Propellerschraube

Propellerschraube (Schiffsschraube), derjenige einer gewöhnlichen Schraubenspindel ähnelnde unter Wasser befindliche Theil an den Schraubendampfschiffen, welcher die Fortbewegung des Schiffes veranlaßt, indem er sich schnell um seine zur Bewegungsrichtung des Schiffs parallel liegende geometrische Achse dreht. Der Bewegungsapparat, welcher dazu dienen sollte, die Bewegung des Schiffes vom Winde unabhängig zu machen, trat in der eigentlichen Gestalt einer Schraube erst im 18. Jahrh. auf. 1727 schlug der Franzose du Quet vor, durch den Stoß des fließenden Wassers gegen eine nicht auf dem Schiffe selbst befindliche Schraube beladene Schiffe stromaufwärts zu bewegen; andere Vorschläge zur Benutzung einer Schraube machten 1737 u. 1768 die Engländer Hull u. Paucton u. 1752 gewann Daniel Bernouilli den von der Akademie der Wissenschaften in Paris für eine solche Erfindung ausgesetzten Preis; Bernouilli schlug ein System von Ebenen vor, welche sich um ihre zum Kiel parallel liegende Achse drehen sollten. Diese u. zahlreiche andere Versuche scheiterten aber u. blieben ohne Erfolg, so lange man nicht verstand die Schraube auf eine vollkommene u. vortheilhafte Weise schnell um ihre Achse zu drehen. Als man zu Ende des 18. u. bes. seit Anfang des 19. Jahrh. anfing die Dampfkraft zur Fortbewegung der Schiffe anzuwenden, wurde auch die Benutzung der Schraube wieder dazu vorgeschlagen, u. so wird dieselbe schon in dem 1800 dem amerikanischen Gesandten Livingstone in Paris ertheilten Patent erwähnt. Weitere Vorschläge u. Versuche machten 1802 John Shorter, 1814 Richard Whytock, 1825 Samuel Brown u. And. Gelungene Versuche mit einer von ihm erfundenen P. stellte aber zuerst der Österreicher Joseph Ressel in Triest an, nahm auch 1827 in Österreich ein Patent auf seine Erfindung, fand aber nicht die nöthige Unterstützung, um dieselbe im Großen anzuwenden, u. wandte sich deshalb 1829 nach Paris, wo man ihm nach günstig ausgefallenen Versuchen seine Erfindung aus der Hand zu winden wußte. In Frankreich nahm 1832 Frédéric Sauvage u. in England Francis Petit Smith 1836 ein Patent auf eine P.; Letzter stellte die ersten Versuche mit einem kleinen Modellboote u. einer hölzernen P. an, baute aber noch in demselben Jahre ein Dampfboot von 6 Tonnen mit einer hölzernen Schraube von zwei vollen Umwindungen u. mit einer sechspferdigen Maschine u. stellte nun nicht allein auf dem Paddingtonkanäle u. auf der Themse Versuche an, sondern machte schon im September 1837 eine Seereise mit demselben Boote, jedoch mit einer nur einen Schraubengang enthaltenden, ebenfalls hölzernen P., auf welcher er eine Entfernung von 1¹/₄ deutsche Meile (von Folkstone bis Hythe) in ³/₄ Stunden zurücklegte. Von der englischen Admiralität veranlaßt baute Smith 1838 ein Schraubenboot, den Archimedes, von 232 Tonnen, 125 Fuß Länge, 22 Fuß Breite, einer Schraube mit über 6 Fuß Durchmesser, mit 2 Dampfmaschinen von zusammen 90 Pferdekräften. u. dieses Boot legte auf seiner Probefahrt im Mai 1839 in der Stunde 8–9¹/₂ Seemeilen (4 = 1 deutsche Meile) zurück. Auf einer späteren Fahrt wurde bereits an diesem Schiffe der Schraubengang in zwei flügelartige Hälften getheilt. Gleichzeitig mit Smith erfand John Erießon (s.d.) eine ebenfalls 1836 patentirte sechsflügelige P., welche ein 45 Fuß langes, 8 Fuß breites u. 3 Fuß tief gehendes Boot, den Ogden, 10 Seemeilen in der Stunde fortbewegte. Von Seiten der englischen Admiralität aber fand Erießon keine Unterstützung u. begab sich, nachdem der Stockton, ein eisernes Schraubenboot mit 50pferdiger Maschine, welches der amerikanische Schiffscapitän Stockton auf seine Kosten hatte erbauen lassen, glücklich von England nach New York gefahren war, nach den Vereinigten Staaten, wo seine Erfindung schnell Eingang fand (vgl. Dampfschiff II.); auch in Frankreich verbreitete sich die Ericßonsche P., während in England die Smithsche P. vorzugsweise verbreitet ist.

Zu den Versuchen, die Schraube zur Fortbewegung von Schiffen zu verwenden, hat wahrscheinlich die Beobachtung geführt, daß eine gewöhnliche Schraubenspindel, wenn man sie um ihre geometrische Achse dreht, sich in ihrer Achsenrichtung fortbewegte, wenn man dabei ihre Schraubenmutter fest hält; hält man dagegen die Spindel selbst fest u. dreht die aufgesteckte Mutter um ihre Achse, so bewegt sich die Mutter auf der Spindel in der Achsenrichtung fort. Bei der Anwendung der Schraube als P. u. bei deren schneller Umdrehung unter Wasser bildet das Wasser, welches die P. rings umgibt, gewissermaßen eine Schraubenmutter, in welcher sich die P. als Schraubenspindel fortschraubt u. dabei das ganze mit der P. fest verbundene Schiff mit fortnimmt. Das Wasser muß aber hierbei eine Art Schraubenmutter bilden, weil es, durch die übrige Wassermasse verhindert, nicht schnell genug ausweichen kann, wenn es von dem Schraubengange der sich mit großer Geschwindigkeit umdrehenden Schraube getroffen wird; daher bietet das Wasser der P. einen Widerstand, eine Stützung, gegen welche sich die P. anstemmt u. nun das Schiff vorwärts schiebt. Im Anfange construirte man daher die P. ganz nach Art der sonst üblichen Bewegungsschrauben als flachgängige Schraube mit zwei od. gar noch mehr vollen Umgängen, die Schraube selbst aber war eingängig. Da nun aber das Wasser doch einigermaßen durch den von der Schraubenfläche gegen dasselbe ausgeübten Druck zur Seite u. nach rückwärts[625] gestoßen wird, so muß das von der ersten Windung getroffene Wasser gegen die zweite Windung stoßen, wodurch die Wirkung der P. geschwächt wird. Schon Smith fand, daß eine P. mit einer einzigen Windung eine bessere Wirkung, eine größere Geschwindigkeit gebe, als eine P. mit zwei Windungen. Noch vortheilhafter ist es die P. nicht als eingängige, sondern als mehrgängige Schraube zu construiren, aber jedem Gange nicht eine volle, sondern nur eine halbe bis ¹/₆ Windung zu geben. Diese einzelnen Gangtheile der verschiedenen Gänge stehen dann an derselben Stelle der Spindelwelle in Form von Flügeln rings um diese herum, so daß das Ganze mehr das Aussehen eines Flügelrades hat. An den deutschen u. englischen Handelsschiffen u. an den Kriegsschiffen werden gewöhnlich zweiflügelige, außerdem aber auch drei- u. vierflügelige P. angewendet. Bei der Umdrehung der P. haben nur die. von der Umdrehungsachse am weitesten entfernten, also die äußersten Punkte jedes Flügels die größte Umdrehungsgeschwindigkeit; mit dieser Geschwindigkeit aber wächst der Winkel, unter welchem die stoßende Flügelfläche gegen die zur Achse parallele Bewegungsrichtung geneigt sein muß, wenn die Stoßwirkung am größten werden soll; daher werden die Flügel der P-n, wie die Windmühlenflügel, nicht eben, sondern windschief od. schwach ausgehöhlt gemacht, wenn ihre Wirkung möglichst groß werden soll. Die gußeiserne P. sitzt nun auf einer eisernen Welle fest, welche in einem fensterartigen Ausschnitt (dem Schraubenbrunnen) zweier aufrecht stehender, unten wieder mit einander verbundener Balken am Hintertheile des Schiffs horizontal eingelagert ist; diese beiden Balken sind der Ruderpfosten, an welchem das Steuerruder angehängt ist, u. der Hintersteven, welcher die hintere Grenze des Schiffs bildet. Im Hintersteven befindet sich eine Stopfbüchse, durch welche hindurch die Propellerschraubenwelle in den innern Schiffsraum eintritt, während eine mit Fett getränkte Liderung dem Wasser den Eintritt in das Schiff verwehrt. Auf diesen in den inneren Schiffsraum ragenden Theil der Welle wird nun die bewegende Kraft der Kraftmaschine übertragen. Als Kraftmaschine zum Umdrehen der P. verwendet man allgemein eine Dampfmaschine, u. zwar nicht eine mit Balancier, sondern man läßt die Kolbenstange des fest stehenden od. oscillirenden Cylinders direct auf die Triebwelle der Räder wirken. Die beiden Cylinder liegen gewöhnlich horizontal, u. die Kolbenfangen übertragen entweder ihre Bewegung durch ein Räderwerk auf die Triebwelle der P., od. sie übertragen ihre Bewegung unmittelbar auf die Triebwelle, in welchem Falle die Zahl der Kolbenspiele viel großer u. deshalb die Hubhöhe u. die Kolben selbst viel kurzer werden. Letzteren gibt man bes. deshalb den Vorzug, weil sie so wenig Raum einnehmen u. deshalb die beiden Cylinder ganz bequem zu beiden Seiten der Triebwelle liegen können. Ganz bes. zeichnen sich in dieser Beziehung die Maschinen mit röhrenförmiger Kolbenstange (englisch Trunk-Engines) aus, bei denen die Cylinder sehr kurz, aber im Durchmesser groß sind, die Kolbenstange aus einem ziemlich dicken, aber hohlen Schaft besteht, welcher durch beide Deckel des Cylinders, in Stopfbüchsen, hindurchragt, u. in welchem die auf den Krummmzapfen der Triebwelle wirkende Kurbelstange liegt u. an der Stelle, wo der Schaft durch den Kolben hindurchgeht, an einem Bolzen drehbar befestigt ist. Auf diese Weise kann nämlich der Cylinder der Triebwelle am nächsten gelegt werden, da der hohle Schaft mit dem Kolben in seinen beiden Stopfbüchsen eine Geradführung erhält, zugleich aber die Kurbelstange bei der Umdrehung der Triebwelle in der hohlen Kolbenstange pendelartig um ihren Bolzen schwingen kann. Bei der großen Umdrehungszahl der Triebwelle entsteht endlich eine bedeutende Reibung u. dadurch Erhitzung der Triebwelle in ihren Lagern, u. diese sind deshalb unausgesetzt zu schmieren, bes. aber die stählerne Platte im Innern des Schiffs, auf welche die P. den rückwärts vom Wasser auf die P. ausgeübten starken, das Schiff fortbewegenden Druck überträgt; das Lager der Triebwelle im Ruderpfosten u. ihre Stopfbüchse im Hintersteven werden durch den sie umspülenden Wasserstrom abgekühlt, was die Schmierung zum Theil ersetzt.

Die Vorzüge der Schraubendampfer für gewisse Zwecke der Schifffahrt vor den Raddampfern sind diese: die Schraube kann, trotz dem daß ihre Flügel in einer gegen die Bewegungsrichtung des Schiffs geneigten Richtung auf das Wasser wirken, bei schneller Umdrehung das Schiff schnell vorwärts bewegen; bei der beständig ganz unter Wasser befindlichen P. drückt stets die gesammte Flügelfläche aller Flügel u. zwar auch stets in gleich günstiger Weise gegen das Wasser, während bei dem Schaufelrade die bei weitem größere Anzahl der Schaufeln sich in der Luft bewegt u. darin einen Widerstand erfährt, während von den wenigen ins Wasser eintauchenden Schaufeln nur einige am günstigsten wirken, wenn nicht besondere Vorkehrungen dafür getroffen werden, daß sich die Schaufelstellung ändert; außerdem entsteht ein weiterer Widerstand gegen die Bewegung bei dem jedesmaligen Ein- u. Austreten der Schaufeln in u. aus dem Wasser. Das Schaufelrad bedingt einen gewissen Tiefgang des Schiffes u. gestattet in dieser Beziehung nur geringe Schwankungen, da sonst leicht die Räder außer Wasser kommen od. zu tief eintauchen könnten; bes. nachtheilig für die Wirkung der Räder u. selbst für die Erhaltung der Maschine in einem dienstfähigen Zustande sind daher bei Raddampfern seitliche Winde od. auch hoher Wellenschlag, weil sich durch sie das Schiff leicht auf die Seite legt u. zwar viel leichter als ein Schraubendampfer, da bei diesem der Schwerpunkt merklich tiefer liegt. Daher kommt es auch, daß die Raddampfer meist gar nicht od. nur ausnahmsweise zur Benutzung des Windes bemastet u. mit Segeln versehen sind, wogegen beim Schraubendampfer die Masten höher, die Segel größer sind, überhaupt die Dampfkraft mehr zur Unterstützung u. bei Windstillen als Ersatz der Windkraft dient. Bei Raddampfern ist ferner die Maschine theurer, größer u. schwerer, auch liegt sie, weil die Triebwelle der Räder ziemlich hoch liegen muß, höher als bei Schraubenschiffen, bei diesen dagegen kommt die Triebwelle u. dadurch der Schwerpunkt des ganzen Schiffs tiefer zu liegen, die seitlichen Schwankungen durch Wind u. Wellen werden geringer u. sie haben ebensowenig wie der Tiefgang Einfluß auf die Wirksamkeit der Schraube, denn diese bleibt stets unter Wasser u. somit stets in voller Wirkung. Ferner ist ein Raddampfer viel breiter als ein Schraubendampfer, weil die Räder auf beiden Seiten vorstehen; dadurch nimmt aber die Beweglichkeit u. Manövrirfähigkeit des Schiffes ab. Ebenso ist der Triebapparat[626] u. selbst die Maschine bei den Raddampfern auch durch seine höhere u. freiere Lage mehr Verletzungen ausgesetzt als die P., welche kleiner, dabei fester ist, außerdem aber eine tiefere, gedecktere Lage hat, namentlich stets unter Wasser liegt, was auch von der Maschine gilt; dazu kommt, daß ein Schraubenschiff viel leichter u. sicherer gelenkt werden kann, als jedes andere Schiff, weil der von der Schraube fortgestoßene Wasserstrom unmittelbar an das Steuerruder anschlägt, weshalb selbst eine kleine Veränderung in der Stellung des Ruders eine bei weitem größere u. schnelle Wirkung hervorbringen muß. Für die Handelsschifffahrt aber ist die Anwendung der P. bes. deshalb wichtig, weil sie so leicht eine volle Mitbenutzung des Windes gestattet. Will man aber bei günstigem Winde auf die Benutzung der Dampfkraft ganz verzichten, so muß man eine neue Vorrichtung am Schiffe anbringen, durch welche man den hemmenden Einfluß der Schraube im Falle ihres Nichtgebrauchs entfernt; nach dem Vorschlage von Maudslay befestigt man die Flügel mit zapfenförmigen Stielen in ihrer Nabe, mit der sie auf die Welle aufgezogen sind, so daß sie sich um diese Zapfen drehen lassen u. nach Bedarf entweder selbstthätig od. durch einen Hebelmechanismus mit ihren Stoßflächen parallel zur Welle gestellt u. in dieser Lage durch eine Klammer festgehalten werden können. Außerdem ist für diesen Fall der Schornstein zum Umlegen eingerichtet, damit er der Bewegung keinen unnützen Widerstand entgegensetze. Ein mittelgroßer Raddampfer von 1000 Tonnen hat 600 Tonnen Frachtraum u. braucht bei einer Geschwindigkeit von 8 Seemeilen in der Stunde täglich 20 Tonnen Kohlen; den Weg nach Ostindien, etwa 12,000 Seemeilen, legt er in 60 Tagen zurück, braucht aber außerdem etwa noch 10 Tage zum Einnehmen von Kohlen an 8–10 verschiedenen Kohlenstationen; dies gibt für jede Fahrt einen Kohlenverbrauch von 1200 Tonnen in einem Werthe von mindestens 8000 Thalern; bei vier Fahrten in einem Jahre bringt das Schiff nach Abzug von 18–20 % für Reparaturen etc. etwa 5 % Zins für das Anlagecapital. Ein Schraubendampfer von 1000 Tonnen hat 800 Tonnen Ladungsraum; benutzt er die P. nur während der 10 Tage Windstille, so verbraucht er etwa 160 Tonnen Kohlen für 1200 Thaler. u. kommt doch nur 10 Tage später als der Raddampfer; läßt aber der Schraubendampfer auch während der 60 Tage guten Windes die Maschine mit halber Kraft arbeiten, wodurch er stündlich zwei Seemeilen mehr, die ganze Fahrt aber in derselben Zeit wie der Raddampfer zurücklegt, so verbraucht er täglich noch 10 Tonnen Kohlen, im Ganzen also noch 500 Tonnen für 3500 Thlr.; der ganze Aufwand für Kohlen beträgt dann für jede Fahrt 4700 Thlr., also 3000 Thlr. weniger als beim Raddampfer, od. bei vier Fahrten jährlich 12,000 Thlr. Brennmaterialersparniß u. außerdem 200 Tonnen mehr Ladung. Für weite Fahrten sind daher Schraubenschiffe vorzuziehen; für kürzere Strecken u. besonders solche, welche mit größerer Geschwindigkeit zurückgelegt werden sollten, also namentlich für den Postdienst u. den Personentransport, verwandte man bisher Raddampfer mit weit kräftigeren Maschinen, mit denen sie eine größere Geschwindigkeit erlangen u. erfolgreicher gegen Wind u. Wellen ankämpfen konnten. Aber auch in dieser Beziehung vermögen die Schraubenschiffe mit ihnen Schritt zu halten, ja selbst zu übertreffen;

die von dem Schiffsbauer Normand in Havre de Grâce für den König von Preußen erbaute Schraubenjacht Grille legt 16 Seemeilen in der Stunde zurück. Außerdem ist die Bewegung der Schraube eine weit gleichmäßigere u. ruhigere, also frei von Stößen, welche letztere bei den Raddampfern dem ganzen Schiffe eine fortwährende Erschütterung ertheilen, welche weder für die Passagiere angenehm, noch für die Maschine von Nutzen sind. Auch peitscht die Schraube das Fahrwasser nicht so in Wellen auf, wie das Ruderrad, gibt daher auch nicht so zur Zerstörung der Flußufer u. zur Störung der Fischzucht etc. Anlaß. Im Kriege kommt zu den angeführten Vorzügen der Schraubendampfer noch der, daß diese in weit größerem Maße ausgeführt werden können u. daß bei ihnen der günstigste Platz zur Aufstellung der Kanonen nicht von den Rädern weggenommen wird. Anstatt der Radfregatten mit höchstens 20 Kanonen, welche aber namentlich mehr für den leichteren Dienst, schnellere Angriffe etc. zu brauchen waren, während die Segellinienschiffe die Hauptmacht für das eigentliche Seetreffen bildeten, treten jetzt die Linienschrauber mehr u. mehr in den Vordergrund; diese versieht man aber aus Mangel an Raum nicht, wie sonst die Segelschiffe, auf 6 u. mehr Monate, sondern nur auf 2–3 Monate mit Lebensmitteln u. auf 8–10 Tage mit Brennmaterial; von den früher üblichen, so mannigfaltigen Arten der kleineren, leichteren u. schnelleren Kriegsfahrzeuge verschwinden die meisten mehr u. mehr, nur die Fregatten, für den Dienst im Frieden u. namentlich zur Einübung der Mannschaften, u. die Schraubenkanonenboote, bes. für den Küstendienst, mit 4–6 Kanonen dürften sich bewähren u. erhalten. Die Art der Kriegführung zur See endlich ist durch Einführung der P. völlig umgeändert worden, in Zukunft wird das Gelingen der Operationen, die Gewinnung einer Seeschlacht weit weniger vom Admiral, als von der Tüchtigkeit u. Entschlossenheit der Führer u. der Mannschaft der einzelnen Schiffe abhängen.