1. Einleitung

Herr Rahf hatte im November 2002 dem Physikkurs berichtet, dass die TU-Hamburg einen Wettbewerb veranstaltet, in dem es darum geht, selbstständig 2 Flugzeuge zu konstruieren; eines, das möglichst hoch fliegt und eines, das 30 Meter Strecke in möglichst kurzer Zeit zurücklegt. Zwar ist der Anmeldeschluss bereits Ende Oktober gewesen, aber Herr Rahf konnte uns trotzdem nachträglich noch anmelden. So entstand für das Kurshalbjahr 13.2 der Projektkurs, dessen Ziel die Konstruktion dieser zwei Modellbauflugzeuge war.

Diese Dokumentation soll nun die Erfahrungen, Ergebnisse und den Fortgang des Kurses schriftlich darstellen. Zugleich sollen Anregungen, Tipps und Tricks für folgende Projekte im Flugzeugmodellbau gegeben werden.

2. Vorbereitung

a) Regeln und Informationsbeschaffung
Zu allererst mußten wir uns mit den Regeln und Vorschriften, die für den Wettbewerb gelten auseinandersetzen. Dazu war mit den zur Verfügung gestellten Sachen, dem Gummiband und den Propellern, eine Internetadresse angegeben worden: http://www.tu-hamburg.de/mat/ddp3/

Auf dieser Seite befinden sich die Regeln und zugleich ein paar Tipps und Tricks. Also verbrachten wir die erste Projektkurs-Stunde damit, uns im Internet zum einen über die Regeln zu informieren, zum anderen aber auch Informationen generell über die Konstruktion von Modellbauflugzeugen mit Gummibandmotor zu zu sammeln. So z.B.:
- Konstruktion der Flügel
- Entwicklung eines Flügelprofils
- Befestigung des Gummibandes
- eventuelle Behandlungen des Gummis zur Leistungssteigerung …

Bei den Regeln und Vorschriften sind einige Details genannt: So ist es zum Beispiel nicht möglich, zwei Propeller zu verwenden. Trotz der anfänglichen Idee in unserem Kurs wurde uns danach auch klar deutlich, dass 2 Propeller schwer zu synchronisieren wären, da man dann 2 Gummibänder verwenden und diese genau gleich stark aufdrehen müsste. Außerdem ist das Gewicht des Gummibandes beschränkt, wodurch dann jede teilnehmende Gruppe eine maximale Leistung erhält.

Des Weiteren ist keine Fernsteuerung erlaubt und das Modell darf nur von drei Leuten an den Start gebracht und dort gestartet werden. Es müssen von jeder Gruppe 2 startbare Modelle am Wettkampftag (10.05.2003) vorhanden sein.

b) Ergebnisse und Beginn der Planung
In der darauffolgenden Stunde gab uns Niko einen Einblick in die Grundlagen der Flügelkonstruktion. Als Ergebnis beschlossen wir, folgendes Profil zu verwenden:

Zwar war nach Nikos Ausführungen eine Wölbung der Unterseite noch besser für den Auftrieb, aber dies konnte aufgrund der Größe unseres Modells von ca. 1,5 Metern Flügelspannweite vernachlässigt werden.

Vanessa brachte noch ein Buch über Modellbauflugzeuge mit, in dem die leichte Anwinklung der Flügel beschrieben wurde. Nikos Aussage nach war dies jedoch nicht allzu wichtig für die Größe von Flugzeugen, die wir planten.

Die nächste Frage war, aus welchem Material und wie man die Flügel am besten herstellt. Eine Idee von Daniel und mir war es, einen bauschaum-ähnlichen Stoff in der Chemie herzustellen (mit Fachvokabular ein Polyurethan), der etwas weniger aufschäumt als Bauschaum, und dann in eine Form zu gießen. Allerdings wurde dies von der Gruppe verworfen, da der Aufwand und die Planung des Stoffes, rein chemisch gesehen, zu groß gewesen wäre. Schließlich entschieden wir uns, dünne Kunststoffplatten aus dem Baumarkt zu besorgen, aus denen wir die Profile herstellen. Diese aneinandergeklebt und bespannt ergeben einen Flügel. Die Art der Bespannung sollte später noch diskutiert werden.

Bei der Rumpflänge entschieden wir uns für ca. 70cm, die sich an den Tipps der Wettkampfausrichterseite orientieren. Ein rechtwinkliges Aluprofil diente als Rumpf, unter dem das Gummiband geführt werden sollte und auf dem dann der Flügel montiert wird. Mit der Materialbeschaffung wurden Sebastian, Markus und Niko beauftragt. Des Weiteren sollte ich Draht mitbringen, der die Verbindung zwischen dem Propeller und dem Gummiband und die Fixierung am Rumpf sicherstellen sollte.

Systematische Darstellung der Konstruktion

Das Verbindungsstück zwischen dem Aluminium-Rumpf und den Flügeln sollte aus Holz entstehen.

Ein weiterer Faktor war das Gummiband. Es wurde uns in einem Stück geliefert, so dass wir erst einmal feststellen mußten, wie lang überhaupt 10g Gummiband sind. Unter den Tipps und Tricks der "Daniel Düsentrieb Preis"-Seite wird eine Vorbehandlung mit Talkum und Glycerin empfohlen, um die Leistung des Gummis zu verstärken. In dem Flugzeugmodellbau-Buch wird von Rizinusöl gesprochen. Zwar hatten wir anfänglich vor, eine dieser Behandlungen bei unserem Gummi ebenfalls anzuwenden, dies wurde jedoch nie umgesetzt.

Ein Vorschlag von mir bestand noch darin, die gesamte Projektkursgruppe in 2 Gruppen aufzuteilen, für jedes Flugzeug eine, damit sich die einzelnen Gruppen auf die Ziele ihres Flugzeuges bei der Konstruktion spezialisieren können, sei es nun die Geschwindigkeit oder die Höhe, die erreicht werden sollte. Dieser Vorschlag wurde zwar theoretisch angenommen und die Gruppe in 2 Untergruppen geteilt, jedoch setzte sich dies beim praktischen Teil der der Arbeit nicht durch, so dass wir dann doch wieder als eine Gruppe an dem ersten Flugzeug arbeiteten.

3. Die Bauphase

In der darauffolgenden Projektkursstunde trafen wir uns im Kunstraum, da dort das Bauen am leichtesten ist und zumindest ein paar Werkzeuge vorhanden sind, wie Bohrmaschine oder Teppichmesser.

a) erste Versuche
Zuerst mußte natürlich einiges getestet werden, bevor man überhaupt starten konnte.

Im Hintergrund sind, Markus, Niko, Jonas, Vanessa und Lars zu sehen, wobei Niko gerade dabei ist, Balsa-Holz als Bespannung für die Flügel zu testen. Angefeuchtet läßt es sich gut um das Profil legen und wird dann trocken geföhnt (kleines Bild unten links). Allerdings ließ sich das mit Papier, welches an das Profil geklebt wird, einfacher realisieren als mit Balsa-Holz. Durch das Papier muss dann nur der Flügel an sich schon genug Stabilität bieten, das Balsa-Holz hätte einen leicht instabilen Flügel noch zusätzlich stabilisiert.

Im Vordergrund ist Sebastian zu sehen. An diesem Tisch wurde experimentiert, mit wie vielen Lagen das Gummiband am effektivsten ist und wieviele Umdrehungen es wohl ungefähr aushält. Bei mehreren Lagen dreht der Propeller schneller und bringt mehr Kraft, bei weniger Lagen dreht er länger, aber nicht so intensiv. Im wesentlichen wird die Länge des gesamten Gummis durch die 10-Gramm-Begrenzung in den Regeln gegeben und die Länge durch die Länge des Rumpfes, die wir nach diesen Versuchen auf die bereits oben angegebenen etwa 70 cm festlegten.

Zusätzlich wurde ein Wagen aus der Physik unter unsere provisorische Gummiband-Halterung samt Propeller gelegt, um zu testen, wieviel Zugkraft bei unterschiedlichen Längen und Lagen des Gummibandes entstehen. Außerdem wurde jedes Mal probiert, noch ein paar Umdrehungen mehr dem Gummiband zu geben, um die Grenzen zu erfahren. Es rissen zwar ein paar Gummibänder, doch das brachte uns nur die Erfahrung der Grenzen. Hier ist Daniel gerade damit beschäftigt, den Wagen aus der Physik (von dem eigentlich nur die roten Räder zu sehen sind)irgendwie effektiv mit dem Testrumpf aus Holz zu verbinden, um dann mit den Kraftmessern Ergebnisse zu erhalten. Jonas steht im Hintergrund und sucht einen Kraftmesser aus, dessen Messbereich zu dem Versuch passt.

b) Bau der Flügel und des Rumpfes

Hier ist der Tisch zu sehen, auf dem sämtliche eingekaufte Materialien liegen. Bei dem Kunststoff für unsere Flügel handelt es sich um Bodendämmplatten (türkis), die recht dünn sind und sich dadurch recht leicht bearbeiten, aber auch biegen lassen. Die Platten sind ca. 3mm dick. Um jetzt also einen Flügel von ca. 1,40m zu erhalten benötigt man viele, viele Profile.

Doch die erste Idee war, die Lagen des Kunststoffes aufeinander zu kleben und daraus den Flügel "zu formen", am besten mit Heißdraht ausschneiden. Doch diese Idee wurde bald verworfen und die Variante der vielen Profile, die aneinandergeklebt und bespannt den Flügel ergeben, umgesetzt.

Jonas war damit beschäftigt, diese alle anzuzeichnen. Zur besseren Umsetzung hatten wir aus Papier eine Vorlage geschnitten, die in etwa der Abbildung in der Vorbereitung entspricht. Teilweise zeichnete auch Vanessa an, damit nicht einer immer nur dasselbe macht.

Und dann wurden viele von uns dazu "verpflichtet", diese auszuschneiden oder -zusägen. Momentan gerade dabei sind: Andre, Jonas (beim Anzeichnen), Sebastian, Markus (Oberaufsicht – nein in Wirklichkeit wartete er darauf, dass er eines der scharfen Teppichmesser bekam, die waren nämlich recht begrenzt), Jascha, Niko und Daniel. Zeitweise war ich auch hier beteiligt an der Fertigung der Profile.

Die anfängliche Idee, die Profile mit Heißdraht auszuschneiden, gaben wir bald auf. Zwar hatten wir uns aus der Physik Netzgerät, Drahthalter und Draht besorgt, aber erstens war der Geruch von angekokeltem Kunststoff nicht gerade angenehm und zweitens war es komplizierter, als die Profile mit dem Teppichmesser auszuschneiden. Beim Aussägen der Profile entstanden zu viele Unebenheiten im fertigen Profil, so dass das Ausschneiden mit dem Teppichmesser als beste Lösung blieb. Dies beschäftigte den Großteil des Kurses fast eine Doppelstunde.

Zur gleichen Zeit einen Raum weiter: Das Aluprofil für den Rumpf wird an beiden Flächen etwas rund geschliffen, aus dem ganz einfachen Grund, dass dann mehr Platz für die Bewegung des Gummibandes während des Abdrehens ist. Es mußte eine Mittellösung gefunden werden zwischen:
– möglichst wenig Aluminiumprofil und somit viel Platz für das Gummiband zur "freien Abwicklungsentfaltung"
– genügend Platz auf dem Profil zur Befestigung der Flügel und gleichzeitig genügend Aluminiumprofil für ausreichende Stabilität.

Diese Idee stammt von Christian und Lars. Hier sieht man Lars beim Schleifen. Zum Glück war die Tür zu dem kleinen Werkraum, in dem die Schleifmaschine steht, geschlossen, so bekamen nur Lars und Christian die gesamte Zeit über den Lärm mit, der entsteht, wenn man Alu abschleift. Zusätzlich wurde genau im Winkel hinten hineingesägt und beide entstandenen Flächen dann umgeknickt, so dass am Ende des rechtwinkligen Profils eine Fläche zur Befestigung des Gummis mittels eines Hakens entstand. Vorne wurde das so ähnlich umgesetzt, jedoch wurde davor noch ein Stück Holz angebracht. Dies hatte einen ganz einfachen Sinn: An dem Holz war eine Holzperle angebracht und eine auf dem Draht, der das Gummiband mit dem Propeller verband. Dadurch wurde die Reibung minimiert.

Am Ende dieses vierstündigen Projektkurs-Mittwochnachmittags, der durch Vorverlegung der Stunden aus dem Mai entstanden war – schließlich sind nach dem Wettkampf Projektkursstunden unsinnig – wurden Jonas und Niko über die Frühjahresferien damit beauftragt, die Profile zu einem Flügel zusammenzufügen.

Und so sah das Ergebnis aus. Anstelle der gesamt zusammengeklebten Profile entstand ein Flügel aus Stücken von je 4 Profilteilen, die dann mit Holzstäbchen verbunden worden waren. Sehr viel leichter und "Profil-sparender" als die ursprüngliche Idee. Blieben noch 2 Probleme zu bewältigen:
-die Befestigung des Flügels, bzw der beiden Flügelhälften, am Rumpf
-die Bespannung der Flügel mit Papier.

Wie bereits im obigen Bild zu sehen, wo die Holzprofile den inneren Abschluss einer Flügelhälfte bilden (also an der Anschlusstelle zum Rumpf), wurde das Profil nochmals auf Holz aufgezeichnet, diesmal jedoch mit einem zusätzlichen Bereich unter dem Profil. Jonas sägte dieses "Mittelstückprofil" unter der Mithilfe von Niko aus (oberes Bild). Danach wurde das Profil über Kopf eingespannt (unteres Bild), um auf der Unterseite den rechten Winkel des Aluprofils hineinzufeilen, um eine gute, haltbare Verbindung zwischen Rumpf und Flügel herzustellen.

Hier endet vorerst die Dokumentation über den Bau der beiden Flugzeuge. Denn, obwohl das Mittelstück in der Doppelstunde fertig wurde, war ich die darauffolgende Doppelstunde aufgrund eines Vorstellungsgespräches nicht mehr anwesend. Niko hat (mal wieder) die gesamten Einzelteile des Flugzeuges mit nach Hause genommen, um bis zum 10.05.2003 bzw. unserer letzten Stunde vor dem Wettbewerb – 07.05.2003 – das Flugzeug fertigzustellen.

Wir benötigen jedoch für den Wettbewerb noch ein zweites Flugzeug. Im Laufe der Stunde, wo dieses Mittelstück hergestellt wurde, kamen Daniel und ich auf die Idee zurück, die Flügel aus Polyurethan zu gießen. Dies würde scheller gehen, als nochmals so viele Profile ausschneiden zu müssen. Also machten wir uns auf den Weg zum Chemie-Fachbereich. Hier war jedoch kein Chemie-Lehrer mehr anzutreffen, der uns den Lagerraum für die Chemikalien hätte aufschließen können. Außerhalb des Lagerraumes (scherzhaft "Bunker" genannt) war jedoch kein Diol bzw. Diisocyanat (die beiden Stoffe, die miteinander zu einem Polyurethan reagieren) zu finden. So kehrten wir ohne die Möglichkeit, den zweiten Flügel zu gießen zum Kunstraum zurück.

Schließlich wurde Markus damit beauftragt, in der Zeit, in der aufgrund der Studienfahrt des 12. Jahrgangs, wo Herr Rahf als Begleitperson mitfährt, kein Projektkurs stattfindet, das zweite Flugzeug fertig zu stellen.

4. Endergebnis

5. eigener Anteil am Gesamtprojekt

Bei der Internetrecherche lag meine Konzentration auf der Information über die Regeln der Wettbewerbsveranstalter. Außerdem auf den Tipps und Tricks zur Gummibehandlung. Die Idee von mir, das Glycerin aus der Chemie zu verwenden und einen Chemie-Lehrer zur Beratung hinzuzuziehen wurde zwar nicht abgelehnt, jedoch auch nie praktisch umgesetzt.

Im Planungsbereich wurde mein Vorschlag zur Gruppenteilung (siehe auch 2.) zwar angenommen und die Gruppen eingeteilt, jedoch beim praktischen Arbeiten war von dieser Zweiteilung der Gruppe nichts mehr zu sehen. Der Vorteil daran ist, dass sich alle auf ein Flugzeug konzentrierten und dieses nun fast fertig ist. Der Nachteil ist, dass eben das zweite Flugzeug noch nicht fertig ist. Bei der Materialbeschaffung steuerte ich den Draht bei.

Bei der praktischen Arbeit im Kunstraum ist es schwer zu sagen, wer direkt welche Ideen hatte. Es war eine allgemeine Disskussion, deren Einzelideen wohl nur durch einen Protokollführer hätten festgehalten werden können. Deswegen halte ich es für sehr schwierig, einzelne Ideen während der Bauphase zu nennen, seien es nun welche von mir oder welche von anderen Leuten. Es gibt da eigentlich nur einen Bereich, den ich eindeutig festlegen kann: Die Konstruktion des Rumpfes mit dem Aluprofil, die Befestigung des Gummibandes und des Flügels am Rumpf sowie die Schleifarbeiten am Aluprofil wurden von Lars und Christian erledigt.

Neben der Mithilfe an jeder Stelle, wo ich gerade helfen konnte, lag mein Schwerpunkt während der Bauphase darin, möglichst genau den Ablauf bzw. die Entwicklung des Modelles in Fotos festzuhalten, außerdem die einzelnen Arbeiten ebenfalls fotodokumentarisch festzuhalten. Einmal hatte meine Kamera leider nur leere Akkus, so dass von diesem Tag die Fotos fehlen. Alle restlichen wesentlichen Bilder sind in dieser Dokumentation enthalten. Des Weiteren hab ich die Fotos auf eine CD gebrannt, so dass jeder Projektkursteilnehmer diese gerne für seine Dokumentation verwenden kann.

Ich denke, dass ich nach Abschluss des Wettkampftages, an dem ich leider aus zeitlichen Gründen nicht teilnehmen kann, eine endgültige Dokumentation - also eine Vervollständigung dieser Dokumentation - verfassen werde, die dann auch Bilder und Ergebnisse vom Wettkampf enthalten könnte, wenn jemand dort Fotos macht.

6. Impressum/Verfasser

Diese Zusammenfassung bzw. Präsentation der Ergebnisse des Projektkurses 13.2: Entwicklung von Modellbauflugzeugen mit Gummimotor wurde am 27.04.2003 von Ronny Bergmann verfasst und am 07.09.2003 erweitert. Für die Richtigkeit und Inhalte der verlinkten Seite (ja, Singular, es ist nur eine) übernehme ich keine Verantwortung.

Ronny Bergmann  13. Jg., 9/2003