Tips für den Großsegelflugmodellbau

Ich bin eigentlich F3B-Flieger der nur gelegendlich Großsegler baut. Aber durch das Bauen von F3B-Modellen mit immer anspruchsvolleren Bauweisen änderte sich auch die Bauweise meiner Großsegler. Einige dieser F3B-Techniken an Großseglern möchte ich im folgenden vorstellen.
Da die Winden immer stärker werden, müssen F3B-Modelle im Leitwerksträger auch immer biegesteifer gebaut werden. Das führte neben der Verwendung von unidirektionalem Gewebe, Aramid-Gewebe (Kevlar) auch zur Verwendung von Stützstoff im Rumpf.
F3B-Rümpfe mit Conticell als Stützstoffeinlage werden vom Team Weißgerber­Schulz -Priegelmeier gebaut. Hier wird der Stützstoff allerdings im Vakuumverfahren in die Formhälften gesaugt und nach dem Aushärten stumpf verklebt (nicht Naß in Naß).
Für die großen Querschnitte eines Großseglerrumpfes bietet sich die Verwendung von Styropor als Stützstoff an. Styropor in 2mm Dicke beispielsweise ist so flexibel, daß es sich ohne Absaugen in die Rumpfform einlegen läßt.
Warum soll man denn einen Großseglerrumpf mit Stützstoffeinlage bauen, wenn es ja auch mit der reinen GFK-Bauweise möglich ist brauchbare Rümpfe herzustellen?
Folgende Vorteile sprechen für den Stützstoffeinsatz:
Größere Biegesteifigkeit und Beulfestigkeit sowie geringeres Gewicht des gesamten Rumpfes bei gleicher oder größerer Festigkeit als beim konventionellen GFK­Rumpf.
Geringes Gewicht scheint jedoch bei Großseglern gar keine Vorteile zu bringen. Ist aber der Leitwerksträger eines Großseglerrumpfes sehr viel leichter zu bauen ohne Festigkeitseinbußen, können beispieisweise die Rudermaschinen für das Höhen- und Seitenleitwerk in die Seitenruderdämpfungsfläche eingebaut werden, ohne gleich größere Bleimengen und damit zusätzliches Gewicht in der Rumpfspitze unterbringen zu müssen. Damit wird das Modell dann auch präziser steuerbar, da direkt an den Steuerflächen eingebaute Rudermaschinen in der Regel spielfreier angelenkt werden können.

Wie schon erwähnt kommt als Stützstoff für diesen Zweck eine 2mm dicke Styroporplatte zur Anwendung. Dieses Styropor kann im Tapetengeschäft unter der Bezeichnung Isoliertapete bezogen werden. Sie ist in 2, 3, 4 und 5mm Dicke als 5m Rolle erhältlich. Eine 2mm dicke Platte wiegt 33g/m2 und kostet ca. 1,50DM/m2. Laminiert man nun einen Rumpf in der Negativform, können die Gewebelagen dünner bzw. vom Flächengewicht her gesehen leichter werden als belm konventionellen GFK-Rumpf. Für elnen Großseglerrumpf mit ca. 1,9m Länge kommen z.B. folgende Lagenaufbauten in Frage:
- 1.Lage: 160g/m2 Glasgewebe unter 45° einlegen
- 2.Lage: 120g/m2 Aramidgewebe in Rumpflängsrichtung ausgerichtet
- 3.Lage: 2mm Styroportapete im Leitwerksträger und im Seitenruder; Im Rumpfvorderteil eine Lage 395g/m2 Glasgewebe
- 4.Lage: Im Rumpfvorderteil wiederum ein 395g/m2 Glasgewebe und im Leitwerksträger und Seitenruder ein 80g/m2 Glasgewebe

Zweiter möglicher Aufbau:

- 1.Lage: 105g/m2 Glasgewebe unter 45° einlegen
- 2.Lage: 180g/m2 unidirektionales Aramidgewebe in Rumpflängsrichtung ausgerichtet (nur im Leitwerksträger und ein Streifen im Seitenruder)
- 3.Lage: 2mm Styroportapete im Leitwerksträger und im Seitenruder; Im Rumpfvorderteil eine Lage 395g/m2 Glasgewebe
- 4.Lage: Im Rumpfvorderteil wiederum ein 395g/m2 Glasgewebe und im Leitwerksträger und Seitenruder ein 50g/m2 Glasgewebe

Nachdem die ersten Gewebelagen in der Negativform einlaminiert sind, läßt man sie ca. 20min angelieren um die Haftung zu erhöhen. Dann wird die zuvor exakt zugeschnittene Styroportapete aufgelegt und festgedrückt. Die Styroportapete sollte an den Kanten angeschrägt sein (Abb.1). Auf diesen Stützstoff, der ja nur die Aufgabe hat einen Abstand zwischen äußerer und innerer Gewebelage herzustellen, kann nun direkt die dünne innere Glasgewebelage aufgelegt und mit Harz getränkt werden.
Bild 1. Aufbau eines Großseglerrumpfes mit Stützstoff
Styropor nimmt kein Harz auf, saugt sich also nicht voll und wird schwer. Die Styroportapete sollte auch nicht bis zu den Formkanten gehen, sonder ca. 1cm vorher enden. Dadurch läßt sich der Rumpf im folgenden wieder wie ein konventioneller GFK-Rumpf verkleben. Wenn die Nahtstelle sich als zu schwach erweisen sollte, durch die relativ dünne Schichtdicke an diesen Stellen, so kann hier immer noch nachträglich ein Glasgewebeband zur Verstärkung eingezogen werden.
Bei einem von mir gebautem BS 1 Großseglerrumpf konnte eine Gewichtseinsparung von 200g, im Vergleich zu einem zuvor erstelltem konventionellen GFK­Rumpf aus der gleichen Negativform, mit dieser Bauweise erzielt werden.

Der nächste Bautip beschreibt die Herstellung von CFK-Steckverbindungen in recht einfach herzustellenden Formen. Diese CFK-Stäbe sind mit kreisförmigen Querschnitten von verschiedenen Firmen erhältlich (Carbon-Vertrieb,R&G). Die Herstellung rechteckiger Querschnitte möchte ich im folgenden kurz beschreiben. Die Abmessungen der Stäbe (Querschnitte) sind vom auftretenden maximalen Biegemoment abhängig. Mit einer einfachen Faustformel können die nötigen Querschnitte und anschließend auch die nötige Anzahl der Kohlenstoffrovings bestimmt werden.

                        170  x  Modellgewicht  x  Spannweite
Stabbreite = ---------------------------------------------------
                                    Stabhöhe2

Modellgewicht in kg
Spannweite in m
Stabhöhe in mm
=> Stabbreite ist dann auch in mm

Es sollte jedoch berücksichtigt werden, wenn sehr geringe Stabbreiten errechnet werden, daß die Flächen bei einer harten Landung nach vorn schwingen wollen. Da diese Belastung meist auch noch schlagartig erfolgt und CFK sehr schlagempfindlich ist, sollte auf eine entsprechende Breite geachtet werden. Zum Beispiel mein 4,5m Segler (BS 1) mit 13%igem Profil hat eine Stabhöhe von 25mm und eine Breite von 20mm. Für meine F3B-Modelle verwende ich einen CFK-Stab mit 16mm Höhe und 15mm Breite.

Die Faustformel läßt sich auch zur Berechnung der nötigen Querschnittsfläche modifizieren, indem einfach das Quadrat bei der Stabhöhe entfällt. Jetzt kann der benötigte Stabquerschnitt errechnet werden. Im Vergleich mit den Querschnitten der von einigen Firmen hergestellten Rundstäbe kann der entsprechende Stabdurchmesser bestimmt werden.
 
Stabdurchmesser [mm] Stabquerschnitt [mm2]
10 78,5
12 113,1
14 153,9
16 201,1

Ist der Stab in den Abmessungen festgelegt, ist für die Herstellung noch die nötige Anzahl an Kohlenstoffaserrovings interessant. Man erhält sie durch Division der errechneten Querschnittsfläche des Stabes mit dem harzgetränkten Querschnitt eines einzelnen Rovings. Ein Roving mit 24.000 Einzelfäden (Filamenten; Fasertyp NF 24) kann mit einem Querschnitt von 1,5mm2 zugrundegelegt werden. Ein 40.000 fil-Roving (Fasertyp C 40) hat einen Querschnitt von 2,7mm2.
Entsprechend den benötigten Abmessungen wird die Stabform auf einer beschichteten Spanplatte mit handelsüblichen Aluminiumprofilen hergestellt (Abb.2). Die Alu-Profile werden unter Berücksichtigung der V-Form zugeschnitten und mit Sekundenkleber auf die Spanplatte geheftet. Die endgültige Befestigung erfolgt nach der Kontrolle der Abstände zwischen den Alu-Profilen mit ein paar Holzschrauben.
Nach einem mehrfachen Wachsen ist die Form auch schon gebrauchsfertig.
 
Bild 2. Einfache Stabform aus Aluminiumprofilen

Die Kohlenstoffasern werden nun mit Harz getränkt einzeln nacheinander in der Form abgelegt. Das Tränken der Fasern erfolgt bei den großen Mengen in einer Tränkvorrichtung (Abb 3). Bei dieser einfachen Vorrichtung wird der Roving durch den Boden eines mit Harz gefüllten Bechers geführt. Eine Klemmvorrichtung an einem Kunststoffschlauch regelt den Harzanteil an dem durchgezogenen Roving mit dem eingestellten Querschnitt. Ein vorhandener Harzüberschuß wird anschließend noch über einigen Rundstählen abgestreift.
 
Bild 3. Einfache Rovingtränkvorrichtung

Diese Tränkvorrichtung wird natürlich auch bei Bau der Tragflächenholme verwendet.

Ist die Stablorm vollständig mit Rovings ausgefüllt, wird zum Schluß eine Folie und darauf dann eine ebene Platte gelegt. Die aufgelegte Platte wird anschließend mit Schraubzwingen auf die Alu-Profiloberseiten gepreßt. Nach dem Aushärten werden die Stabenden abgesägt und die Kanten ein wenig abgeschliffen. Nach dem Wachsen des fertigen Stabes steht dieser zur Herstellung exakt passender Hüllen zur Verfügung.

Die im Flügel zwischen den Holmgurten zu verklebenden Hüllen werden direkt auf dem Befestigungsstab gewickelt. Dazu wird der Stab mit einer sehr dünnen Haushaltsfolie in zwei Lagen umwickelt. Ich verwende Frapan-Folie oder Mülltüten für den Küchenmüll. Bevor die Folie um den Stab gewickelt wird, sollte dieser mit Butter eingestrichen werden. Das erleichtert später das Abziehen der fertigen Hüllen vom Stab.
Ist die Folie aufgebracht, wird die Oberfläche mit Harz eingestrichen, in zwei Lagen mit Glasgewebeband (ca.20mm breit) umwickelt oder in zwei Lagen mit einem Glasgewebeschlauch überzogen. Darauf wird dann eine Lage mit einem Kohlenstoffaserroving gewickelt. Um die Hüllenoberfläche später nicht mehr aufrauhen zu müssen, wird anschließend noch ein Abreißgewebe einlagig aufgewickelt.

Tragflächenholme mit Verwendung dieser Steckverbindungsteile in Styroporflächen können folgendermaßen aufgebaut werden. Zunächst wird die Flächenunterseite im Vakuumverfahren beplankt. Dann wird das Styropor im Holmbereich entfernt (Abb.4). Jetzt wird die entsprechende Anzahl Kohlenstoffrovings des unteren Holmgurtes in die Ausnehmung eingelegt.
 
Bild 4. Holmeinbau in eine Styroporfläche

Der Holmkern, der aus Balsaholz, Roofmate oder Rohacell besteht, wird mit den gewickelten Stabhüllen mit Hilfe 1mm dicker Sperrholzstreifen verbunden und mit einem Glasgewebe oder Kohlenstoffasergewebeschlauch überzogen. Das Überziehen des Holmkerns mit dem Gewebeschlauch geschieht mit Hilfe eines glatten Rohres, auf das der Gewebeschlauch leicht aufgeschoben werden kann. Der Rohrdurchmesser sollte so groß sein, daß der Holmkern in das Rohr gesteckt und dann leicht der Gewebeschlauch auf den Kern geschoben werden kann.
Ist der Gewebeschlauch auf dem Kern strammgezogen, wird er mit Harz getränkt und in den Styroporausschnitt der Tragfläche bis auf die Rovings des Holmuntergurtes gedrückt. Darauf kommen dann die Rovings des oberen Holmgurtes. Das Ganze wird dann zum Aushärten mit einer dicken Folie abgedeckt. Nach dem Aushärten kann dann die obere Tragflächenbeplankung aufgebracht werden.
 

Als Kabelstecker für die Querruder und Wölbklappenrudermaschinen zum Rumpf hin verwende ich seit einiger Zeit in der Computerindustrie gebräuchliche Stecker (Abb.5)
 
Bild 5. Steckersystem

Sie besitzen vergoldete Kontakte, sind sehr robust und durch ihre Blechschellen einfach in Rumpf und Flächen einzubauen.
 

Soweit zu den Bautips. Zum Schluß möchte ich noch kurz auf Flächenprofile für Großsegler eingehen.

Da für Großsagler bisher überwiegend Quabeck-Profile mit 3%-Wölbung verwendet werden, habe ich die prozentuale Wölbung der für Großsegler vorgesehenen Eppler-Profile errechnet.
 
Profil  Wölbung [%] Dicke [%]
HQ 3,0/ ....  3,0
E 67  3,5  11,62
E 68 3,48  13,1
E 195  3,1 11,82
E 201 3,0 11,9
E 197 2,75 13,5
E 203 2,62 13,64
E 207 2,4  12,04
E 209 1,8  13,72

Es ist ersichtlich, daß Eppler-Profile mit einer Wölbung von 3,5 - 1,8% zur Verfügung stehen. Die Profle mit der großen Wölbung (um 3%) sind dabei für langsame große Thermiksegler (in der Ebene) vorgesehen und die schwächer gewölbten Profile (1,8 - 2,6%) für schwerere am Hang und in der Ebene fliegende Großsogler mit einer größeren Geschwindigkeitsspanne.
Für die letztgenannten Großsegler, die meist auch noch Nachbauten manntragender Segelflugzeuge und mit Wölbklappen ausgerüstet sind, sollte es daher vorteilhafter sein, nicht mit 3%igen Quabeck 'Thermikprofilen' zu fliegen, sondern die Wölbung auf z.B. 2,5% zu verringern. Ist eine Wölbklappe vorhanden, kann die Wölbung trotzdem noch zum Thermikkreisen erhöht werden. Zum schnellen Fliegen aber stößt man bei diesen weniger stark gewölbten Profilen in die niedrigen Auftriebsbereiche vor, die niedrige Widerstandsbeiwerte haben und mit den 3%igen Profilen nicht erreichbar sind (Abb.6).
 
Bild 6. Schematische Polarenverläufe

Der Nachbau eines BS 1 Großseglers mit einem 2,5%igem Quabeck-Profil bestätigte diese Annahmen. Die Flugeigenschaften sind F3B-Modellen ähnlich. Selbst in der Ebene nach einem Windenstart sind Thermikflüge auch bei schwacher Wetterlage möglich.

Home