Autor: M. Druckenbrod

Seit seiner Erfindung hat der Schiffspropeller eine beeindruckende Erfolgsgeschichte durchlebt. Heute werden nahezu alle seegehenden Handelsschiffe mit Propellern angetrieben. Aber auch ein Großteil der alternativen Antriebskonzepte basiert auf dessen Wirkprinzip. Schiffspropeller sind auf einer Propellerwelle montiert und werden über diese angetrieben. Hinter dem Propeller ist an der Propellerwelle eine sog. Ablaufhaube montiert. Die vom Schiffspropeller generierte und auf das Schiff übertragene Vortriebskraft wird mit Hilfe der Auftriebswirkung der Propellerflügel erzeugt. Befndet sich ein Propeller in Betrieb, so bildet sich eine Umströmung von Propeller und Ablaufhaube aus, die von komplexen Wirbelstrukturen geprägt ist. Diese beinhaltet unter anderem auch den Nabenwirbel, der im Fokus der vorliegenden Arbeit steht. Eine bedeutende Vorraussetzung für den kommerziellen Erfolg des Propellers für den Antrieb von Schiffen war die Herausforderung, diesen einfach und gleichzeitig günstig montieren zu können. Für Festpropeller hat sich hierbei das Vorgehen durchgesetzt, dass dieser zunächst über eine Presspassung auf die Propellerwelle aufgebracht wird. Anschließend wird er mit Hilfe einer Mutter auf der Welle fixiert. Zum Schutz der Mutter wird über diese die mit Fett gefüllte Ablaufhaube gestülpt und über Bohrungen am Propeller mit Schrauben befestigt. Der Ablaufhaube eines Festpropellers kommt somit primär die Funktion zu, die Mutter der Propellerwelle vor Bewuchs und Verschleiß zu schützen, um gewährleisten zu können, dass diese jederzeit abgenommen werden kann. Bei einer Verstellpropelleranlage befindet sich in der Propellernabe die Mechanik für die Verstellung der Propellerflügelposition, welche mit der Ablaufhaube nach außen verschlossen wird. Für Wartungen oder Reparaturen steht ausschließlich über die Ablaufhaube ein Zugang zur Verstellmechanik zur Verfügung. Bei einer Verstellpropelleranlage schützt die Ablaufhaube somit auch die Verstellmechanik der Propellerflügel. Die Geometrie der Ablaufhauben unterteilt sich in Abhängigkeit der unterschiedlichen Geometriekonzepte in verschiedene Teilelemente. Im einfachsten Fall beschränkt sich die Geometrie auf einen rotationssymmetrischen Körper. Auf diesem Grundkörper aufbauend kann die Geometrie um verschiedene zusätzliche Elemente erweitert werden, woraus dann mehrteilige Ablaufhauben entstehen. Aus der Vielzahl an denkbaren Geometrien für eine rotationssymmetrische Grundgeometrie werden nur wenige verwendet. Eine schon sehr lange verbaute Form ist die konisch zulaufende oder kankave Geometrie. Diese Variante wird im Folgenden auch CON genannt. Sie fand schon Ende des 19./ Anfang der 20. Jahrhunderts Verwendung, wie die Abbildungen 1 und 2 der Propellerablaufhauben der Passagierschiffe RMS Lusitania oder auch RMS Titanic auf den folgenden Seiten zeigen. Eine sehr extreme Variante dieser Geometrieform fand bei dem ersten Turbinenboot Turbinia Verwendung (vgl. Abb. 3). In jüngerer Zeit wird auch eine divergente Form DIV häufig verwendet (vgl. Abb. 4). Die beiden Formen CON und DIV können natürlich auch miteinander kombiniert werden. In diesem Fall erhält man eine zunächst konkave und anschließend divergente Form, die im Folgenden auch CONDIV genannt wird. Letztere wurde von ABDEL-MAKSOUD et 10. Die rotationssymmetrischen Grundkörper können auch um zusätzliche Komponenten erweitert werden. Hierbei handelt es sich um gekrummte oder gewolbte Platten. Dieses Konzept wurde 1987 von einem Konsortium bestehend aus drei Unternehmen (Mitsui O.S.K. Lines Ltd., West Japan Fluid Engineering Laboratory Co. Ltd und Mikado Propeller Co. Ltd) als Patent angemeldet und seither als Propeller Boss Cap Fins PBCF kommerziell vermarktet (siehe N. N. [75]). Im Jahre 2000 wurden die Verkaufsaktivitäten schließlich an MOL Techno Trade Ltd. übertragen. Abbildung 5 zeigt eine solche Ablaufhaube mit Haubenflossen. Im Jahre 2007 ist nach 20 Jahren das Patent ausgelaufen. Seither sind verschiedene Wettbewerber bestrebt, das Haubenflossenkonzept ebenfalls anbieten zu können. Dazu zählt unter anderem das deutsche Unternehmen Mecklenburger Metallguss GmbH MMG (vgl. Abb. 6 und 7). Eine komplexere Stufe ist die Integration von weiteren Elementen wie beispielsweise profillierten Tragflügeln. Ein solches Konzept wird von der SVA (Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH) entworfen sowie untersucht und ist Abbildung 8 zu entnehmen. Zu Beginn der Einleitung in Abschnitt 2.1 wird die Motivation für die Themenstellung der Dissertation vorgestellt und es werden in Abschnitt 2.2 das Forschungsthema sowie das verfolgte Konzept vorgestellt. In Abschnitt 2.3 wird schließlich ein Überblick über den Aufbau der vorliegenden Dissertation gegeben.