. .
Salzachbrücke

„Bionik“ im Auto

Die ersten bionischen Ideen, lange bevor es den Begriff überhaupt gab, hatte Leonardo da Vinci: Er visualisierte sie in seinen Zeichnungen von Flugapparaten – und setzte die damals, um das Jahr 1500, völlig verrückte Vorstellung auch noch erstmalig in die Tat um, dass sich der Vogelflug auf mechanische Segelflugmaschinen übertragen lassen müsste. Überliefert ist aus Leonardos eigenen Aufzeichnungen, dass sein Assistent sich beim Flugversuch nahe Florenz ein Bein und einige Rippen brach.
Weniger gefährlich, dafür ähnlich faszinierend: Tropft man Wasser auf ein Lotusblatt, so bleibt es nicht haften – es bildet kugelige Tropfen und perlt ab. Das Blatt wird also nie „nass“; auch bleiben Schmutzpartikel nicht an seiner Oberfläche hängen.
Diese Entdeckung wird seit den 90er Jahren bei Fassadenfarben, in Dachziegeln, Markisen oder in der Autopolitur technisch umgesetzt – weltweit sind inzwischen beispielsweise rund 600.000 Gebäude mit schmutzabweisender Beschichtung behandelt. Derart lackierte Außenwände bleiben deutlich sauberer, sie lassen sich außerdem sehr leicht und ohne Chemikalieneinsatz reinigen.

Überraschung beim „Lotuseffekt“
In der Betrachtung des Lotuseffekts galt es für die Forscher zunächst herauszufinden, warum der Wassertropfen eigentlich am Lotus abperlt – das liegt nicht etwa daran, dass dessen Blätter besonders glatt wären, sondern im Gegenteil an ihrer winzigst strukturierten Oberflächenarchitektur. Hier befindet sich die Epidermis mit kleinsten Noppen, den Papillen, auf denen wiederum Wachse liegen. Diese Doppelstruktur bewirkt eine extrem niedrige Oberflächenspannung und das Wachs ist zusätzlich hydrophob – also wasserabweisend –, so dass das Wasser nicht in die Zwischenräume der Blattoberfläche gelangen kann.
Die Adhäsion, das heißt, die Anhaftkraft des Wassertropfens am Blatt, ist beim Lotus extrem gering, weil die Auflagefläche des Tropfens auf den gewachsten Papillen minimal ist. So spült das Wasser beim Kontakt sogar Schmutzpartikel mit weg, denn auch deren Adhäsion zum Wassertropfen ist höher als jene zur Blattoberfläche. Freilich gilt diese Eigenschaft nur für wässrige Lösungen; bei ihnen ist die Oberflächenspannung vergleichsweise hoch. Bei stark benetzenden Lösungsmitteln versagt der Schutz der Pflanze – in der Natur muss der Lotus freilich auch nicht damit rechnen, mit Bremsenreiniger, Fettlöser oder anderen Chemikalien in Berührung zu kommen.

Träumerei vom sich selbst säubernden Auto
Die Herausforderung bei der technischen Umsetzung der selbstreinigenden Oberfläche besteht nun darin, diese Eigenschaften in eine Nanostruktur umzusetzen. Gelungen ist dies erstmalig dem deutschen Botaniker und Bioniker Wilhelm Barthlott, der in den 1970er Jahren mittels Raster-Elektronenmikroskopie die Grundlagen des Selbstreinigungseffektes erkannt hat und die Technik zum internationalen Patent angemeldet hat. Seit 1998 findet sie Einsatz in technischen Produkten, konnte sich aber im Fahrzeug noch nicht recht durchsetzen.
Ein einsamer Autohersteller probiert seit Frühling dieses Jahres wieder am sich selbst reinigenden Auto herum. Den dabei verwendeten, neu entwickelten Lack der US-amerikanischen Herstellerfirma gibt es derzeit nur in halbdurchsichtigem Weiß – was aber angesichts des zu erwartenden Saubermann-Effekts nicht unbedingt ein Nachteil sein muss. In Serie ist die Umsetzung noch nicht geplant.
Bis die Technik wirklich reif ist für den Einsatz am Auto, wird es wohl noch etwas Entwicklungsarbeit brauchen, denn derzeit sind derartige Lacke entweder nicht über lange Zeit UV-beständig oder lassen sich nicht hochglänzend verarbeiten – eher ein Manko für die optisch verwöhnte Käuferzielgruppe.

Ventilator mit flüsterleisem Flügelschlag
Man ahnt es schon: Bionik-interessierte Ingenieure ticken etwas anders als normale Menschen. So auch die Experten des Unternehmens Ziehl-Abegg aus Künzelsau, denn sie haben einfach mal Tauben mit Eulen verglichen und festgestellt: Eulen fliegen viel, viel leiser. Wohlgemerkt ist Ziehl-Abegg Hersteller von Ventilatoren.
Warum fliegt die Eule eigentlich so leise? Eulen jagen nachts und müssen ihre Beute mit dem Gehör aufspüren. Und das funktioniert nur, wenn sie selbst extrem leise fliegen.
Tauben hingegen sind schon von weitem zu hören, denn sie müssen sehr oft und stark mit den Flügeln schlagen, da ihre Schwingen vergleichsweise klein sind. Schleiereulen sind etwa gleich schwer, besitzen aber wesentlich größere, stärker gewölbte und ausgefranste Flügel, bei denen außerdem kaum Reibung zwischen den Federn entsteht: so fliegen die Nacht­räuber besonders leise.
Doch nicht nur bei der Eule haben die Entwickler genau hingeschaut: Geier, Adler und Störche stellen im Flug einzelne Federn auf – dadurch lösen sich an jeder Federspitze kleine Randwirbel ab, was den Widerstand des Flügels reduziert. Bei Ziehl-Abegg sind die Eulen-Ventilatorenflügel deshalb zusätzlich mit einem Knick am Rand ausgestattet.
Das jeweilige Prinzip hinter diesen Naturbeobachtungen zu begreifen, es zu abstrahieren und schließlich in Technik umzuwandeln, ist den Ingenieuren mit ihren geräuscharmen Ventilatorflügeln geglückt. Ähnlich wie beim Eulenflügel besitzen diese an den Enden eine Fransenstruktur, wodurch die Luftströmungen von Vorder- und Hinterseite sanfter aufeinandertreffen, was die Geräuschentwicklung vermindert.
Ein leiser Ventilator ist nicht nur angenehmer als ein laut rauschendes Kühlelement – leise ist gleichbedeutend mit weniger Luftwiderstand, also weniger nutzloser Reibung und damit einem geringeren Strom- oder Treibstoffverbrauch. So lohnt sich der kleine Ausflug ins Tierreich auch für die Techniker und ihre Kunden.

„Reifentatzen“ sorgen für mehr Grip
Ebenso findig sind die Reifenentwickler des Pneuherstellers Continental. Die haben sich offensichtlich die Frage gestellt: Wer rutscht nicht auf Eis und Schnee? Antwort: Natürlich der Schneepflug – und der Eisbär. Genau untersucht hat der Reifenhersteller deshalb die Tatzenbeschaffenheit des weißen Arktisbewohners, aber auch diejenige des Geparden.
Letzterer nämlich setzt kurz vor dem Beutegreifen zu einem Sprint von rund 100 km/h an und ist sowohl in der Geraden als auch in der Kurve extrem trittsicher: Beim Geradeauslaufen sind die Tatzen schmal, beim Bremsen oder Hakenschlagen spreizen sie sich auf.
Genau diese Eigenschaften haben die Ingenieure in ihre bionischen Reifen gepackt. Für geringen Rollwiderstand und weniger Spritverbrauch sind diese bei Geradeausfahrt so schmal wie jeder andere Reifen, beim Bremsen und in Kurven spreizt sich das Profil durch den höheren Druck auf und sorgt so für mehr Grip. Denn: Die größere Aufstandsfläche kann mehr Kraft auf den Boden übertragen. Der Bremsweg kann sich so um bis zu 10 Prozent verkürzen, erklärt der Hersteller. Das sind beim Bremsen aus 50 km/h übrigens zweieinhalb Meter – das ist schon respektabel und kann im Fall des Falles darüber entscheiden, ob es „knallt“ oder nicht.
Wir dürfen gespannt sein, welche genialen Ideen uns die „Leonardos von heute“ – die Bionik-Ingenieure – noch kredenzen werden.
 
Werbung