Funktionslacke für industrielle Außenanwendungen

Industrielle Beschichtungen für Außenanwendungen sind mit einer Vielzahl von Anforderungen konfrontiert, um die Funktionalität und Sicherheit von Anlagen zu gewährleisten. Äußere Einflüsse wie Eisbildung und Erosion stellen eine große Herausforderung dar, da sie die Sicherheit beeinträchtigen und zu hohen Reparatur- und Wartungskosten führen können.

Um diese Effekte zu reduzieren, entwickelt das Fraunhofer IFAM innovative Beschichtungstechnologien. Der Schwerpunkt liegt insbesondere auf:

• Eisphoben Beschichtungen
• Heizschichten zur Enteisung
• Erosionsschutzschichten

 

Anti-Eis Beschichtungen und Systeme nach Maß

Das Portfolio der Beschichtungstechnologien wird durch die kundenspezifischen Anforderungen sowie relevante Vereisungsbedingungen für die verschiedenen Industrien definiert. Dazu gehören folgende Beschichtungen:

• hydrophobe und superhydrophobe
• nano- und mikrostrukturierte
• ultraglatte und gleitfördernde
• gefrierpunktsenkende

Ziele sind die Vermeidung von Eisbildung, die Entfernung von gebildetem Eis oder die Effizienzsteigerung von Heiz- und mechanisch basierten Eisschutzsystemen.

Zur Realisierung der spezifischen Beschichtungen bietet das Fraunhofer IFAM Materialentwicklungen nach kundenspezifischem Anforderungsprofil. Zur Tool-Box zählen u. a.:

• Sol-Gele
• Polyurethane
• SLIPS (Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces)
• PFAS-freie Silan-, Siloxan- basierte Materialien
• Elastomere sowie
• temporär Gefrierpunkt-senkende Beschichtungen

 

Heizschichten

Die am Institut entwickelten Beschichtungen können für die Oberflächen-nahe Beheizung eingesetzt werden. Folgende Technologien werden genutzt:

• Induktion
• Widerstandsheizung

Die Vorteile liegen in geringen Schichtdicken, flexibler Geometrieauslegung durch Spritzapplikation und hoher Energieeffizienz.

 

Erosionsschutzbeschichtungen

Regentropfen und Sandpartikel können Schäden durch Erosion verursachen. Die mechanischen Auswirkungen führen zu erhöhtem Komponentenverschleiß und verkürzter Lebensdauer. In der Folge steigen die erforderlichen Wartungs- und Reparaturarbeiten.

Die Abteilung Lacktechnik am Fraunhofer IFAM entwickelt aktiv Beschichtungen, die eine hohe Erosionsbeständigkeit aufweisen. Aktuelle Entwicklungsprojekte befassen sich mit den folgenden Materialwegen:

• Elastomere Beschichtungsstoffe
• Verstärkende Füllstoffe
• Selbstheilende Eigenschaften
• Verbessertes Gleitverhalten
• Reparatur-Kits

Unsere FuE-Dienstleistungen reichen vom Materialscreening bis zur Entwicklung einer Richtformulierung mit Applikationsertestung und richten sich an Rohstoff- und Lackhersteller sowie potentielle Endanwender von Anti-Eis und Erosionsschutz-Beschichtungen. Das Fraunhofer IFAM verfügt außerdem über zahlreiche Prüf- und Testmöglichkeiten. So kann für Anti-Eis-Beschichtungen ein Eiswindkanal realitätsnahe Umweltbedingungen simulieren.

Die Entwicklung von Anti-Eis-Beschichtungen und Vereisungstests ist Teil der am Fraunhofer IFAM durchgeführten Arbeiten zu funktionellen Beschichtungen. Die Erfahrungen aus öffentlich geförderten Projekten zu den Anwendungsfeldern Luftfahrt, Windenergie, Automobil- und Schienenfahrzeugbau, sowie Kälte- und Klimatechnik werden von Nadine Rehfeld genutzt, um in der internationalen Gremienarbeit zu Teststandards und Festlegung von Design- und Materialspezifikationen signifikante Beiträge zu leisten.

 

Aktuelle Projekte

Das Fraunhofer IFAM entwickelt im Rahmen des von der EU geförderten Projektes Carbo4Power (H2020) multifunktionelle Beschichtungen, deren Langzeitbeständigkeit für die Anwendung auf Rotorblättern von Windkraftanlagen sowie Tidenkraftwerken ausgelegt werden.

Hinzu kommen Arbeiten zu Reparaturkonzepten für den Erosionsschutz von Rotorblättern an Windenergieanlagen, die im vom BMWE geförderten Projekt MARiLEP entwickelt werden.

Auch im Luftfahrtbereich werden derzeit neue Erosionsschutzkonzepte erarbeitet und im von der EU geförderten Projekt Ultra Performing Wing des Clean Aviation Luftfahrtprogramms erprobt.

Für Eisschutzsysteme stehen derzeit Schichtbasierte Heiztechnologien im Fokus der Entwicklungen. So konnte im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (gefördert vom BMWE) im Projekt HYBATS der Funktionsnachweis in einem Eiswindkanal erbracht werden. 

 

Veröffentlichungen

Das Standard-Werk zu funktionellen Beschichtungen:

• Stenzel, V. und Rehfeld, N. (2013): Funktionelle Beschichtungen, Farbe und Lack Edition, Vincentz Network, Hannover, Deutschland

Unsere Expertinnen und Experten forschen und entwickeln Prüfverfahren für funktionale Beschichtungen. Lesen Sie mehr in unseren aktuellen Veröffentlichungen:

• Rehfeld, N.; Speckmann, B.; Schreiner, C.; Stenzel, V. Assessment of Icephobic Coatings—How Can We Monitor Performance Durability? Coatings 2021, 11, 614.
• Rehfeld, N.; Speckmann, B.; Stenzel, V. Parameter Study for the Ice Adhesion Centrifuge Test. Appl. Sci. 2022, 12, 1583.
• Jones, S.M.; Rehfeld, N.; Schreiner, C.; Dyer, K. The Development of a Novel Thin Film Test Method to Evaluate the Rain Erosion Resistance of Polyaspartate-Based Leading Edge Protection Coatings. Coatings 2023, 13, 1849. 
• Rehfeld, N.; Brassard, J.-D.; Yamazaki, M.; Sakaue, H.; Balordi, M.; Koivuluoto, H.; Mora, J.; He, J.; Pervier, M.-L.; Dolatabadi, A.; et al. Round-Robin Study for Ice Adhesion Tests. Aerospace 2024, 11, 106. 
• Nadine Rehfeld, Niklas Pengemann, Sascha Kull, Volkmar Stenzel, Ice shedding tests for the assessment of hybrid ice protection systems, Cold Regions Science and Technology, Volume 223, 2024, 104223, ISSN 0165-232X.