RGV-Frühlings-Stamm vom 19. Februar 2016:
Propeller oder Schiffsschraube?
Unter diesem Titel räumte der Propeller-Fachmann Urs Infanger mit ein par Irrlehren und Aberglauben rund um den Propeller auf. Etwa 30 RGVler folgten der Einladung von Captain Walter Gruber in das Clublokal des Segelclub Stansstad, wo wir regelmässig für unsere Stammabende zu Gast sind.
Bereits vor dem Vortrag wird der Referent mit Fragen überhäuft: mein Boot ist schon einige Jahre alt und bekommt einen neuen Motor; welcher Propeller ist der Beste? So und ähnlich lauten die Fragen. Die Antwort des Fachmannes mag im ersten Moment enttäuschen: den besten Propeller gibt es nicht. Zu unterschiedlich sind die Boote, zu vielfältig die Wünsche der Eigner.
Im Laufe des Abends erfahren wir so einiges, was dem einen oder anderen schon bekannt ist, aber gern in Vergessenheit gerät. Ein Boot bewegt sich in der Regel an der Grenze zwischen zwei Medien, dem Wasser und der Luft. Und diese stellen der Bewegung des Bootes Widerstände entgegen: den Luftwiderstand, die Wasserreibung und die Wellenbildung. Der Luftwiderstand nimmt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu, ist aber für unsere Boote im Allgemeinen vernachlässigbar. Der Reibungswiderstand im Wasser nimmt ebenfalls mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu. Er ist offensichtlich beeinflussbar durch die Oberflächengüte. Kein Wunder also, dass die Regatteure unter uns die Rümpfe ihrer Schiffe auf Hochglanz polieren. Und schliesslich ist da noch der Verdrängungswiderstand, also die Wellenbildung. Und die hat es in sich.
Eine Welle besteht aus dem Wellental, dem Wellenkamm und hat eine Wellenlänge. Die Wellenhöhe interessiert uns für unser Problem nicht. Wichtig ist jedoch, dass zu jeder Wellenlänge eine Fortschrittsgeschwindigkeit gehört, unabhängig, ob die Welle vom Wind oder von einem Schiff erzeugt wird. Unser Boot erzeugt also eine Welle entsprechend seiner Geschwindigkeit. Überschreitet bei zunehmender Geschwindigkeit die Wellenlänge die Länge des Bootes, ist der Zustand erreicht, bei dem das Boot immer den Wellenberg hinauf auf seine eigene Welle fahren muss. Um diesen Berg zu überwinden, müsste in einem Verdränger - was unsere Segelyachten ja sind - soviel Antriebsleistung installiert werden, wie es gar nicht praktikabel ist. Etwas anders sieht es bei einem Gleiter aus. Doch auch hier ist die anspruchsvolle Phase der Übergang von der Verdrängerfahrt in die Gleitfahrt. Aus diesen Zusammenhängen ist auch verständlich, dass die theoretische Rumpfgeschwindigkeit eines Verdrängers sich aus der Wasserlinienlänge allein errechnen lässt. Länge läuft.
Um die Rumpfgeschwindigkeit zu erreichen braucht es etwa 3 PS Motorleistung pro Tonne Verdrängung. Um diese Leistung ins Wasser zu bringen brauchen wir nun eben einen Propeller.
Am Anfang war das Schaufelrad. Das ist effizient bei kleinen Geschwindigkeiten. Obwohl es einfach aussieht, ist deren Exzenter-Mechanik nicht zu unterschätzen. Schaut euch mal die Schaufelräder eines Raddampfers auf dem Vierwaldstättersee an! Neben Antrieben für spezielle Einsatzgebiete wie Voith-Schneider-Antrieb, Jet-Antrieb oder Kort-Düse ist der "gewöhnliche" Propeller der übliche Antrieb für unsere Boote.
Er kommt als zwei- oder mehrblättriger Festpropeller, Faltpropeller oder Drehflügelpropeller. Die Blätter eines Festpropellers wirken im Prinzip gleich wie die Tragfläche eines Flugzeuges: sie haben ein Profil und werden angeströmt. Dank des Profils entsteht auf der einen Seite ein Überdruck, auf der anderen ein Unterdruck. Wie bei der Tragfläche entstehen etwa 2/3 der Kraft durch Unterdruck. Der Propeller saugt sich also quasi durchs Wasser. Mit dem Festpropeller wird in Vorwärtsfahrt ein Wirkungsgrad von 55 - 60% erreicht. In Rückwärtsfahrt sind es gerade noch etwa 25%, weil das Profil ja falsch herum angeströmt wird.
Faltpropeller sind für Segelboote beliebt, weil sie im gefalteten Zustand viel weniger Widerstand erzeugen als gleich grosse Festpropeller. Diesen Vorteil erkauft man sich allerdings durch einen noch schlechteren Wirkungsgrad bei Rückwärtsfahrt (Aufstoppen und Manövrieren).
Drehflügelpropeller drehen ihre Flügel je nach Drehrichtung der Welle in die eine oder andere Richtung. So erreicht man in Vor- und Rückwärtsfahrt den gleichen Wirkungsgrad. Allerdings etwas weniger als mit einem Festpropeller, weil die Blätter keine Wölbung aufweisen. Immerhin können bei modernen Drehflügelpropellern die Anschläge, d.h. die Steigung für Vorwärtsfahrt und für Rückwärtsfahrt unterschiedlich und individuell für das Boot eingestellt werden.
Schliesslich kennen wir noch den GORI-Faltpropeller. Er hat eine ähnliche Mechanik wie ein Faltpropeller indem er die Blätter je nach Drehrichtung andersherum öffnet. Die Blätter haben aber im Gegensatz zum Drehflügelpropeller ein Profil wie ein Festpropeller, wenn auch etwas weniger ausgeprägt. Dadurch erreicht man wiederum in Vor- und Rückwärtsfahrt den gleichen Wirkungsgrad. Dieser liegt zwischen Fest- und Drehflügelpropeller. Und obendrauf gibt es noch den sogenannten Overdrive.
Je nach Durchmesser und Blattfläche kann ein Propeller mehr oder weniger Leistung ins Wasser bringen. Ist der Propeller zu gross, wird der Motor überlastet; ist er zu klein, wird der Propeller überlastet. Die Steigung des Propellers muss der angestrebten Fahrgeschwindigkeit angepasst sein. Wir sehen also: Boot, Motor und Propeller müssen aufeinander abgestimmt sein. Die Idee, mit grösserer Motorleistung etwas "Reserve" zu erkaufen, funktioniert nicht: bei einem gegebenen Boot kann die Mehrleistung gar nicht ins Wasser gebracht werden: man kommt trotzdem nicht die eigene Welle hinauf.
Wir sind an diesem Abend noch nicht Propeller-Experten geworden, aber wir haben doch einen Einblick erhalten über die Komplexität der Zusammenhänge.
Propeller oder Schiffsschraube?
Das Wort Propeller kommt aus dem Lateinischen und bedeutet "vorwärts treiben". Ursprünglich hat man beim Schiff "Schiffsschraube" gesagt, denn gedanklich wurde die von der mechanischen Schraube abgeleitet. "Propeller" war zunächst eher bei Flugzeugen üblich. Inzwischen spricht man aber auch beim Schiff vom "Propeller".
Walter Gruber