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

09.03.2026

wire 2026 mit prallem Forumsprogramm

Als Teil des Rahmenprogramms der Fachmesse für Draht und Kabel sind auf der ‚Forum Stage Cable & Wire‘ spannende Tagesforen und Diskussionsrunden geplant

Anlagen Anlagenbau Draht Entwicklung Essen EU Industrie Innovation Italien Kabel Messe Nachhaltigkeit Tube USA Zusammenarbeit
Mehr erfahren
David Algermissen, Abteilungsleiter Sekundärrohstoffe/Schlackenmetallurgie im FEhS – Institut für Baustoff-Forschung, welches das Projekt koordiniert hat: „Die Arbeiten mit diesem großartigen Konsortium waren sehr erfolgreich. Es konnte sowohl Basiswissen rund um die Elektroroheisenschlacke aufgebaut werden bis hin zu Pilotversuchen zur Erzeugung von Hüttensand 2.0 im Tonnenmaßstab und die Prüfung im Zement und Beton. Nächste Schritte sind die normativen und rechtlichen Rahmenbedingungen, damit das Material auch zeitnah seinen Weg in den Markt finden kann, sobald die Schlacke bei thyssenkrupp entsteht.“ Das im Jahr 2021 gestartete Forschungsvorhaben „SAVE CO2“ von thyssenkrupp Steel, Heidelberg Materials, dem Institut für Technologien der Metalle der Universität Duisburg-Essen, Fraunhofer UMSICHT und FEhS-Institut wurde im Rahmen der Fördermaßnahme KlimPro-Industrie vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt sowie der Europäischen Union/NextGenerationEU gefördert und durch den DLR Projektträger betreut.
05.03.2026

Schlacken aus dekarbonisierter Stahlherstellung für Zement geeignet

Neue Schlacken, die bei der dekarbonisierten Stahlherstellung auf der Direktreduktionsroute im Einschmelzer entstehen, eignen sich als latent hydraulische Bindemittel in...

Bund CO2 CO2-Emissionen Direktreduktion Duisburg Einsatzstoffe Eisenschwamm Emissionen Energie Ergebnis Essen EU Forschung Forschungsprojekt Fraunhofer Hochofen Industrie ING Klima Metallurgie Produktion Roheisen Rohstoffe Schmelze Stahl Stahlherstellung Technik Thyssen thyssenkrupp Umwelt Wirtschaft
Mehr erfahren
Stefan Borgas, Chief Executive Officer
04.03.2026

RHI Magnesita Jahresergebnis 2025

RHI Magnesita, ein weltweit führender Anbieter von hochwertigen Feuerfestprodukten, -systemen und -lösungen, veröffentlicht die Jahresergebnisse zum 31. Dezember 2025.

Einsparung Entwicklung Ergebnis EU Feuerfest Feuerfestprodukte HZ ING Innovation Marktbedingungen Nachhaltigkeit Nordamerika Optimierung Produktion Recycling RHI Magnesita Strategie Transformation Unternehmen Vertrieb Wettbewerb
Mehr erfahren
Martin Reinke, Geschäftsbereichsleiter Digitale Services & E-Business
04.03.2026

DataConnecct von Nordwest erhält BSFZ-Siegel

Die Nordwest Handel AG stärkt ihre Position als innovationsgetriebener Partner im B2B-Handel: Das Verbundunternehmen hat die Online-Produktstammdatenplattform DataConnect...

Auszeichnung Automatisierung Bund Digitalisierung Entwicklung EU Forschung Getriebe Handel HZ ING Innovation Investition Nordwest Handel AG Service Unternehmen USA Wettbewerb Wirtschaft
Mehr erfahren
(v.l.n.r.im Bild): Dr. Jochen Schröder, Rémy Triouleyre, Dr. Xiangbin Chen
03.03.2026

Veränderungen im Executive Board der Schaeffler AG

Der Aufsichtsrat der Schaeffler AG hat in seiner Sitzung vom 27. Februar 2026 Dr. Jochen Schröder (54) mit Wirkung zum 1. April 2026 als Vorstand Produktion, Supply Chain...

2016 Antrieb Aufsichtsrat Automobil Automotive BMW China Elektrifizierung Elektrotechnik Entwicklung EU Finanzierung Forschung Frankreich Gesellschaft Getriebe Handel HZ ING Japan Karriere Maschinenbau Produktion Schaeffler Schaeffler AG Shanghai Studie Technik Unternehmen USA Vorstand
Mehr erfahren