Herstellung von Modellpropellern, eine weitere (zeitgemäße) Methode

Text und Fotos: Robert Seiler

Ein Schiffsmodell lebt von der stimmigen Darstellung sämtlicher Einzelteile. Der Schiffspropeller ist zumindest bei einem Großteil der maschinenbetriebenen Schiffe eine Komponente, die entscheidend zum Gesamteindruck beiträgt, da er so individuell ist wie das Schiff selbst. Jedoch stellt jeder Modellbauer unterschiedliche Anforderungen an die Schiffsschraube, je nachdem für welchen Zweck das Modell gebaut wird. Für ein Standmodell steht die Realitätsnähe im Vordergrund für ein Fahrmodell werden eher Kriterien wie Leistung, Preis und Befestigungsmöglichkeiten eine Rolle spielen. Selbstverständlich hat auch der gewählte Maßstab einen Einfluss auf die Umsetzung des Modellpropellers.

Die im Folgenden vorgestellte Methode hat das Ziel, eine möglichst realitätsnahe Schiffsschraube nachzubilden. Als Quellen für dieses Vorhaben kommen zeitgenössische Literatur wie zum Beispiel „Der Schraubenpropeller (Schiffsschraube) Konstruktion und Berechnung desselben“ C. Dreihardt, 1906, „Schiffsmaschinenkunde“ G. Klamroth 1916 oder erhaltene Zeichnungen (Digipeer: Schiffschraube 1916) in Frage.

Das folgende 3d Modell zeigt die Bestandteile eines Propellers der Torpedoboote S138-149, es wurde auf Basis einer Zeichnung vom 27.2.1907 aus Elbing, verfügbar im Bundesarchiv Marinearchiv (BaMa - RM 3/14161) erstellt.

Die Auseinandersetzung mit der Propellerkonstruktion und -herstellung führt relativ schnell zu der Erkenntnis, dass die Nachbildung der geometrischen Form einige Herausforderungen bereithält. Eine Besonderheit der Geometrie eines Schiffspropellers liegt darin, dass die Flügel keine konstante Dicke haben, die Propellerflügel sind aus Stabilitätsgründen an der Nabe dicker als am Umfang. Zusätzlich ändert sich entlang einer Radiuslinie die Dicke von der Ein- zur Austrittskante.

Um die Jahrhundertwende vom 19. ins 20. Jahrhundert entstanden eine Reihe von Entwürfen um den Wirkungsgrad der Schiffsschraube zu erhöhen. Ein Beispiel ist der vom Großherzog Friedrich August von Oldenburg 1904 patentierte „Niki“-Propeller (DE157706 (C) - Patentschrift). Bei den Torpedobooten der Kaiserlichen Marine versuchte man den Wirkungsgrad über eine von der Nabe bis zum Außendurchmesser veränderliche Steigung zu erhöhen.

Da diese Eigenschaften auch in heute verfügbarer 3D-CAD Software nicht einfach umzusetzen sind und diese Programme aus preislichen Gründen häufig für den Hobbygebrauch nicht in Frage kommen, habe ich mich entschieden, den Propeller eines kaiserlichen Torpedoboots von ca. 1916 in der Open Source Software Blender nachzubilden.

https://www.blender.org/ https://de.wikipedia.org/wiki/Blender_(Software)

Blender ist eine freie 3d Grafiksoftware, die unter anderem eine Fülle an Möglichkeiten zur 3d Modellierung bietet. Neben der Verfügbarkeit von unzähligen Tutorials ist das verwendete Grafikformat dem für den 3d Druck benötigten .stl Format (https://de.wikipedia.org/wiki/STL-Schnittstelle) deutlich ähnlicher als dies bei CAD Formaten der Fall ist.

Der grobe Ablauf der Propellermodellierung ist in den folgenden Schritten dargestellt.

1. Begonnen habe ich damit, die Dicke des Propellerblattquerschnitts an verschiedenen Radien als Linie darzustellen

2. aus jeder dieser Linie wurde eine schraubenlinienförmige Fläche erstellt, die Steigung der Schraube nimmt hierbei mit zunehmendem Radius ab

3. anschließend wurden die jeweiligen Kanten an der Vorder- und Rückseite des Propellerblattes zu einer Fläche verbunden

4. im nächsten Schritt konnte die Außenkontur entsprechend der Blattform herausgearbeitet werden

5. es folgte die Anpassung der Eintritts- und Austrittskanten

6. nun musste das Blatt mit dem 120° Nabensegment (3-Blattschraube) verbunden und der Übergang zur Nabe verrundet werden

7. zum Schluss wurde dieses Modell durch eine dreifache kreisförmige Anordnung vervollständigt und geglättet

8. für einen Propeller der entgegengesetzten Drehrichtung müsste dieses Modell lediglich gespiegelt werden

Zwei Beispiele für derartige 3d Modellierungen sind hier dargestellt:

Im zweiten Beispiel ist gut die facettenartige Oberflächenstruktur des originalen Dateiformates ohne Softwareglättung zu erkennen.

Die schöne digitale Welt nützt jedoch wenig, wenn es keine Möglichkeit gibt die entworfenen Teile in reale Bauteile zu verwandeln. Hier kommt eine Technik ins Spiel die in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erlebt hat, der 3d Druck. Es existieren eine Reihe von Dienstleistern (https://www.shapeways.com/, https://www.sculpteo.com/de/ u.v.m) aber auch Endbenutzergeräte zu erschwinglichen Preisen die hervorragenden Ergebnisse liefern sind inzwischen verfügbar. Ich habe für meine Testobjekte auf einen Dienstleister zurückgegriffen, da ich verschiedene Druckverfahren und Materialien gegenüberstellen wollte.
Der Ablauf ist denkbar einfach. Das 3d Modell muss aus Blender in eine .stl Datei exportiert und bei dem jeweiligen Anbieter hochgeladen werden.

Anschließend kann das gewünschte Material und falls nötig eine Skalierung ausgewählt werden. Verschiedene Prozesse der Druckanbieter prüfen daraufhin die Druckbarkeit des Modells in Abhängigkeit des gewählten Materials. Dabei spielen insbesondere die Gesamtgröße, Wandstärken, die Größe von Details und Lochdurchmesser eine Rolle.

Abschließend zeigen die folgenden Bilder das Endergebnis des Propellers in 1:100 mit einem Durchmesser von 29mm, in drei gängigen Druckverfahren.