Maßgeblich verantwortlich für die Schallemissionen der Propeller ist das physikalische Phänomen der Kavitation. Bei stark abfallendem Druck auf der Saugseite eines Propellerflügels verdampft das Wasser spontan und bildet Dampfblasen, die bei erneutem Druckanstieg implodieren.

Forschung im Detail: Dampfblasen hör- und sichtbar gemacht

Mit dem Phänomen der Kavitation beschäftigt sich Leonie Föhring im Rahmen ihrer Promotion am Institut für Schiffbau und Maritime Technik der HAW Kiel. Im Rahmen des nun gestarteten Transferprojekts MinKav (Werkzeuge zur Minimierung der Schallabstrahlung von kavitierenden Propellern) sollen ihre Erkenntnisse nun mit dem praktischen Propellerentwurf verknüpft werden. Hierfür nutzt Föhring den Kavitationstunnel des Schiffbauströmungslabors. Mit Unterwassermikrophon und Hochgeschwindigkeitskamera macht sie Entstehung und Zerfall der Dampfblasen an Schiffspropellern im Modellmaßstab hör- und sichtbar. „Der laute Impuls erfolgt jeweils am Ende des Blasenzerfalls. Seine Lautstärke hängt davon ab, wie rapide der Vorgang abläuft“, erklärt Föhring. „Jetzt möchten wir herausfinden, ob es grundsätzlich möglich ist, den Zerfall zu verlangsamen und wie Propeller gestaltet werden müssten, um dies zu erreichen.“

Das Ziel: Lärmreduktion ohne Effizienzverluste

Zu diesem Zweck planen Föhring und Projektleiter Prof. Jörn Kröger weitere Modellversuche und detaillierte numerische, also rechnergestützte Strömungssimulationen mit unterschiedlichen Blattformen. Aktuell werden Propeller von Handelsschiffen zwar individuell entworfen, die Unterwasserschallemissionen spielen beim Entwurf aber bislang oft nur eine untergeordnete Rolle, erklärt Kröger. „Wir benötigen praxistaugliche Methoden, um die Senkung von Schallemissionen routinemäßig in den Propellerentwurf zu integrieren und so den aktuellen Anforderungen und zukünftigen Grenzwerten zu entsprechen und zwar ohne signifikante Einbußen in der Effizienz und Geschwindigkeit.“

Tatsächlich haben Reedereien und Industrie noch keine praxistauglichen Lösungen gegen den Unterwasserlärm. Für manche Schiffe könne zwar eine geringere Geschwindigkeit die Schallemissionen senken, sie führe aber zu längeren Reisezeiten, erklärt Föhring. Deswegen legt das MinKav-Team den Fokus nicht nur auf die Lärmreduzierung, sondern betrachtet auch die Effizienz der Propeller. „Wir möchten den Artenschutz durch eine Lärmreduktion und Klimaschutz durch Energieeffizienz miteinander verbinden“, betont Föhring.

Unterwasserlärm als ungelöstes Problem der Schifffahrt

Der Projektpartner JASCO-ShipConsult aus Schwentinental bringt sein umfassendes Know-how im Bereich der Schiffs- und Unterwasserakustik sowie im Propellerentwurf in das Transferprojekt ein. Der Industriepartner ist spezialisiert auf Lärm- und Vibrationskontrolle an Bord sowie den abgestrahlten Unterwasserschall. Dr. Dietrich Wittekind ist Schiffbauingenieur und Senior Consultant bei JASCO-ShipConsult. Er setzt große Hoffnungen in das gemeinsame Projekt: „Seit fast 20 Jahren untersuchen internationale Forschungsteams – auch mit Unterstützung der EU – den tieffrequenten Unterwasserschall. Trotz zahlreicher Messungen fehlt bislang ein grundlegendes Verständnis des Mechanismus, der für die hohen Pegel verantwortlich ist – und damit die Voraussetzung, Schiffe gezielt leiser zu machen. Genau hier setzt MinKav an: Als erstes Vorhaben analysiert es systematisch die Ursachen dieses Mechanismus und entwickelt konkrete Lösungen zur deutlichen Lärmreduzierung durch Maßnahmen am Propeller. Besonders vielversprechend ist, dass sich diese Ansätze auch auf bestehende Schiffe übertragen lassen – und damit eine realistische Chance besteht, die zunehmende Verlärmung der Weltmeere wirksam zu begrenzen und letztlich zu reduzieren.“

Förderung und Projektlaufzeit

Das Projekt MinKav (Werkzeuge zur Minimierung der Schallabstrahlung von kavitierenden Propellern) ist am FuE-Zentrum der FH Kiel GmbH verankert und wird von der Wirtschaftsförderung und Technologietransfer Schleswig-Holstein GmbH (WTSH) mit einer Fördersumme in Höhe von knapp 390.000 Euro über eine Laufzeit von drei Jahren gefördert. MinKav ist am 1. Januar 2026 gestartet und läuft bis zum 31.12.2028.

Im Kavitationstunnel des Instituts für Schiffbau und Maritime Technik kann Kavitation an Modellpropellern hervorgerufen und untersucht werden (Foto: Leonie Föhring).

Leonie Föhring, hier am Kavitationstunnel des Instituts für Schiffbau und maritime Technik der HAW Kiel, möchte mit optimierten Schiffspropellern Schallemissionen unter Wasser reduzieren (Foto: HAW Kiel)

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