Pinguin-Flipper machen Schiffspropellern Beine

Ein BNN Artikel über das Bionik Labor der HsKA. - von Konrad Stammschröer

Die Natur bietet eine Fülle eindrucksvoller Phänomene. Immer mehr von ihnen macht sich der Mensch zu Nutze: Das Prinzip der Haftlamellen an den Gekko-Zehen etwa wird beim trockenen, beliebig oft wiederholbaren Kleben ohne Chemie kopiert. Das Schwarmverhalten der Ameisen wie derum inspiriert Forscher, logistische Wege im Transportwesen zu optimieren. Bionik nennt sich dieses „Lernen von der Natur“.

Seit 2008 wird Bionik als Wahlpflichtfach an der Hochschule Karlsruhe gelehrt. „Die Studierenden haben ein immens großes Interesse daran“, sagt Ramon Estaña, der Bionik-Experte der Hochschule. Seit März 2010 existiert dort ein eigenständiges Bioniklabor.

Auch vom Pinguin kann sich der Mensch „eine Scheibe abschneiden“. Er zählt zu den schnellsten Wassertieren, seine Beschleunigung ist phänomenal. Seine beiden „Flügel“, die so genannten Flipper, machen ihn zum Flitzer. Warum also nicht die Form der Flipper beim Konstruieren von Schiffspropellern nutzen?

„Einen Pinguinflipper kann man sich wie einen Propeller vorstellen, der sich nicht dreht, sondern der sich von oben nach unten und zurück bewegt, also schwingt“, erklärt Ramon Estaña. Die Idee der Umwandlung dieser gradlinigen Bewegung in eine rotatorische sei naheliegend gewesen. Vorbild für das Hochschul-Projekt waren die Flipper des Adelie-Pinguins. „Seine Geometriegröße passte ideal zu den Abmessungen des Propellers am Tragflügel-Tretboot der Hochschule, an dem der bionisch inspirierte Schiffspropeller zunächst angewendet werden soll“, so der Professor. Die von der Hochschule entwickelte neue Form der Propellerblätter leitet sich aus dem Umriss des Adelie-Pinguinflügels ab: „Der Flügel wurde in seiner Form leicht gekrümmt und zusätzlich mit einem geeigneten Profil versehen“, erläutert Estaña. So werde eine höhere Vorwärtskraft erzeugt. Das wiederum lasse den Wirkungsgrad des Propellers ansteigen. „Angestrebt ist eine Effizienzsteigerung von 75 Prozent. Erreichen lässt sich dies mit Hilfe eines umlaufenden Rings, der sich mit dem Propeller mit dreht“, so der Bionik-Experte. Ein weiterer Vorteil dieses umlaufenden Rings ist die Umweltfreundlichkeit unter Wasser: „Da keine rotierenden Propellerspitzen mehr vorhanden sind, wird der Fluss- oder Seegrund bei geringem Tiefgang besonders in Ufernähe nicht mehr aufgewirbelt. Das kommt der dort lebenden Tier- und Pflanzenwelt zu Gute“, so Estaña. Herkömmliche Propeller würden erwiesenermaßen Schäden in der ufernahen Unterwasserwelt verursachen.

Die Strömungssimulationen der Studenten Kerstin Janßen-Tapken und Felix Köhler brachten die klaren Vorteile des neuen Propellertyps bionischer Bauweise ans Licht: Seine Abströmung ist deutlich gebündelter, weist wesentlich weniger Verwirbelungen auf als die althergebrachten Propeller. „Erste Kontakte wurden zu einem Sportboothersteller am Bodensee geknüpft. Sobald ein geeigneter Prototyp vorhanden ist, wird der Propeller dann an einem motorisierten Wasserfahrzeug getestet“, so Estaña.