Verstellpropeller
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Verstellpropeller werden für Luftschrauben und für Schiffsantriebe verwendet.
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[Bearbeiten] Luftfahrt
Der Verstellpropeller der Luftfahrt ist eine Luftschraube, deren Blatt-Steigung am Boden oder während des Fluges verstellbar ausgeführt sind. Verstellpropeller in der Luftfahrt gehen auf Entwicklungen der 1930er Jahre zurück, da es aufgrund der zunehmenden Geschwindigkeitsspanne bei Flugzeugen der Festpropeller zunehmend in seiner Leistungsfähigkeit als zu begrenzt erschien. Die zunächst verwendeten am Boden verstellbaren Propeller befriedigten nicht, da nur eine Anpassung an den Startplatz oder den Belastungszustand möglich war. Durch auch im Fluge verstellbar Verstellpropeller gelang es während des Starts und auch beim Reiseflug den Propeller an die Umgebungsbedingungen anzupassen. Der große Vorteil des Verstellpropellers ist die Möglichkeit der Anpassung der Luftschraubensteigung an die tatsächliche Geschwindigkeit, vergleichbar mit einem stufenlosen Getriebe in einem Automobil (CVT-Getriebe). Wer einmal versucht hat, im 5. Gang wegzufahren, weiß, wie schwer es Propellermaschinen vor der Ära der Verstellpropeller beim Starten hatten. Darum hat man auch eher nur den 3. Gang bei Flugzeugen gewählt und die geringe Endgeschwindigkeit in Kauf genommen.
Durch die Einführung der Verstellpropeller haben die Leistungsdaten der Flugzeuge einen großen Fortschritt erlebt: Eine Boeing 247 mit Verstellpropeller brauchte bei gleicher Motorleistung 20 % weniger Startstrecke, hatte 22 % bessere Steigleistung und um 5,5 % mehr Reisegeschwindigkeit. Außerdem erhöhte sich bei mehrmotorigen Flugzeugen die Sicherheit, da bei einem ausgefallenen Motor der entsprechende Propeller in "Segelstellung" gebracht werden konnte. Dadurch drehte sich der Motor nicht mehr zwangsweise weiter (was bis zum Durchbrechen der Kurbelwelle aus dem Motorgehäuse führen konnte), und der Luftwiderstand wurde deutlich kleiner - die verbliebenen Motoren benötigten weniger Leistung um das Flugzeug in der Luft zu halten.
Grundsätzlich kommt eine automatische oder manuelle Verstellung im Betracht. Auch kann der Verstellpropeller eine stufenlose Änderung der Steigung ermöglichen oder auch nur bestimmte Stufen ermöglichen. Die höchste Stufe der Entwicklung der Verstellpropeller ist der sogenannte Festdrehzahlpropeller (Constant Speed), bei dem die Motordrehzahl konstant bleibt, und die Schubkraft nur durch die Verstellung der Propellerblätter geregelt wird. Das bietet den Vorteil im Bedarfsfall sofort die volle Motorleistung zur Verfügung zu haben, ohne dass erst Massen beschleunigt werden müssen, außerdem ist eine Schubumkehr möglich sowie eine Segelstellung, welche bei Triebwerksstillstand den geringstmöglichen Luftwiderstand bietet. Das geht soweit, dass bei Modellflugzeugen beim sogenannten 3D-Fliegen in der Luft angehalten und kurzzeitig rückwärts geflogen werden kann.
[Bearbeiten] Vorteile
Mehr Schubkraft beim Start und Steigflug, höhere Endgeschwindigkeit, geringere Belastung der Maschine, daraus resultierend deutlich weniger Treibstoffverbrauch. Auch die Möglichkeit der Segelstellung bei defekter Maschine und des Rückwärtsschubes (zum Abbremsen bei der Landung und rangieren am Flugfeld) machen modernen Flugbetrieb mit Propellermaschinen erst möglich.
[Bearbeiten] Nachteile
Zusätzlicher Wartungs- und Kontrollaufwand, letztlich werden aber unter den Propellerflugzeugen nur noch langsame Klein- bzw. Schulungsflugzeuge und nostalgische Maschinen ohne Verstellpropeller betrieben. Selbst höher motorisierte Varianten der Standardflugzeuge Cessna 172 und Piper PA-28 besitzen Verstellpropeller, neuerdings sogar einzelne Ultraleichtflugzeug (z.B. Flight Design Flugsportgeräte)
[Bearbeiten] Schiffbau
Im Unterschied zum konventionellen Propeller mit fester Steigung, der heute meist aus einem Guss gefertigt wird, sind beim Pitch- oder Verstellpropeller die Propellerblätter drehbar an der Nabe befestigt. Damit lässt sich die Steigung (eng. pitch) stufenlos von Nullschub in Richtung Voraus oder Zurück verstellen. Verstellpropeller kommen bei Einheiten zum Einsatz, bei denen gute Manövrierbarkeit oder stark unterschiedliche Dauergeschwindigkeiten gefordert sind, z. B. Fähren, Passagierschiffe, Feeder.
[Bearbeiten] Vorteile
Der Antrieb kann bei laufendem Schiffsmotor von "voraus" auf "zurück" umgesteuert werden, was mit erheblicher Zeitersparnis verbunden ist, da die Maschine nicht mehr gestoppt, sondern nur noch auf Mindestdrehzahl heruntergefahren werden muss. Bei Schiffen kleinerer Bauart (Binnenseeschiffe) muss die Drehzahl nicht reduziert werden. Damit ist die Manövrierbarkeit wesentlich verbessert. Die Maschine wird bei Nullschub angelassen und auf Mindestdrehzahl hochgefahren, sie wird beim Starten nicht noch zusätzlich durch Antriebs-Drehmoment belastet. Das Fahrzeug nimmt nicht unmittelbar Fahrt auf, wenn die Maschine gestartet wird. Ein Durchdrehen der Welle und damit der Maschine durch Strömung (z. B. vorbeifahrende Schiffe im Hafen) wird durch den auf Nullschub stehenden Propeller verhindert. Schiffe mit Verstellpropeller besitzen kein Wendegetriebe, allenfalls ein Reduziergetriebe bei schnelldrehenden Motoren. Somit entfällt ein wesentlicher Schwachpunkt im Antriebssystem. Die Effizienz ist bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten gut, jedenfalls deutlich besser als ein Festpropeller der weit unter- oder oberhalb seiner Auslegungsgeschwindigkeit betrieben wird.
[Bearbeiten] Nachteile
Eine Verstellschraube oder ein Verstellpropeller ist mechanisch wesentlich aufwändiger und teurer in der Herstellung als ein Propeller mit fester Anordnung der Propellerflügel. Der Verstellmechanismus hat einen gewissen Wartungsaufwand und ist ein zusätzliches System das ausfallen kann. Die Kraftübertragung ist in gewissem Maße geschwächt durch die Mehrteiligkeit von Propellerflügeln und separater Nabe. Die energetische Effizienz des Vortriebes ist zwar über weite Teile des Verstellbereiches gut, aber nicht so optimal wie die Effizienz eines Festpropellers bei seiner Auslegungsgeschwindigkeit, deshalb werden Schiffe die weite Strecken mit der optimalen Geschwindigkeit des Schiffes (für die die Propellerform optimiert wurde) zurücklegen (z. B. Frachtschiffe) nur in Sonderfällen mit Verstellpropellern ausgerüstet.
[Bearbeiten] Betrieb
Die Verstellung erfolgt bei Schiffspropellern hydraulisch, die nötigen Leitungen sind axial durch die Welle geführt. Die Maschine wird unbelastet auf ihre Mindestdrehzahl gefahren. Ist diese erreicht, wird der Propeller kontinuierlich auf Schub gestellt, während die Drehzahl weiter erhöht wird, bis die gewünschte Last erreicht ist. Dieses koordinierte Hochfahren an der Kombinatorkurve erfolgt geregelt automatisch; am Maschinenfahrstand auf der Brücke ist nur ein Schubhebel zu betätigen.
siehe auch: Propeller
