Kavitation
Seefahrt
Basiswissen
Drehen sich die Schrauben von Schiffen ausreichend schnell unter Wasser, dann entstehen kleine Blasen aus Wasserdampf, die kurz darauf aber wieder mit großer Gewalt in sich selbst zusammenfallen. Bei diesem Zusammenfallen, der Implosion, kann die Oberfläche der Schiffsschrauben sehr stark beschädigt werden. Das ist hier kurz erklärt.
Entstehung das Effektes der Kavitation
Man unterscheidet bei Schiffsschrauben die reine Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) und die sogenannte Bahngeschwindigkeit. Die Bahngeschwindigkeit gibt an, wie viele Meter pro Sekunde eine fester Punkt irgendwo auf der der Schiffsschraube auf seiner Kreisbahn zurücklegen würde. Bei konstanter Drehzahl gilt: je weiter außen ein Punkt liegt, also je weiter weg vom Mittelpunkt der Drehbewegung, desto höher ist seine Bahngeschwindigkeit. Bewegt sich nur etwas mit einer hohen Geschwindigkeit durch das Wasser bilden sich nach dem Gesetz von Bernoulli Bereiche mit niedrigen Druck. Dort verdampft das Wasser dann und wird gasförmig. Kommt das Wasser wieder zur Reihe, steigt der Druck und die Gasblase implodiert, bricht als schlagartig in sich zusammen. Diesen Effekt nennt man Kavitation. Beim Kollaps der Gasblasen treten Drücke bis zu einigen Megapascal auf. Dadurch werden starke Wasserstrahlen, sogenannte Mikrojets erzeugt. Treffen diese auf das Material der Schraube, wird es mechanisch angefriffen und verschleißt mit der Zeit. Die physikalische Ursache für den Effekt der Kavitation ist der Bernoulli-Gleichung [Strömungsmechanik] ↗
Welche Bauteile sind von der Kavitation betroffen?
Von der Kavitation betroffen sind vor allem sich schnell in Wasser drehenden Bauteile. Das sind zum Beispiel die Antriebsschrauben von Schiffen und Motoren aber auch die Turbinenschaufeln von Wasserkraftwerken. Siehe als klassisches Beispiel die Schiffsschraube ↗
Was bedeutet Kaviation wörtlich?
Das Fremdwort Kavitation ist mit dem englischen cave für Höhle verwandet. Beide Worte haben einen lateinischen Ursprung. Kavitation kann im Deutschen am besten mit Aushöhlung übersetzt werden. Die Wortwurzel kav ist zum Beispiel auch enthalten in der Bezeichnung einer beidseitig ausgehölten optischen Linse oder auch in dem Wort Kaverne für eine künstlich angelegt Höhle. Siehe dazu beispielhaft den Artikel Kaverne ↗
