Dampfboot Mini von Rainer Radow (RaMi) - 6.02 Berechnung der Schiffsschraubensteigung

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6.02 Berechnung der Schiffsschraubensteigung

26.01.2011

Niemand ist so intelligent, wie alle zusammen - das meine ich ernst - ich stehe noch ganz am Anfang dieses Themas und bin gewiss kein Experte in der Propellerberechnung. Habe schon einen ganzen Stapel Bücher hier liegen - aber - falls ihr noch irgend etwas zum Thema Propellerberechnung habt - lasst es mich wissen! Euer Name wird hier gerne lobend erwähnt!

Einfach hier drücken, wenn mann wieder alles gelöscht haben möchte.

Die Berechnung der Schiffsschraubensteigung leitet sich direkt aus der Geschwindigkeit, der Schraubendrehzahl und dem Schlupf ab. Dabei sind die verschiedenen Einheiten zu berücksichtigen.

Als erstes benötigen wir die geplante Geschwindigkeit in beliebiger Dimension - ihr braucht also nur eins der drei Felder ausfüllen:
km/h
Meilen/h (Land, USA) - 1 USA Meile = 1609,344 km
Knoten = Semeilen/h - 1 Seemeile = Nautische Meile = 1852 km entsprechend 1 Bogenminute bei 40.000 km Großkreis
Dampfboote sind kurze Verdränger, also nicht unbedingt schnell.
Als ersten Ansatz für übliche Reisegeschwindigkeiten sind 6 bis 12 km/h zu wählen.

Daraus ergibt sich direkt die pro Minute zurückgelegte Strecke (eine Stunde hat ja 60 Minuten).
m/min

Jetzt benötigen wir noch die geplante Maschinendrehzahl
U/min
Bei der Berechnung der Reisegeschwindigkeit empfehle ich folgende erste Ansätze:
Dampfmaschine 10 PS = 200 bis 400 U/min
Dampfmaschine 2 PS = 250 bis 600 U/min

Dies setzt die übliche direkte Kopplung der Maschine an die Schraubenwelle voraus:
Umdrehung der Schraubenwelle = 1 Umdrehung der Maschine

Aus dem Weg pro Minute und den Umdrehungen pro Minute erhalten wird die theoretisch nötige Propellersteigung.
m/U
mm/U -
inch/U (1 inch = 25,4 mm) - oft einfach nur als Schraubensteigung in "inch" oder "Zoll" angegeben.

Diese Steigung entspricht der Fortbewegung in einem Feststoff, also z.B. einer Maschinenschraube in der Mutter. Mit dieser Schraubensteigung kann man bei gegebener Drehzahl also niemals schneller fahren, als oben angegeben!

Jedem ist klar, das Wasser oberhalb des Gefrierpunktes kein derartiger Feststoff ist. Um das "Durchdrehen" im Wasser zu berücksichtigen hat man den "Schlupf" erfunden.

Legt ein Schiff mit einer Schraubensteigung von 100 mm/U im Wasser nur 80 mm Weg pro Umdrehung zurück, so beträgt der Schlupf = 20 mm. Den Schlupf gibt man dann mit 20% an - bezogen auf die theoretisch mögliche Strecke von 100 mm.

Umgekehrt kann man sagen, wenn ich 80 mm/U zurück legen möchte und meine Schraube 20% Schlupf hat, muß meine Schraube eine Steigung von 80 mm/U : (1 - 0,20) = 100 mm/U haben.

Die Zahl für den Schlupf ist ein Erfahrungswert. Hier fängt der Spaß an. Man findet für verschiedene Schiffs- und Schraubentypen diverse Schlupfkurven. Auch ist der Schlupf von der Geschwindigkeit abhängig: Je schneller man fährt, desto geringer ist der Schlupf! Kurven für "normale" Schiffe gehen aber von Drehzahlen ab 500 U/min und Geschwindigkeiten ab 5 Knoten aus - dass passt also erat mal nicht!!

% Schlupf
Für meinen ersten Ansatz habe ich 50% Schlupf gewählt. Die Zeitung Palstek rechnet z.B. in der Ausgabe 4/1998 - die mir Wilhelm gegeben hat, Danke! - für Segelschiffe und langsame Verdränger bei 7 Knoten ca. 45% und bei 5 Knoten ca. 55% Schlupf. Diese Angaben stützen sich auf die Berechnungen eines gewissen Dave Gerr.

Im Laufe meiner Nachforschungen werde ich versuchen, dazu noch mehr Hinweise zu finden. Gerne könnt ihr auch mal eure Propellermesswerte und Berechnungen schicken!!

Haben wir einen Schlupf gewählt, erhalten wir durch die Formel: Steigung für gewüscnhte Geschwindigkeit geteilt durch 1 minus Schlupf = notwendige Steigung der Schraube oder als Formel geschrieben: theoretische Propellersteigung / (1 - Schlupf) = tatsächlich nötige Propellersteigung (Der Schlupf ist dabei z.B. nicht als 20%, sondern als 0,20 anzugeben).

m/U
mm/U
inch/U bzw Zoll Steigung

Diesen Knopf braucht man nur bei "Microsofts IE" zu drücken. Im "Firefox" genügt ein "RETURN" im geänderten Feld.

Große Steigung
Wer Motorbootschrauben kennt, wird über die großen hier berechneten Steigungen erstaunt sein. Ich hoffe, oben die simple Mathematik dazu ausreichend erklärt zu haben - und wenn man mit den Zahlen spielt, kann man es ja auch noch einmal nachvollziehen - die Schraubendrehzahl geht linear in die Propellersteigung ein - also: doppelte Drehzahl = halbe Propellersteigung! Daher braucht man auch nicht mehr hinter irgend welchen Ebay-Propellern hinterher zu jagen, da die meist für weit höhere Umdrehungszahlen gebaut sind.

Auch die großen "Paddelboot-Versandhäuser" wie Vetus etc haben keine derartigen Propeller im Regal liegen.

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