WO2011124318A1 - Verfahren zum strukturieren einer oberfläche - Google Patents

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    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
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    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Definitions

  • the invention relates to a method for structuring a surface, in particular for attaching a shark skin to a vehicle or vehicle parts.
  • the known methods using a film to be stuck are always very time consuming and costly. Likewise, they are subject to considerable wear due to the attacking fluid or air flow.
  • the mechanical embossing process for example, the direct structuring of the sheet with an embossing roll, avoid this disadvantage, but require the additional step of producing a negative mold.
  • the accuracy of mechanical embossing processes wear of the formative Structure undergoes and thus deteriorates over the life of the roller. This is particularly significant in the micrometer structures of the sharkskin.
  • a major drawback of the embossed metal surface is also that the rigid surface of a metal imitates the slightly flexible, natural nature of the shark skin less well.
  • the invention proposes that a structure is introduced by means of a high-pressure water jet device in an already existing on the surface or in a newly applied paint.
  • a structure is introduced by means of a high-pressure water jet device in an already existing on the surface or in a newly applied paint.
  • the use of water jet technology is well known and is already used in many manufacturing processes.
  • the water jet embossing is a known technique, which allows micrometer-accurate structural shaping.
  • the water pressure of the high-pressure water jet device can be optimally adapted to the properties of the lacquer layer. In practice, pressures of more than 1000 bar are used here.
  • the surface is coated with lacquer in a first step and in a second step, a structure is introduced by means of a high-pressure water jet device in the paint.
  • the structure is a groove structure.
  • the natural structure of the shark skin comes close in particular to a groove structure which has longitudinal grooves parallel to the direction of movement. It is also possible that the groove structure additionally has transverse grooves perpendicular to the direction of movement.
  • the longitudinal grooves have a depth of about 0.05 mm, a width of about 0.076 mm and a distance from each other of about 0.05 mm.
  • the transverse grooves advantageously have a depth of about 0.05 mm, a width of about 0.076 mm, and a spacing of about 0.05 mm.
  • the high pressure water jet device comprises an array of multiple nozzles.
  • Particularly suitable for this purpose are sapphire nozzles, as are commonly used for water jet cutting.
  • a possible variant provides sapphire nozzles which have a beam diameter of 0.076 mm.
  • the water flow is 0.12 l of water per minute and per nozzle.
  • the nozzles can be arranged, for example, in a multi-staggered arrangement on a sheet or a plate and form a circle or a rectangle in their entirety.
  • the high pressure water jet device is moved during operation relative to the surface to be processed.
  • the vehicles or vehicle parts some of which have a substantial mass, may remain in the same location during patterning as the array of water jet heads moves in a preprogrammed pattern.
  • the lacquer contains soft components, in particular latex fines. These ingredients can be obtained, for example, from finely ground car tires.
  • soft components in the paint layer By soft components in the paint layer, the water pressure to be applied for structuring can be reduced.
  • a slightly flexible lacquer layer is much closer to the nature of the natural shark skin than a rigid surface structure. With high latex fractions of ship hulls, the growth of smallpox and shells is also greatly reduced, which in turn saves fuel and cleaning costs.
  • FIG 1 A high pressure water jet device
  • FIG. 2 cross section of the structured surface.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a high pressure water jet device 4.
  • the high-pressure water jet device 4 consists of a plurality of nozzles 5, which each have a nozzle opening 6.
  • a hose system 7 To connect the high pressure water jet device 4 to a water supply is a hose system 7.
  • movable wheels 8 are mounted as spacers between the high pressure water jet device 4 and surface 1.
  • FIG. 2 shows a cross section through a surface 1 patterned according to the invention.
  • the surface 1 carries a lacquer layer 2 into which a groove structure 3 is introduced by means of the high pressure water jet device 4.
  • the invention works such that the high-pressure water jet device 4 is brought into working range to the surface 1 to be structured.
  • the movable wheels 8 serve as spacers in order to keep the distance between the high-pressure water jet device 4 and the surface 1 constant.
  • the surface 1 is acted upon by a lacquer layer 2, which has soft components.
  • the high-pressure water jet device 4 is supplied with water. The water is forced through the nozzles 5 and escapes through the nozzle openings 6, whereby it then passes with high pressure on the surface 1 of the ship's hull.
  • the nozzles 5 are fixedly installed in the nozzle array of the high pressure water jet device 4 according to the desired groove pitch, so that the water jets hit the surface 1 at the desired interval.
  • the high-pressure water jet device 4 is moved relative to the surface 1.
  • grooves are formed in the paint layer 2 applied to the surface 1 in accordance with the desired Structure 3.
  • This structure 3 can consist both of longitudinal grooves and simultaneously of transverse grooves (not shown).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strukturieren einer Oberfläche 1, insbesondere zum Anbringen einer Haifischhaut auf einem Fahrzeug bzw. Fahrzeugteilen. Die bekannten Verfahren umfassen aufzuklebende Folien oder das mechanische Prägen des Bleches mit Hilfe einer Walze. Nachteile ergeben sich daraus, dass die natürliche Haifischhaut nur mangelhaft nachgebildet wird oder aber die Struktur nicht verschleißfest ist. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches die natürliche Haifischhaut möglichst gut nachbildet. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass eine Struktur (3) mittels einer Hochdruckwasserstrahlvorrichtung (4) in einen bereits auf der Oberfläche (1) vorhandenen oder in einen neu aufzutragenden Lack (2) eingebracht wird.

Description

VERFAHREN ZUM STRUKTURIEREN EINER OBERFLÄCHE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strukturieren einer Oberfläche, insbesondere zum Anbringen einer Haifischhaut auf einem Fahrzeug bzw. Fahrzeugteilen.
Es ist bekannt, Oberflächen analog zu der natürlichen Struktur einer Haifischhaut zu strukturieren. Die Hautoberfläche der Haie verringert ihren Strömungswiderstand im Wasser. Dieser Effekt lässt sich ebenfalls auf der Oberfläche von fluid- oder luftumströmten Fahrzeugen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches nutzen. Insbesondere bei Flugzeugen und Schiffen gehört die Anwendung zum Stand der Technik. Aus DE 10 2008 032 618 A1 ist es bekannt, eine Blechbahn mittels einer fein strukturierten Prägewalze zu veredeln. Die Prägewalze wird zu diesem Zweck durch Laserstrahlgravieren mit einer Haifischstruktur beaufschlagt. EP 1 578 600 B1 offenbart eine dünne, mehrschichtige Polymerfolie, welche auf die Oberfläche aufgeklebt wird. Die Folie wird mittels einer Prägewalze strukturiert, welche ihrerseits durch einen Diamantstößel graviert wurde. Die bekannten Verfahren unter Verwendung einer aufzuklebenden Folie sind stets sehr zeit- und kostenaufwändig. Ebenso unterliegen sie einem erheblichen Verschleiß durch den angreifenden Fluid- oder Luftstrom. Die mechanischen Prägeverfahren, z.B. die unmittelbare Strukturierung des Blechs mit einer Prägewalze, vermeiden diesen Nachteil, erfordern jedoch den zusätzlichen Arbeitsschritt der Herstellung einer Negativform. Ebenso ist die Genauigkeit mechanischer Prägeverfahren Abnutzungserscheinungen der prägenden Struktur unterworfen und verschlechtert sich somit im Laufe der Betriebszeit der Walze. Dies fällt insbesondere bei den Mikrometerstrukturen der Haifischhaut ins Gewicht. Ein wesentlicher Nachteil der geprägten Metalloberfläche ist zudem, dass die starre Oberfläche eines Metalls die leicht flexible, natürliche Beschaffenheit der Haifischhaut weniger gut nachbildet.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Strukturieren von Oberflächen zu schaffen, welches die genannten Nachteile vermeidet und gleichzeitig eine Struktur herstellt, die der natürlichen Haifischhaut möglichst nahe kommt. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass eine Struktur mittels einer Hochdruckwasserstrahlvorrichtung in einen bereits auf der Oberfläche vorhandenen oder in einen neu aufzutragenden Lack eingebracht wird. Die Anwendung von Wasserstrahltechnik ist allgemein bekannt und findet bereits in vielen Herstellungsverfahren Anwendung. Insbesondere ist auch das Wasserstrahlprägen eine bekannte Technik, welche eine mikrometergenaue Strukturformung ermöglicht. In Kombination mit einer vorausgehenden Beschichtung der Oberfläche mit Lack kann der Wasserdruck der Hochdruckwasserstrahlvorrichtung auf die Eigenschaften der Lackschicht optimal abgestimmt werden. In der Praxis kommen hier Drücke von mehr als 1000 bar zur Anwendung. Für die Strukturierung der Oberfläche ist es unerheblich, ob die Strukturierung der Oberfläche unmittelbar nach dem Auftragen der Lackschicht erfolgt oder ob sie erst später„nachgerüstet" wird. Unabhängig von dem zeitlichen Abstand der beiden Arbeitsschritte wird somit in einem ersten Schritt die Oberfläche mit Lack beschichtet und in einem zweiten Schritt eine Struktur mittels einer Hochdruckwasserstrahlvorrichtung in den Lack eingebracht.
Vorteilhaft ist die Struktur eine Rillenstruktur. Der natürlichen Struktur der Haifischhaut kommt hierbei insbesondere eine Rillenstruktur nahe, welche Längsrillen parallel zur Bewegungsrichtung aufweist. Ebenfalls ist es möglich, dass die Rillenstruktur zusätzlich Querrillen senkrecht zur Bewegungsrichtung aufweist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Längsrillen eine Tiefe von ungefähr 0,05 mm, eine Breite von ungefähr 0,076 mm und einen Abstand zueinander von ungefähr 0,05 mm aufweisen. Die Querrillen weisen vorteilhaft eine Tiefe von ungefähr 0,05 mm, eine Breite von ungefähr 0,076 mm auf und einen Abstand zueinander von ungefähr 0,05 mm auf. Mit Hilfe der so strukturierten Lackschicht reduziert sich der Strömungswiderstand der Oberfläche im Wasser bzw. in der Luft auf einen angemessenen Betrag, welcher dem der natürlichen Haifischhaut ähnelt. Die Dimensionen und Abstände der Rillen zueinander können dabei an das umgebende Medium angepasst werden.
Zweckmäßig weist die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung ein Array aus mehreren Düsen auf. Geeignet sind hierfür insbesondere Saphirdüsen, wie sie üblicherweise zum Wasserstrahlschneiden verwendet werden. Eine mögliche Variante sieht Saphirdüsen vor, welche einen Strahldurchmesser von 0,076 mm aufweisen. Der Wasserdurchsatz beträgt dabei 0,12 I Wasser pro Minute und pro Düse. Die Düsen können beispielsweise in mehrfach versetzter Anordnung auf einem Blech oder einer Platte angeordnet werden und in ihrer Gesamtheit einen Kreis oder ein Rechteck bilden.
Zweckmäßig wird die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung während des Betriebes relativ zu der zu bearbeitenden Oberfläche bewegt. Somit können die Fahrzeuge oder Fahrzeugteile, welche zum Teil eine beträchtliche Masse aufweisen, bei der Strukturierung an dem selben Ort bleiben, während sich das Array mit den Wasserstrahlköpfen nach einem vorprogrammierten Muster bewegt.
Schließlich ist vorgesehen, dass der Lack weiche Bestandteile, insbesondere Latex-Feinanteile, enthält. Diese Bestandteile können beispielsweise aus fein gemahlenen Autoreifen gewonnen werden. Durch weiche Bestandteile in der Lackschicht kann der für die Strukturierung aufzubringende Wasserdruck reduziert werden. Ebenso kommt eine leicht flexible Lackschicht der Beschaffenheit der natürlichen Haifischhaut wesentlich näher als eine starre Oberflächenstruktur. Bei hohen Latexanteilen an Schiffsrümpfen wird zudem der Bewuchs von Pocken und Muscheln stark reduziert, wodurch sich wiederum Kraftstoff und Reinigungskosten einsparen lassen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 : Eine Hochdruckwasserstrahlvorrichtung;
Figur 2: Querschnitt der strukturierten Oberfläche. In Figur 1 ist eine Ausführungsform einer Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 dargestellt. Die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 besteht aus einer Vielzahl von Düsen 5, welche jeweils eine Düsenöffnung 6 aufweisen. Zum Anschluss der Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 an eine Wasserversorgung dient ein Schlauchsystem 7. An der Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 sind bewegliche Räder 8 als Abstandshalter zwischen Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 und Oberfläche 1 angebracht.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß strukturierte Oberfläche 1. die Oberfläche 1 trägt eine Lackschicht 2, in welche mit Hilfe der Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 eine Rillenstruktur 3 eingebracht ist. Die Erfindung funktioniert so, dass die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 in Bearbeitungsreichweite zu der zu strukturierenden Oberfläche 1 gebracht wird. Die beweglichen Räder 8 dienen dabei als Abstandshalter, um den Abstand zwischen Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 und Oberfläche 1 konstant zu halten. Die Oberfläche 1 ist mit einer Lackschicht 2 beaufschlagt, welche über weiche Bestandteile verfügt. Über das Schlauchsystem 7 wird die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 mit Wasser versorgt. Das Wasser wird durch die Düsen 5 gepresst und entweicht durch die Düsenöffnungen 6, wodurch es anschließend mit Hochdruck auf die Oberfläche 1 des Schiffrumpfes gelangt. Die Düsen 5 sind entsprechend dem gewünschten Rillenabstand fest in dem Düsenarray der Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 installiert, so dass die Wasserstrahlen im gewünschten Abstand auf die Oberfläche 1 treffen. Während der Strukturierung wird die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung 4 relativ zu der Oberfläche 1 bewegt. Durch den Druck der Wasserstrahlen entstehen in der auf die Oberfläche 1 aufgebrachten Lackschicht 2 Rillen gemäß der gewünschten Struktur 3. Diese Struktur 3 kann sowohl aus Längsrillen als auch gleichzeitig aus Querrillen bestehen (nicht dargestellt).
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Strukturieren einer Oberfläche (1 ), insbesondere zum Anbringen einer Haifischhaut auf einem Fahrzeug bzw. Fahrzeugteilen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Struktur (3) mittels einer Hochdruckwasserstrahlvorrichtung (4) in einen bereits auf der Oberfläche (1 ) vorhandenen oder in einen neu aufzutragenden Lack (2) eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (3) eine Rillenstruktur ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstruktur Längsrillen parallel zur Bewegungsrichtung aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstruktur Längsrillen parallel zur Bewegungsrichtung und Querrillen senkrecht zur Bewegungsrichtung aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrillen eine Tiefe von ungefähr 0,05 mm, eine Breite von ungefähr 0,076 mm und einen Abstand zueinander von ungefähr 0,05 mm aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querrillen eine Tiefe von ungefähr 0,05 mm, eine Breite von ungefähr 0,076 mm und einen Abstand zueinander von ungefähr 0,05 mm aufweisen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung (4) ein Array aus mehreren Düsen (5), insbesondere Saphirdüsen, aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckwasserstrahlvorrichtung (4) relativ zu der Oberfläche (1 ) bewegt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack (2) weiche Bestandteile, insbesondere Latex- Feinanteile, enthält.
10. Oberflächenstruktur, insbesondere Haifischhaut auf einem Fahrzeug, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
- Zusammenfassung -
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