Wie man Vereisung verhindert

Schon kleine Eiskristalle an den Tragflächen können sich stark auf den Luftwiderstand auswirken. Das Risiko steigt, dass Luft nicht mehr korrekt über die Tragflächen strömt. Im schlimmsten Fall stoppt der Auftrieb und das Flugzeug crasht. Genau das könnte beim ATR von UT Air passiert sein, der im letzten April in Russland abstürzte. Daher nutzen Airlines verschiedenste Methoden der Enteisung, um eben diese Schlimmstfälle zu verhindern. Heiße Luft vom Triebwerk, Spezialflüssigkeit und mechanischer Schub sind bisher die gängigsten davon. Doch die Technik kostet wertvolle Energie, die Airlines bei steigenden Treibstoffkosten einzusparen versuchen. 

Forscher des deutschen Fraunhofer Instituts arbeiten an Lösungen, die mit möglichst wenig Energie für eine verlässliche Enteisung sorgen. Das soll etwa die Flügelheizung schaffen. Diese funktioniert, indem direkt in den Werkstoff der Tragflächen Nanomaterialien integriert werden. Diese erzeugen eine elektrisch leitende Schicht und beheizen den Flügel. Das hat Vorteile. Da die elektrisch leitende Schicht ins Material eingebaut ist, wird sie durch das darüber liegende Gewebe geschützt. «Da wir Gleiches mit Gleichem kombinieren, ermüdet das Material nicht so schnell», erklärt Martin Lehmann, stellvertretender Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit. 

Deutliche Ersparnis

Der Effekt der Heizung soll laut den Forschern groß sein: Sie erwärme die Flügel am Boden auf bis zu 120 Grad Celsius. Mehr will man aber noch nicht verraten. Denn das Projekt befindet sich noch in der Anfangsphase. Erste Labortests bei minus 18 Grad Celsius aber seien bereits gut verlaufen. Nun wollen die Forscher ihre Entwicklung vom Labormaßstab zum industriellen Einsatz weiterentwickeln.

Noch in diesem Herbst soll ein EU-Projekt starten, in dem Forscher des Instituts neben Innovationen wie der Tragflächenheizung auch neue technische Lösungen entwickeln, um das Eis mechanisch von den Flügeln zu entfernen. «Hierfür werden wir innovative Materialien einsetzen», so Dr. Stephan Sell, Wissenschaftler im Bereich Lacktechnik des Fraunhofer Instituts. Diese heißen Shape-Memory-Materialien: Bei Änderungen von Temperatur oder Spannung ändert sich auch das Volumen der Materialien. So lässt sich das Eis von der Oberfläche quasi absprengen. Wenn diese Werkstoffe sich etablieren würde das laut Sell eine Einsparung von bis zu 80 Prozent gegenüber herkömmlichen Beheizungsmethoden bedeuten. Außerdem soll diese Art der Enteisung mit neuen Sensoren verbunden werden, die die Vereisung über ein optisches System erkennen und die Crew sofort alarmieren. So lasse sich sowohl die Vereisung in Echtzeit erkennen als auch die Enteisung in Echtzeit überwachen.

Lack manipulieren

Auch neue Beschichtungen könnten sich eignen, um Vereisung zu verhindern. Mit solcher Technik experimentieren Forscher schon länger. So haben etwa Wissenschaftler vom Batelle Institute in Ohio eine Farbe entwickelt, die erhitzbar ist und so Eiskristalle verhindert. Wie das funktioniert: Die Forscher arbeiteten Kohlenstoffnanoröhrchen in eine Lösung ein. Das sind winzig kleine röhrenförmige Teilchen, die man nur unter dem Mikroskop erkennen kann. Das macht sie elektrisch leitfähig. Der Vorteil dieser Technik: Man kann sie einfach in die reguläre Farbe einfügen, mit der ein Flieger eingesprüht wird und so die Anti-Vereisungs-Technologie auch an schwer erreichbaren Stellen anbringen. Ausgelöst wird die Farbheizung per Knopfdruck. Schon innerhalb der nächsten zwei Jahre soll die Technik Marktreife erlangten.

Auch beim Fraunhofer-Institut denkt man darüber nach, dem Lack Zusatzstoffe beizumischen. Diese sollen allerdings nicht erhitzbar sein, sondern das Wasser gar nicht erst an die Tragflächen heranlassen. Denn wo kein Wasser ist, ist auch kein Eis. Die «hydrophobe, wasserabweisende Beschichtung» soll unter anderem vor dem «Runback-Eis» schützen, das sich aus dem von den Flügelvorderkanten abgeschmolzenen Eis bildet.