WO2018197555A1

WO2018197555A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von riblets

Info

Publication number: WO2018197555A1
Application number: PCT/EP2018/060583
Authority: WO
Inventors: Heinz Leonhard Jetter; Tobias Dyck
Original assignee: 4Jet Microtech Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2018-11-01
Also published as: CA3061498A1; JP7346786B2; AU2018260194A1; DE102017206968B4; KR20200032031A; AU2018260194B2; CN111093883A; CN111093883B; BR112019022431A2; BR112019022431B1; EP3615258A1; KR102626040B1; JP2020518458A; US20200139488A1; DE102017206968A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Riblets (1), wobei die Riblets (1) mittels Laserinterferenzstrukturierung oder DLIP – Direct Laser Interference Patterning – insbesondere in eine bereits lackierte und ausgehärtete Oberfläche eingebracht werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Bauteil mit den auf diese Weise hergestellten Riblets. Flugzeuge, Schiffe und Windkraftanlagen können auf diese Weise mit einem geringeren Strömungswiderstand betrieben werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Riblets

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Riblets sowie ein entsprechend herstellbares Bauteil mit Riblets.

Seit ungefähr dreißig Jahren ist bekannt, dass in turbulenten Strömungen die Reibung an einer Oberfläche durch Riblets reduziert werden kann. Die Entdeckung von Riblets, dessen Begrifflichkeit sich an das englische Wort für„kleine Rippen" oder„Rippchen" anlehnt und sich als gängiger Fachbegriff auf dem Gebiet der Strömungsmechanik etabliert hat, geht nicht zuletzt auf die Untersuchung der Oberflächengeometrie von Schuppen schnell schwimmender Haie zurück, die häufig sehr feine Furchen bzw. Rippen mit sehr scharfen Rippenspitzen haben. Gegenüber einer glatten Oberfläche kann durch Riblets der Strömungswiderstand häufig um bis zu 10 % reduziert werden, wobei grundsätzlich gilt, dass die Größe der Riblets an das Medium und die Strömungsgeschwindigkeit angepasst ist und ferner gilt je spitzer die Rippen der Riblets, desto größer die mögliche Reduzierung des Strömungswiderstands.

Langstreckenflugzeuge fliegen in großer Höhe mit nahezu konstanter Relativgeschwindigkeit, Windkraftanlagen werden in einem engen Drehzahlbereich betrieben und Handelsschiffe fahren weite Strecken mit konstanter Reisegeschwindigkeit. Daher kann man in diesen Fällen eine positive Wirkung durch angepasste Riblets erwarten. Überraschenderweise haben fluiddynamische Berechnungen und Laboruntersuchungen gezeigt, dass in all diesen Fällen trotz der sehr unterschiedlichen Einsatzweise die geeignete Größe der Riblets im Bereich von 40 - 200 μηι liegt. Der optimale Wert ist jedoch grundsätzlich an die charakteristischen Einsatzbedingungen anzupassen. Größere Abweichungen können zu Minderungen des positiven Effekts führen und unter Umständen sogar kontraproduktiv sein.

Um die strömungsmechanischen Vorteile von Riblets auch bei Flugzeugen, Schiffen und anderen Bauteilen wie Rotorblätter von Windkrafträdern nutzen zu können, die dazu eingerichtet sind, im Betrieb einer Strömung ausgesetzt zu werden, ist es wünschenswert, die feinen Ribletstrukturen großflächig und innerhalb einer wirtschaftlich akzeptablen Bearbeitungszeit applizieren zu können. Zu den derzeit bekannten Verfahren zählt das Bekleben einer Flugzeugoberfläche mit einer Klebefolie, die eine aufgeprägte Riblet-Struktur aufweist. Jedoch können die Rippen der Riblets bei diesem Verfahren nur begrenzt spitz bereitgestellt werden, so dass das Potenzial einer Reduzierung des Strömungswiderstands durch die Riblets regelmäßig nur zu einem vergleichsweise geringen Teil ausgeschöpft werden kann. Dazu kommt, dass die geprägte Klebefolie im Vergleich zur normalen Lackierung relativ dick und schwer ist und somit das Gewicht des beklebten Bauteils erhöht. Außerdem muss die Klebefolie für Reparaturarbeiten oder Neulackierungen aufwändig von Hand entfernt werden.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von Riblets auf einer Flugzeugoberfläche basiert auf einem speziellen Lacksystem für die Flugzeugoberfläche, einem umlaufenden Silikonband zum Einprägen einer Ribletstruktur in den noch nicht ausgehärteten Lack und einer nachfolgenden UV-Licht-Aushärtung der auf diese Weise geprägten Oberfläche. Die Ribletstruktur ist als Negativbild in die Silikonfolie eingeprägt. Die Silikonfolie schmiegt sich an die Flugzeugoberfläche an und überträgt so die Struktur in die frisch aufgetragene, noch weiche Lackschicht. Zusätzlich muss die so erzeugte Flugzeugoberfläche mit Riblets regelmäßig für mehrere Stunden bei Raumtemperatur weiter aushärten, um vollständig zu vernetzen und um so die für den Flugbetrieb erforderliche Zähigkeit und Abriebfestigkeit zu erreichen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwändig und fehleranfällig, weil die Silikonfolie mit einem regelmäßig eng definierten Anpressdruck in bevorzugt exakt parallelen Bahnen über die zum Teil freigeformte Flugzeugoberfläche geführt werden muss. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit von ungefähr einem Quadratmeter pro Minute ist angesichts der mehr als tausend Quadratmeter großen Flugzeugfläche vergleichsweise langsam und häufig unwirtschaftlich.

Im Labormaßstab wurde in einem weiteren Verfahren mittels Laserabtrag eine Ribletstruktur in eine Turbinenschaufel für Turboverdichter eingebracht. Dabei wurde ein fokussierter Laserstrahl mittels Scanner entlang der Ribletfurchen geführt. Die erzielte Bearbeitungsgeschwindigkeit war in diesem Beispiel 30 mm²/min. Selbst wenn man berücksichtigt, dass in diesem Fall ein besonders zäher Stahl bearbeitet wurde, so ist eine wirtschaftliche Übertragung des Verfahrens auf eine Flugzeugoberfläche kaum vorstellbar. Wenn die Riblets auf der Lackoberfläche eines Flugzeugs durch das Scannen eines fokussierten Laserstrahls erzeugt werden sollen, ist die hiermit erreichbare Bearbeitungsgeschwindigkeit begrenzt und kann bei bestimmten Anwendungen für den wirtschaftlichen Einsatz zu gering sein. Eine 1 m² große Ribletfläche mit äquidistanten 100 μηι breiten Furchen weist 10⁴ m = 10 km Furchenlänge auf. Würde ein einzelner Laserstrahl benutzt werden, um diese Furchenlänge zu erzeugen, und um somit beispielsweise die Flächenrate 1 m²/min zu realisieren, so wären hierfür als durchschnittliche Scangeschwindigkeit 167 m/s erforderlich, was zur Realisierung mit einem großen technischen Aufwand einhergehen würde. Denn die heute gängigen Scangeschwindigkeiten liegen in der Regel im Bereich von einigen Metern pro Sekunde. Die genannte Flächenleistung wäre theoretisch durch eine Vielzahl von parallelen Teilstrahlen zu erreichen, z.B. mit zehn oder zwanzig Teilstrahlen. Eine entsprechend exakte Aufteilung des Ursprungslaserstrahls und eine individuelle Fokussierung jedes einzelnen Teilstrahls geht jedoch einher mit einem großen technischen Aufwand und einer möglicherweise komplexen Anlage mit hohem Justieraufwand aufgrund der Vielzahl der sich andernfalls gegenseitig behindernden Komponenten

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren nebst Vorrichtung und Bauteil bereitzustellen.

Zur Lösung der Aufgabe dienen ein Verfahren zum Herstellen von Riblets gemäß dem Hauptanspruch sowie eine Vorrichtung und ein Bauteil gemäß der Nebenansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zur Lösung der Aufgabe dient ein Verfahren zum Herstellen von Riblets, wobei die Riblets mittels Laserinterferenzstrukturierung oder DLIP - Direct Laser Interference Patterning - in eine Oberfläche eingebracht werden, insbesondere in eine bereits lackierte und ausgehärtete Oberfläche. Riblets bezeichnen bekanntlich eine Oberflächengeometrie, auch Ribletstruktur genannt, mit feinen Rippen, die sehr scharfe Rippenspitzen aufweisen.

Die Riblets (frei übersetzt„kleine Rippen" oder„Rippchen") erstrecken sich in der Regel in eine Längsrichtung. Insbesondere ist die Längsrichtung längs eines Bauteils parallel zu einer vorgesehenen Strömungsrichtung orientiert.

Zwei benachbarte Rippen definieren eine Furche zwischen den beiden benachbarten Rippen. Die Furche hat grundsätzlich eine Furchenbreite, die dem Abstand der gegenüberliegenden Flanken der beiden benachbarten Rippen entspricht. Gemeint ist grundsätzlich die lichte Breite der Furche, also zum Beispiel der Abstand einer rechten Flanke einer ersten Rippe zur linken Flanke einer rechts von der ersten Rippe angeordneten zweiten Rippe. Eine Rippe hat zu beiden Seiten je eine Flanke.

Die Furche hat grundsätzlich eine Furchentiefe, die der Rippenhöhe entspricht. Grundsätzlich sind zwei benachbarte Rippen in der Längsrichtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu einander orientiert, d.h. insbesondere mit Winkelabweichungen < 5°.

Zwei benachbarte Furchen weisen einen Furchenabstand auf, der in der Regel von Furchenmitte zu Furchenmitte der zwei benachbarten Furchen gemessen wird. Grundsätzlich weisen Riblets eine Furchentiefe auf, die näherungsweise der Hälfte des Furchenabstands entspricht, mit einer Abweichung < 30%.

Riblets haben insbesondere für die genannten Einsatzarten jeweils einen typischen Furchenabstand zwischen 40 μηι und 200 μηι. Für den Fall des Langstrecken-Flugzeugs (d.h. typischerweise ungefähr 850 km/h Relativgeschwindigkeit in ungefähr 10.000 m Höhe) sollte beispielsweise der Abstand der Furchen vorteilhaft 100 μηι betragen.

Bei dieser Ausgestaltung oder in einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Furchenabstand ungefähr 100 μηι. Insbesondere sollten dann die Furchen idealerweise 50 μηι tief sein und einen rechteckigen Querschnitt besitzen. Die Stege zwischen den Furchen sollten möglichst schmal sein. Als häufiger Kompromiss zwischen dieser aerodynamischer Forderung und der mechanischen Stabilität hat sich für die Querschnittsform der Stege ein senkrecht stehendes Dreieck ergeben, das an der oberen Spitze insbesondere einen 30° Flankenwinkel aufweist. Solche Riblets können wie oben erwähnt bei einem Langstreckenflugzeug, d.h. mit einer typischen vorgesehenen Geschwindigkeit von ungefähr 850 km/h in ungefähr 10.000 m Höhe, besonders effektiv zur Reduzierung des Strömungswiderstandes verwendet werden. Das Herstellen von Riblets durch Laserinterferenzstrukturierung ermöglicht das großflächige Applizieren von Ribletstrukturen mit besonders hoher Prozessgeschwindigkeit und ermöglicht so ein besonders wirtschaftliches, einfaches und flexible anwendbares Herstellen von Riblets auf Flugzeugen, Schiffen und Windkraftanlagen. Zusätzliche mechanische Bearbeitungsprozesse wie zum Beispiel Schleifen entfallen. DLIP ist die Abkürzung für Direct Laser Interference Patterning (wörtlich übersetzt„Direktes Laser Interferenz Musterung") und ist eine bekannte Mehrstrahl-Laserinterferenz-Technik, bei der Interferenz gezielt zur Mikrostrukturierung von Oberflächen eingesetzt wird. Tests haben ergeben, dass Zweistrahl-Laserinterferenzstrukturierung besonders geeignet zur Erzeugung einer Ribletstruktur ist. Für DLIP wird grundsätzlich hinreichend kohärentes Laserlicht eingesetzt, so dass es in zwei identische Teilstrahlen aufgeteilt werden kann, die miteinander interferieren können. Diese Teilstrahlen werden dann unter einem definierten Winkel auf der Lackoberfläche zur Überlappung gebracht. Da die Wellenstruktur der Teilstrahlen identisch ist, bilden sich im Überlappungsbereich regelmäßige Zonen mit konstruktiver und destruktiver Interferenz, das heißt mit maximaler und minimaler Lichtintensität. Entsprechend bilden sich auf der Lackoberfläche durch den intensitätsabhängigen Laserabtrag parallele Furchen, deren Abstand a von der Wellenlänge λ des Laserlichts und von dem Vereinigungswinkel 2a zwischen den beiden Teilstrahlen abhängig ist, wobei L der zu dem Furchenabstand a korrespondierende Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima ist: L = λ / 2 sina (siehe Figuren 3 bis 6).

Für eine gegebene Wellenlänge λ kann durch Variation des Winkels α der Abstand L und somit die Ribletstruktur mit dem Furchenabstand a vorteilhaft an die verschiedenen Einsatzgebiete angepasst werden. Vorteilhaft ist zudem, dass die Feinheit der Struktur nicht durch entsprechend starke Fokussierung des Laserstrahls geschaffen wird, sondern dass sie sich durch die Interferenz selbst generiert. Dadurch ist sie weitgehend unabhängig vom Arbeitsabstand des Bearbeitungskopfs bzw. Optikkopfes.

Vorteilhafterweise gestaltet man den Überlappungsbereich der Teilstrahlen als langgestrecktes Rechteck (z. B 100:1 ), indem zur Bündelung der Strahlen Zylinderlinsen benutzt werden. Man erhält so einen relativ breiten Streifen mit Ribletstruktur, der mit Geschwindigkeiten im Bereich Meter pro Sekunde in Querrichtung verfahren wird. So wird das großflächige Applizieren von Riblets mit besonders hoher Prozessgeschwindigkeit ermöglicht. Dabei ist das Verfahren besonders einfach und flexibel anwendbar und ermöglicht dadurch den wirtschaftlichen Einsatz von Riblets bei Flugzeugen, Schiffen und Windkraftanlagen.

Für eine besonders effektive Laserstrukturierung ist vorteilhaft, wenn das Laserlicht vom Lack hinreichend stark absorbiert wird. Das heißt, die Wellenlänge des Lasers überlappt mit einer spektralen Absorptionsbande des Lacks. Die Tiefe des Laserabtrags kann dann in einer Ausgestaltung über die Intensität und Einwirkdauer der Strahlung eingestellt werden. Die Einwirkdauer kann in einer Ausführungsform so gewählt sein, dass der Laserabtrag schneller erfolgt als die Dissipation der Energie durch Wärmeleitung. Damit kann vermieden werden, dass die Mikrostruktur„verschmiert". Eine Ribletstruktur mit z. B. a = L = 100 μηι wird in der Regel nicht wesentlich beeinträchtigt, wenn die für die Wärmeleitung relevante materialabhängige thermische Diffusionslänge < 10 μηι ist. Bei typischen Lacksystemen kann dies vorteilhaft gewährleistet werden, wenn in einer Ausführungsform die Einwirkdauer der Laserstrahlung < 1 msek ist. (Bei Metallen liegt dieser Wert beispielsweise bei < 1 μεθ^)

Sowohl die Decklacke bei Flugzeugen und Windkraftanlagen als auch die Unterwasseranstriche bei Schiffen sind überwiegend Polyurethansysteme (PUR). Es kommen jedoch auch Epoxy- und Acrylsysteme zum Einsatz. Für all diese Systeme bzw. typische Lacksysteme zeigen die Absorptionsspektren mehr oder weniger ausgeprägte Überlappungen mit dem Emissionsbereich des C0₂-Lasers. Dieser Laser kann mit selektiven Wellenlängen im Bereich zwischen 9 μηι und 1 1 μηι betrieben werden. Ribletstrukturen von 40 - 200 μηι können somit in einer Ausführungsform gemäß der obigen Formel mit einem Vereinigungswinkel 2a im Bereich zwischen 25° und 3° erzeugt werden. Somit ist der C0₂-Laser ein besonders geeignetes Werkzeug, um die genannten Lacksysteme zu strukturieren. In einer Ausgestaltung ist die Einwirkdauer der Laserstrahlung < 1 msek. Der Prozess ist vorzugsweise so eingerichtet, dass die innerhalb dieser Zeit vom Lack absorbierte Energie ausreicht, um den Materialabtrag in der gewünschten Tiefe zu bewirken.

Beim C0₂-Laser kann man Pulsdauern < 1 msek durch gepulste elektrische Anregung erzielen. Alternativ kann man bei einem kontinuierlich emittierenden Laser die Größe des Bearbeitungsfelds und die Scangeschwindigkeit so auf einander abstimmen, dass sich eine Einwirkzeit < 1 msek ergibt.

Die Energie, die innerhalb einer bestimmten Dicke des Lacks absorbiert wird, ist grundsätzlich abhängig von dem wellenlängenspezifischen Absorptionskoeffizienten und der Intensität des Laserlichts. Der C0₂-Laser besitzt typischerweise zwei besonders intensive Emissionslinien bei 10,6 μηι und 9,6 μηι. In PUR-Systemen ist der Absorptionskoeffizient fünffach größer bei 9,6 μηι als bei 10,6 μηι. Um in einer definierten Schichtdicke also die gleiche Energie zu deponieren, müsste daher bei λ = 10,6 μηη die fünffach höhere Laserintensität als bei 9,6 μηι eingesetzt werden. Um mit der 9,6 μηι Laserlinie auf einer PUR-Oberfläche eine Ribletstruktur zu generieren, beträgt die Energiedichte vorzugsweise ca. 1 J/cm², wobei dieser Wert entsprechend der gewünschten Abtragtiefe angepasst werden kann. Geht man beispielsweise bei 1 J/cm² von einem 1 kW Laser und 1 ms Einwirkzeit aus, so resultiert daraus für den Überlappungsbereich der Teilstrahlen eine Fläche von 1 cm². Wenn diese Fläche als langgestrecktes Rechteck (100 : 1 ) gestaltet wird, so ergibt sich daraus als Interferenzbild ein 10 cm breiter und 1 mm hoher Streifen, der mit 1 m/s Geschwindigkeit über die Oberfläche geführt wird. Dies entspricht 0,6 m²/min Flächenleistung bzw. Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Vorzugsweise wird der gesamte Aufbau für die Oberflächenbearbeitung als kompakter, monolithischer Block entlang der Lackoberfläche geführt. Vorteilhaft dabei ist, dass das Verfahren berührungslos und verschleißfrei arbeitet. Der Arbeitsabstand ist unkritisch, besonders solange die Teilstrahlen auf der Lackoberfläche hinreichend stark überlappen. Selbst freigeformte Oberflächen können daher auch ohne extrem komplexe Bahnsteuerung bearbeitet werden. Dass die Mikro-Strukturierung von Lacken mit Millisekunden-Pulsen eines C0₂-Lasers oder sogar mit einem Dauerstrich C0₂-Laser möglich ist, ist für Fachkreise überraschend. Dort herrscht die Meinung vor, dass bei Lacken auf Polymerbasis (z.B. PUR) bei dem relativ langsamen Energieeintrag, entgegen der gemachten Beobachtung, Rußbildung und andere unerwünschte Zersetzungs- und Schmelzeffekte auftreten. Offensichtlich denkt man bei Mikrostrukturierung fälschlicherweise immer an Laserablation; ein Prozess bei dem mit Nanosekundenpulsen lokal eine sprunghafte Temperaturerhöhung erzeugt wird, die ohne Rußbildung das Abplatzen von Material bewirkt.

Für die Strukturierung oder Texturierung von lackierten Oberflächen mit Lasern zur Erzielung von Strukturen im Mikrometerbereich ist die Einwirkdauer der Laserstrahlung insbesondere < 1 ms, damit die Strukturierung nicht infolge der thermischen Diffusion„verschmiert" wird. Entsprechende Einwirkdauern kann man erzielen, indem man die Scangeschwindigkeit und die Geometrie des Bearbeitungsbereichs passend wählt oder indem man die elektrische Anregung des Lasers taktet.

In einer Ausführungsform werden die Riblets in eine bereits lackierte Oberfläche, die dazu geeignet ist, im Betrieb einer Strömung ausgesetzt zu werden, nachträglich mittels des Laserinterferenzstrukturierung eingebracht. Bereits lackierte Oberfläche meint, dass der Lack bereits ausgehärtet ist und die Oberfläche grundsätzlich für den späteren Betrieb einsatzbereit ist. Durch das nachträgliche Einbringen der Riblets wird lediglich der Strömungswiderstand reduziert. In einer Ausführungsform ist der Laser ein C0₂-Laser. Ein besonders hoher Absorptionsgrad kann so in gebräuchlichen Lacken insbesondere in Lacken auf PUR-Basis erzielt werden. In einer Ausführungsform ist der Laser ein Dauerstrich C02- Laser. Solche Laser mit entsprechenden Fokussier- und Kohärenzeigenschaften sind in einem Leistungsbereich bis zu Multikilowatt für die Materialbearbeitung im industriellen Einsatz.

In einer Ausführungsform ist der Laser, insbesondere C0₂-Laser, für ein Emittieren eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 9,3 μηι, 9,6 μηι oder 10,6 μηι eingerichtet ist, und die Riblets werden in einen Lack, bevorzugt Klarlack, auf Basis von Polyurethan oder Acryl oder Epoxy eingebracht. Riblets mit besonders hoher Qualität mit besonders sauberen Furchen und Rippen können so hergestellt werden. Besonders bei Einsatz eines C0₂-Lasers, der im 001 - 020 Band bei der Wellenlänge λ = 9,6 μηη betrieben wird, können Riblets in Oberflächenlack in Form eines Polyurethansystems mit besonders hoher Prozessgeschwindigkeit und Qualität eingebracht werden.

Interferierende Laserstrahlung umfasst bevorzugt zwei Strahlenbündel, die so auf die Oberfläche gerichtet werden, dass die beiden Strahlenbündel miteinander interferieren. Die beiden Strahlenbündel und somit die interferierende Laserstrahlung können insbesondere durch Strahlteilung des Ausgangs-Laserstrahls gewonnen werden, so dass die interferierende Laserstrahlung auf die Oberfläche entsprechend verteilte Energie einbringt. Die interferierende Laserstrahlung erzeugt eine sinusförmige Interferenzstruktur auf der Oberfläche mit periodisch nebeneinander angeordneten Intensitätsmaxima im Abstand L voneinander. Beim synchronen Bewegen der beiden Strahlenbündel in Längsrichtung wird so eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Furchen erzeugt.

Geht man von einem intensitätskonformen Materialabtrag aus, so erzeugt das sinusförmige Intensitätsprofil ein ebenfalls sinusförmiges Höhenprofil auf der Lackoberfläche.

Idealerweise sollte bei den Furchen der Riblets in einer Ausführungsform das Verhältnis von Breite zu Tiefe 2 zu 1 sein und die Stege sollten insbesondere möglichst dünn sein. Bei einem sinusförmigen Höhenprofil mit 2/1 Breite zu Tiefe sind die Kuppen und Täler extrem flach. Das heißt es gibt in der Regel keine ausgeprägten Stege. Somit können solche Riblets nur bedingt wirksam sein. Wünscht man ein Sinusprofil mit scharfen Spitzen, so ist insbesondere die Amplitude der Welle groß gegenüber ihrer Periode einzustellen. Da aber beispielsweise die Furchenbreite und somit die Periode mit 100 μηι festliegt, würde sich daraus für die Furchentiefe ein theoretischer Wert > 500 μηι ergeben, was wiederum im Widerspruch zur Funktionalität der Riblets stünde. Konventionelle Flugzeuglackierungen sind insbesondere 100 - 150 μηι stark, also deutlich dünner als die obige theoretische Abtragtiefe. Dies sind Mehrschichtsysteme, die im Wesentlichen aus der Grundierung, dem Basislack mit Farbpigmenten und der Klarlackdeckschicht bestehen. Die Transmissionseigenschaften der verschiedenen Schichten sind für das Laserlicht sehr unterschiedlich. So wird beispielsweise IR - Strahlung mit der Wellenlänge λ = 9,6 μηη in der PUR-Klarlackschicht aufgrund der entsprechenden PUR- Absorptionsbande zu einem erheblichen Teil absorbiert und kann dort bei entsprechender Intensität Furchen mit relativ spitzen Stegen dazwischen generieren. In dem darunter liegenden Epoxi-Basislack ist die Absorption der 9,6 μηι Strahlung wesentlich kleiner, so dass von vornherein weniger Material abgetragen würde. Hinzu kommt, dass der Basislack fein suspendiert Titandioxid-Pigmente enthält, die aufgrund ihrer starken Streueigenschaft zur Homogenisierung der Lichtintensität und somit zum Verwischen der Interferenzstruktur führen. Ein wesentlicher Materialabtrag in der Basislackschicht findet daher nicht statt. Diese Schicht bildet daher eine Barriere und begrenzt somit den weiteren Tiefenabtrag in den Furchen. In einer Ausführungsform wird die Tiefe der Ribletfurchen somit durch die Dicke der Klarlackschicht bestimmt.

In einer Ausführungsform werden die Riblets durch einen Laserstrahl und einen zusätzlichen Laserstrahl hergestellt, wobei der Laserstrahl und der zusätzliche Laserstrahl um einen Versatz AL quer zu einer Vorschubrichtung oder quer zu einer Längsrichtung der Riblets örtlich versetzt auf eine Oberfläche zum Herstellen der Riblets fallen. Längsrichtung der Riblets meint Längsrichtung der Rippen und/oder Furchen der Riblets. Vorschubrichtung meint die Richtung einer Relativbewegung des Laserstrahls und/oder des zusätzlichen Laserstrahls relativ zur Oberfläche. Riblets mit besonders steilen Flanken, d.h. Wände, und besonders schlanken Rippen, d.h. Stegen, können auf diese Weise hergestellt werden.

In einer Ausführungsform wird der zusätzliche Laserstrahl von einem zusätzlichen Laser emittiert oder der zusätzliche Laserstrahl wird durch Teilung des Laserstrahls bzw. Abtrennung oder Abzweigung vom Laserstrahl erzeugt. In einer weiteren Ausführungsform entspricht der zusätzliche Laserstrahl dem Laserstrahl, jedoch zeitlich versetzt z.B. bei einer späteren Bearbeitungsbahn über denselben Oberflächenbereich. In allen diesen drei Ausführungsformen wird ermöglicht, dass mittels eines oder mehrerer Laser mindestens zwei Intensitätsmaxima im Abstand L quer zur Vorschubrichtung eines Laserstrahls, zusätzlichen Laserstrahls und/oder Teilstrahlen erzeugt werden, und zwar gleichzeitig oder zeitlich versetzt. Diese Intensitätsmaxima bilden sich bei einer Relativbewegung in Vorschubrichtung als Furchen auf der Oberfläche ab. Besonders schmale Rippen zwischen zwei solcher Furchen können auf diese Weise erzeugt werden. Zudem können quer zur Vorschubrichtung überlappende Furchen erzeugt werden, wobei die beiden Flanken einer Rippe zwischen zwei solchen überlappenden Furchen dann jeweils zeitlich versetzt oder durch unterschiedliche Laserstrahlen oder Teilstrahl erzeugt werden. In einer Ausführungsform werden mittels des Lasers die Riblets in eine äußere Decklackschicht eingebracht und/oder eine unter der Decklackschicht angeordnete Basislackschicht weist einen verglichen mit der Decklackschicht geringen Absorptionsgrad für die Wellenlänge des Lasers auf, d.h. für die Wellenlänge des durch den Laser emittierten Laserstrahls bzw. interferierende Laserstrahlung.

Bevorzugt ist die Decklackschicht eine Klarlackschicht, insbesondere auf Polyurethan-Basis. Die Basislackschicht ist vorzugsweise ein Kunststoff und/oder Harz, besonders bevorzugt ein Epoxidharz. In einer Ausführungsform wird die unter der Decklackschicht angeordnete Basislackschicht mittels des Lasers teilweise freigelegt. In einer weiteren Ausführungsform wird eine unter einer Materialschicht angeordneten Unterschicht mittels des Lasers teilweise freigelegt, wobei die Materialschicht die Decklackschicht und/oder die Unterschicht die Basislackschicht sein kann. Teilweise freilegen meint, dass in einem oder mehreren Teilen die Unterschicht nicht von der Materialschicht bedeckt wird oder die Basislackschicht nicht von der Decklackschicht bedeckt wird. Die Oberfläche kann an diesem Teil oder diesen Teilen von der Unterschicht bzw. der Basislackschicht gebildet werden. Durch das teilweise Freilegen der Unterschicht oder Basislackschicht kann eine besonders flache Talfläche oder ebener Grund einer Furche eines Riblets ermöglicht werden. Eine besonders effektive Strömungswiderstandsreduzierung ist möglich.

In einer Weiterentwicklung ist der Absorptionsgrad der Basislackschicht in der Weise geringer als der Absorptionsgrad der Decklackschicht, dass die für einen Materialabtrag vorgesehene Bearbeitungsschwelle oder Schwellintensität des Laserstrahls oder der interferierenden Laserstrahlung in der Decklackschicht erreicht oder überschritten wird, nicht jedoch in der Basislackschicht. In einer Weiterentwicklung umfasst die Basislackschicht Ti0₂-Partikel, um eine verglichen mit der Decklackschicht geringe Absorption für z.B. die Wellenlänge λ = 9,6 μηη eines C0₂- Lasers zu erhalten und/oder um ein Erreichen der Bearbeitungsschwelle oder Schwellintensität für einen Materialabtrag zu vermeiden.

Die durch den Laser in die Decklackschicht oder Materialschicht eingebrachte Energie sorgt für einen Materialabtrag, derart, dass sich die Intensitätsverteilung des Laserstrahls bzw. der Interferenzstruktur mit einer dazu zumindest näherungsweise korrespondierenden Form einer Ausnehmung oder Furche in der Decklackschicht oder Materialschicht abbildet.

Durch die geringere Absorption insbesondere unterhalb der Bearbeitungsschwelle oder Schwellintensität für einen Materialabtrag in der Basislackschicht bildet sich die Intensitätsverteilung in der Basislackschicht nicht ab. Die insbesondere ebene Oberseite der Basislackschicht, die an die Decklackschicht angrenzt und durch den Laser zumindest teilweise freigelegt wird, kann so erhalten bleiben.

Dies ist besonders aus nachfolgend beschriebenen Gründen von Vorteil. Grundsätzlich gilt, je rechteckiger der Querschnitt, desto höher die Reduzierung des Strömungswiderstands.

Ferner gilt grundsätzlich, je spitzer die insbesondere stegförmigen Rippen oder Stege zwischen den Furchen, also je schmaler, desto höher die Reduzierung des Strömungswiderstands.

In einer Ausführungsform werden die Riblets in die Oberfläche eines Flugzeugs, eines Schiffes oder der Rotorblätter einer Windkraftanlage eingebracht. Eine besonders effektive Reduzierung des Strömungswiderstandes kann hierdurch ermöglicht werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen von Riblets mit einem für das Herstellen der Riblets eingerichteten Laser oder Dauerstrichlaser, insbesondere C0₂-Laser. Die Ausführungsformen dieser Vorrichtung sind bereits aus der Beschreibung des Verfahrens ersichtlich. Insbesondere umfasst die Vorrichtung mindestens einen Laser und einen Optikkopf mit mindestens einer Strahlteilungsvorrichtungen und mindestens einer Fokussierungsvorrichtungen.

Riblets, die durch einen Dauerstrichlaser hergestellt wurden, zeigen eine kontinuierlich erzeugte Furche, wobei vereinzelnd Schmelzspuren und/oder Zersetzungseffekte beobachtbar sein können.

Insbesondere können mittels Laser Riblets mit sehr spitzen Rippen mit einer Rippenspitzenbreite b_T von höchstens 1 μηι oder 2 μηι hergestellt werden, insbesondere wie in Fig. 5 gezeigt quer zur Längsrichtung gemessen und/oder gemessen genau 1 μηι unterhalb des höchsten Punktes der Rippenspitze.

Insbesondere können mittels Laser Riblets mit sehr spitzen Rippen mit einer Breite der Rippe von höchstens 30% oder 40% des Furchenabstands hergestellt werden, wobei mit Breite der Rippen die Erstreckung quer zur Längsrichtung gemeint ist und zwar gemessen in einem Abstand unterhalb des höchsten Punktes der Rippenspitze von insbesondere einem Drittel der Furchentiefe oder Rippenhöhe.

Insbesondere weisen die Riblets Flanken von Rippen zwischen Furchen auf, die eine Intensitätsverteilung eines Laserstrahls oder einer Intensitätsverteilung einer Interferenzstruktur abbilden, d.h. einen Abschnitt einer entsprechenden Messkurve der Intensität I über eine Achse x auf der Oberfläche quer zur Vorschubrichtung.

Es zeigen:

Figur 1 : Schematische Darstellung der Herstellung von Riblets mittels eines Lasers

nachträglich auf eine bereits lackierte Flugzeugoberfläche.

Figur 2: Schematische Darstellung einer Strahlteilungs- und Fokussierungsvorrichtung zum Erzeugen einer Interferenzstruktur auf einer Oberfläche.

Figur 3: Schematische Darstellung des Abbildens einer Interferenzstruktur in eine

Materialschicht.

Figur 4: Schematische Darstellung des Abbildens einer Interferenzstruktur in eine

Decklackschicht und eine darunter liegenden Basislackschicht.

Figur 5: Schematische Darstellung eines Herstellens von Riblets durch das örtlich versetzte Einbringen von Laserstrahlung in eine Materialschicht. Figur 6: Schematische Darstellung eines Herstellens von Riblets durch das örtlich versetzte Einbringen von Laserstrahlung in eine Oberfläche mit einer

Decklackschicht und einer Basislackschicht;

Figur 7: Schematische Darstellung eines optischen Aufbaus mit zwei kippbaren

Umlenkspiegeln zum Umlenken von Teilstrahlen auf die Oberfläche;

Figur 8: Schematische Darstellung eines optischen Aufbaus mit vier kippbaren

Umlenkspiegeln zum Umlenken von Teilstrahlen auf die Oberfläche; Figur 9: Schematische Frontdarstellung eines optischen Aufbaus mit zwei kippbaren Umlenkspiegeln und einem optischen Umlenkkörper;

Figur 10: Draufsicht auf einen länglichen Laserfleck;

Figur 1 1 : Schematische räumliche Seitendarstellung eines optischen Aufbaus mit zwei kippbaren Umlenkspiegeln und einem optischen Umlenkkörper.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der durch Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und mit Bezug zu den Zeichnungen die Ausführungsformen sowie zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen näher beschrieben.

Die Figur 1 zeigt eine exemplarische Vorrichtung zum Herstellen von Riblets 1 in die bereits lackierte Oberfläche 3 eines Flugzeugs 10, zum Beispiel nach einer Neu- oder Umlackierung oder bei einer Instandhaltung, wobei die Riblets 1 mittels eines Dauerstrichlasers 2, insbesondere C0₂-Laser, hergestellt werden. Die Oberfläche 3 ist also zu Beginn der Laserbearbeitung bereits getrocknet und ausgehärtet. Keine weiteren materialabtragenden Werkzeuge wie z.B. Schleifen werden eingesetzt. Eine Bewegungseinheit in der Art eines 5 Achsenroboters 14 ist vorgesehen, die so eingerichtet ist, dass ein Laserstrahl 15, interferierende Laserstrahlung 16, ein zusätzlicher Laserstrahl 17 und/oder zusätzliche interferierende Laserstrahlung 18 relativ zur Oberfläche 3 bewegt werden kann, bevorzugt motorisiert mittels Antrieb und/oder automatisch mittels einer Steuerung für den Antrieb. Eine großflächige Laserstrukturierung oder DLIP mit besonders großer Flächenrate kann so realisiert werden. Die Bewegungseinheit 14 umfasst eine Fokussierungsvorrichtung 20 und/oder eine Strahlteilungsvorrichtung 21 , vorzugsweise als eine kompakte Baueinheit, so dass ein definierter Spotdurchmesser auf der Oberfläche 3 eingestellt werden kann, der insbesondere auch während der Relativbewegung konstant bleibt. Der Dauerstrichlaser 2 ist über eine bewegliche Strahlführungsvorrichtung mit der Fokussierungsvorrichtung 20 und/oder eine Strahlteilungsvorrichtung 21 verbunden, so dass die Bewegungseinheit 14 unabhängig von dem stehenden Dauerstrichlaser 2 bewegt werden kann. Die Bearbeitung erfolgt wie in Fig. 1 gezeigt in Vorschubrichtung 9.

Allgemein sind Flugzeuglackierungen Mehrschichtsysteme. Im Wesentlichen bestehen solche Mehrschichtsysteme für Flugzeuglackierungen aus einer Grundierung als Korrosionsschutz und Haftvermittler, einem Basislack der Basislackschicht 5 insbesondere mit Farbpigmenten und/oder einem Klarlack der Decklackschicht 4. Der Basislack ist in der Regel eine Mehr-Komponenten-Epoxidharzbeschichtung. Der Klarlack basiert dagegen bevorzugt auf einem Polyurethansystem (PUR). Damit der optische Eindruck der Flugzeugoberfläche nicht beeinträchtigt wird, ist es vorteilhaft, die Ribletstruktur in die insbesondere transparente Decklackschicht 4 einzubringen. Ist die Decklackschicht auf Polyurethanbasis ausgeführt, besitzt sie eine IR-Absorptionsstruktur im Emissionsbereich des C0₂-Lasers. Insbesondere überlappt eine charakteristische PUR-Absorptionsbande mit einer besonders starken Emissionswellenlängen (λ = 9,6 μηι) des C0₂-Lasers. Wenn eine Ribletstruktur, also Riblets 1 , mit einem Furchenabstand a = 100 μηι herstellt werden sollen ist, so gilt bei der Wellenlänge λ = 9,6 μηη für den Winkel Θ zwischen den beiden Teilstrahlen 6, 7 die Gleichung 2 Θ = 5° 30'.

Figur 2 zeigt einen exemplarischen optischen Aufbau einer Strahlteilungsvorrichtung 21 und Fokussierungsvorrichtung 20 zum Umwandeln eines Laserstrahls 15 in eine interferierende Laserstrahlung 16. Die folgenden Ausführungen gelten analog für einen zusätzlichen Laserstrahl 17, der in eine zusätzliche interferierende Laserstrahlung 18 umgewandelt wird.

Der einfallende Laserstrahl 15 wird wie in Fig. 2 gezeigt an einem bevorzugt nicht polarisierenden Strahlteiler, vorzugsweise ein teildurchlässiger Spiegel 22, in einen ersten Teilstrahl 6 und einen zweiten Teilstrahl 7 aufgeteilt.

Analog kann der einfallende Laserstrahl 15 in einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung so aufgeteilt werden, dass zwei unterschiedliche Laserstrahlen mit jeweils nur einem Intensitätsmaximum l_max eine Furche 13 in die Oberfläche 3 ziehen können.

In dem exemplarischen optischen Aufbau der Figur 2 werden die Teilstrahlen 6, 7 mithilfe optischer Spiegel 23 so auf die Oberfläche 3 gelenkt, dass sie dort unter einem vorbestimmten Winkel α auftreffen. Der Abstand L ist grundsätzlich von der Wellenlänge λ des Laserlichts und von dem Vereinigungswinkel 2a zwischen den beiden Teilstrahlen 6, 7 abhängig, und zwar insbesondere gemäß der Gleichung L = λ / 2sina. Bevorzugt gilt die Gleichung θ = 2α, d.h. beide Teilstrahlen 6, 7 fallen unter demselben Winkel α auf die Oberfläche 3.

Insbesondere wird der gesamte optische Aufbau mit Strahlteilungsvorrichtung 21 und/oder Fokussierungsvorrichtung 20 als kompakter, monolithischer Block ausgeführt. Dieser kann somit besonders einfach entlang der Oberfläche 3 des Flugzeugs 10 oder Flugzeugbauteils geführt. Vorteilhaft dabei ist, dass das Abtragungsverfahren - mit Ausnahme der Rollen - berührungslos und verschleißfrei arbeitet. In einer Weiterentwicklung wird die Bewegungseinheit berührungslos über die Oberfläche bewegt. Damit wird selbst eine Berührung der Oberfläche durch Rollen vermieden. Durch Einsatz einer interferierenden Strahlung kann ein besonders großer Toleranzbereich hinsichtlich des Arbeitsabstands, d.h. der Fokuslage relativ zur Oberfläche 3, ermöglicht werden.

Vorzugsweise ist der Arbeitsabstand über einen Bereich senkrecht zur Oberfläche 3 im Toleranzbereich, in welchem die Teilstrahlen 6, 7 auf der Oberfläche 3 für ein planmäßiges Abtragen hinreichend stark überlappen, also beispielsweise die Intensitätsmaxima l_max die gewünschte Schwellintensität noch erreichen. Selbst freigeformte Oberflächen können somit auch ohne extrem komplexe Bahnsteuerung, die in der Regel zur Anpassen der Fokuslage durch die Fokussierungsvorrichtung an Höhenunterschiede der Oberfläche bestimmt ist, bearbeitet werden.

Um eine gewünschte Ribletstruktur bzw. Riblets 1 mittels Laser herzustellen, können mehrere Ansätze gewählt werden, die im folgenden anhand alternativer oder ergänzender Ausführungsformen beschrieben werden. Durch den in einer Ausführungsform frei und kontinuierlich einstellbaren Winkel α kann der Abstand L der Intensitätsmaxima l_max einer insbesondere periodischen Verteilung der Laserintensität l(x) über einer Querachse x senkrecht zur Vorschubrichtung 9 oder Längsrichtung 8 der Riblets auf die Oberfläche 3 eingestellt werden. In einer Ausgestaltung kann die insbesondere periodische Intensitätsverteilung eine modifizierte Sinusfunktion, sinusartig oder sinusförmig sein.

Die Figur 3 illustriert, wie die Intensität l(x) an einer Position der Querachse x mit der Abtragtiefe korrelieren kann, so dass sich diese Intensitätsverteilung in das Höhenprofil der Oberfläche 3 übertragen lässt. In einer Ausgestaltung ist die Dicke der Decklackschicht 4, insbesondere aus Klarlack auf PUR-Basis, gleich oder größer als die gewünschte Furchentiefe d der Riblets 1 , also der Höhe der Rippen 12. Die Figur 4 zeigt eine Oberfläche 3, bei der unterhalb von einer Materialschicht bzw. Decklackschicht 4 eine Unterschicht bzw. Basislackschicht 5 angeordnet ist, wobei die Intensität l(x) der Laserstrahlung an einem Intensitätsmaximum l_max so hoch ist, dass die Materialschicht bzw. Decklackschicht 4 teilweise vollständig abgetragen und die Unterschicht bzw. Basislackschicht 5 somit teilweise vollständig freigelegt ist. Teilweise meint hier die Stelle der Oberfläche 3, an der eine Energie des Lasers mit dem Intensitätsmaximum l_max eingebracht wird.

Bei den Figuren 3 und/oder 4 ist die Laserstrahlung insbesondere die interferierende Laserstrahlung 16, die bevorzugt durch Umwandlung des Laserstrahls 15 erhalten wurde. Alternativ oder ergänzend ist es grundsätzlich auch möglich, die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Furchen durch zeitlich und/oder örtlich versetzte, nicht interferierende Laserstrahlen zu erzeugen, die in Summe die gezeigte Intensitätsverteilung erzeugen.

Da die Wellenlänge des vom Laser emittierten Laserlichts in einer Ausgestaltung so gewählt wird, dass es zwar in der Decklackschicht 4 absorbiert wird, jedoch in die Basislackschicht 5 wegen der starken Streuung an den Ti0₂-Pigmenten kaum eindringt, stoppt der mittels des Lasers bewirkte Abtragungsprozess an der Basislackschicht 5 von selbst (s. Fig 4).

Die Furchentiefe d entspricht dann der Dicke der Decklackschicht 4, während der Furchenabstand a dem Abstand L der Intensitätsmaxima l_max entspricht. Eine Furche 13 mit besonders glatter Sohle, also ebenem Furchengrund, und steilen Flanken 1 1 der Rippen 12 können so durch Ausnutzung des sich selbst stoppenden Abtragungsprozess an der Unterschicht bzw. Basislackschicht 5 erzielt werden. Die Figur 5 zeigt schematisch ein zweistufiges Herstellen von Riblets 1 durch das örtlich versetzte Einbringen von Laserstrahlung 16 in einer ersten Bearbeitungsstufe und von zusätzlicher Laserstrahlung 18 in einer zweiten Bearbeitungsstufe.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in der Figur 5 das Zwischenerzeugnis durch die erste Bearbeitungsstufe vor dem Durchführen der zweiten Bearbeitungsstufe gezeigt. Die erste Bearbeitungsstufe und zweite Bearbeitungsstufe können jedoch auch gleichzeitig erfolgen. Der zweistufige Bearbeitungsprozess ermöglicht das Herstellen von Riblets mit besonders steilen Flanken 1 1 und spitzen Rippen 12.

Die Furchenbreite, die Furchentiefe, der Furchenabstand und/oder das Verhältnis von Furchentiefe zu Furchenabstand können bevorzugt an die Größe der energieverzehrenden Wirbel an der Oberfläche 3 des Bauteils angepasst werden, die sich im Betrieb des Bauteils bei einer typischen Strömungsgeschwindigkeit auf einer glatten Oberfläche bilden würden. Ideal wären beispielsweise bei einem Langstreckenflugzeug 2 μηι breite und bevorzugt rechteckförmige oder rechteckartige Rippen 12 zwischen den Furchen 13 vorzusehen.

Eine solche Ribletstruktur ist jedoch heute kaum wirtschaftlich herstellbar und die mechanische Stabilität wäre zudem für den praktischen Einsatz meist nicht ausreichend. Es wird daher bei Riblets üblicherweise ein Kompromiss zwischen Aerodynamik und mechanische Stabilität unter Annäherung der idealen Struktur angestrebt. Die energieverzehrenden Wirbel sind grundsätzlich von der Strömungsgeschwindigkeit, der Viskosität und der Dichte des Strömungsmediums abhängig.

Durch ein Bauteil mit einer Oberfläche 3 mit Riblets 1 mit 100 μηι Furchenabstand von bevorzugt ungefähr 100 μηι, und/oder einer Furchentiefe von näherungsweise 50 μηι kann bei einem Langstreckenflugzeug in einer Phase einigermaßen konstanter Fluggeschwindigkeit der Gesamtströmungswiderstand, der nicht nur durch die Oberflächenreibung bedingt ist, um bis zu 3 % reduziert werden. Dementsprechend kann auch der Kraftstoffverbrauch sinken. Bei Windkraftanlagen (WKA) kann bei idealer reibungsfreier Strömung bis zu 60 % der Windenergie in mechanische Energie des Rotors umgewandelt werden. Die Begrenzung ist dadurch bedingt, dass hinter dem Rotor die Windgeschwindigkeit zwar reduziert ist, aber die Luft weiterhin abströmen muss, damit der Staudruck den Rotor nicht blockiert. In WKAs reduzieren aerodynamische Verluste wie Wirbelbildung und Wandreibung an den Rotorblättern die tatsächlich nutzbare mechanische Energie auf ca. 50 %. Zwar beträgt die Umfanggeschwindigkeit der Rotorspitzen nur ungefähr ein Drittel der Flugzeuggeschwindigkeit, aber die Dichte der Luft am Boden ist dreimal höher als in 10.000 m Höhe. Da die Reynoldszahl einen Einfluss auf die bevorzugte Größe der Riblets 1 hat und die Reynoldszahl das Produkt aus Dichte und Geschwindigkeit enthält, wird die Größe der Riblets grundsätzlich im Bereich 100 - 200 μηι liegen. Die exakte Größe hängt insbesondere von der projektierten Drehzahl der WKA ab und variiert auf dem Rotorblatt mit dem Abstand zur Drehachse. Die Wandreibung kann hierdurch um bis zu 10 % reduziert werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der WKA um 1 % bis 2% verbessern kann. In einer Ausführungsform werden die Riblets 1 durch insbesondere stetige oder stufenweise Erhöhung oder Verringerung der Überlappungswinkel α der beiden Teilstrahlen 6, 7 so hergestellt, dass die Riblets insbesondere quer zur Längsachse 8 eine kleiner werdende oder wachsende Furchenbreite L aufweisen. Die Riblets 1 auf einem Rotorblatt (nicht dargestellt) können so besonders einfach und effektiv an die sich erhöhende Umfanggeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand zur Nabe angepasst werden.

In einer weiteren Ausgestaltung können bei Handelsschiffen die Unterwasserflächen mit Riblets 1 ausgestattet werden. Die für die typischen Reisegeschwindigkeiten dieser Schiffe von 10 bis 20 Knoten bedingen Riblets mit Furchenbreiten zwischen 80 und 200 μηι. Solche Riblets 1 können mittels DLIP in den Unterwasserlack eingebracht werden.

Die genannten Ausführungsformen und exemplarische Anwendungen zeigen, dass das Verfahren, die Vorrichtung und die dadurch herstellbaren Bauteile bzw. Oberflächen in einem breiten Bereich eingesetzt werden können.

Besonders vorteilhaft ist dabei,

- dass die Größe der Riblets 1 durch eine einfache Veränderung des Winkel α an den Teilstrahlen 6, 7 variiert werden kann,

- dass die Furchentiefe d der Riblets 1 durch die Intensität und Vorschubgeschwindigkeit eingestellt werden kann,

- dass Riblets 1 mit besonders steilen Flanken 1 1 , schlanken, spitzen Rippen 12 erzeugt werden können, besonders einfach durch leicht versetzte Überlappung von insbesondere im Wesentlichen identischen Interferenzstrukturen, vorzugsweise erzeugt von versetzten Optikköpfen,

- dass die Bearbeitung besonders berührungsfrei und/oder verschleißfrei ist, d.h. lange Standzeiten ermöglicht werden,

- dass besonders wenig Staub und/oder Dämpfe entstehen, die grundsätzlich quantitativ erfasst werden können,

- dass die Bearbeitung vollautomatisch und/oder ferngesteuert erfolgen kann,

- dass eine Skalierbarkeit durch den Einsatz eines C0₂-Dauerstrichlasers bis zu Flächenleistungen von mehreren Quadratmetern pro Minute möglich ist, und/oder - dass bei Betrieb des C0₂-Dauerstrichlasers bei einer Wellenlänge von 9,6 μηι in der Regel besonders strapazierfähige und witterungsbeständige Polyurethanlacke besonders schnell und mit hoher Qualität bearbeitet werden können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Riblets nachträglich in standardmäßige, ausgehärtete Lackierungen eingebracht. Dies ermöglicht ein besonders flexibles Einbringen der Riblets.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Ribletstrukturen durch interferierende Laserstrahlung oder Interference Patterning erzeugt. Hierdurch können Riblets mit einer besonders hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit eingebracht werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Interferenzstrukturen der interferierenden Laserstrahlung oder des Interference Patterning insbesondere leicht verschoben erzeugt. Besonders spitze und scharfe Ribletspitzen können so durch Überlagerung von insbesondere leicht verschobenen Interferenzstrukturen erzeugt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein C0₂-Laser eingesetzt. Gebräuchliche Lacksysteme und besonders vorteilhafte Ribletgrößen können so sehr präzise und effektiv erzeugt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Laser mit einer Wellenlänge von 9,6 μηι eingesetzt. Eine besonders hohe Absorption in PUR-Lack kann so ermöglicht werden. Wie bereits oben erläutert kann der Strömungswiderstand an einem Bauteil im Betrieb insgesamt verbessert reduziert werden, indem an verschiedenen Stellen eines Bauteils die eingebrachten Riblets 1 an die dort im Betrieb herrschenden Strömungsbedingungen, also Strömungsgeschwindigkeit und/oder Luftdruck, angepasst werden. Bei einer Windkraftanlage, bei der die Strömungsgeschwindigkeit an einem Rotorblatt mit zunehmendem Abstand zur Nabe steigt, kann wie in einer der obigen Ausführungsformen beschriebenen durch einen frei und kontinuierlich einstellbaren Winkel α der Abstand L der Intensitätsmaxima l_max einer insbesondere periodischen Verteilung der Laserintensität l(x) über einer Querachse x senkrecht zur Vorschubrichtung 9 oder Längsrichtung 8 der Riblets auf die Oberfläche 3 entsprechend eingestellt werden. Die Wandreibung einer Strömung kann auf diese Weise in besonderem Maße insgesamt vermindert werden. Bei einem Flugzeug kann beispielsweise der Kraftstoffverbrauch vermindert oder bei einer Windkraftanlage deren Wirkungsgrad gesteigert werden. Eine Anpassung mindestens eines geometrischen Parameters der Riblets 1 - wie z.B. die Größe der Riblets, die zum Abstand L korrelierende Furchenbreite oder der Furchenabstands a - an die lokalen Strömungsbedingungen im Betrieb eines Bauteils ist daher von besonderem Vorteil.

Bei einem Flugzeug ist es daher aufgrund der lokal unterschiedlichen Strömungsbedingungen im Betrieb vorteilhaft, einen oder mehrere geometrische Parameter der Riblets 1 an den typischen, lokalen Strömungsverlauf entlang des Flugzeugs, an der Oberseite und Unterseite des Rumpfs und/oder entlang des Tragflügels oder des Leitwerks anzupassen. Beim Betrieb einer Windkraftanlage bzw. WKA sind der Luftdruck und die Rotordrehzahl nahezu konstant, wobei die tangentiale Strömungsgeschwindigkeit über das Rotorblatt linear mit dem Abstand zur Rotornabe zunimmt. Hier ist es beim Einbringen der Riblets 1 besonders vorteilhaft, von der Nabe bis zur Spitze die erzeugten Riblets 1 beispielsweise stetig feiner werden zu lassen. Darüber hinaus sind die optimalen Ribletstrukturen für die Stirn- und Rückseite des Rotors unterschiedlich. Um das Potential der Riblets in Bezug auf die Reduzierung des Strömungswiderstands verbessert ausschöpfen zu können, ist daher in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, für ein Bauteil an die im Betrieb herrschenden, lokalen Strömungsbedingungen angepasste Ribletstruktur zu erzeugen. Mit vorgeprägten Klebefolien oder Stempeln ist dies nicht oder nur mit einem nicht wirtschaftlichen Aufwand möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass während der Riblet-Herstellung, insbesondere während des Einbringens der Riblets 1 in die Oberfläche 3, ein Vereinigungswinkel Θ zwischen den zwei interferierenden Teilstrahlen 6, 7 gezielt verändert wird.

Der Vereinigungswinkel Θ beschreibt den durch die zwei interferierenden Teilstrahlen 6, 7 eingeschlossenen Winkel beim Wiedervereinigen der Teilstrahlen, oder anders ausgedrückt beim Kreuzen oder Aufeinandertreffen der Teilstrahlen. Nachfolgend wird der Punkt der Wiedervereinigung, des Kreuzens bzw. des Aufeinandertreffens der Teilstrahlen „Kreuzpunkt" genannt. Der„Bearbeitungsabstand" bezeichnet im Folgenden die Distanz des Kreuzpunktes mindestens zweier Teilstrahlen von dem Bearbeitungskopf oder einer Kippachse 27 eines festgelegten Umlenkspiegels 24.

Insbesondere wird der Kreuzpunkt auf die Oberfläche 3 gelegt. Der Vereinigungswinkel Θ zwischen den zwei interferierenden Teilstrahlen 6, 7 kann dann beim Auftreffen auf die Oberfläche 3 gemessen werden. Bei einem um eine Mittelachse 26 symmetrischen Auftreffen der beiden interferierenden Teilstrahlen 6, 7 beträgt θ = 2a, wobei a der Winkel ist, der von der Mittelachse 26 und dem ersten oder zweiten Teilstrahl 6, 7 eingeschlossen wird. Der Vereinigungswinkel Θ kann ein Interferenzwinkel sein oder als solcher bezeichnet werden.

Ein gezieltes Verändern des Vereinigungswinkels Θ bedeutet ein planmäßiges Verändern zum Erhalt eines gewünschten Vereinigungswinkels Θ. Das gezielte Verändern erfolgt insbesondere halbautomatisch unter Einbeziehung des Benutzers oder vollautomatisch mittels einer Steuerung. Die zwei interferierenden Teilstrahlen 6, 7 wurden wie oben beschrieben durch Teilung eines kohärenten Laserstrahls 15 erhalten. Die interferierenden Teilstrahlen 6, 7 bilden die interferierende Laserstrahlung 16 und/oder bringen auf die Oberfläche 3 entsprechend verteilte Energie ein, um die Riblets 1 durch Materialabtrag herzustellen.

Das gezielte Verändern des Vereinigungswinkels Θ ermöglicht das gezielte Anpassen mindestens eines geometrischen Parameters der Riblets 1 , die mit dem gezielt veränderten Vereinigungswinkel Θ in die Oberfläche 3 eingebracht werden. Insbesondere zählen zu den geometrischen Parameters der Riblets 1 , die durch das gezielte Ändern des Vereinigungswinkels Θ gezielt angepasst werden können, unter anderem der Furchenabstand a, die Furchenbreite und das Verhältnis von Furchentiefe d zu Furchenabstand a.

In einer Ausführungsform können durch das gezielte Verändern des Vereinigungswinkels Θ der Furchenabstand a, die Furchenbreite und/oder das Verhältnis von Furchentiefe d zu Furchenabstand a der Riblets 1 gezielt verändert werden.

In einer Ausführungsform können durch das gezielte Verändern des Vereinigungswinkels Θ der Furchenabstand a, die Furchenbreite und/oder das Verhältnis von Furchentiefe d zu Furchenabstand a der Riblets 1 an Strömungsbedingungen gezielt angepasst werden, die an dem zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche 3 im Betrieb typischerweise herrschen. Mit dem zu bearbeitenden Bereich ist ein lokal begrenzter Bereich der Oberfläche 3 gemeint. Bereits während der gezielten Veränderung des Vereinigungswinkels Θ oder sobald der Bearbeitungskopf sich in Vorschubrichtung 9 bewegt bzw. seine Vorschubbewegung fortsetzt, erfolgt das Einbringen der Riblets 1 in diesen zu bearbeitenden Bereich. Für die Strömungsbedingungen können die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Luftdruck herangezogen werden. Die Strömungsbedingungen, die im Betrieb typischerweise herrschen, können durch Messungen, Berechnungen und/oder Abschätzungen ermittelt werden. Vorzugsweise wird für die typischerweise herrschenden Strömungsbedingungen ein Durchschnittswert oder gewichteter Mittelwert genutzt.

In einer Ausgestaltung ist eine Steuerung vorgesehen, in der in Abhängigkeit von der Position eines Bereichs der Oberfläche 3 oder der Position eines Bearbeitungspunktes 29 ein Vereinigungswinkels Θ hinterlegt ist, so dass beim Bewegen des Bearbeitungskopfes über die Oberfläche 3 automatisch ein Vereinigungswinkels Θ mithilfe der Steuerung eingestellt wird, der für den aktuell bearbeiteten Bereich der Oberfläche 3 oder den aktuellen Bearbeitungspunkt 29 vorgesehen ist. Insbesondere ist ein Wegsensor vorgesehen, so dass die Steuerung eine Information über die aktuelle Position des Bearbeitungskopfes oder des Bearbeitungspunktes 29 relativ zur Oberfläche 3 erhält. Insbesondere vermag die Steuerung zum Verändern oder Einstellen des Vereinigungswinkels Θ einen Antrieb zum motorisierten Kippen eines kippbaren Umlenkspiegels 24 ansteuern.

In einer Ausgestaltung wird der Vereinigungswinkel Θ vergrößert, wenn für einen zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche 3 ein geringerer Furchenabstand a aufgrund einer dort im Betrieb zu erwartenden größeren Strömungsgeschwindigkeit planmäßig für die in diesem Bereich herzustellenden Riblets 1 vorzusehen ist.

In einer Ausgestaltung wird der Vereinigungswinkel Θ verkleinert, wenn für einen zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche 3 ein größerer Furchenabstand a aufgrund einer dort im Betrieb zu erwartenden geringeren Strömungsgeschwindigkeit planmäßig für die in diesem Bereich herzustellenden Riblets 1 vorzusehen ist.

An jeder Stelle eines Bauteils wie z.B. einer Tragfläche oder eines Rotorblatts können die Riblets 1 auf diese besonders effiziente und wirtschaftliche Weise auf die an dieser Stelle im Betrieb vorherrschenden Strömungsbedingungen angepasst werden, um die Widerstandsreduktion zu maximieren. In einer Ausführungsform ist der Bearbeitungskopf so eingerichtet, dass ein vom Laser in den Bearbeitungskopf eintreffender Laserstrahl 15 in mehrere Teilstrahlen 6, 7 aufgeteilt und anschließend zur Ausbildung der interferierenden Interferenzstrahlung 16 mit einer gewünschten Interferenzstruktur wieder zusammengeführt wird. In analoger Weise kann dies auch für den zusätzlichen Laserstrahl 17 umgesetzt werden. Die Riblets können so mit einem besonders leicht handhabbaren, monolithischen Bearbeitungskopf hergestellt werden. Für das Aufteilen des Laserstrahls 15 oder des zusätzlichen Laserstrahls 17 in Teilstrahlen 6, 7 kann die Strahlteilungsvorrichtung bzw. ein Strahlteiler eingesetzt werden. Für das Zusammenführen der Teilstrahlen 6, 7 können Umlenkspiegel 23, kippbare Umlenkspiegel 24 und/oder ein optischer Umlenkkörper 30 eingesetzt werden.

In einer Ausführungsform ist der Strahlteiler ein Diffraktives Optisches Element (DOE) oder die Strahlteilungsvorrichtung umfasst ein DOE. Ein Laserstrahl 15 oder zusätzlicher Laserstrahl 17 kann dadurch nahezu ohne Energieverlust in zwei oder mehr Teilstrahlen 6, 7 aufgespalten werden, bevorzugt in genau zwei oder genau vier Teilstrahlen 6, 7. Durch Interferenzeffekte innerhalb des DOEs wird ein einfallender Laserstrahl in zwei, drei, vier oder mehr Teilstrahlen 6, 7 geteilt. Die zwei, drei, vier oder mehr Teilstrahlen 6, 7 werden unter einem bestimmten Winkel umgelenkt. In einer Ausgestaltung ist das DOE ein transmittierendes DOE. Die Teilstrahlen 6, 7 werden dann durch das DOE transmittiert. Alternativ ist das DOE ein reflektierendes DOE. Die Teilstrahlen 6, 7 werden dann durch das DOE reflektiert.

Vorzugsweise ist das DOE ein reflektierendes oder transparentes Phasengitter 25. Ein besonders kompakter Aufbau des Bearbeitungskopfes kann dadurch realisiert werden. Ein reflektierendes Phasengitter 25 ist besonders robust und hat eine vergleichsweise hohe Zerstörschwelle. Ein transparentes Phasengitter 25 ermöglicht einen besonders schlanken Aufbau des Bearbeitungskopfes. Mit einem Phasengitter 25 kann der monochromatische Laserstrahl 15 in verschiedene Teilstrahlen 6, 7 aufgespalten werden, wobei die Gitterkonstante den Ablenkwinkel der Teilstrahlen 6, 7 unmittelbar hinter dem Phasengitter 25 bestimmt, während die Intensität der Teilstrahlen 6, 7 auf die Anzahl und Geometrie der Riblets durch ein entsprechendes Einstellung der Leistung des Lasers angepasst werden kann. Das reflektierende oder transparente Phasengitter kann in einer Ausgestaltung so eingerichtet werden, insbesondere durch entsprechende Wahl der Gitterparameter, dass der einfallende Laserstrahl 15 in zwei, drei, vier oder mehr identische Teilstrahlen 6, 7 aufgeteilt werden kann. Insbesondere werden die identischen Teilstrahlen 6, 7 symmetrisch gegenüber der ursprünglichen Strahlrichtung des Laserstrahls 15 abgelenkt. Vorzugsweise verläuft die ursprüngliche Strahlrichtung des Laserstrahls 15, in der der Laserstrahl 15 auf das reflektierende oder transparente Phasengitter einfällt, entlang der Mittelachse 26. In analoger Weise wird in einer Ausführungsform ein reflektierendes oder transparentes Phasengitter für den zusätzlichen Laserstrahl 17 eingesetzt.

In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist der Strahlteiler ein teilreflektierender Spiegel oder die Strahlteilungsvorrichtung umfasst einen teilreflektierenden Spiegel. Der einfallende Laserstrahl 15 wird dann teilweise transmittiert und teilweise reflektiert.

In einer Ausführungsform wird zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ mindestens ein kippbarer Umlenkspiegel 24 zum Umlenken eines Teilstrahls 6, 7 gekippt. Ein besonders einfaches und zuverlässiges gezieltes Verändern des Vereinigungswinkels Θ wird so ermöglicht.

In einer Ausführungsform werden zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ zwei oder vier kippbare Umlenkspiegel 24 zum Umlenken eines Teilstrahls 6, 7 gekippt. Insbesondere ist jeweils nur ein kippbarer Umlenkspiegel 24 für genau einen Teilstrahl 6, 7 vorgesehen. Alternative oder ergänzend kann ein kippbarer Umlenkspiegel 24 so geformt oder aufgebaut sein, dass zwei Teilstrahlen 6, 7 damit planmäßig umgelenkt werden können. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform sind alle kippbaren Umlenkspiegel 24 nur synchron kippbar. Insbesondere sind zwei oder vier nur synchron kippbare Umlenkspiegel 24 zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ vorgesehen. Bei einem Kippen erfolgt eine Änderung des Kippwinkels des Umlenkspiegels 24 um eine Kippwinkeländerung δ.

Der periodische Abstand L der Riblets 1 zwischen zwei benachbarten Intensitätsmaxima l _max ist bestimmt durch den Vereinigungswinkel Θ der Teilstrahlen 6, 7. Durch insbesondere synchrone Veränderung des Kippwinkels der kippbaren Umlenkspiegel 24 um eine Kippwinkeländerung δ kann der Winkel Θ und somit der Abstand L gezielt verändert werden. Insbesondere erfolgt ein Kippen eines Umlenkspiegels 24 um eine Kippachse 27. Vorzugsweise ist die Kippachse 27 senkrecht zur Mittelachse 26 orientiert.

Vorzugsweise sind die zwei oder vier kippbaren Umlenkspiegel 24 symmetrisch um eine Mittelachse 26 angeordnet. Ein Spiegelpaar bzw. zwei Spiegelpaare aus jeweils zwei symmetrisch angeordneten kippbaren Umlenkspiegeln 24 werden so erhalten. Nur synchron kippbar bedeutet, dass Kippbewegungen der nur synchron kippbaren Umlenkspiegel 24 in einem festen Verhältnis zueinander stehen oder eine gleiche Kippwinkeländerung aufweisen. Für ein Einbringen von Riblets mit veränderter Geometrie werden die synchron kippbaren Umlenkspiegel 24 synchron entsprechend gekippt, bevorzugt alle zwei oder vier kippbaren Umlenkspiegel 24 um denselben Betrag der Kippwinkeländerung δ. Wenn genau zwei kippbare Umlenkspiegel 24 vorgesehen sind, werden die beiden kippbaren Umlenkspiegel 24 bevorzugt um den gleichen Kippwinkel gekippt, um den Vereinigungswinkels Θ gezielt zu verändern. Wenn genau zwei Spiegelpaare vorgesehen sind, werden die beiden kippbaren Umlenkspiegel 24 jedes Spiegelpaares bevorzugt stets um den gleichen Kippwinkel gekippt, um den Vereinigungswinkels Θ gezielt zu verändern. Grundsätzlich erfolgt ein Kippen der kippbaren Umlenkspiegel 24 eines Spiegelpaares spiegelsymmetrisch zur Mittelachse 26.

In einer Ausführungsform sind die zwei kippbaren Umlenkspiegel 24 kardanische kippbare Umlenkspiegel 24. Weil ein kardanisch kippbarer Umlenkspiegel um den Auftreffpunkt eines eintreffenden Strahls, z.B. Laserstrahls oder Teilstrahls, mit der Spiegeloberfläche gekippt werden kann, wird ermöglicht, dass der Drehpunkt des Strahls immer gleich bleibt.

In einer Ausführungsform ist ein Antrieb zum motorisierten Kippen der zwei kippbaren Umlenkspiegel 24 vorgesehen, insbesondere für ein Kippen in eine oder mehrere unterschiedlich orientierte Kippachsen. Ein hoher Automatisierungsgrad kann so erzielt werden.

In einer Ausgestaltung können mindestens zwei Teilstrahlen 6, 7, insbesondere genau zwei oder genau vier Teilstrahlen 6, 7, durch jeweils einen kippbaren Umlenkspiegel 24 direkt auf die Oberfläche 3 zum Einbringen der Riblets 1 oder auf einen optischen Umlenkkörper 30 gelenkt werden. Ein besonders einfacher Aufbau des Bearbeitungskopfes kann so erzielt werden. In einer Ausführungsform richtet der mindestens eine kippbare Umlenkspiegel 24 einen Teilstrahl 6, 7 auf die Oberfläche 3. Insbesondere erfolgt das Richten, also das Umlenken, des einen Teilstrahls 6, 7 direkt von einem kippbaren Umlenkspiegel 24 auf die Oberfläche. Ein besonders einfacher Aufbau des Bearbeitungskopfes kann so erzielt werden. In einer Ausgestaltung ist der Bearbeitungskopf oder die Anordnung der optischen Elemente so eingerichtet, dass sich durch das Kippen der kippbaren Umlenkspiegel 24 der Bearbeitungsabstand verändert. Die Distanz des Bearbeitungskopfes oder einer Kippachse 27 eines festgelegten Umlenkspiegels 24 von dem Kreuzpunkt zweier interferierender Teilstrahlen 6, 7, die unter dem Vereinigungswinkel Θ aufeinander treffen, ändert sich dann bei einem Kippen eines kippbaren Umlenkspiegels 24.

Insbesondere ist ein Nachführen des Bearbeitungskopfes vorgesehen, um eine Veränderung des Bearbeitungsabstandes infolge des gezielten Veränderns des Vereinigungswinkels Θ zu kompensieren. Es wird so sichergestellt, dass der Kreuzpunkt der Teilstrahlen 6, 7 ungefähr auf Höhe der Oberfläche 3 und/oder im gewünschten Bearbeitungspunkt 29 liegt. Vorzugsweise wird die Fokussierungseinrichtung so eingestellt und/oder nachgeführt, dass die Fokuslagen der Teilstrahlen 6, 7 ungefähr auf Höhe der Oberfläche 3 und/oder im gewünschten Bearbeitungspunkt 29 liegen. Die Fokuslage beschreibt, bezogen auf die Strahlausbreitungsrichtung, die Lage des im Strahlengang engsten Spotdurchmessers relativ zum Bearbeitungspunkt 29 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 3. Durch eine Veränderung des Bearbeitungsabstandes und/oder der Fokuslage wird der Spotdurchmesser bzw. der Laserfleck 36 (siehe Fig. 10) auf der zu bearbeitenden Oberfläche 3 beeinflusst. Hierdurch wird wiederum die Intensität der auf den Bearbeitungspunkt 29 einwirkenden, interferierenden Laserstrahlung 16 verändern, was grundsätzlich z.B. die Furchentiefe d oder die Spaltbreite beeinflussen kann.

In einer alternativen Ausgestaltung, bei der sich durch das Kippen der kippbaren Umlenkspiegel 24 der Bearbeitungsabstand verändert, ist ein Nachführen des Bearbeitungskopfes nicht vorgesehen, um durch einen auf diese Weise veränderten Bearbeitungsabstand die Furchentiefe d und/oder die Spaltbreite der Riblets 1 gezielt zu verändern.

In einer Ausführungsform richten die kippbaren Umlenkspiegel 24 jeweils einen Teilstrahl 6, 7 auf einen optischen Umlenkkörper 30 zum Umlenken auf die Oberfläche 3. Durch den Einsatz eines optischen Umlenkkörper 30 im Strahlengang zwischen den kippbaren Umlenkspiegeln 24 und der zu bearbeitenden Oberfläche 3 kann ein besonders kompakter Aufbau des Bearbeitungskopfes erzielt und die Anzahl der optischen Komponenten reduziert werden. Insbesondere kann durch den optischen Umlenkkörper 30 erreicht werden, dass der Bearbeitungsabstand während einer gezielten Veränderung des Vereinigungswinkels Θ insbesondere durch Kippen eines kippbaren Umlenkspiegels 24 gleich bleibt. In einer Ausführungsform umfasst der optische Umlenkkörper 30 zum Umlenken eines Teilstrahls 6, 7 eine zweidimensional gekrümmte oder dreidimensional gekrümmte Umlenkfläche 31 . In einer Ausgestaltung ist die zweidimensional oder dreidimensional gekrümmte Oberfläche ellipsenförmig gekrümmt. Es kann so erreicht werden, dass der Bearbeitungsabstand während einer gezielten Veränderung des Vereinigungswinkels Θ insbesondere durch Kippen eines kippbaren Umlenkspiegels 24 gleich bleibt.

In einer Ausgestaltung sind der optische Umlenkkörper 30 und/oder die Umlenkfläche 31 für einen Teilstrahl 6, 7 reflektierend, also nicht transparent. Vorzugsweise sind der optische Umlenkkörper 30 und/oder die Umlenkfläche 31 aus Metall, bevorzugt aus Kupfer.

In einer Ausführungsform weist der optische Umlenkkörper 30 zum Umlenken eines Teilstrahls 6, 7 eine zweidimensional gekrümmte Umlenkfläche 31 zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ in Abhängigkeit von einer Kippwinkeländerung δ des kippbaren Umlenkspiegels 24 auf. Insbesondere ist dabei der Bearbeitungsabstand unabhängig von der Kippwinkeländerung δ.

Durch das Vorsehen einer derart zweidimensional gekrümmten Umlenkfläche 31 kann ein gleichbleibender Bearbeitungsabstand auch während eines Kippens eines kippbaren Umlenkspiegels 24 um eine Kippwinkeländerung δ zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ erhalten werden. Ein Nachführen des Bearbeitungskopfes kann somit entfallen. Wenn der Bearbeitungskopf beispielsweise mittels Rollen in einem konstanten Abstand zur Oberfläche 3 in Vorschubrichtung bewegt wird, kann der Vereinigungswinkel Θ dabei ohne eine Abstandsanpassung gezielt, kontinuierlich, schnell und zuverlässig verändert werden kann.

In einer Ausgestaltung erstreckt sich die zweidimensional gekrümmten Umlenkfläche 31 in einer Kippebene der kippbaren Umlenkspiegel 24, also senkrecht zur Kippachse 27. In einer Ausgestaltung hat die zweidimensional gekrümmte Umlenkfläche 31 einen ellipsenförmigen Konturverlauf, der einem Abschnitt einer Ellipse 32 entspricht. In einer Ausgestaltung hat diese Ellipse 32 einen ersten Brennpunkt in der Kippachse 27 eines kippbaren Umlenkspiegels 24. In einer Ausgestaltung hat diese Ellipse 32 einen zweiten Brennpunkt in einem Kreuzpunkt der Teilstrahlen und/oder in einem Bearbeitungspunkt 29 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 3. Bei einer Änderung des Vereinigungswinkels Θ wird besonders zuverlässig ein gleichbleibender Bearbeitungsabstand ermöglicht.

Vorzugsweise ist eine Linse 33 zur Fokussierung im Strahlengang vor dem Strahlteiler bzw. der Strahlteilungsvorrichtung vorgesehen, so dass durch den optischen Umlenkkörper 10 lediglich ein Umlenken ohne eine Fokussierung erfolgt.

In einer Ausführungsform weist der optische Umlenkkörper 30 zum Umlenken eines Teilstrahls 6, 7 eine dreidimensional gekrümmte Umlenkfläche 31 zum Fokussieren des Teilstrahls 6, 7 auf die Oberfläche 3 und/oder zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ in Abhängigkeit von einer Kippwinkeländerung δ des kippbaren Umlenkspiegels 24 auf. Insbesondere ist dabei der Bearbeitungsabstand unabhängig von der Kippwinkeländerung δ. Insbesondere weist die dreidimensional gekrümmte Umlenkfläche 31 eine ellipsoide, bevorzugt parabolische oder sphärische Krümmung auf.

In einer Ausgestaltung entspricht die dreidimensional gekrümmte Umlenkfläche 31 zwei sich überlagernden zweidimensionalen Krümmungen, wobei die Ebenen der beiden zweidimensionalen Krümmungen senkrecht zueinander orientiert sind. Insbesondere erstreckt sich die erste zweidimensionale Krümmung in einer Ebene senkrecht zur Kippachse 27 und/oder entspricht der oben beschriebenen zweidimensionalen Krümmungen zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ in Abhängigkeit von einer Kippwinkeländerung δ des kippbaren Umlenkspiegels 24. Bevorzugt weist die erste zweidimensionale Krümmung den oben beschriebenen ersten Brennpunkt und/oder zweiten Brennpunkt der Ellipse 32 auf.

Insbesondere erstreckt sich die zweite zweidimensionale Krümmung in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse 26 und/oder hat einen bevorzugt parabolischen oder kreissegmentförmigen Konturverlauf zum Fokussieren eines einfallenden Teilstrahls auf den Kreuzpunkt mit einem anderen Teilstrahl und/oder auf den Bearbeitungspunkt 29 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 3.

In einer Ausgestaltung umfasst die dreidimensional gekrümmte Umlenkfläche 31 in einer ersten Ebene senkrecht zur Kippachse 27 des kippbaren Umlenkspiegels 24 eine ellipsoide Krümmung sowie senkrecht dazu eine parabolische oder sphärische Krümmung. Die Formulierung„senkrecht dazu" meint speziell in diesem Fall senkrecht zu der ersten Ebene und entlang der Flächennormalen an jedem Punkt. Die parabolische oder sphärische Krümmung der dreidimensional gekrümmten Umlenkfläche 31 dient der Fokussierung eines Teilstrahls 6, 7 auf die Oberfläche 3. Die ellipsoide Krümmung entspricht insbesondere der oben beschriebenen ersten zweidimensionalen Krümmung.

Eine parabolische Krümmung hat den Vorteil, dass diese Krümmung den Teilstrahl 6, 7 um nur eine Achse fokussieren kann. Eine Vorfokussierung oder eine Fokuslinse 33 zum Fokussieren eines Laserstrahls 15, die vom Bearbeitungskopf umfasst und im Strahlengang vor dem optischen Umlenkkörper 30 angeordnet ist, kann so eingespart und die Anzahl der optischen Komponenten reduziert werden. Ferner kann durch eine größere Nähe zur Oberfläche verbessert fokussiert werden. Eine sphärische Krümmung hat den Vorteil, dass eine besonders präzise Fokussierung besonders einfach und zuverlässig umgesetzt werden kann.

Der durch den kippbaren Umlenkspiegel 24 auf die Umlenkfläche 31 gerichtete Teilstrahl 6, 7 kann dadurch mit einem gezielt einstellbaren und veränderbaren Vereinigungswinkel Θ auf die Oberfläche 3 fokussiert werden, wobei der Vereinigungswinkel Θ von dem Kippwinkel des kippbaren Umlenkspiegels 24 abhängig ist.

Insbesondere gehört der optische Umlenkkörper 30 mit einer dreidimensional gekrümmten Umlenkfläche 31 zur Fokussierungsvorrichtung 20 oder ist in einer Ausgestaltung die Fokussierungsvorrichtung 20. In einer Ausführungsform sind die Fokussierungsvorrichtung 20 und/oder der optische Umlenkkörper 30 so eingerichtet, dass der Laserstrahl 15 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Strahlquerschnitt 34 so fokussiert wird, dass die interferierende Laserstrahlung 16 einen länglichen Strahlungsquerschnitt 35 aufweist. In dem Bearbeitungspunkt 29 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 3 wirkt somit eine interferierende Laserstrahlung 16 mit einem länglichen Strahlungsquerschnitt 35 zum Einbringen der Riblets 1 ein. Anders ausgedrückt wird ein längliches Oberflächenstück durch die interferierende Laserstrahlung 16 gleichzeitig belichtet. Es entsteht ein sogenannter Laserfleck 36, der länglich ist. Der Laserfleck 36 hat also eine lange Seite in Richtung dieser länglichen Ausdehnung sowie eine kurze Seite, die sich senkrecht zur langen Seite erstreckt. Es kann eine Länge des Laserflecks 36 - nachfolgend auch„Flecklänge" genannt - der langen Seite und eine Breite des Laserflecks 36 - nachfolgend auch „Fleckbreite" genannt - der kurzen Seite gemessen werden. Die Breite des Laserflecks 36, also dessen kurze Seite, verläuft in Längsrichtung 8.

Insbesondere ist der längliche Strahlungsquerschnitt 35 oval oder im Wesentlichen rechteckig geformt.

In einer Ausgestaltung hat der längliche Strahlungsquerschnitt 35 in der Fokuslage ein Aspektverhältnis von Länge zu Breite von mindestens 5 zu 1 , bevorzugt 20 zu 1 und/oder höchstens 500 zu 1 , bevorzugt 200 zu 1 , besonders bevorzugt ungefähr 50 zu 1 . Beispielsweise ist der Laserfleck 36 auf der Oberfläche 3 in Fokuslage 5 cm lang und 1 mm breit.

In einer Ausgestaltung ist die längliche Erstreckung des Strahlungsquerschnitts 35 quer zur Längsrichtung 8 der Riblets 1 bzw. der Furchen 13 orientiert.

Vorzugsweise ist die Vorschubrichtung 9 quer zur Richtung der länglichen Erstreckung des Strahlungsquerschnitts 35 gerichtet. Auf diese Weise kann durch Bewegen des Bearbeitungskopfes über die Oberfläche 3 in Vorschubrichtung 9, die der Längsrichtung 9 der Furchen 13 entspricht, mehrere Furchen 13 nebeneinander und damit eine Vielzahl paralleler Riblets 1 kontinuierlich in die Oberfläche 3 eingebracht werden.

Es kann so ein Bauteil hergestellt werden, dessen Oberfläche 3 Riblets 1 mit einem Furchenabstand a aufweist, der sich in Längsrichtung 8 stetig verändert und zwar in Abhängigkeit von der an der jeweiligen Stelle im Betrieb typischerweise herrschenden Strömungsbedingungen.

In einer Ausgestaltung werden mindestens zehn, bevorzugt fünfzig, besonders bevorzugt einhundert, und/oder höchstens fünftausend, bevorzugt höchstens eintausend, besonders bevorzug höchstens fünfhundert, parallele Furchen 13 oder Riblets 1 gleichzeitig durch die auf die zu bearbeitende Oberfläche 3 fokussierte Interferenzstruktur eingebracht. In einer Weiterentwicklung dieser Ausgestaltung sind die Anzahl der parallelen Furchen 13 oder Riblets 1 , die gleichzeitig durch die auf die zu bearbeitende Oberfläche 3 fokussierte Interferenzstruktur eingebracht werden, an die Größe des Laserflecks 36 angepasst, insbesondere an dessen Länge. Die Länge des Laserflecks 36 wird wie oben beschrieben senkrecht zur Längsrichtung 8, in welcher der Bearbeitungskopf über die Oberfläche 3 bewegt wird, gemessen. Insbesondere sind pro Millimeter Flecklänge mindestens fünf Furchen 13 und/oder höchstens zwanzig Furchen 13 vorgesehen. Bei einer schmalen Fleckbreite von 1 mm und einem Aspektverhältnis in einem exemplarischen Bereich von 1 :10 bis 1 :200 kann dies Flecklängen von zehn bis zweihundert Millimeter und somit 50 bis 4000 Furchen 13 entsprechen, die gleichzeitig in die Oberfläche 3 eingebracht werden.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Fokussierung um nur eine Achse, so dass ein Laserstrahl 15, bei dem eine Länge des Strahlquerschnitts 34 ungefähr der Breite entspricht, in einen länglichen Strahlungsquerschnitt 35 umgewandelt wird. Insbesondere erfolgt die Fokussierung um nur eine Achse durch eine oder mehrere Linsen der Fokussierungsvorrichtung vor oder nach der Strahlteilung oder durch den optischen Umlenkkörper 30.

In einer Ausführungsform ist die gekrümmte Umlenkfläche 31 so geformt, dass ein Teilstrahl 6, 7, der mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Strahlquerschnitt 34 auf die gekrümmte Umlenkfläche 31 fällt, mit einem länglichen Strahlungsquerschnitt 35 auf die zu bearbeitenden Oberfläche 3 umgelenkt und/oder fokussiert wird. Insbesondere erstreckt sich die lange Achse des Laserflecks 36 entlang der Ebene des auf die zu bearbeitenden Oberfläche 3 einfallenden Teilstrahls 6, 7.

Ein konstanter Bearbeitungsabstand bei einem sich verändernden Vereinigungswinkels Θ kann auf diese Weise auch ohne Nachführen des Bearbeitungskopfes durch den optischen Umlenkkörper 30 ermöglicht werden. Ferner können durch einen Umlenkkörper 30 mit eine dreidimensional gekrümmten Umlenkfläche 31 kleinere Brennweiten und damit eine stärkerer Fokussierung mit einem engeren Spotdurchmesser in der Fokuslage ermöglicht werden. Die kleinere Brennweite ist möglich, weil der optische Umlenkkörper 30 verglichen mit einer Linse 33 zur Fokussierung vor den kippbaren Umlenkspiegeln 24 näher an der Oberfläche 3 angeordnet werden kann. Bei einer Linse 33 zur Fokussierung mit einer ähnlich kleinen Brennweite wäre nämlich sonst kaum oder kein Platz zwischen dem Strahlteiler und der Oberfläche 3 zum Unterbringen des optischen Umlenkkörpers 30.

In einer Ausführungsform ist der optische Umlenkkörper 30 symmetrisch geformt und/oder aufgebaut, insbesondere zur Mittelachse 26 und/oder zur Kippachse 27. Bevorzugt dient eine Ebene, die durch die Mittelachse 26 und die Kippachse 27 aufgespannt wird, als Symmetrieebene für den optischen Umlenkkörper 30. Bevorzugt sind zwei gegenüberliegende gekrümmte Umlenkflächen 31 vorgesehen und/oder spiegelsymmetrisch bezogen auf die Symmetrieebene.

In einer Ausführungsform ist der optische Umlenkkörper 30 schwenkbar gelagert, insbesondere um eine Schwenkachse 28. Die Teilstrahlen 6, 7 können auf diese Weise in Richtung der Vorschubrichtung 9 oder entgegen der Vorschubrichtung 9 umgelenkt werden. Hierdurch kann der Bearbeitungspunkt 29 auf der Oberfläche 3 des Bauteils relativ zum Bearbeitungskopf bewegt werden. Dies kann beispielsweise hilfreich sein, um Ungenauigkeiten der Vorschubbewegung auszugleichen. Insbesondere erstreckt sich die Schwenkachse 28 senkrecht zur Mittelachse 26 und/oder senkrecht Kippachse 27. Vorzugsweise weisen zwei kippbare Umlenkspiegel 24 einen gleichen Abstand von dem optischen Umlenkkörper 30 in Richtung der Schwenkachse 28 auf.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Riblets 1 , wobei die Riblets 1 mittels Laserinterferenzstrukturierung oder DLIP - Direct Laser Interference Patterning - in eine Oberfläche 3 eingebracht werden, insbesondere in eine lackierte und ausgehärtete Oberfläche 3, wobei mit Hilfe zweier interferierender Teilstrahlen 6, 7 auf der Oberfläche 3, die insbesondere lackiert und ausgehärtet ist, eine Interferenzstruktur mit Intensitätsmaxima l_max in einem periodischen Abstand L erzeugt wird, wobei während der Riblet-Herstellung, insbesondere während des Einbringens der Riblets 1 in die Oberfläche 3, ein Vereinigungswinkel Θ zwischen den zwei interferierenden Teilstrahlen 6, 7 gezielt verändert wird. Riblets 1 können so an die im Betrieb herrschenden Strömungsbedingungen angepasst und besonders effizient hergestellt werden. Die obige Beschreibung bezieht sich auch auf diesen Aspekt der Erfindung.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Riblets 1 mittels Laserinterferenzstrukturierung oder DLIP - Direct Laser Interference Patterning - in eine Oberfläche 3 eines Bauteils, insbesondere in eine lackierte und ausgehärtete Oberfläche 3, umfassend einen Laser, einen Bearbeitungskopf mit einer Strahlteilungsvorrichtung 21 und einer Fokussierungsvorrichtung 20 sowie einer Bewegungseinheit 14, wobei die Bewegungseinheit 14 so eingerichtet ist, dass der Bearbeitungskopf - insbesondere gesteuert durch eine Steuerung und/oder durch einen Antrieb angetrieben - über eine zu bearbeitende Oberfläche 3 bewegt werden kann, wobei der Bearbeitungskopf so eingerichtet ist, dass mit Hilfe zweier interferierender Teilstrahlen 6, 7 auf der Oberfläche 3, die insbesondere lackiert und ausgehärtet ist, eine Interferenzstruktur mit Intensitätsmaxima l_max in einem periodischen Abstand L erzeugt werden kann, wobei die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass während der Riblet-Herstellung, insbesondere während des Einbringens der Riblets 1 in die Oberfläche 3, ein Vereinigungswinkel Θ zwischen den zwei interferierenden Teilstrahlen 6, 7 gezielt verändert werden kann. Durch diese Vorrichtung können Riblets 1 besonders wirtschaftlich auf Großflächen in einer Weise erzeugt werden, dass die Geometrie der Riblets 1 an die im Betrieb lokal unterschiedlichen Strömungsbedingungen angepasst werden können.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, das insbesondere in oben beschriebener Weise hergestellt wurde, wobei eine Oberfläche 3 des Bauteils Riblets 1 aufweist, wobei sich die Riblets 1 und Furchen 13 zwischen den Riblets 1 stetig, also ohne eine Unterbrechung, in eine Längsrichtung 8 erstrecken, wobei ein Furchenabstand a zwischen zwei unmittelbar benachbarten Furchen 13 sich in Längsrichtung 8 verändert, insbesondere stetig. Bei einer stetigen Veränderung des Furchenabstands a einer sich stetig in Längsrichtung 8 erstreckenden Ribletstruktur verlaufen die Riblets 1 kontinuierlich und/oder in Teilabschnitten geschwungen, jedoch nicht unterbrochen oder aus mehreren vorgefertigten Stücken aneinandergefügt. Eine besonders wirkungsvolle Reduzierung des Reibungswiderstands infolge von im Betrieb herrschenden Strömungen kann so ermöglicht werden. Die obige Beschreibung bezieht sich auch auf diesen Aspekt der Erfindung. Die Figur 7 zeigt einen symmetrischen Aufbau, bei dem die Teilstrahlen 6, 7 jeweils auf einen kippbaren Umlenkspiegel 24 treffen. Diese kippbaren Umlenkspiegel 24 bringen die Teilstrahlen 6, 7 auf der Oberfläche 3 zum Überlapp. Dadurch bildet sich dort die Interferenzstruktur, die durch Laserabtrag insbesondere im Lack der Oberfläche 3 die Ribletstruktur und damit die Riblets 1 erzeugt. Am Beispiel einer Windkraftanlage (WKA) soll der Aufbau und die Funktion der Vorrichtung exemplarisch beschrieben werden.

Bei einer Windkraftanlage liegt die Umfanggeschwindigkeit der Rotorspitzen im Bereich von 100 m/s. Windkanaluntersuchungen ergaben, dass für diese Geschwindigkeit die Riblets 1 bevorzugt ungefähr den Abstand a = 60 μηι aufweisen, um den Strömungswiderstand besonders effektiv zu reduzieren. Ungefähr 75% des Ertrags einer WKA wird durch die Fläche erbracht, die von der äußeren Hälfte des Rotorradius überstrichen wird. Innerhalb dieses Bereichs nimmt die Umfanggeschwindigkeit bis zur Hälfte gegenüber der Rotorspitze ab. Dementsprechend ist bevorzugt vorgesehen, den periodischen Abstand L zu verdoppeln. Das heißt, in dem für den Ertrag relevanten Bereich sollte die Größe der Riblets von 60 μηι bis 120 μηι möglichst kontinuierlich zunehmen. Für den nabennahen Teil des Rotors sind noch größere Ribletstrukturen vorzuziehen. Diese Riblets 1 können grundsätzlich nach dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden.

Die Figur 8 zeigt eine Erweiterung des in Figur 7 gezeigten Aufbaus. Eine phasengerechte Überlagerung von Interferenzstrukturen mit den periodischen Abständen L und L/2 wird mit diesem Aufbau ermöglicht. Wie auch in dem Aufbau der Figur 7 wird ein transparentes Phasengitter 33 eingesetzt, bei dem jedoch nicht wie in Figur 7 zwei symmetrische Teilstrahlen 6, 7, sondern zwei symmetrische Paare von jeweils zwei Teilstrahlen 6, 7 auftreten, d.h. vier Teilstrahlen. Die Kippwinkel der kippbaren Umlenkspiegel 24 werden nun so eingestellt, dass sich für das eine Paar der Vereinigungswinkel Θ für die den periodischen Abstand L und für das andere Paar der Vereinigungswinkel Θ für die den periodischen Abstand L/2 ergibt.

Aus der Beziehung L = λ 12 sina und der Wellenlänge des Lasers λ = 9,4 μηι folgt, dass der halbe Vereinigungswinkel im Bereich von a₆₀ = 4,4° bis a₁₂o = 2,2° zu verändern ist, um den relevanten Rotorbereich abzudecken. Die beiden symmetrischen Umlenkspiegel (s. Fig. 7) werden hierzu bevorzugt jeweils um die Hälfte der Differenz Δα = (4,4° - 2,2°) = 2,2° nachgestellt, d.h. um 1 , 1 °. Gleichzeitig wird vorzugsweise der Bearbeitungskopf relativ zur Oberfläche 3 entsprechend nachgeführt, also verschoben. In einer Ausführungsform wird diese Feinabstimmungen on-line mit Hilfe elektromechanischer oder durch piezoelektrische Stellglieder realisiert. Man kann so am WKA-Rotor bzw. am Flugzeugbauteil mit dem passenden periodischen Abstand L lokal Ribletstrukturen mit entsprechendem Furchenabstand a erzeugen. Die Figur 9 zeigt einen optischen Aufbau, bei dem die Teilstrahlen 6, 7 jeweils durch einen kippbaren Umlenkspiegel 24 auf jeweils eine gekrümmte Umlenkfläche 31 gerichtet und von dort auf die Oberfläche 3 umgelenkt werden. Insbesondere ist die gekrümmte Umlenkfläche 31 des Aufbaus der Figur 9 zweidimensional gekrümmt. Eine Linse 33 ist zur Fokussierung der Laserstrahlung auf die Oberfläche 3 vorgesehen. Die Fokussierung durch die Linse 33 erfolgt um nur eine Achse, so dass in dem Bearbeitungspunkt 29 ein länglich geformter Strahlungsquerschnitt entsteht, der einen Laserfleck 36 wie in Figur 10 dargestellt bewirken kann.

Die Figur 1 1 zeigt einen optischen Umlenkkörper 30 in einer räumlichen Seitenansicht. Die gekrümmte Umlenkfläche 31 hat in der Frontebene die gleiche Krümmung wie in Figur 9 dargestellt. Die Umlenkfläche 31 der Figur 1 1 ist jedoch in mindestens einer weiteren Ebene sphärisch oder parabolisch gekrümmt, wie in Figur 1 1 angedeutet. Dadurch kann mittels des optischen Umlenkkörpers 30 zugleich Fokussiert werden. Dem optischen Umlenkkörper 30 mit einer derart dreidimensional geformten Umlenkfläche 31 kommt somit eine Doppelfunktion zu. Eine Linse 33 zum Fokussieren kann dadurch eingespart werden.

Bei den in den Figuren 7, 8, 9 und 1 1 gezeigten Aufbauten kann der Vereinigungswinkels Θ in Abhängigkeit von einer synchronen Kippwinkeländerung δ der kippbaren Umlenkspiegel 24 gezielt verändert und damit die Ribletgröße, insbesondere der Furchenabstand a, während des Bearbeitungsprozesses kontinuierlich an zuvor ermittelte Zielwert angepasst werden.

Die Figur 10 zeigt einen länglichen Laserfleck, der die Intensitätsverteilung der interferierenden Laserstrahlung abbildet. Der Laserfleck kann durch Einbrennen in eine Unterlage z.B. auf Höhe der Oberfläche 3 oder durch ein Gerät zur positionsaufgelösten Erfassung der Intensitätsverteilung von Laserstrahlung oder der interferierenden Laserstrahlung ermittelt werden. Durch Ermittlung des Abstands zwischen zwei Intensitätsmaxima l_max kann ferner daraus der Abstand L ermittelt werden. In einer Ausgestaltung hat der Laserfleck 36 auf der Oberfläche eine Fleckbreite von mindestens 0,3 mm und/oder höchstens 3 mm, vorzugsweise ungefähr 1 mm. Bei den in den Figuren 7, 8, 9 und 1 1 gezeigten Aufbauten wird bevorzugt eine Fokussierung eines ursprünglich kreisförmigen Strahlquerschnitt 34 zum Erhalt eines länglich geformten Strahlungsquerschnittes 35 im Bearbeitungspunkt 29 vorgesehen, der insbesondere einen Laserfleck 36 wie exemplarisch in Figur 10 dargestellt bewirken kann. Mehrere Riblets 1 nebeneinander können auf diese Weise durch Bewegen der interferierenden Laserstrahlung in Vorschubrichtung 9 über die Oberfläche 3 erzeugt werden.

Die Riblet-Herstellung betrifft den gesamten Herstellungsprozess. Der Bearbeitungskopf wird zunächst so eingestellt, dass Riblets mit der gewünschten Geometrie erzeugt werden können. Zur Veränderung der Riblet-Geometrie erfolgt im Rahmen der Riblet-Herstellung eine Anpassung des Bearbeitungskopfes kontinuierlich während des Einbringens der Riblets. Grundsätzlich ist es möglich, den Bearbeitungskopf für die Anpassung anzuhalten und in dieser Zeit den Laser zu entkoppeln. Weil hierdurch Bearbeitungszeit verloren ginge, ist jedoch die kontinuierliche Anpassung der Einstellungen an die gewünschte Riblet-Geometrie bevorzugt vorgesehen. Bei dem Verfahren gemäß dem eingangs beschriebenen Aspekt der Erfindung werden die Riblets in eine Oberfläche, insbesondere in eine lackierte und ausgehärtete Oberfläche, mittels Laserinterferenzstrukturierung oder DLIP eingebracht. Insbesondere werden die Riblets dabei in eine auf die Oberfläche aufgebrachte und ausgehärtete Lackschicht 4, 5 eingebracht. Die Oberfläche ist allgemein eine Oberfläche eines Bauteils. Wenn eine Oberfläche lackiert wurde, hat die Oberfläche mindestens eine Lackschicht 4, 5 aus einem Lacksystem. Ein Lacksystem kann ein Lack mit mehreren Inhaltsstoffen oder Komponenten sein. Bevorzugt werden für mehrere Lackschicht 4, 5 der Oberfläche, z.B. Decklackschicht 4 und Basislackschicht 5, unterschiedliche Lacksysteme vorgesehen. Eine lackierte und ausgehärtete Oberfläche 3 ist eine lackierte Oberfläche eines Bauteils, dessen Lacksystem ausgehärtet ist bzw. dessen Lacksysteme ausgehärtet sind. Die Riblets werden also erst nach dem Aushärten eines Lacks bzw. Lacksystems eingebracht.

In einer Ausführungsform basiert das Lacksystem der Oberfläche 3 auf Polyurethan-, Epoxi- und/oder Acryl-Komponenten und/oder die Oberfläche eines Bauteils wurde mit einem Lacksystem basierend auf Polyurethan-, Epoxi- und/oder Acryl-Komponenten lackiert. Insbesondere dient das Lacksystem dieser Ausführungsform zur Ausbildung einer Decklackschicht 4. Das Lacksystem dieser Ausführungsform bezieht sich auf die lackierte und ausgehärtete Oberfläche, d.h. es kann für das Lackieren der Oberfläche mit nachfolgendem Aushärten eingesetzt werden.

In einer Ausführungsform besitzt der Laser eine hinreichende räumliche und zeitliche Kohärenz, so dass sein Strahl in identische Teilstrahlen 6, 7 aufgeteilt werden kann, die bei nachträglicher Überlagerung regelmäßige Interferenzstrukturen erzeugen. Ein Laser, der eine hinreichende räumliche und zeitliche Kohärenz besitzt, bezeichnet eine Laserstrahlquelle, die einen Strahl mit hinreichend räumlicher und zeitlicher Kohärenz erzeugen kann. Mit Strahl sind hier der Laserstrahl 15 und/oder der zusätzliche Laserstrahl 17 gemeint. Die Interferenzstrukturen entsprechen der interferierenden Laserstrahlung 16 und/oder der zusätzlichen interferierenden Laserstrahlung 18.

In einer Ausführungsform wird der Laser kontinuierlich angeregt und/oder im Dauerstrich oder gepulst mit Pulsdauern < 1 ms betrieben. Rußbildung kann so vermieden werden, insbesondere bei Einsatz eines C0₂-Lasers und/oder bei Einbringen der Riblets in eine Lackschicht. In einer Ausführungsform ist die Pulsdauer > 0,1 με, bevorzugt > ~\ μ$. Ein Aufschäumen des Materials kann so verringert, unterdrückt und/oder gänzlich verhindert werden, insbesondere bei Einsatz eines C0₂-Lasers und/oder bei Einbringen der Riblets in eine Lackschicht. Ein im Dauerstrich betriebener Laser ist allgemein ein Dauerstrichlaser 2, also ein kontinuierlich angeregter Laser, der im Gegensatz zu einem Pulslaser ununterbrochen einen Laserstrahl emittiert. Es ist grundsätzlich möglich, dass der Dauerstrichlaser 2 so eingerichtet ist, dass ein gepulster Laserstrahl emittiert wird.

In einer Ausführungsform ist der Laser ein C02-Laser, dessen Emission insbesondere je nach Lacksystem auf die Wellenlängen 9,3 μηι, 9,4 μηι, 9,6 μηι oder 10,6 μηι eingerichtet ist. Mit Emission sind der Laserstrahl 15 und/oder der zusätzliche Laserstrahl 17 gemeint. Ein Einrichten des Lasers bzw. dessen Emission je nach Lacksystem erfolgt in Abhängigkeit von einer entsprechenden Absorptionscharakteristik des Lacksystems, derart, dass von mehreren möglichen Wellenlängen für die Emission genau diejenige Wellenlänge für das Einrichten ausgewählt wird, die einer Peak-Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich mit relativ großer Absorption gemäß der wellenlängenabhängigen Absorptionscharakteristik des Lacksystems am nächsten kommt.

In einer Ausführungsform werden die Riblets 1 mit Hilfe interferierender Laserstrahlung 16, 18 hergestellt, also der interferierenden Laserstrahlung 16 und/oder der zusätzlichen interferierenden Laserstrahlung 18. In einer Ausführungsform wird mit Hilfe zweier interferierender Teilstrahlen 6, 7 auf der Lackoberfläche eine Interferenzstruktur erzeugt mit Intensitätsmaxima l_max im periodischen Abstand L. Die Interferenzstruktur entspricht der interferierenden Laserstrahlung 16 und/oder der zusätzlichen interferierenden Laserstrahlung 18. In einer Ausführungsform entstehen durch Lateralbewegung der Interferenzstruktur bei gleichzeitigem Laserabtrag parallele Furchen 13 auf der Lackoberfläche und somit Riblets 1 in Strömungsrichtung. Die so erhaltenen Furchen 13 bilden ein Furchensystem. Allgemein weisen zwei benachbarte Furchen einen Furchenabstand a auf, der in der Regel von Furchenmitte zu Furchenmitte der zwei benachbarten Furchen insbesondere quer zur Längsrichtung 8 gemessen wird. Lateralbewegung meint die Vorschubbewegung, insbesondere in Vorschubrichtung 9 und/oder in Längsrichtung 8 der Furchen 13. Die Strömungsrichtung ist grundsätzlich parallel zur Längsrichtung 8 der Furchen 13 orientiert. Die Lackoberfläche meint eine bereits lackierte und ausgehärtete Oberfläche 3. In einer Ausführungsform werden die Riblets 1 in die äußere Decklackschicht 4 eingebracht, wobei eine unter der Decklackschicht 4 angeordnete Basislackschicht 5 eine vergleichsweise geringe Absorption für die entsprechende Laserwellenlänge aufweist. Vorzugsweise ist der Absorptionsgrad der Basislackschicht 5 geringer als der Absorptionsgrad der Decklackschicht 4 für die Wellenlänge des Laserstrahls 15 bzw. des zusätzlichen Laserstrahls 17.

In einer Ausführungsform wird die unter der Decklackschicht 4 angeordnete Basislackschicht 5 mittels der interferierenden Laserstrahlung 16, 18 teilweise freigelegt.

In einer Ausführungsform wird zur Erzeugung von steilen Flanken 1 1 an den Ribletstrukturen, also der Flanken 1 1 der Riblets 1 , der ursprüngliche Laserstrahl 15 in mindestens drei oder vier Teilstrahlen 6, 7, bevorzugt identische Teilstrahlen 6, 7, aufgeteilt und diese Teilstrahlen 6, 7, bevorzugt identische Teilstrahlen 6, 7, wiederum zur Erzeugung von Interferenzstrukturen, einer ersten Interferenzstruktur und einer zweiten Interferenzstruktur, auf der Lackoberfläche zur Überlappung gebracht. In einer Ausgestaltung ist zur Aufteilung des ursprünglichen Laserstrahls in Teilstrahlen ein Phasengitter 25 vorgesehen. In einer Ausgestaltung werden die erste Interferenzstruktur und die zweite Interferenzstruktur separiert. Bevorzugt werden die zwei Interferenzstrukturen so separiert, dass es zu keiner Interferenz der zwei Interferenzstrukturen kommt. Beispielsweise werden die zwei Interferenzstrukturen örtlich versetzt auf die zu bearbeitenden Oberfläche 3 gerichtet.

In einer Ausführungsform erzeugen jeweils zwei der vier Teilstrahlen eine Interferenzstruktur in zwei getrennten optischen Einheiten und/oder die so erzeugten getrennten Furchensysteme können relativ zueinander verschoben werden oder sein. Insbesondere wird die Interferenzstruktur mit Hilfe zweier interferierender Teilstrahlen 6, 7 auf der Lackoberfläche mit Intensitätsmaxima l_max im periodischen Abstand L erzeugt. Vorzugsweise entstehen die Furchensysteme, indem durch Lateralbewegung der Interferenzstruktur bei gleichzeitigem Laserabtrag parallele Furchen auf der Lackoberfläche und somit Riblets in Strömungsrichtung erzeugt werden.

Allgemein kann der Abstand L zwischen zwei Intensitätsmaxima l_max mithilfe eines Gerätes zur Messung der Strahlungsintensität ermittelt werden.

In einer Ausführungsform ist die Abstandsperiode, also der Abstand a, der beiden Furchensysteme jeweils 2L und die beiden Furchensysteme sind quer zur Furche 13, also quer zur Längsrichtung 8, gegeneinander um die Strecke L verschoben, so dass daraus durch die Überlagerung der Interferenzstrukturen eine Ribletstruktur mit der Periode L und/oder mit deutlich steileren Flanken als im Fall der Zweistrahl-interferenz resultiert. Mit Periode L und Strecke L ist eine Verschiebung mit dem Betrag des Abstands L zwischen zwei benachbarten, voneinander beabstandeten Intensitätsmaxima l_max gemeint.

In einer Ausführungsform werden die Riblets 1 in die Oberfläche 3 eines Flugzeugs 10, eines Schiffs oder der Rotorblätter einer Windkraftanlage eingebracht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen von Riblets 1 eingerichtet. Die Vorrichtung umfasst einen für das Herstellen der Riblets 1 eingerichteten C0₂-Laser. Die Vorrichtung umfasst ferner einen monolithischen Bearbeitungskopfs, der auch also Optikkopf bezeichnet werden kann. In dem Bearbeitungskopfs sind ein oder zwei Strahlteiler insbesondere der Strahlteilungsvorrichtung 21 integriert. In dem Bearbeitungskopf sind ferner ein oder mehrere feinjustierbare, brechende und/oder reflektierende optische Elemente insbesondere der Fokussiervorrichtung 20 integriert. Der Bearbeitungskopf weist ferner einen halb- oder vollautomatischen Manipulator auf. Insbesondere ist der Manipulator eine Bewegungseinheit, die so eingerichtet ist, dass ein Laserstrahl 15, interferierende Laserstrahlung 16, ein zusätzlicher Laserstrahl 17 und/oder zusätzliche interferierende Laserstrahlung 18 relativ zur Oberfläche 3 bewegt werden kann. Vorzugsweise ist die Bewegungseinheit ein mehrachsiger Achsenroboter 14 mit mehreren Achsen der Bewegung.

Bei der Herstellung von Riblets 1 mit flachen Furchen 13, relativ steilen Flanken und möglichst spitzen Stegen ist zu beachten, dass diese Struktur auch den mechanischen Betriebsbelastungen standzuhalten hat. Bei der Zweistrahl- Interferenz ist das Intensitätsprofil sinusförmig, d.h. der Übergang von Maxima zu Minima ist relativ weich. Zunächst würde man dieses relativ weiche Profil auch für die Riblets 1 erwarten. Das Abtragbild auf dem Lack der Oberfläche 3 des Bauteils ist jedoch prägnanter, da der Abtrag durch Laser-Ablation erfolgt. Diese setzt erst ab einer gewissen Intensitätsschwelle ein und verläuft insbesondere bei Lacksystemen mit Schichtaufbau nicht linear. Die Tiefe der Furchen 13 und die Steilheit der Flanken können in gewissem Umfang durch die Intensität der Laserstrahlung und ihre Einwirkdauer gesteuert werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass noch eine weitere Verbesserung der Ribletformen erzeugt werden kann, wenn man dem Zweistrahl-Interferenzbild mit der Periode L noch zusätzlich phasengerecht ein zweites Interferenzbild mit der Periode LJ2 überlagert. Wenn die Intensität der LJ2 Periode halb so groß ist wie die der L Periode, werden die Maxima im Abstand L steiler und die dazwischen liegenden Minima flacher. Die so erzeugten Riblets 1 stellen einen guten Kompromiss zwischen aerodynamischen Gewinn und mechanischer Belastbarkeit dar.

In den Figuren 5 und 6 wird gezeigt, wie eine erste Intensitätsverteilung (x) der interferierenden Laserstrahlung 16 und eine davon getrennte zweite Intensitätsverteilung l₂(x) der zusätzlichen interferierenden Laserstrahlung 18 um einen örtlichen Versatz AL verschoben sind, insbesondere in Richtung quer zur Längsrichtung 8 der Furchen 13 und/oder quer zur Vorschubrichtung 9. Die interferierenden Laserstrahlung 16 kann auch als eine erste Interferenzstruktur bezeichnet werden. Die zusätzliche interferierende Laserstrahlung 18 kann auch als eine zweite Interferenzstruktur bezeichnet werden. In einer Ausführungsform ist die erste Interferenzstruktur gegenüber der zweiten Interferenzstruktur um L 2 verschoben. Der örtliche Versatz AL entspricht also dem halben periodischen Abstand L. Insbesondere haben die erste Interferenzstruktur und die zweite Interferenzstruktur den gleichen periodischen Abstand L der jeweiligen Intensitätsmaxima Lax . Die unbearbeiteten, glatten Oberflächenbereiche können dadurch insbesondere zentriert zwischen den Furchen der ersten Bearbeitungsstufe, also durch die erste Intensitätsverteilung l ^x), mit Furchen der zweiten Bearbeitungsstufe, also durch die zweite Intensitätsverteilung l₂(x), versehen werden.

Riblets mit einer Furchentiefe d, die näherungsweise der Hälfte des Furchenabstands a entspricht, können auf diese Weise besonders einfach und präzise hergestellt werden.

Die Figur 6 zeigt einen zweistufigen Herstellungsprozess bei Vorsehen von einer Materialschicht und einer Unterschicht bzw. einer Decklackschicht 4 und einer Basislackschicht 5, wobei die Intensitätsverteilungen (x) und l₂(x) so eingestellt werden, dass die Unterschicht bzw. die Basislackschicht 5 teilweise freigelegt wird.

Der zweistufige Herstellungsprozess lässt sich in einer Ausgestaltung durch zwei direkt miteinander verbundene, aber um den Versatz AL versetzte Bearbeitungsköpfe realisieren, die jeweils zumindest eine Fokussierungsvorrichtung 20 umfassen. In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung lässt sich der zweistufige Herstellungsprozess durch einen Bearbeitungskopf mit ein oder zwei Strahlteilungsvorrichtungen 21 und mindestens zwei Fokussierungsvorrichtungen 20 realisieren. Grundsätzlich kann aus nur einem eingehenden Laserstrahl 15 durch Strahlteilung oder Strahlteilungen das die interferierende Laserstrahlung 16 und eine um den Versatz AL versetzte zusätzliche interferierende Laserstrahlung 18 erhalten werden.

Bei den Figuren 5 und/oder 6 ist die Laserstrahlung der ersten Bearbeitungsstufe insbesondere die interferierende Laserstrahlung 16 oder eine erste Interferenzstruktur, die bevorzugt durch Umwandlung des Laserstrahls 15 erhalten wurde. Bei den Figuren 5 und/oder 6 ist die zusätzliche Laserstrahlung der zweiten Bearbeitungsstufe insbesondere die zusätzliche interferierende Laserstrahlung 18 oder eine zweite Interferenzstruktur, die bevorzugt durch Umwandlung des Laserstrahls 17 erhalten wurde.

Claims

Ansprüche

1 . Verfahren zum Herstellen von Riblets (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Riblets (1 ) mittels Laserinterferenzstrukturierung oder DLIP - Direct Laser Interference Patterning - insbesondere in eine lackierte und ausgehärtete Oberfläche eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lacksystem der Oberfläche auf Polyurethan-, Epoxi- und/oder Acryl-Komponenten basiert und/oder dass der Laser, insbesondere C02-Laser, kontinuierlich angeregt wird und im Dauerstrich oder gepulst mit Pulsdauern < 1 ms betrieben wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe zweier interferierender Teilstrahlen auf der Lackoberfläche eine Interferenzstruktur erzeugt wird mit Intensitätsmaxima im periodischen Abstand L.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Lateralbewegung der Interferenzstruktur bei gleichzeitigem Laserabtrag parallele Furchen auf der Lackoberfläche und somit Riblets in Strömungsrichtung entstehen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riblets (1 ) in die äußere Decklackschicht (4) eingebracht werden, wobei eine unter der Decklackschicht angeordnete Basislackschicht (5) eine vergleichsweise geringe Absorption für die entsprechende Laserwellenlänge aufweist und/oder mittels der interferierenden Laserstrahlung teilweise freigelegt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von steilen Flanken an den Ribletstrukturen der ursprüngliche Laserstrahl in mindestens drei oder vier insbesondere identische Teilstrahlen aufgeteilt wird und diese wiederum zur Erzeugung von Interferenzstrukturen auf der Lackoberfläche zur Überlappung gebracht werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Interferenzstruktur gegenüber einer zweiten Interferenzstruktur um L/2 verschoben ist. 2

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Riblet-Herstellung ein Vereinigungswinkel Θ zwischen zwei interferierenden Teilstrahlen (6, 7) gezielt verändert wird.

9 Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch das gezielte Verändern des Vereinigungswinkels Θ der Furchenabstand a der Riblets (1 ) gezielt verändert und/oder an Strömungsbedingungen gezielt angepasst werden kann, die an dem zu bearbeitendem Bereich der Oberfläche (3) im Betrieb typischerweise herrschen.

10. Verfahren nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ mindestens ein kippbarer Umlenkspiegel (24) zum Umlenken eines Teilstrahls (6, 7) gekippt wird.

1 1 . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der kippbare Umlenkspiegel (24) einen Teilstrahl (6, 7) auf die Oberfläche (3) oder auf einen optischen Umlenkkörper (30) zum Umlenken auf die Oberfläche (3) richtet.

12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Umlenkkörper (30) zum Umlenken eines Teilstrahls (6, 7) eine zweidimensional gekrümmte Umlenkfläche (31 ) zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ in Abhängigkeit von einer Kippwinkeländerung δ des kippbaren Umlenkspiegels (24) aufweist, insbesondere mit einem von einer Kippwinkeländerung δ unabhängigen Bearbeitungsabstand.

13. Verfahren nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Umlenkkörper (30) zum Umlenken eines Teilstrahls (6, 7) eine dreidimensional gekrümmte Umlenkfläche (31 ) zum Fokussieren des Teilstrahls (6, 7) auf die Oberfläche (3) und/oder zum gezielten Verändern des Vereinigungswinkels Θ in Abhängigkeit von einer Kippwinkeländerung δ des kippbaren Umlenkspiegels (24) aufweist, insbesondere mit einem von einer Kippwinkeländerung δ unabhängigen Bearbeitungsabstand.

14. Vorrichtung zum Einbringen von Riblets (1 ) mittels Laserinterferenzstrukturierung oder DLIP - Direct Laser Interference Patterning - insbesondere in eine lackierte und 3 ausgehärtete Oberfläche (3) eines Bauteils, umfassend einen Laser, einen Bearbeitungskopf mit einer Strahlteilungsvorrichtung (21 ) und einer Fokussierungsvorrichtung (20) sowie einer Bewegungseinheit (14), wobei die Bewegungseinheit (14) so eingerichtet ist, dass der Bearbeitungskopf über eine zu bearbeitende Oberfläche (3) bewegt werden kann, wobei der Bearbeitungskopf so eingerichtet ist, dass mit Hilfe zweier interferierender Teilstrahlen (6, 7) auf der insbesondere lackierten und ausgehärteten Oberfläche (3) eine Interferenzstruktur mit Intensitätsmaxima l_max in einem periodischen Abstand L erzeugt werden kann, wobei die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass während der Riblet-Herstellung, insbesondere während des Einbringens der Riblets (1 ) in die Oberfläche (3), ein Vereinigungswinkel Θ zwischen den zwei interferierenden Teilstrahlen (6, 7) gezielt verändert werden kann.

15. Bauteil, insbesondere hergestellt durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Oberfläche (3) des Bauteils Riblets (1 ) aufweist, wobei sich die Riblets (1 ) und Furchen (13) zwischen den Riblets (1 ) stetig in eine Längsrichtung (8) erstrecken, wobei ein Furchenabstand a zwischen zwei unmittelbar benachbarten Furchen (13) sich in Längsrichtung (8) verändert.