Der Toroidpropeller: Die Innovation der Windmühle für Schiffsantriebe

Das Adjektiv „toroidal“, das eigentlich „ringförmig“ bedeutet, klingt wie gemacht, um geheimnisvolle und schwer verständliche Geometrien zu beschreiben. Dabei lässt sich ein toroidaler Propeller ganz einfach mit einem Blatt Papier, einer Schere und einer Stecknadel basteln: Viele von uns haben als Kinder damit gespielt – an einem Stab befestigt, der beim Laufen die kleine Windmühle zum Drehen brachte. So eine Windmühle hat drei Flügel, es gibt aber auch Varianten mit vier oder mehr.

Also nichts Kompliziertes – und auch nichts Neues. Genauso wenig wie der Bumerang, der als das älteste vom Menschen entwickelte Flugobjekt gilt, mit einem Ursprung vor etwa 13.000 Jahren. Ja, Sie haben richtig gelesen: noch vor den Pyramiden und der bekannten Geschichte. Ein Bumerang ist ein winkelförmiges Stück Holz mit zwei aerodynamisch geformten Flügeln, das beim Drehen Auftrieb erzeugt und so wieder zum Ausgangspunkt zurückkehrt.

Die Genialität und das Verdienst des Lincoln Laboratory am MIT (Massachusetts Institute of Technology) bestehen darin, diese beiden Konzepte kombiniert zu haben.
Man nehme einen Bumerang, biege ihn so weit, dass sich die Enden berühren, und verwende ihn als Propellerblatt – so entsteht ein zusätzlicher Auftrieb durch das Tragflächenprofil des Bumerangs, kombiniert mit dem klassischen Vortrieb der Blattstellung.
So begann die Forschung an zweiflügeligen toroidalen Rotoren für Drohnen, wie im untenstehenden Bild gezeigt.

Die Tests zeigten hervorragende Ergebnisse – nicht nur hinsichtlich Auftrieb und Sicherheit, sondern vor allem in Bezug auf die Geräuschentwicklung.
Durch das Fehlen von Wirbelbildungen an den Blattspitzen, wie sie bei herkömmlichen Propellern auftreten, wurde der Lärmpegel deutlich gesenkt.
Die folgenden Diagramme zeigen die Geräuschintensität in Abhängigkeit von der Frequenz.

Auffällig ist die starke Geräuschreduktion genau in jenen Frequenzbereichen, in denen das menschliche Gehör besonders empfindlich ist – markiert durch eine ovale Fläche.

Am MIT denkt man bereits an eine Zukunft voller fliegender Objekte – zur Personen- und Güterbeförderung in urbanen Räumen.
Und man weiß: Für Lebensqualität und Gesundheit der Menschen wird Lärmreduktion entscheidend sein.
Aber warum nicht auch in der Schifffahrt? Warum keine toroidalen Schiffspropeller?

Das Patent des MIT wurde an Sharrow Marine lizenziert. Das Unternehmen verfeinerte das Design – mit klar erkennbaren Tragflächenprofilen in den Blätterquerschnitten – und brachte das Produkt auf den Markt. Auf der Bootsausstellung in Miami 2020 erhielt es den Innovationspreis.

Inzwischen haben Hunderte von Vergleichstests bestätigt, dass der toroidale Propeller nicht nur funktioniert, sondern dem klassischen Propeller deutlich überlegen ist – was Geräusch, Verbrauch, Geschwindigkeit und – leider – auch den Preis betrifft.

Nachfolgend zwei Vergleichsdiagramme, entnommen aus den Unterlagen von MIT und Sharrow Marine:
Das erste zeigt die Vorwärtsfahrt eines Bootes mit zwei 300-PS-Außenbordern bei gleicher Motordrehzahl. Im Bereich zwischen 2.500 und 4.000 U/min ist der Vorteil des toroidalen Propellers klar erkennbar. Bei 3.000 U/min verdoppelt er nahezu die Leistung – und halbiert somit den Verbrauch.
Das zweite Diagramm zeigt die Effizienz – der toroidale Propeller liegt bei allen Drehzahlen vorn, bei 3.000 U/min sogar mit mehr als doppelter Effizienz.

Warum also, wird man fragen, rüsten nicht alle sofort auf toroidale Propeller um? Die Antwort ist einfach: wegen der Kosten.

Aktuell sind toroidale Propeller nur für Motoren zwischen 150 und 300 PS erhältlich – und kosten rund 5.000 US-Dollar pro Stück, also in etwa so viel wie ein kompletter 20-PS-Motor.

Deshalb sollte man vor dem Kauf genau analysieren, wie man das eigene Boot nutzt.

Wenn Sie 100 Stunden pro Saison fahren und Ihr Boot nutzen, um Freunde zu treffen oder baden zu gehen, wird ein toroidaler Propeller Ihr Leben nicht verändern.
Wenn Sie jedoch regelmäßig Personen oder Fracht zwischen Häfen transportieren – und Zeit ein entscheidender Faktor ist – dann lohnt sich die Überlegung. Der Zugewinn an Geschwindigkeit, Komfort und vor allem Kraftstoffeffizienz (bis zu 20 % Einsparung) kann entscheidend sein.

Alfredo Gennaro

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