Propellertechnik
Spitzenpropeller brauchen Spitzenmotoren
Grundsätzlich haben Propeller, die sich langsam durch das Wasser drehen und über einen großen Durchmesser sowie über eine hohe Steigung verfügen, den höchsten Wirkungsgrad: Ein großer Propellerdurchmesser resultiert in hohem Massendurchsatz des Propellers, während eine hohe Propellersteigung sich positiv auf die durch den Propeller induzierte Zusatzgeschwindigkeit auswirkt. Miteinander multipliziert ergeben Massendurchsatz und induzierte Zusatzgeschwindigkeit die Vortriebsleistung des Propellers. Zunehmende Umlaufgeschwindigkeit des Propellers resultiert dagegen in zunehmenden Effizienzverlusten.
Konventionelle Außenborder im niedrigen Leistungsbereich scheitern an der Verwendung hocheffizienter Propeller: Entweder fehlt es Ihnen an Drehmoment, um große steile Propeller zu bewegen oder es fehlt Ihnen an Elastizität (Drehmomentverfügbarkeit über einen großen Drehzahlbereich). Unter mangelnder Elastizität leiden insbesondere Verbrennungsmotoren. Da diese bei geringen Drehzahlen nur über ein äußerst geringes Drehmoment verfügen. Propeller, die im effizienten Bereich des Motors einen guten Wirkungsgrad hätten, würden im niedrigen Drehzahlbereich den Motor abwürgen. Die Wirkungsgrade der für Verbrennungsmotoren niedriger Leistungsklassen einsetzbaren Propeller sind deshalb auf 20-30% begrenzt.
Damit der Torqeedo Motor seine Stärken im maximalen Drehmoment und in der Elastizität voll ausspielen und in überlegene Effizienz übersetzen kann, ist der Torqeedo Propeller sorgfältig auf die Drehmomentkennlinie des Motors abgestimmt.
 
Gitterstruktur für die Berechnung der Propellereigenschaften der Variable-Pitch-Variable-Camber (VPVC) Propeller von Torqeedo
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Macht nicht viel Wirbel aber ganz viel Schub:
Der Torqeedo Propeller, der aus der Großschifffahrt kommt
Die Mehrzahl der im Freizeitbereich eingesetzten Propeller
basiert auf Serienversuchen, die in den 40er bis 60er Jahren des letzten Jahrhunderts in der Wageninger Versuchsanstalt in den Niederlanden sowie von der US Navy durchgeführt wurden.
Diese haben sich in allgemeinen Konstruktionsprinzipien niedergeschlagen und werden nach Faustregeln angewandt.
Modernste Großschiffe werden dagegen seit einigen Jahren mit Propellern ausgerüstet, die aus einer mehrdimensionalen Optimierungsrechnung hervorgehen. Anders als bei Standardpropellern werden dabei Steigung und Wölbung des Propellers nicht über alle Propellersegmente hinweg (fast) konstant gehalten. Stattdessen werden Steigung und Wölbung auf Basis des sogenannten Wirbelgitterverfahrens und einer schrittweisen Optimierung über viele tausend Iterationsschritte für jedes einzelne Propellersegment optimiert. Die zusätzlichen Gestaltungsmöglichkeiten, die sich hieraus ergeben, ermöglichen es, die durch den Propeller induzierte Zusatzgeschwindigkeit unter höchstmöglicher Effizienz herbei zu führen. Auf Grund dieser Charakteristika bezeichnet man die entsprechenden Propeller als Variable-Pitch-Variable-Camber- (VPVC-) Propeller.
Keine Kompromisse: Hydrodynamischer Schaft
Torqeedo Motoren sind kompromisslos auf Wirkungsgrad getrimmt. Das gilt auch für alle strömungsmechanisch sensiblen Komponenten wie den Schaft und den Pylon.
Schnitt durch den berechneten Propellerstrahl (rot hohe Geschwindigkeiten, blau niedrige Geschwindigkeiten)
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Hintergrundwissen Propellergeometrien:
Neben den wichtigen Größen wie Propellerdurchmesser und Flügelzahl lassen sich Propeller durch die radialen Verläufe der folgenden Größen beschreiben: Steigung (pitch), Sehnenlänge (chordlength), Rücklage (skew), Hang (rake) sowie den Profilgrößen Dicke (thickness) und Wölbung (camber). Mit Steigung bezeichnet man in diesem Zusammenhang den Weg, den ein Propeller ohne jeden Schlupf bei einer ganzen Umdrehung zurücklegen würde. Da diese idealisierte Größe sich am fahrenden Boot nicht ermitteln lässt (in der Praxis tritt immer Schlupf auf), misst man die Steigung eines Propellers mit Hilfe des Anstellwinkels seiner Flügelblätter. Bei Propellern, bei denen die Steigung entlang des Flügels variiert (Variable-Pitch-Propeller) wird die Steigung auf einem Kreis gemessen, der bei 70% des Propellerdurchmessers um die Propellermitte gezogen wird.
Wirkungsgradverlust durch Kavitation
Unter Kavitationen versteht man Phänomene der Bildung und Auflösung von Hohlräumen in Flüssigkeiten. Verursacht werden diese insbesondere durch schnell bewegte Objekte im Wasser, wie z.B. Propeller. Durch die schnelle Bewegung entstehen Unterdrücke, in denen Wasser bereits bei normalen Temperaturen kocht und verdampft. Die dafür aufgewendete Energie wird nicht in Vortrieb umgesetzt und geht als Ineffizienz verloren. Abhängig von der Güte des Antriebssystem und seines Propellers kann es zu unterschiedlich stark ausgebildeten Kavitationen kommen. Die beiden mit einer High-Speed Kamera mit einer Belichtungszeit von 1/8.000 Sekunde aufgenommenen Bilder zeigen den Unterschied zwischen dem Torqeedo VPVC-Propeller und einem Standardpropeller in vergleichbaren Betriebspunkten:
Der Standard-Propeller weist fluktuierende Kavitation auf der „Saugseite“ der Flügelspitze auf.
Der Torqeedo VPVC-Propeller weist dagegen nur einen leichten Spitzenwirbel auf.
Im Video ist der Standardpropeller gegenüber dem Torqeedo-Propeller vergrößert dargestellt. Der Torqeedo-Propeller ist größer und dreht langsamer. Beide Propeller haben die gleiche Vortriebsleistung.