YOUR PROPULSION EXPERTS
Wie gelingt es, Unterwasserlärm zu reduzieren? Seit über einem Jahrzehnt unterstützt SCHOTTEL verschiedene Forschungsprojekte und entwickelt gemeinsam mit Kunden und Partnern Lösungen für eine nachhaltigere Schifffahrt.
Die Reduktion von Unterwasserlärm (Underwater Radiated Noise, kurz: URN) gewinnt im internationalen Schiffsverkehr zunehmend an Bedeutung. Im Fokus steht dabei der Schutz von Meereslebewesen und marinen Ökosystemen. Ein leiserer Schiffsbetrieb ist jedoch auch essenziell, um präzise akustische Messungen von Marine-, Forschungs- und Ozeanografieschiffen zu gewährleisten. Darüber hinaus wirkt sich ein niedrigerer Geräuschpegel positiv auf die physische und psychische Gesundheit von Besatzungsmitgliedern und Passagieren aus.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat die Internationale Schifffahrtsorganisation (IMO) im Juli 2023 überarbeitete, unverbindliche Richtlinien zur Reduktion von URN veröffentlicht. Diese unterstützen nicht nur die Entwicklung entsprechender technischer und operativer Maßnahmen, sondern helfen auch, mögliche Auswirkungen auf die Energieeffizienz der Schiffe zu bewerten. Zudem schlägt die IMO die künftige Überwachung von URN vor, was zur Festlegung von Schwellenwerten in Verbindung mit langfristigen Überwachungsanforderungen für bestimmte Regionen führen kann.
Doch wodurch wird schiffsbedingter Unterwasserlärm überhaupt verursacht? Die Gründe hierfür sind vielfältig. Neben der Verzahnung von Antriebsanlagen gilt als einer der Hauptauslöser Kavitation an Propellern: Sie entsteht, wenn der Wasserdruck so stark abfällt, dass das Wasser verdampft und kleine Blasen bildet. Diese Blasen kollabieren und erzeugen Druckimpulse, die nicht nur zu einer Schallabstrahlung in das Wasser und die Schiffsstruktur führen, sondern darüber hinaus bei ihrer Implosion den Propeller beschädigen und seine Effizienz verringern können.
Um URN zu reduzieren, setzt SCHOTTEL schon während der Projektierungsphase von Antriebssystemen auf CFD-Simulationen. Die numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, kurz: CFD) ist seit Jahren fester Bestandteil der hydrodynamischen Auslegung und simuliert unter anderem Kavitationsneigung und Geräuschentwicklung. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen zur Optimierung des Kavitationsverhaltens am Propeller. Zusätzlich bietet SCHOTTEL die Betreuung von realen Modellversuchen an, bei denen zuverlässige Schallprognosen erstellt und auf die Großausführung der gewählten Antriebslösung skaliert werden.
Darüber hinaus engagiert sich das Unternehmen seit über zehn Jahren in vielfältigen Forschungsinitiativen – angefangen bei ProNoVi (Propeller Noise Vibration). Im Rahmen des Projekts gelang es SCHOTTEL und seinen Forschungspartnern, die numerischen und experimentellen Methoden zur Vorhersage von propellerinduzierten Geräuschen zu verbessern und daraus konkrete Empfehlungen für optimierte Produktdesigns ab[1]zuleiten. Einen Schritt weiter geht Red-Emi (Reduktion der hydroakustischen Emission von Propulsionssystemen). Ziel der Initiative ist es, die Genauigkeit von Schallvorhersagen zu erhöhen. Dabei werden jedoch nicht nur Kavitationsvorgänge auf dem Propellerblatt mittels CFD-Simulationen analysiert, sondern auch Wirbel- und Kavitationserscheinungen im Propellernachlauf sowie deren Wechselwirkung mit umgebenden Strukturen. Zudem wird die akustische Reaktion auf hydrodynamische Wechsellasten aus mechanischer Sicht untersucht. Im Vergleich zu bisherigen Forschungsansätzen fließt somit das dynamische Schwingungsverhalten des gesamten Antriebssystems in die Betrachtung ein. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse dienen sowohl der Optimierung des Propellerdesigns als auch der gesamten Propulsionsanlage: So lässt sich etwa die Steifigkeit ausgewählter Komponenten gezielt erhöhen oder verringern – mit dem Ziel, die Geräuschentwicklung insgesamt zu minimieren.
Das Forschungsprojekt HyPNoS (Hydrodynamic Propeller Noise Monitoring System) konzentrierte sich auf bestehende Antriebe: Gemeinsam mit dem Projektträger Transport Canada und dem Partner BC Ferries untersuchte SCHOTTEL die URN-Reduktion auf mehreren kanadischen Doppelendfähren. Zum Einsatz kamen unter anderem Schwingungsmessungen des Schiffskörpers und Unterwassergeräuschmessungen mittels Hydrophonen. Die umfangreichen Untersuchungen ermöglichten es, einen quantitativen Zusammenhang zwischen den Vibrationen und dem abgestrahlten Lärm herzustellen. Auf Basis dieses Musters konzipierten die SCHOTTEL-Ingenieure einen Algorithmus zur Berechnung und Echtzeit-Vorhersage der URN, der auch Faktoren wie Propellerdrehzahl, Propellersteigung, Schiffsgeschwindigkeit oder andere Eingangsgrößen berücksichtigt. Dieser Algorithmus diente wiederum als Grundlage für ein kalibriertes Live-URN-Überwachungssystem, das als Prototyp entwickelt und an Bord der Fähren installiert wurde. Solche Rückmeldesysteme sollen es Betreibern künftig ermöglichen, auf hohe URN-Pegel während des Betriebs zu reagieren und gezielt Maßnahmen zur Geräuschminderung einzuleiten.
Die Untersuchungen erfolgten an Schiffen mit einem Originalpropeller und einer Retrofit-Lösung. Dabei konnte nicht nur die Anwendbarkeit des HyPNoS-Systems bestätigt werden, sondern auch die Wirksamkeit von Nachrüstungen mit geräuschoptimierten Propellerdesigns: Trotz eines kleineren Propellerdurchmessers von 4,7 Metern statt fünf Metern erzielte die Retrofit-Lösung eine durchschnittliche Geräuschreduktion um fünf Dezibel.
Der fortschrittliche Ansatz des Projekts fand auch außerhalb der Forschungsgemeinschaft Anerkennung: HyPNoS gewann kürzlich den Titel „Hydro-Efficiency Technology des Jahres 2025“.
„Diese Forschungsprojekte haben uns wertvolle Erkenntnisse im Hinblick auf die Analyse- und Vorhersagemöglichkeiten von URN geliefert“, resümiert Thorsten Tillack, Leiter Hydrodynamik und Propellerdesign bei SCHOTTEL. „Die gesammelten Daten fließen bereits jetzt in unsere Produktdesigns ein und sind zugleich richtungsweisend für weitere zukünftige Entwicklungen. Gemeinsam mit unseren Kunden und Partnern arbeiten wir kontinuierlich daran, den Unterwasserlärm von Schiffen zu reduzieren und so marine Ökosysteme und Lebewesen zu schützen.“
