Technik
Elektronenmikroskopieaufnahme einer durch Kavitation in Wasser geschädigten Metalloberfläche aus Silber - Foto: Dr. Fabian Reuter/Uni Magdeburg
01.04.2020

Neues Verfahren um Schiffspropeller und Turbinen zu schützen

Stabile Blasen und ein Wasserläufer bewahren Stahl vor Erosion

Materialforscher der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg haben ein neuartiges Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe eine durch Flüssigkeitsströme verursachte Materialschädigung, die sogenannte Kavitationserosion, in Schiffschrauben oder Turbinen künftig verhindert werden kann.

Die Ursache für diese Erosion selbst von Stahl sind sogenannte Kavitationsblasen: Wenn Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit strömen oder sich ein Objekt sehr schnell durch eine Flüssigkeit bewegt, bilden sich an den Oberflächen spezifische Blasen, zum Beispiel an Schiffspropellern, in Pumpen oder Düsen und selbst an künstlichen Herzklappen. Dieser physikalische Effekt wird als Kavitation bezeichnet. Die dabei entstehenden Blasen brechen nach kurzer Zeit implosionsartig in sich zusammen. Dabei entstehen extreme Drücke von über 1.000 bar, das entspricht einem tausendfachen Umgebungsdruck. Diese Kräfte führen zum Beispiel an einer sich schnell drehenden Schiffsschraube zur stetigen Erosion des Materials.

Das neue Verfahren der Magdeburger Forscher basiert darauf, die Oberflächen gezielt so zu verändern, dass die Kavitationsblasen von ihnen abgestoßen werden. Dazu wurden in die Oberflächen, zum Beispiel in Metall, mikroskopisch kleine Löcher gebohrt. Die spezifische Struktur dieser Löcher führt zur Bildung von Gasblasen an der Oberfläche, die extrem wasserabweisend wirken. Wenn sich nun Kavitationsblasen diesem „Schild“ aus Gasblasen nähern, werden sie regelrecht abgestoßen und an der Erosion des Materials gehindert. Diese Abstoßung konnte sowohl experimentell als auch mit mathematischen Modellen bewiesen werden.

Die größte Herausforderung dabei war, die durch die Löcher entstandenen Gasblasen an den Oberflächen zu stabilisieren. Hier haben sich die Forscher einen Trick von der Natur abgeschaut. Die Öffnungen im Material haben eine ähnliche Struktur wie der Brustbereich von Meerwasserläufern "Halobates germanus". Der Wasserläufer braucht für seinen Auftrieb stabile Gasblasen am Körper. "Genauso wie die Natur benötigen wir auch keine chemische Behandlung, um die Oberflächenstrukturen wasserabweisend zu machen", so der Physiker Prof. Dr. rer. nat. Claus-Dieter Ohl von der Fakultät für Naturwissenschaften.

Die Forschungsergebnisse sind unter dem Titel "Mitigating cavitation erosion using biomimetic gas-entrapping microtextured surfaces" im international renommierten Journal Science Advances erschienen, einer Open-Access-Ergänzung zur Zeitschrift Science.

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Schlagworte

EntwicklungForschungOberflächentechnik

Verwandte Artikel

Die Werke von thyssenkrupp Electrical Steel in Gelsenkirchen und Isbergues stellen kornorientiertes Elektroband her – ein unverzichtbares Schlüsselmaterial unter anderem für Transformatoren in Umspannwerken und Windkraftanlagen. Aufgrund massiv gestiegener niedrigpreisiger Importe, insbesondere aus Asien, werden beide Standorte ab Mitte Dezember bis Jahresende vollständig geschlossen.
11.12.2025

thyssenkrupp Electrical Steel: Temporäre Betriebsstillstände in Deutschland und Frankreich

thyssenkrupp Electrical Steel (tkES) wird seine Produktion im laufenden Geschäftsjahr reduzieren und teilweise stilllegen.

Anlagen Deutschland Elektroband Energie Energiewende Energiewirtschaft Entwicklung Essen EU Frankreich Geschäftsjahr Handel ING KI Messe Produktion Stahl Studie Thyssenkrupp Steel Europe Transport Unternehmen Werkstoff Wettbewerb Wirtschaft
Mehr erfahren
(v.l.n.r im Bild): Helena Svensson, Prof. Dr.-Ing. Katja Windt, Dr. Mirko Lehmann
10.12.2025

Veränderungen im Endress + Hauser Executive Board

Generationswechsel im Top-Management der Firmengruppe führt zu neuen Verantwortlichkeiten

Anlagen Anlagenbau Automatisierung Bremen BSW Digitalisierung Entwicklung EU Industrie ING Innovation Karriere Lieferketten Logistik Maschinenbau Messtechnik Optimierung Patent Produktion Schweiz SMS SMS group Technik Unternehmen Verwaltungsrat Weiterbildung Wirtschaft
Mehr erfahren
(von links nach rechts): Björn van Deest und Maximilian Sülzle nahmen die Ehrung als Finalist in der Kategorie Materialgroßhandel beim 18. Deutschen Nachhaltigkeitspreis (DNP) in Düsseldorf stellvertretend für die SÜLZLE Gruppe entgegen.
09.12.2025

Deutscher Nachhaltigkeitspreis 2026: Ehrung für Sülzle Gruppe

Die Sülzle Gruppe wurde beim 18. Deutschen Nachhaltigkeitspreis (DNP) in Düsseldorf als Finalist in der Kategorie Materialgroßhandel geehrt.

Anlagen Anlagenbau Auszeichnung Betonstahl Deutschland Düsseldorf Energie Entwicklung EU Gesellschaft Handel ING Innovation Klima Klimaschutz Nachhaltigkeit Soziales Engagement Stahl Strategie Sülzle Gruppe Technik Transformation Umwelt Unternehmen Wirtschaft
Mehr erfahren
Dr. Helga Linnartz ist neue Geschäftsführerin von Endress+Hauser Level+Pressure mit Sitz im süddeutschen Maulburg.
09.12.2025

Neue Geschäftsführerin bei Endress+Hauser Level+Pressur

Dr. Helga Linnartz wird zum 1. Februar 2026 die Leitung des Kompetenzzentrums für Füllstands- und Druckmesstechnik mit Sitz im süddeutschen Maulburg übernehmen.

Brasilien China Deutschland Entwicklung EU Forschung Gesellschaft Indien ING Japan Karriere KME Messtechnik Niederlande Produktion Schweiz Technik USA Vertrieb
Mehr erfahren
Schrottlager bei Feralpi
04.12.2025

Feralpi Group gewinnt den ESG Transparency Award

Die Feralpi Group wurde mit dem ESG Transparency Award 2025/2026 ausgezeichnet. Die Jury würdigte u. a., dass die Bedeutung der öffentlichen Nachhaltigkeitsberichterstatt...

Auszeichnung Award Bonn Energie Entwicklung Essen EU ING Klima Klimaschutz Nachhaltigkeit Stahl Strategie TEMA Umwelt Unternehmen Wettbewerb Wirtschaft
Mehr erfahren