EP4077129A1 - Verschmutzungsschutz für riblet-folien - Google Patents

Verschmutzungsschutz für riblet-folien

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EP4077129A1
EP4077129A1 EP20833781.6A EP20833781A EP4077129A1 EP 4077129 A1 EP4077129 A1 EP 4077129A1 EP 20833781 A EP20833781 A EP 20833781A EP 4077129 A1 EP4077129 A1 EP 4077129A1
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EP
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riblet
film
protection
edge
adhesive layer
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EP20833781.6A
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Oliver OESER
Dirk TROTTNOW
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Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
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Publication date
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    • B64C2230/00—Boundary layer controls
    • B64C2230/26—Boundary layer controls by using rib lets or hydrophobic surfaces

Definitions

  • the application device has a height limitation with which the maximum height of the edge protection material above the surface during application to a height less than or equal to the height of the top of the riblet film or to the thickness of the adhesive layer of the riblet film. Foil is limited. By means of a corresponding height limitation, it can already be ensured during the application of the edge protection according to the invention that the edge protection does not protrude beyond the riblet film in the molded state. Furthermore, suction for excess edge protection material can be provided in the application device. By sucking off excess edge protection material, it can be ensured that it does not settle in undesired places and possibly harden there.
  • edge protection according to the invention can improve the aerodynamic properties of the transition between the two riblet foils when applied to opposite edges of two adjacent riblet films arranged closely together by opening the gap between the two through the edge protection Riblet film is at least partially filled.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a contamination protection 10 according to the invention for the riblet film 2 from FIG.
  • the views in FIGS. 4a, b correspond to those from FIGS. 2a, b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verschmutzungsschutz (10) für die Ränder von auf einer Oberfläche (1) aufgeklebten Riblet-Folien (2) mit auf der Oberseite (3') einer Folienschicht (3) ausgeformten Riblets (4) und einer Klebeschicht (5) auf der Unterseite. Der Verschmutzungsschutz (10) umfasst einen Kantenschutz (11, 12), der unmittelbar an einer auf einer Oberfläche (1) aufgeklebten Riblet-Folie (2) so ausgeformt ist, dass der Kantenschutz (11, 12) die Klebeschicht (5) der Riblet-Folie (2) abdeckt, nicht aber über die Oberseite (3') der Riblet-Folie (2) hervorstehend ist.

Description

Verschmutzungsschutz für Riblet-Folien
Die Erfindung betrifft einen Verschmutzungsschutz für die Rän der von auf einer Oberfläche aufgeklebten Riblet-Folien.
Riblet-Strukturen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei entsprechenden Riblet-Strukturen handelt es sich um Mikro strukturierungen von Oberflächen, um den Reibungswiderstand für entlang der Oberfläche strömenden Fluids - die sog. Wand reibung - zu reduzieren. Entsprechende Strukturen sind grund sätzlich für solche Anwendungen interessant, bei denen die Wandreibung einen nicht unerheblichen Anteil an dem strömungs bedingten Gesamtwiderstand ausmacht. So finden sich Riblet- Strukturen bspw. auf Außenflächen von Flugzeugen, aber auch auf Rotorblättern von Windenergieanlagen, an der Außenhaut von Schiffen oder auf Außenflächen von Hochgeschwindigkeitszügen. Ebenfalls Verwendung finden solche Strukturen beispielsweise an Innenflächen von Pipelines.
Durch entsprechende Riblet-Strukturen lassen sich also die Wandreibung und damit auch der Gesamtluftwiderstand eines Flugzeuges im Flug reduzieren, was u. a. zu geringeren Treib stoffkosten führt. Für andere Anwendungen von Riblet-Struktu ren gilt Vergleichbares.
Im Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, wie Riblet-Strukturen auf bereits bestehende Strukturen, wie bspw. die lackierte Außenhaut von Flugzeugen, aufgebracht wer den können. Beispielsweise können Riblet-Strukturen in Form einer selbstklebenden Riblet-Folie auf eine Struktur aufge bracht werden. Die Riblet-Folie mit Riblets auf einer, und ei ner Klebeschicht auf der anderen Seite können grundsätzlich auf eine beliebige Oberfläche aufgeklebt werden. Die Riblet- Folie kann dabei auf das jeweils benötigte Maß zugeschnitten werden. Es ist auch möglich, dass die Riblet-Folie neben der Folienschicht mit darauf angeordneten Riblet-Strukturen und der Klebeschicht noch weitere Schichten umfasst. Bspw. kann eine originär klebeschichtfreie Folienschicht umfassend Rib let-Strukturen mit einem doppelseitigen Klebeband auf einer Oberfläche angebracht werden, womit zu den beiden genannten Schichten noch eine weitere Trägerschicht und eine innen lie gende Klebeschicht hinzukommt. Ein möglicher Aufbau einer Rib- let-Folie kann auch den Schichtaufbau Klebeschicht, Trägerfo lie, Klebeschicht, Lack mit darin eingeprägter Riblet-Struktur aufweisen .
Es hat sich gezeigt, dass sich die Ränder von auf Oberflächen aufgeklebten Riblet-Folien aufgrund von Schmutz mit der Zeit verfärben, sodass die Umrisse von Riblet-Folien stark hervor treten. Das ist in der Regel unerwünscht.
Bei dekorativen Folien auf überströmten Oberflächen lassen sich vergleichbare Verschmutzungen feststellen. Um diese Ver schmutzung und den damit einhergehenden negativen optischen Eindruck zu verringern, sind sog. Edge Sealer bekannt, bei de nen die Kante der Folie von einem aushärtbaren und mit Lö sungsmittel entfernbaren Gel überdeckt wird, sodass sich ein kantenfreier Übergang zwischen Oberfläche und Folie ergibt.
Der Edge Sealer trägt dabei jedoch auch auf der Folie auf, was bei dekorativen Folien hinnehmbar ist, bei aerodynamisch funk tionalen Folien, wie Riblet-Folien, aufgrund von durch einen Edge Sealer induzierten Störungen der Überströmung jedoch de ren Wirksamkeit reduziert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen für die Rän der von auf einer Oberfläche aufgeklebten Riblet-Folien geeig neten Verschmutzungsschutz zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Verschmutzungsschutz gemäß dem Hauptanspruch, sowie einer Applikationsvorrichtung für eben diesen Verschmutzungsschutz. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demnach betrifft die Erfindung einen Verschmutzungsschutz für die Ränder von auf einer Oberfläche aufgeklebten Riblet-Folien mit auf der Oberseite einer Folienschicht ausgeformten Riblets und einer Klebeschicht auf der Unterseite, umfassend einen Kantenschutz, der unmittelbar an einer auf einer Oberfläche aufgeklebten Riblet-Folie so ausgeformt ist, dass der Kanten schutz die Klebeschicht der Riblet-Folie abdeckt, nicht aber über die Oberseite der Riblet-Folie hervorstehend ist.
Die Erfindung hat erkannt, dass die Ansammlung von Schmutz am Rand von Riblet-Folien auf überströmten Oberflächen, wie bspw. der Außenhaut von Flugzeugen, nicht das Vorliegen der durch die Riblet-Folie zwangsläufig gegenüber der Oberfläche, auf die sie aufgeklebt ist, geschaffene Stufe bzw. Kante maßgeb lich ist, sondern vielmehr die zum Aufkleben der Folie vorge sehene Klebeschicht an dem Rand einer Riblet-Folie freiliegend ist, sodass Schmutzpartikel daran dauerhaft anhaften. Gleiches gilt für evtl, weitere innen liegende Klebeschichten der Rib let-Folie, die ebenfalls am Rand einer Riblet-Folie freilie gend sind. Aus Gründen der Lesbarkeit wird im Folgenden aber jeweils nur auf die Klebeschicht zur Befestigung der Riblet- Folie an einer Oberfläche Bezug genommen. Die entsprechenden Ausführungen gelten analog aber auch für ggf. zusätzliche Kle beschichten, die gemeinsam mit der zuvor genannten Klebe schicht abgedeckt werden können.
Indem am Rand der Riblet-Folie erfindungsgemäß ein Kanten schutz vorgesehen wird, der an der Klebeschicht der Riblet-Fo lie anliegt und diese abdeckt, wird ein Anhaften von Schmutz an der Klebeschicht verhindert. Gleichzeitig steht der erfin dungsgemäße Kantenschutz - anders als der aus dem Stand der Technik bekannte Edge Sealer - nicht über die Oberseite der Riblet-Folie hervor und erstreckt sich insbesondere auch nicht auf die Oberseite der Folienschicht. In der Folge wird die Überströmung der Riblet-Folie und deren Wirksamkeit praktisch nicht beeinträchtigt.
Es ist bevorzugt, dass der Kantenschutz aus kleinkörnigem bis pulverförmigen Granulat ausgeformt ist, dessen Partikel an der Klebeschicht der Riblet-Folie anhaften. Letztendlich wird also der Zusammenhang, der im Stand der Technik zur Anhaftung von Schmutz an den Rändern einer Riblet-Folie führt, genutzt, um Granulat-Partikel am Rand der Riblet-Folie zu fixieren. Ist die Klebeschicht am Rand der Riblet-Folie vollständig vom Gra nulat abgedeckt, können Schmutzpartikel dort nicht mehr anhaf ten.
Alternativ zur Verwendung eines Granulats kann der Kanten schutz auch aus einer ausgehärteten Flüssigkeit ausgeformt sein, die eine zum Anhaften an die Klebeschicht der Riblet-Fo lie ausreichende Adhäsion mit dieser aufweist. Die ausgehär tete Flüssigkeit kann sich dabei wie ein Film über die freile gende Seite der Klebeschicht am Rand der Riblet-Folie legen und so das unerwünschte Anhaften von Schmutzpartikeln daran unterbinden. Dabei gilt weiterhin, dass sich der aus der aus gehärteten Flüssigkeit gebildete Kantenschutz nicht über die Oberseite der Riblet-Folie hervorsteht und insbesondere nicht auf der Oberseite der Folienschicht der Riblet-Folie anliegt. Das kann vorzugsweise dadurch sichergestellt werden, dass die verwendete Flüssigkeit zumindest im flüssigen Zustand keine o- der kaum Adhäsion an der Folienschicht selbst aufweist, sodass sie bereits beim Aushärten nicht an der Folienschicht selbst anhaftet oder zumindest nach erfolgten Aushärten einfach von der Folienschicht selbst entfernt werden kann. Die Flüssigkeit kann so gewählt sein, dass sie nicht nur an der Klebeschicht der Riblet-Folie, sondern auch an der Ober fläche, auf die die Riblet-Folie aufgeklebt ist, anhaftet. Der im Grundsatz stufenförmige Übergang von Oberfläche zu Riblet- Folie kann dann aerodynamisch verbessert ausgeformt werden, indem die Innenecke am Übergang von Oberfläche zur Seite der Riblet-Folie ausgefüllt wird. Der Kantenschutz ist dabei wei terhin nicht über die Oberseite der Riblet-Folie hervorste hend.
Unabhängig davon, wie der erfindungsgemäße Kantenschutz ausge formt ist, ist er bevorzugt transparent, wozu bspw. die Granu lat-Partikel oder die Flüssigkeit im ausgehärteten Zustand transparent sein können. Indem der Kantenschutz selbst trans parent ist, kann er an Riblet-Folien verschiedenster Farbe an geformt werden, ohne den optischen Eindruck der Kombination aus Riblet-Folie und Oberfläche zu stören.
Um den erfindungsgemäßen Kantenschutz zu applizieren, kann eine Applikationsvorrichtung verwendet werden, die an einem Rand einer Riblet-Folie entlanggeführt werden kann und eine Zuführöffnung für Kantenschutzmaterial aufweist. Bei dem Kan tenschutzmaterial kann es sich bspw. um kleinkörniges bis pul verförmiges Granulat oder um eine aushärtbare Flüssigkeit han deln.
Dabei ist bevorzugt, wenn die Applikationsvorrichtung eine Hö henbegrenzung aufweist, mit der die maximale Höhe des Kanten- schutzmaterials über der Oberfläche beim Applizieren auf eine Höhe kleiner gleich der Höhe der Oberseite der Riblet-Folie o- der auf die Dicke der Klebeschicht der Riblet-Folie begrenzt ist. Durch eine entsprechende Höhenbegrenzung kann bereits bei der Applikation des erfindungsgemäßen Kantenschutzes sicherge stellt werden, dass der Kantenschutz im ausgeformten Zustand nicht über die Riblet-Folie hervorsteht. Weiterhin kann bei der Applikationsvorrichtung eine Absaugung für überschüssiges Kantenschutzmaterial vorgesehen sein. Indem überschüssiges Kantenschutzmaterial abgesaugt wird, kann si chergestellt werden, dass es sich nicht an unerwünschten Orten absetzt und ggf. dort aushärtet.
Die Applikationsvorrichtung kann weiterhin eine Aushärteein richtung, vorzugsweise eine UV-Lampe, zum Aushärten des Kan- tenschutzmaterials aufweisen. Flüssigkeiten, die Licht einer besonderen Wellenlänge zum Aushärten benötigen, können so un- mittelbar bei der Applikation ausgehärtet werden.
Es hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße Kantenschutz bei Applikation an gegenüberliegenden Kanten zweier benachbar ter, dicht aneinander angeordneter Riblet-Folien die aerodyna mischen Eigenschaften des Übergangs zwischen den beiden Rib- let-Folien verbessern kann, indem durch den Kantenschutz der Spalt zwischen den beiden Riblet-Folien wenigstens teilweise ausgefüllt wird.
Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer auf einer
Oberfläche aufgeklebten Riblet-Folie;
Figur 2a, b: die Riblet-Folie aus Figur 1 mit einem ersten
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ver schmutzungsschutzes;
Figur 3: schematische Darstellung einer Applikationsvor richtung für den Verschmutzungsschutz aus Figur
2; Figur 4a, b die Riblet-Folie aus Figur 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ver schmutzungsschutzes;
Figur 5: schematische Darstellung einer Applikationsvor richtung für den Verschmutzungsschutz aus Figur 4; und
Figur 6: schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verschmutzungsschutzes gemäß Figur 4 bei zwei dicht nebeneinanderliegenden Riblet-Folien.
In Figur 1 ist eine auf einer Oberfläche 1 aufgeklebte Riblet- Folie 2 gezeigt. Die Riblet-Folie 2 umfasst dabei auf der Oberseite 3' einer Folienschicht 3 ausgeformte Riblets 4, wäh rend die Unterseite der Folienschicht 3 mit einer Klebeschicht 5 versehen ist, um die Riblet-Folie 2 stoffschlüssig auf der Oberfläche 1 anzubringen. Wie in Figur 1 zu erkennen, liegt die Klebeschicht 5 an den Rändern der Riblet-Folie 2 frei.
In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Verschmutzungsschutzes 10 für die Riblet-Folie 2 aus Figur 1 dargestellt. Figur 2a zeigt dabei eine schemati sche isometrische Ansicht, während Figur 2b einen schemati schen Schnitt zeigt.
Der Verschmutzungsschutz 10 umfasst einen aus pulverförmigen transparenten Granulat ausgeformten Kantenschutz 11. Das Gra nulat ist dabei so an die Riblet-Folie 2 angeformt, dass es an deren Klebeschicht 5 anhaftet und diese vollflächig abdeckt. Die Verbindung erfolgt dabei allein aufgrund der Klebewirkung der Klebeschicht 5 - das Granulat selbst ist nicht klebend. Da bei der Ausführungsform die Klebeschicht 5 vollflächig von dem Granulat bedeckt ist, kann in der Folge kein Schmutz mehr an der Klebeschicht 5 anhaften. Gleichzeitig ist diesem Ausfüh rungsbeispiel inhärent, dass der Kantenschutz 10 nicht über die Oberseite 3' der Folienschicht 3 und somit der Riblet-Fo- lie 2 hervorstehend ist.
In Figur 3 ist eine mögliche Applikationsvorrichtung 20 zur Herstellung des Verschmutzungsschutzes gemäß Figur 2 darge stellt. Die Applikationsvorrichtung 20 wird dabei in die durch den Pfeil 90 angedeutete Richtung an der Kante einer Riblet- Folie 2, wie bspw. aus Figur 1, entlanggeführt. Dabei wird durch eine erste Öffnung 21 Granulat in einen Arbeitsraum 22 eingebracht, der im Verwendungszustand der Applikationsvor richtung 20 zusätzlich noch durch die Oberfläche 1 und den Rand der Riblet-Folie 2 begrenzt ist. Innerhalb des Arbeits raums 22 kommt das Granulat folglich in Kontakt mit der Klebe schicht 5 der Riblet-Folie 2 und haftet dort an. Das Granulat, welches bei langsamer Bewegung der Applikationsvorrichtung 20 entlang des Randes der Riblet-Folie 2 nicht an der Klebe schicht 5 anhaftet, wird über die Öffnung 23 abgesaugt und kann bspw. wiederverwendet werden.
In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Verschmutzungsschutzes 10 für die Riblet-Folie 2 aus Figur 1 dargestellt. Die Ansichten in Figuren 4a, b ent sprechen dabei denjenigen aus Figuren 2a, b.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Verschmutzungs schutz 10 einen Kantenschutz 12, der aus einer aushärtbaren Flüssigkeit - im dargestellten Ausführungsbeispiel einem UV- aushärtbaren Gel - ausgeformt ist. Der Kantenschutz 12 deckt dabei vollständig die Klebeschicht 5 der Riblet-Folie 2 ab und überlappt auch etwas mit der Folienschicht 3 (vgl. Figur 4b). Nichtsdestotrotz steht der Kantenschutz 12 nicht über die Oberseite 3' der Folienschicht 2 und somit der Riblet-Folie 2 hervor. Der Kantenschutz 12 weist weiterhin eine strömungs günstige Form auf und ist zumindest im ausgehärteten Zustand transparent.
In Figur 5 ist eine beispielhafte Applikationsvorrichtung 20 für den Verschmutzungsschutz 10 gemäß Figur 4 gezeigt. Die Ap plikationsvorrichtung 20 wird dabei in die durch den Pfeil 90 angedeutete Richtung an der Kante einer Riblet-Folie 2, wie bspw. aus Figur 1, entlanggeführt, womit ein Arbeitsraum 22 von der Applikationsvorrichtung 20, der Oberfläche 1 und dem Rand der Riblet-Folie 2 gebildet wird, der eine Negativform des gewünschten Kantenschutzes 12 darstellt, womit auch eine Höhenbegrenzung ausgehend von der Oberfläche 1 gegeben ist, bis zu der sich die Flüssigkeit ansammeln kann. Durch eine Zu führöffnung 21 wird die auszuhärtende Flüssigkeit in den Ar beitsraum 22 eingebracht und durch Bewegen der Applikations vorrichtung 20 in Richtung 90 an der in die Applikationsvor richtung 20 integrierten Aushärteeinrichtung 24 - eine UV- Lampe - vorbeigeführt, womit die Flüssigkeit in der vorgegebe nen Form ausgehärtet wird.
In Figur 6 ist schematisch dargestellt, wie die Ränder zweier auf einer Oberfläche 1 unmittelbar benachbarter Riblet-Folien 2 vor Verschmutzungen geschützt werden können. Im dargestell ten Ausführungsbeispiel ist dazu der Bereich zwischen den bei den Riblet-Folien 2 mit einem zu Kantenschutz 12 aus Figur 4 identischen Material aufgefüllt, wobei auch hier der Kanten schutz die jeweilige Klebeschicht 5 der Riblet-Folien 2 ab deckt, nicht aber über die Oberseiten 3' der Riblet-Folien 2 hervorsteht. Indem der Zwischenraum zwischen den beiden Rib let-Folien 2 durch den Kantenschutz 12 teilweise aufgefüllt ist, kann auch die Strömung über den Übergang zwischen den beiden Riblet-Folien 2 verbessert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verschmutzungsschutz (10) für die Ränder von auf einer Oberfläche (1) aufgeklebten Riblet-Folien (2) mit auf der Oberseite (3') einer Folienschicht (3) ausgeformten Riblets
(4) und einer Klebeschicht (5) auf der Unterseite, umfas send einen Kantenschutz (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenschutz (11, 12) unmittelbar an einer auf einer
Oberfläche (1) aufgeklebten Riblet-Folie (2) so ausgeformt ist, dass der Kantenschutz (11, 12) die Klebeschicht (5) der Riblet-Folie (2) abdeckt, nicht aber über die Oberseite (3') der Riblet-Folie (2) hervorstehend ist.
2. Verschmutzungsschutz (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenschutz (11) aus kleinkörnigem bis pulvertörmigen Granulat ausgeformt ist, dessen Partikel an der Klebe schicht (5) der Riblet-Folie (2) anhaften.
3. Verschmutzungsschutz (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenschutz (12) aus einer ausgehärteten Flüssigkeit ausgeformt ist, die eine gute Adhäsion an der Klebeschicht
(5) der Riblet-Folie (2) und vorzugsweise zumindest im flüssigen Zustand keine Adhäsion an der Folienschicht (3) aufweist.
4. Verschmutzungsschutz (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgehärtete Flüssigkeit an der Oberfläche (1) anhaf tet.
5. Verschmutzungsschutz (10) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenschutz (11, 12) transparent ist.
6. Applikationsvorrichtung (20) für einen Verschmutzungsschutz (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die an einem Rand einer Riblet-Folie (2) entlangführbar ist und eine Zu führöffnung (21) für Kantenschutzmaterial aufweist.
7. Applikationsvorrichtung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhenbegrenzung vorgesehen ist, mit der die maximale Höhe des Kantenschutzmaterials über der Oberfläche (1) beim
Applizieren auf eine Höhe kleiner gleich der Höhe der Ober seite (3') der Riblet-Folie (2) oder auf die Dicke der Kle beschicht (5) der Riblet-Folie (2) begrenzt ist.
8. Applikationsvorrichtung (20) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugung für überschüssiges Kantenschutzmaterial vor gesehen ist.
9. Applikationsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 6 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aushärteeinrichtung (24), vorzugsweise eine UV-Lampe, zum Aushärten des Kantenschutzmaterials vorgesehen ist.
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