 87 mit der Luftausblasvorrichtung 83 verbunden, und Preßluft wurde durch eine Steuerung 88 gesteuert und der Luftausblasvorrichtung 83 zugeführt, aus deren Düsen die Luft um das Bein 82 herum geblasen wurde, um eine dünne Luftschicht über der Beinoberfläche zu bilden. Diese Luftschicht verhinderte, daß Unterwasserorganismen und Seegras in Berührung mit der Oberfläche des Beines 82 kamen, so daß das Bein während einer langen Zeitdauer frei von Kontaminierung gehalten wurde.

[Ausführungsform 3]

Fig. 24 zeigt eine Wasseraufnahmeleitung in einer Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird. Die Innenoberfläche der Wasseraufnahmeleitung 90 ist mit einer Überzugsschicht nach dieser Erfindung ausgebildet, und eine Düse 91 ist am Boden der Innenoberfläche montiert, um Sekundärluft G auf die Innenoberfläche der Wasseraufnahmeleitung 90 auszublasen und dabei eine Luftschicht zu bilden.
Die Düse 91 ist vorzugsweise über die gesamte Länge der Wasseraufnahmeleitung 90 angeordnet, und es ist weiterhin erwünscht, daß die Düse nicht nur am Boden, sondern auch am Umfangszwischenabschnitt angeordnet ist, so daß die Luft über die gesamte Innenoberfläche der Leitung zugeführt werden kann.
Es wird festgestellt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist und daß verschiedene Abwandlungen und Zusätze vorgenommen werden können. Die Merkmale dieser Erfindung können folgendermaßen zusammenfaßt werden.
1. Die vorliegende Erfindung bildet eine dünne Luftschicht über untergetauchten Bereichen einer Struktur. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die über der Oberfläche der untergetauchten Bereiche einer Struktur gebildete Überzugsschicht auf ihrer Oberfläche winzige Vertiefungen und Vorsprünge hat, wobei wenigstens die Scheitel der Vorsprünge aus einem wasserabweisenden Material bestehen, und daß der Überzugsoberfläche Luft zugeführt wird, um eine dünne Luftschicht zwischen der Überzugsoberfläche und Wasser zu bilden.
Das heißt, durch Zufuhr von Luft zu der über der untergetauchten Oberfläche einer Struktur gebildeten Überzugsoberfläche ist es möglich, eine dünne Luftschicht zu bilden, die an der Oberfläche der Überzugsschicht anhaftet.
2. Das erste Bestandteilselement dieser Erfindung ist die Bedingung der über der untergetauchten Oberfläche gebildeten Überzugsoberfläche. Die Überzugsoberfläche wird im wesentlichen von einem wasserabweisenden Material gebildet, und der Kontaktwinkel mit Wasser auf der fertig verarbeiteten Oberfläche sollte nicht weniger als 90º oder vorzugsweise 110º oder größer sein.
In einigen Fällen kann die Überzugsoberfläche über ihren gesamten Bereich aus einem wasserabweisenden Material mit einem speziellen Kontaktwinkel bestehen. Wenn nur jene Bereiche der Oberfläche, die mit der Oberfläche in Berührung kommendes Wasser abweisen müssen, oder wenigstens die Scheitel der vorspringenden Abschnitte der aufgerauhten Oberfläche von einem wasserabstoßenden Material gebildet werden, kann ein ausreichender wasserabstoßender Effekt erzielt werden.
Ein geeignetes wasserabstoßendes Material kann unter jenen ausgewählt werden, das in dieser Beschreibung erwähnt ist. Es ist wichtig, daß das wasserabstoßende Material weiterhin mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen durch verschiedene Mittel, wie Plattieren (elektrolyltisches Dispersionsplattieren und stromloses Dispersionsplattieren), mechanische Bearbeitung (Strangpressen mit Mundstück, Spritzformen, Übertragung durch Walzen mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen, Pressen und Siebmaschentechniken), Beschichten (eine Methode der Aufbringung eines mit Pulver gemischten Harzes, eine Methode des Aufspritzens oder Aufschleuderns von Pulver auf die Oberfläche und eine elektrostatische Beschichtungsmethode), eine Methode mit Energie hoher Dichte (eine Methode zur Aufrauhung einer Oberfläche unter Verwendung eines Lasers oder Plasmas) und eine Klebetechnik (eine Methode zum Aufkleben eines wasserabweisenden Filmes oder einer solchen Folie örtlich oder insgesamt) ausgebildet wird.
Wenn das verwendete Material ein hydrophiles Material ist, kann es eine wasserabweisende Eigenschaft mit Hilfe einer Oberflächenbehandlung bekommen und so wirksam verwendet werden.
3. Das zweite erfindungswesentliche Element besteht aus den Größen der Vertiefungen und Vorsprünge.
Es ist wesentlich, daß die Überzugsoberfläche mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen ausgebildet ist. Diese Vertiefungen und Vorsprünge sind so bemessen, daß der Vorsprungsabstand s im Bereich von 0,3 bis 30 µm liegt und das Verhältnis der Höhe der Vorsprünge zu den Abständen h/s im Bereich von 0,3 bis 3 liegt.
Wenn der Abstand zwischen den Vorsprüngen größer als 30 µm ist, ist es schwierig, stabil Luft auf der Oberfläche während einer langen Zeitdauer zu halten. Umgekehrt neigt die in den Vertiefungen gehaltene Luft, wenn der Abstand kleiner als 0,3 µm ist, dazu, ihr Volumen zu vermindern und sich relativ leicht abzutrennen.
Die Höhe der Vorsprünge h steht in Beziehung zu ihrem Abstand und kann nicht willkürlich bestimmt werden. So ist der Bereich ihrer Höhe durch das Verhältnis der Höhe zum Abstand h/s begrenzt.
Wenn die Überzugsschicht mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen auf einer Seite einer Basisplatte oder eines Substrates gebildet werden soll, ist sie für die Anwendung auf untergetauchte Oberflächen kleinen Maßstabs geeignet. Wenn die Überzugsfläche jedoch auf eine große Einrichtung, wie Schiffe, schwimmende Molen, Unterwasserpfähle und Senkkästen, aufgebracht werden soll, ist es bevorzugt, eine Überzugsschicht zu nehmen, die eine rauhte Verbundoberfläche hat, die durch eine Kombination relativ großer und feiner Vertiefungen und Vorsprünge auf ihrer Oberfläche gebildet ist.
Obwohl die sehr kleinen Vertiefungen und Vorsprünge eine genügende Kapazität haben, eine Luftschicht zu halten, fehlt ihnen die Fähigkeit, die zugeführte Luft gleichmäßig über die gesamte Überzugsfläche zu verteilen. Um diesem Problem gewachsen zu sein, kann die Substratoberfläche zunächst mit relativ großen Vertiefungen und Vorsprüngen versehen werden, auf welchen feine Vertiefungen und Vorsprünge dann ausgebildet werden können, weil man so eine erwünschte aufgerauhte Verbundoberfläche bekommt.
Die relativ großen Vertiefungen und Vorsprünge dienen als Durchgänge, um Luft über die Überzugsoberfläche zu verteilen. Eine Anordnung der relativ großen Vertiefungen und Vorsprünge in der Form eines Netzes unterstützt das gleichmäßige Dispergieren von Luft.
4. Das dritte erfindungswesentliche Element besteht darin, Luft von der Außenseite zu der wie oben verarbeiteten und auf der untergetauchten Oberfläche einer Struktur gebildeten Überzugsoberfläche zu führen.
Die verwendeten Düsen müssen eine solche Konstruktion haben, die das Volumen zugeführter Luft so klein wie möglich hält. Entgegen herkömmlicher Technik, die ein großes Luftvolumen zuführt, um die Wasserdichte zu verändern und dabei den Fluidreibungswiderstand zu reduzieren, ist diese Erfindung dadurch gekennzeichnet, wie in der Beschreibung erwähnt, daß eine dünne Luftschicht nur auf der Überzugsoberfläche ausgebildet wird. Hierzu ist es bevorzugt, ein Mittel zu verwenden, das Luft derart dünn zuführen kann, daß diese von der Überzugsoberfläche festgehalten werden kann.
Die Düsen zur Abgabe von Luft können als eine große Anzahl von Düsen kleinen Durchmessers oder als ein Schlitz ausgebildet sein. Wo es einen großen Geschwindigkeitsunterschied zwischen Wasser und der Überzugsoberfläche gibt, wie im Falle von Schiffen, kann es schwierig sein, der Überzugsoberfläche gleichmäßig Luft zuzuführen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Düsen speziell nach verschiedenen Bedingungen, wie der Form und Geschwindigkeit des Schiffes, zu gestalten.
Im Falle eines Schiffes neigt die von der Düse abgegebene Luft dazu, sich von der Schiffskörperseite wegen dynamischer Wirkungen von Wasserströmen und Wirbelströmen wegzubewegen. Daher wird für die nahe der Überzugsoberfläche einzublasende Luft empfohlen, eine Düse aus porösem Material oder eine Einrichtung, die Luft von der Rückseite eines gegen die Oberfläche des Schiffskörpers durch Wasserdruck gepreßten Bogens abgibt, zu verwenden. Die Verwendung solch einer Düse und Einrichtung gewährleistet die Bildung einer guten Luftschicht.
Im Falle einer untergetauchten Struktur mit einer langen Überzugsoberfläche, wie eines Schiffes, ist es erwünscht, daß die Düse quer über dem Schiffskörper angeordnet ist oder daß sich die Düsenform, -größe und -stellung in der Düsenkonstruktion und -anordnung gemäß Druckveränderungen in an der Schiffskörperseite erzeugten Wirbeln ausdrückt.
5. Die wirksamste Anwendung dieser Erfindung liegt in der Verminderung des Fluidreibungswiderstandes eines Schiffes, um dadurch die für den Antrieb erforderliche Energie wirtschaftlich zu gestalten. Hierzu wird eine Überzugsschicht auf der Oberfläche des Schiffskörpers gebildet, und Luft wird an der Überzugsoberfläche zugeführt, um eine dünne Luftschicht zu bilden und so Wasser daran zu hindern, in Berührung mit der Überzugsoberfläche zu kommen. Diese Luftschicht dient auch dazu, Unterwasserorganismen daran zu hindern, an dem Schiffskörper während des Ankerns anzuhaften. Sie hindert auch Unterwasserorganismen und verunreinigende Substanzen daran, sich auf den Oberflächen ortsfester Strukturen, wie Pfosten und Senkkästen, festzusetzen.
Eine andere Anwendung dieser Erfindung schließt Flüssigkeitstransportkanäle, wie Flüssigkeitstransportleitungen und -mulden, ein. Die Flüssigkeitstransportleitungen haben Fluidreibungswiderstand, so daß der Transport von Flüssigkeit eine große Antriebsenergie erfordert. Eine Anwendung dieser Erfindung auf Wasseraufnahmeleitungen einer elektrischen stromerzeugenden Anlage erlaubt eine wesentliche Verminderung des Fluidreibungswiderstandes. Dies macht es seinerseits möglich, den Durchmesser der Leitung und auch die Pumpenergie zu reduzieren. Im Falle von Mulden kann diese Erfindung ebenfalls deren Querschnitte vermindern. Wegen ihrer Antikontaminierungswirkungen verlängert die Erfindung außerdem die Lebensdauer der Flüssigkeitstransportkanäle, wie Leitungen.
6. Diese Erfindung wird wirksam auf den Boden eines Schiffes angewendet. Luft ist geneigt, von den schrägen Oberflächen, wie der Schiffskörperseite oder selbst von Schiffskörperboden, wenn der Schiffskörper stark schräg liegt, zu entweichen. Maßnahmen zur Verhinderung des Entweichens von Luft sollten getroffen werden und können die Verwendung einer Deckplatte oder Abdeckungsstufe, um Luftdurchgänge zu bilden, und die Anordnung von Düsen in mehreren Stufen einschließen.
Diese Erfindung reduziert wirksam die Fluidreibung durch ein kleines Luftvolumen. Für diesen Zweck sind an verschiedenen Stellen Sensoren vorgesehen, um den Zustand der Luftschicht festzutellen, so daß Düsen die kleinste erforderliche Luftmenge zugeführt werden kann.

(Vorteile der Erfindung)

Die Erfindung ist durch eine dünne Luftschicht gekennzeichnet, die durch Überziehen einer untergetauchten Oberfläche einer Struktur mit einem untergetauchten Bereich mit einer Überzugsschicht, die feine Vertiefungen und Vorsprünge auf ihrer Oberfläche hat und die wenigstens Scheitel der Vorsprünge aus einem wasserabweisenden Material besitzt, und Zuführen von Luft zu der Überzugsoberfläche, um eine dünne Luftschicht zwischen der Überzugsschichtoberfläche und Wasser zu bilden, erzeugt wird.
So wird die auf der Überzugsoberfläche gebildete dünne Luftschicht nicht leicht von dort abgetrennt, und die Zufuhr nur eines kleinen Luftvolumens mit sehr geringer Energie kann die Luftschicht auf der Überzugsoberfläche halten. Die Luftschicht kann eine Verminderung des Fluidreibungswiderstandes und die Verhinderung einer Kontaminierung und Korrosion ergeben.
Konkreter gesagt wird die Überzugssschichtoberfläche mit winzigen Vertiefungen und Vorsprüngen versehen, und wenigstens die Scheitel der Vorsprünge sind mit einer Überzugsschicht eines wasserabweisenden Materials bedeckt. So hat die Überzugsschicht eine wasserabweisende Wirkung auf ihrer Oberfläche, so daß die über die Oberfläche der Überzugsschicht zugeführte Luft leicht in die Vertiefungen strömt und durch den Wasserdruck und die Wasseroberflächenspannung dort enthalten bleibt.
Mit einem kleinen in den feinen Vertiefungen zurückgehaltenen Luftvolumen neigt zusätzliche Luft, wenn sie weiter zugeführt wird, dazu, sich zu einem stabileren Zustand durch Verminderung der Oberflächenenergie zwischen Wasser und Luft zu bewegen mit dem Ergebnis, daß die zusätzliche Luft zu der in den Vertiefungen enthaltenen Luft gezogen wird und sich mit dieser vereinigt, um leicht und wirksam eine dünne Luftschicht zu bilden. Diese Luftschicht kann den Fluidreibungswiderstand vermindern.
Die Luftschicht kann auch Unterwasserorganismen und verunreinigende Substanzen am Anhaften an der Oberfläche des untergetauchten Bereiches einer ortsfesten Struktur, die in einer feststehenden Position gehalten wird, hindern. Tabelle 1 Beziehung zwischen der Schiffsgeschwindigkeit und der Widerstandsverminderung Tabelle 2 Strömungsgeschwindigkeit von zugeführter Luft Qa . l/min

Claims

1. Überzug für eine Struktur mit einer in eine Flüssigkeit einzutauchenden Oberfläche, wobei dieser Überzug feine Vertiefungen und Vorsprünge umfaßt und wenigstens die Scheitel der Vorsprünge ein flüssigkeitsabweisendes Material haben, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Vertiefungen und Vorsprünge unregelmäßig angeordnet sind und solche Abmessungen besitzen, daß sie Luft erlauben, eingefangen und zurückgehalten zu werden, wenn die Oberfläche untergetaucht ist und sich in der Flüssigkeit bewegt.

2. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen und Vorsprünge derart angeordnet sind, daß das Verhältnis der Höhe der Vorsprünge zu dem Abstand h/s geringer als oder gleich 3 ist.

3. Überzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen und Vorsprünge derart angeordnet sind, daß das Verhältnis der Höhe der Vorsprünge zu dem Abstand h/s größer als oder gleich 0,3 ist.

4. Überzug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen und Vorsprünge derart angeordnet sind, daß der Abstand s der Vorsprünge im Bereich von 0,3 bis 30 µm liegt.

5. Überzug nach einem der vorausgehenden Ansprüche mit einer Überzugsschicht zur Anordnung auf der Oberfläche der Struktur und auf der Oberfläche der Überzugsschicht derart fixierten feinen Teilchen, daß die feinen Teilchen von der Oberfläche der Überzugsschicht aus vorspringen, wobei wenigstens Scheitel der aus der Überzugsschicht vorspringenden Teilchen eine flüssigkeitsabweisende Eigenschaft haben.

6. Überzug nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Überzugsschicht zur Anordnung auf der Oberfläche der Struktur und feinen Vertiefungen und Vorsprüngen, die auf der Oberfläche der Überzugsschicht durch feine Teilchen gebildet sind, wobei die feinen Teilchen mit einem flüssigkeitsabweisenden Material bedeckt sind.

7. Überzug nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Schicht zur Anordnung auf der Oberfläche der Struktur, wobei die Schicht relativ große Teilchen einschließt, und einer weiteren auf der Schicht gebildeten und kleinere Teilchen als jene der Schicht einschließenden Schicht, so daß der Überzug große Vertiefungen und Vorsprünge und kleinere Vertiefungen und Vorsprünge, die auf den jeweiligen Oberflächen der Schichten ausgebildet sind, hat.

8. Überzug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssigkeitsabweisende Material aus einer oder zwei oder mehr Arten von Materialien einschließlich eines Polytetrafluorethylens, einer pulverförmigen hydrophoben Kieselsäure, eines Polyethylens, eines Polypropylens und eines zur Erzeugung einer flüssigkeitsabweisenden Eigenschaft oberflächenbehandelten hydrophilen Harzes besteht.

9. Struktur mit einer Oberfläche, die bei der Verwendung in ein Fluid eingetaucht ist, und einem auf der Oberfläche ausgebildeten Überzug nach einem der vorausgehenden Ansprüche.

10. Struktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Schiff ist.

11. Struktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Flüssigkeitstransportkanal ist und dessen Oberfläche eine Innenoberfläche des Flüssigkeitstransportkanals ist.

12. Struktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie entweder ein schwimmender Körper oder eine in den Boden des Wassers getriebene und ortsfest in einer fixierten Position gehaltene Struktur ist.

13. Vorrichtung zur Erzeugung einer Luftschicht zwischen einer Oberfläche einer Struktur, die bei der Verwendung in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, und der Flüssigkeit mit einem Überzug nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Einrichtung zur Zuführung von Luft zu der Oberfläche zur Vereinigung mit zurückgehaltener Luft unter Bildung einer Luftschicht zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeit.

14. Verfahren zur Erzeugung einer Luftschicht über einer Oberfläche einer Struktur, die bei der Verwendung einen in eine Flüssigkeit eingetauchten Bereich hat, bei dem man den bei der Verwendung untergetauchten Bereich der Struktur mit einem Überzug nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bedeckt und dem Überzug Luft zuführt, um sie mit zurückgehaltener Luft unter Bildung einer Luftschicht zwischen dem Überzug und der Flüssigkeit zu vereinigen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedecken der Oberfläche mit einer Überzugsschicht darin besteht, daß man eine Schicht, die eine Oberfläche mit relativ großer Rauhigkeit umfaßt, und dann eine weitere Schicht, die eine Oberfläche mit feiner Rauhigkeit umfaßt, abscheidet.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen in bestimmten Abständen auf der Oberfläche der Struktur angeordnet sind und Luft aus den Düsen entlang der Überzugsoberfläche mit feinen Vertiefungen und Vorsprüngen zugeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen und Vorsprünge an der Überzugsoberfläche derart angeordnet sind, daß der Abstand s der Vorsprünge im Bereich von 0,3 bis 30 µm liegt und das Verhältnis der Höhe der Vorsprünge zu den Abständen h/s im Bereich von 0,3 bis 3 liegt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Vertiefungen und Vorsprünge durch eine Übertragungsmethode erzeugt werden.

19. Verfahren zur Erzeugung einer Luftschicht nach einem der Ansprüche 14 und 16 bis 18, bei dem man die Überzugsschicht über der Oberfläche einer Struktur bildet und feine Teilchen auf der Oberfläche der Überzugsschicht derart fixiert, daß die feinen Teilchen von der Oberfläche aus vorragen, wobei wenigstens Scheitel der aus der Überzugsschicht vorragenden feinen Teilchen eine flüssigkeitsabweisende Eigenschaft haben.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 16 bis 18, bei dem man eine über der Oberfläche einer Struktur gebildete Überzugsschicht vorsieht und feine Vertiefungen und Vorsprünge in der Oberfläche der Überzugsschicht durch feine Teilchen bildet und die feinen Teilchen mit einem flüssigkeitsabweisenden Material überzieht.

21. Verfahren zur Verminderung des Reibungswiderstandes zwischen einem Meeresbehältnis und Wasser, bei dem man wenigstens einen mit Wasser in Berührung stehenden Teil des Meeresbehältnisses mit einer Oberfläche mit einer luftzurückhaltenden Eigenschaft vorsieht, eine Lufteinblaszone in einer Aufstromposition auf dieser Oberfläche vorsieht, eine Einrichtung zur Bildung einer dünnen Luftschicht über der Oberfläche des mit Wasser in Berührung stehenden Teils bildet, wobei die Luft durch die Lufteinblaszone eingeblasen wird, wenn das Meeresbehältnis navigiert wird, diese Einrichtung durch eine Überzugsschicht mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten gebildet wird und wenigstens Spitzenbereiche der Oberflächenunregelmäßigkeiten mit einem wasserabweisenden Material gebildet werden, wobei die Überzugsschicht Primärluft in Wasser zurückhält, Sekundärluft aus der Lufteinblaszone in die Primärluftschicht einführt und Sekundärluft in der Primärluftschicht sich absorbieren und sich mit ihr vereinigen läßt und unter Bildung einer dünnen Luftschicht über dieser Oberfläche ausbreitet und das Meeresbehältnis navigiert, während ein Teil der Luft in einem mit Wasser in Berührung stehenden Oberflächenbereich der dünnen Luftschicht, der zum Heck des Meeresbehältnisses weggetragen wird, durch die durch die Lufteinblaszone eingeblasene Sekundärluft ersetzt wird.

22. Meeresbehältnis mit vermindertem Reibungswiderstand mit Wasser mit einem Schiffskörper, von dem wenigstens ein mit Wasser in Berührung stehender Teil eine Oberfläche mit einer luftzurückhaltenden Eigenschaft umfaßt, einer in einer Aufstromposition auf der Oberfläche vorgesehenen Lufteinblaszone und einer Einrichtung zur Bildung einer dünnen Luftschicht über der Oberfläche mit der durch die Lufteinblaszone eingeblasenen Luft, wenn das Meeresbehältnis navigiert wird, wobei diese Einrichtung eine Überzugsschicht mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten hat und wenigstens Spitzen- oder Scheitelbereiche der Oberflächenunregelmäßigkeiten aus einem wasserabstoßenden Material gebildet sind und die Überzugsschicht die Eigenschaft hat, einen dünnen Luftfilm umfassende Primärluft in Wasser zurückzuhalten, wobei sich die Lufteinblaszone in der Richtung der Schiffskörperbreite derart erstreckt, daß an einer Aufstromposition auf der Überzugsschicht die Lufteinblaszone Sekundärluft in die Nachbarschaft der Oberfläche der Überzugsschicht einblasen kann, die Anordnung derart ist, daß die Sekundärluft der über der Oberfläche der Überzugsschicht zurückgehaltenen Primärluft zugeführt wird und ihr gestattet wird, sich über der Oberfläche der Überzugsschicht unter Bildung einer dünnen Luftschicht auszubreiten, die konstant über dem mit Wasser in Berührung stehenden Teil des Meeresbehältnisses gehalten wird, wobei eine loszulösende und von einem Heckteil des Meeresbehältnisses entsprechend der Navigation des Meeresbehältnisses wegzuführende Luftmenge mit der zugeführten Sekundärluft ersetzt wird.

23. Meeresbehältnis nach Anspruch 22, bei dem die Lufteinblaszone mehrere Lufteinblasdüsen umfaßt, die in einer Aufstromposition und in Nachbarschaft zu der Überzugsschicht in einer solchen Weise angeordnet sind, daß Ströme der Sekundärluft im Abstand in der Richtung der Schiffskörperbreite eingeblasen werden.

24. Meeresbehältnis nach Anspruch 22, bei dem die Lufteinblaszone eine Lufteinblasdüse vom Schlupftyp umfaßt, die in einer Aufstromposition und in Nachbarschaft der Überzugsschicht angeordnet ist, wobei sich diese Lufteinblasdüse vom Schlupftyp in der Richtung der Schiffskörperbreite erstreckt.

25. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die Lufteinblaszone so angeordnet ist, daß sie Luft in der Richtung vom Bug zum Heck des Meeresbehältnisses einbläst.

26. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei dem die Einrichtung zur Bildung einer dünnen Luftschicht über dem mit Wasser in Berührung stehenden Teil eine Überzugsschicht von wasserabweisendem Material umfaßt und feine Oberflächenunregelmäßigkeiten hat, die einen Kontaktwinkel mit Wasser von 90º oder darüber haben.

27. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 26, bei dem das wasserabweisende Material aus der Gruppe Polytetrafluorethylen, Pulver von hydrophober Kieselsäure, Polyethylen, Polypropylen und Gemischen hiervon ausgewählt ist.

28. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 26, bei dem das wasserabweisende Material ein Material mit einer hydrophilen Oberfläche ist, der durch eine Oberflächenbehandlung Hydrophobiziät erteilt wurde.

29. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 28, bei dem die Spitzen- oder Scheitelbereiche der Oberflächenunregelmäßigkeiten einen Abstand im Bereich von 0,3 bis 30 µm und eine Höhe h haben, wobei das Verhältnis dieser Höhe zu dem Abstand, h/s, im Bereich von 0,3 bis 3 liegt.

30. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 29, bei dem die Oberfläche des Schiffskörpers mit einer Anstrichmittelschicht gebildet ist, deren Oberfläche mit feinen Unregelmäßigkeiten mit feinen Teilchen ausgestattet ist, wobei die freiliegende Oberfläche die feinen Unregelmäßigkeiten mit einem Material mit Wasserabweisung bedeckt hat.

31. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 29, bei dem die Oberfläche des Schiffskörpers mit einer Unterschicht, die eine Anstrichmittelschicht mit Teilchen relativ großen Teilchendurchmessers darin umfaßt, einer auf der Unterschicht ausgebildeten Deckschicht mit Teilchen relativ kleinen Teilchendurchmessers darin versehen ist, wobei die Deckschicht mit einem wasserabweisenden Material bedeckt ist und die mit wasserabweisendem Material bedeckte Oberfläche große Unregelmäßigkeiten, die den Teilchen mit dem relativ großen Teilchendurchmesser zuzuschreiben sind, und feine Unregelmäßigkeiten, die den Teilchen mit dem relativ kleinen Teilchendurchmesser zuzuschreiben sind, hat.

32. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 31, bei dem die Oberfläche wenigstens der Spitzen- oder Scheitelbereiche der Oberflächenunregelmäßigkeiten einen Kontaktwinkel mit Wasser von 90º oder darüber hat, wobei die Überzugsschicht eine solche Eigenschaft hat, daß, wenn eine kleine Menge Sekundärluft von der Seite des unteren Endes der in Wasser in einer vertikal geneigten Position gehaltenen Überzugsschicht mit deren Außenoberfläche nach oben zugeführt wird, die zugeführte Sekundärluft in einer kleinen Menge der Primärluft, die in den feinen Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Überzugsschicht gehalten wird, absorbiert und mit dieser vereinigt wird, dann aufwärts fließt, während sie sich ausbreitet und einen dünnen Luftfilm bildet, und die Überzugsschicht von einem aufwärts gelegenen Endteil der Überzugsschicht und in das Wasser in der Form von Luftblasen verläßt.

33. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 32, bei dem die auf der Oberfläche des Schiffskörpers gebildete Überzugsschicht eine Anstrichmittelschicht umfaß.

34. Meeresbehältnis nach einem der Ansprüche 22 bis 32, bei dem die auf der Oberfläche des Schiffskörpers gebildete Überzugsschicht ein an der Schiffskörperoberfläche anhaftendes Bogenmaterial umfaßt.

35. Verfahren zur Herstellung eines Schiffsbehältnisses nach einem der Ansprüche 22 bis 34, bei dem die Überzugsschicht mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten durch Pressen ausgebildet wird, das unter Verwendung einer Form mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten oder einer Preßwalze mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten ausgeführt wird.

36. Verfahren zur Herstellung eines Meersbehältnisses nach einem der Ansprüche 22 bis 34, bei dem die Überzugsschicht mit Oberflächenunregelmäßigkeiten durch eine Siebmaschenmethode gebildet wird, mit welcher ein feines Maschenmuster im Transferdruckverfahren übertragen wird.

37. Verfahren zur Herstellung eines Meeresbehältnisses nach einem der Ansprüche 22 bis 34, bei dem die Überzugsschicht mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten durch Aufrauhen der Oberfläche eines Kunstharzbogens durch Bestrahlung mit Energie hoher Dicht von Laserstrahlen oder Plasma gebildet wird.