Propellerstrukturen

Propellerstrukturen bezeichnet die strukturelle Auslegung von Propellern, also der Bauteile, die Drehmoment und Schub übertragen. Typischer Aufbau umfasst Flügel (Blätter), Nabe und Verbindung zum Antriebsstrang, wobei die Nabe die Blätter hält und die Anbindung an die Welle ermöglicht. Die Struktur muss dynamische Lasten, Stoß- und Ermüdungsbeanspruchung sowie Umwelteinflüsse zuverlässig aufnehmen.

Wichtige Gestaltungsaspekte sind Materialwahl, Blattgeometrie, Pitch und Verdrehung, Naben- und Wurzelgeometrie sowie Befestigungstechnik. Materialien reichen von Leichtmetall-Legierungen über Faserverbundwerkstoffe bis zu Holz in historischen Anwendungen. Die Blattformen verwenden aerodynamische Profile, die die Lastübertragung optimieren, während der Wurzelbereich sanfte Übergänge für geringe Spannungsakkumulation bietet. Redundante oder modulare Naben-Lösungen sind je nach Anwendungsfall möglich.

Die Struktur muss statische und dynamische Lasten tragen: Schubkräfte, Biege- und Torsionsmomente durch Luft- oder Wasserströmung sowie Zentrifugalkräfte durch Rotationsschwung. Zyklische Belastung verursacht Ermüdung; daher sind Kerben, Spaltbildungen und andere Spannungs-Konzentrationen kritisch. Vibrationen und Resonanzen sind zu vermeiden.

Auslegung, Analyse und Prüfung: Finite-Elemente-Analysen zur Festigkeit, Steifigkeit und Modalität; statische Lasttests, Ermüdungstests; zerstörungsfreie Prüfungen wie Ultraschall oder Magnetflusskontrolle. Hersteller folgen einschlägigen Standards und nutzen Sicherheitsfaktoren.

Herstellung und Wartung: Fertigungstechniken umfassen Gießen, Schmieden, Bearbeitung oder Faserverbund-Lagenaufbau; Oberflächenschutz gegen Korrosion; regelmäßige Inspektionen, Austausch verschlissener Blätter, Wellen- und Lagereparaturen. In maritimen Anwendungen sind Erosion und Kavitation ebenfalls relevant.