Industrielle Anwendungen Flugzeuglackierung
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Mehr Effizienz und höhere Sicherheit
Im Forschungsprojekt HYBATS hat das Fraunhofer IPA ein neues elektrothermisches Anti-/De-Icing-System entwickelt. Die Lösung basiert auf einer kohlenstoffhaltigen Heizschicht, die wie ein Lack appliziert wird und Flugzeugtragflächen energieeffizient vor Eisbildung schützen soll.
Vereisung stellt für die Luftfahrt ein erhebliches Sicherheits- und Effizienzproblem dar. Während Flugzeuge am Boden relativ aufwendig enteist werden können, ist Eisbildung während des Flugs deutlich kritischer. Sie verändert die aerodynamischen Eigenschaften der Tragflächen und kann im Extremfall zum Strömungsabriss und Auftriebsverlust führen.
Konventionelle Enteisungssysteme im Flug – etwa Zapfluft aus den Triebwerken, pneumatische Enteisungsboots, elektro-mechanische Impulse oder Widerstandsheizungen – gewährleisten zwar die Flugsicherheit, beeinflussen jedoch Energieverbrauch und Effizienz. Vor allem bei stärker elektrifizierten Flugzeugen und bei Konzepten mit reduziertem Zapfluftanteil gewinnen elektrisch betriebene Eisschutzsysteme daher zunehmend an Bedeutung.
Heizschicht auf Kohlenstoffbasis
Im Rahmen des Verbundprojekts HYBATS entwickelte das Fraunhofer IPA ein elektrothermisches Anti-/De-Icing-System, das sich durch geringes Gewicht, hohe Integrationsfähigkeit und flexible Anpassung an verschiedene Spannungs- und Leistungsanforderungen auszeichnet.
Die Heizfunktion wird durch eine Beschichtung realisiert, die aus einer Kombination verschiedener Kohlenstoffpartikel besteht. Eingesetzt wurden Grafit, Ruß und Carbon Nanotubes. Diese Materialien bilden gemeinsam ein stabiles elektrisches Netzwerk innerhalb der Beschichtung.
Die einzelnen Komponenten übernehmen dabei unterschiedliche Funktionen: Grafit sorgt für elektrische Leitfähigkeit und Filmbildung, Ruß beeinflusst das Fließverhalten der Suspension und erleichtert die Applikation, während Carbon Nanotubes die Flexibilität der Schicht insbesondere bei starken Temperaturwechseln erhöhen.
Spritzapplizierbares Anti-/De-Icing-System
Die größte Herausforderung bestand darin, die Kohlenstoffpartikel aus der Pulverform in ein stabil applizierbares Lacksystem zu überführen. Entscheidend waren dabei rheologische Eigenschaften, Haftung auf flexiblen Substraten sowie eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit.
Das Ergebnis ist eine dünne, flexible Heizschicht, die per Spritzapplikation aufgetragen werden kann. Die elektrische Leitfähigkeit lässt sich über die Partikelkonzentration und die Schichtdicke gezielt einstellen. Damit kann das System an unterschiedliche Geometrien und Spannungsbereiche angepasst werden.
Im Versuch wurde die Beschichtung unter einer metallischen Tragflächenhaut eines Modellflügels integriert und im Eiswindkanal getestet. Die Versuche bestätigten sowohl die Fähigkeit zur Verhinderung von Eisbildung (Anti-Icing) als auch zur Entfernung bereits vorhandener Eisschichten (De-Icing).
Ein weiteres Ergebnis der Untersuchungen ist ein zoniertes Heizdesign: Da verschiedene Bereiche einer Tragfläche unterschiedlich stark vereisen, wurde das Heizsystem in mehrere separat steuerbare Zonen unterteilt. Dadurch kann die Energie gezielt dort eingesetzt werden, wo sie benötigt wird – ein Ansatz, der die Effizienz deutlich steigert.
Mehr im Abo: Im ausführlichen Beitrag in Ausgabe 4/2026 lesen Abonnenten von BESSER LACKIEREN außerdem:
- welche Materialkombinationen im HYBATS-Projekt getestet wurden
- wie sich die Beschichtung im Eiswindkanal unter realistischen Bedingungen bewährt hat
- welche Potenziale lackbasierte Heizsysteme künftig für elektrifizierte Flugzeuge bieten.
Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Oliver Tiedje, Tel. +49 711 970-1773, oliver.tiedje@ipa.fraunhofer.de
Dominik Nemec, Tel. +49 711 970-3668, dominik.nemec@ipa.fraunhofer.de
www.ipa.fraunhofer.de/de/loesungen/beschichtungen-und-multifunktionale-materialien.html