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Rudervibrationen bei Motorlauf
gilt teiweise auch für aerodynamische Schnellflug-Schwingungen
© Rudolf Fiala, rev.5. 8. 2003

Aus bei jedem Neubau und Adaptationen aktuellen Gründen: eine Sammlung der möglichen Ursachen für Rudervibrationen, die im Vergleich zu früher jetzt auf den Flugfeldern viel öfter erkennbar sind.

Die Grundursache ist in Modellen mit 'leichterer' Bauweise zu finden, die oft die einfachsten Regeln einer statisch wirkungsvollen Konstruktionsart - z.B.: bei großen Rudern sind nur Halbrippen ohne Diagonalstege und eine dünnste Folienbespannung vorhanden - unberücksichtigt lassen.

Jetzt beliebtere größere Motore mit größeren Propellern rütteln natürlich auch mehr und die bei Großmotoren verwendeten relativ geringen Drehzahlen bewegen sich öfter im Eigenresonanzbereich von Ruderflächen und führen somit zwangsläufig zu besonders großen Rudervibrationen.

Der jetzt aus Gewichtsgründen vorherrschende Trend zu Einzylindermotoren anstelle der vibrationsärmeren Boxermotoren (echte Boxer, nicht 2-Zylinder Pseudostern=180Grad V-Motor) tut natürlich das Seinige dazu. Wie auch große (funfly) Ruderflächen mit ihren großen Ausschlägen und 'direkter' Anlenkung mit großem Kraftbedarf, die einer erwünscht möglichst hohen Steifigkeit des gesamten Systems Rumpf-Servobefestigung-Ruder ebenfalls widersprechen.

Weiters führen die immer größeren Motoren und Propeller mit hoher Steigung zu einem immer stärkeren und Blatt-gepulsten Luftschraubenstrahl mit dadurch ausgelöstem Rudergetanze. Selbiges wird zwar mit zunehmender Fluggeschwindigkeit (bei relativ geringer werdendem Blatt-Luftstoß) kleiner, stört aber die Ruderflächen-Aerodynamik und die konsistente Wirkung der momentanen Ruderstellung. Damit könnte man ja leben, aber aufgeschaukelte Vibrationen können auch ohne der weiter unten erwähnten mechanischen Zellenschäden die Ursache für fatale Kabelbrüche (auch der Antenne), Servoschäden (Zahnradschäden mit folgender Blockierung) etc. sein.

Das bei leichtgebauten Großmodellen feststellbare Vibrieren des ganzen Seitenleitwerks ist allerdings auf die Drehmomentstöße durch die Gemischzündung etc., auf den blatt-stoßweisen Luftdrall UND einer zu geringe Drehsteifigkeit des Rumpfhinterteils zurückzuführen. Das hat natürlich auch Einfluss auf das Seitenleitwerk samt Servobelastung und, unter Umständen nicht sogleich erkennbar, auf Höhenruder-Heckservos und Höhenruder. Die Praxis wird die Lebensdauer solcher Modelle zeigen.

Zum Kern des Berichts:

Unabhängig von der auslösenden Ursache hängt die Größe der Rudervibration KUMULATIV von allen möglichen 'Ungünstigkeiten' ab. Je mehr 'Luft' in dem Gesamtsystem ist, umso größer selbstverständlich die Freiheit für Vibrationen. Und je größer diese Vibrationsmöglichkeit, umso mehr tritt 'Selbstaufschaukelung' auf, u.U. bis zu schweren Schäden am Rudersystem - das Ganze wird immer lockerer - oder sogar bis zum Bruch an der schwächsten Stelle des Systems.

Als Entscheidungshilfe für Verbesserungen die folgende, vermutlich unvollständige Sammlung von vibrationsverursachenden oder -fördernden Materialeigenschaften.

Bereich RUDERFLÄCHEN:

• Weiche torsionsfestigkeitsschwache Ruderflächenbauweise

• Holz unter Ruderhebel zu weich, vor Einbau nicht mit Superkleber chemisch gehärtet.

• Ruderhebelmontage ohne Harzverwendung

• zu weiche und/oder zu kleine Kunststoff-Ruderhebel

• Ruderhebel mit nebeneinander (statt hintereinander) liegenden Schrauben

• Ganz schlecht: Ruderhebel nicht direkt auf oder knappest neben Scharnier (Scharnierstelle = Ort der geringsten Ausweichmöglichkeit des Ruders) montiert

• kein seitlicher Versteifungssteg zwischen Ruderhebel-Grundplatte und -Arm

• Von Anfang an besonders leichtgängige (Gabelkopfstift-)Löcher mit Ausschlagneigung

• Bei Kugelkopfverwendung: Manche Ruderhebel wegen leichter Verwindbarkeit ungeeignet! (Lösung: Doppelruderhörner mit dazwischen liegender Kugel)

• Kugelpfannen mit Spiel unter Last (manche der Aludinger mit der Pfannenfeder!)

• zu wenige Scharniere (Pro Flosse: HR mindest 3, lange QU mindest 4)

• ungünstiger Scharnierort: Bei 2 Scharnieren schlecht: 25% und 75% der Ruderholmlänge, bei 3 Scharnieren: +0% mit 50% und mit -100% (Schwingungsknoten!), selbige sind aber die besten Servohebelpunkte. Somit folgt: besser z.B.. +0% = Scharnier- und Servoort, mit z.B.. 40% und mit 100% Scharnierstelle). Je mehr Scharniere, ruderformabhängig umso besser. Eine anfängliche leichte Schwergängigkeit (bei fluchtenden!! Scharnierachsen) verschwindet ohnedies nach einigen Flügen.

• Scharniere mit Spiel beim Ziehen oder Drücken an den Scharnierflügeln !!

• detto in Längsrichtung

• Beide Scharnierbetten im Holz etc. zu viel Luft direkt oberhalb und unterhalb der Scharnierflügel

• Scharnierbett zu weich und/oder ungehärtet (Superkleber vor Einbau günstig)

• überhaupt zu kleine oder zu weiche Scharniere

• Bei fertigfolierten Modellen: mieser Scharniereinbau. Ein Sicherheitsstift beseitigt nicht das Spiele im Scharniersystem!! Empfehlenswert: die großen, keilförmigen (kleberverpressenden!) Kavanscharniere. Aussuchen gegen Querspiel (Ausbeute ca. 50%, vergleichbar günstig!) notwendig.

• Biegescharniere in zu weiten Taschen oder mit zu großem Abstand der Verankerung (Scherungs'S' überlagert Biege'U')

• Höhenleitwerk: weiche Dämpfungsflächen mit leichter, schwacher Folie

• HR-Ruder ohne Gewichtsausgleich in aerodynam. Ausgleichsflächen

• Dämpfungsflächen-Rumpfverbindung zu wenig starr, keine Abspannung

• elastischer und/oder schwach dimensionierter Rumpfhinterteil (Material, Geometrie)

• abnehmbare Ruder: Montage-bequeme, aber unnötige Luft zwischen Achse und GFK-Teilen o.ä.


Ungünstige SERVO-Details:

• leicht zu verbiegende Abtriebsachse, besonders bei Servos mit 0 oder 1 Kugellager

• Abtriebszahnrad aus Billigplastik zu wenig verdrehsteif (vom Zahnkranz bis zum Servohebel)

• unterdimensioniertes weiches Getriebe

• Weiche, schwachdimensionierte Servohebel; besonders schlecht bei Kugelgelenkverwendung

• Kugel auf der statisch falschen Seite montiert. Günstiger: Kugel zwischen Hebel und Servogehäuse. Geht leider nicht bei flachen Gehäusen ohne Lagerpylon.

• (Feder-) Kugelpfannen mit Spiel unter Last, habe fast alle wieder ersetzt durch Plastikpfannen

• Servo-Montage ohne Bundnieten

• Bundnieten arbeiten sich ins Brettchen ein, da Bund fälschlich auf der Schraubenkopfseite montiert. Damit wird der Schrauben-Niet-Gummi-Servosteg-Verbund schlicht lockerer. 12. 11. 03: Der bekannte Modellflieger Walter Holzwarth liefert dazu noch folgende Informationen:  "Futaba baut den Bund zum Servobrettchen hin ein." Und hierhier  , hier ,auch noch das hier

• Bundniete und (Fremd-)Schrauben mit Durchmesserunterschied
Ich verschraube Servos prinzipiell mit Weichkleberzugabe nach Probemontage (Löcher und Nieten)

• Abtriebszahnrad viel Spiel (schon ausgeschlagen, besonders im Neutralbereich?)

• schnelle Servos zu hart einregelnd in die Neutrallage: führt zu Regelschwingungs-Rudergewackel. Tritt besonders gehäuft bei 5-Zellen-Betrieb auf, aber auch bei schweren Rudern bei 4 Zellen! (Typisch Hi 525, MXP Mikro-speed. Auch ohne(!) laufendem Verbrennungsmotor). Und bei Sender-Phasenumschaltung ohne Zeitverzögerung (0.2 sec genügt bei kleinen Unterschieden)

• falsche Servoart; z.B.. nicht für Motorflug geeignet und somit ohne Gummitüllen ausgeliefert, wie eben MPX Microspeed.

• Heckmontage an elastischer, unverstärkter oder unabgestützter Rumpfstelle

• Nur ein (Groß-)Servo bei langen torsionsgefährdeten Großmodellrudern

GESTÄNGE-Fehlermöglichkeiten etc.

• zu weich, besonders bei langen Gestängen

• lange Rohre mit Gestänge zu wenig gegen Durchbiegung abgestützt

• nicht absolut gerade, gebogene Gestänge oder zu dünne Bowdenzüge in Rohren (Gestänge/Bowdenzug kann durch die Rohrluft zwischen 'Kurveninnenseite und Kurvenaußenseite' pendeln)

• Nicht fluchtende Ruder- und Servohebel, womöglich noch mit Gestängekröpfungen

• Gabelkopfgewinde nicht mit Mutter fixiert oder Mutter gelockert(!)

• Bowdenzüge zu elastisch, bei Großmodellen keine servo- und seilentlastende Großhebelwippe

Interessant an dieser sicher unvollständigen Liste ist, dass eigentlich gar nicht das Gestänge DIE potentielle Vibrationsauslösungsgefahr darstellt (besonders da ihm meistens ohnedies die nötige Aufmerksamkeit gezollt wird), sondern gehäuft im Servo- und/oder Ruderbereich Gefahrenstellen vorhanden sind, die selbstverständlich noch einen verschlechternden Einfluss auf das Rudersystem bei Abnutzung, Ausschlagen, Weicherwerden etc. haben.

VERRINGERUNG der Ruderflatterei durch Ursachenreduzierung:

Für das Geschüttel ist ja öfter ein Glühzünder bis ca. 35 ccm die Ursache. Hier zur Vibrationsreduzierung anzusetzen, ist absolut sinnvoll. Dazu folgende Verbesserungsansätze:

einfachst: 5-10% Nitro für sauberes Durchzünden auch im Halbgasbereich, dazu eine 1-2 Stufen kältere Kerze, im Vergleich zu GFK nur halb so schwerer Holzpropeller, eventuell eine Zylinderkopfdichtung mehr, wenn man nicht die absolute Spitzenleistung braucht; und manchmal genügt auch ein kleinerer Prop oder bei Funflyern einer mit kleinerer Steigung, mit der man dann modellgerecht im 'guten' kotzfreien und rüttelarmen oberen Drehzahlbereich fliegt. Leichteste und/oder kleinere oder sogar keine Spinner reduzieren auch Drehmomentstoß-Vibrationen. Unauswuchtbare Spinner sind auch noch eine Schüttelursache.

Aufwändigere und teurere Korrekturmöglichkeiten: Spritpumpe, oder Pumpenvergaser, oder Spezialvergaser: alles überwiegend für einen adäquat sauberlaufend-einstellbaren Halbgasbereich. Eigentlich nur ein Kampfmittel gegen die mitgelieferten billigen Einfachstvergaser. Gemischregelung gegen Halbgas-Husterei und -Schüttlerei.

Motorspezialisten werden dazu sicher noch Einiges mehr wissen und mitteilen können. Das Thema verschiedener diskutierbarer Motoraufhängungen habe ich bewusst weggelassen, die o.a. Motormaßnahmen sind ja absolut aufhängungsunabhängig.

Noch einen Grund für extreme Vibrationsspitzen gibt es: Zu weite und immer mehr ausschlagende Flügel- und Leitwerkssteckungen! Bei einem schon öfter geflogenem Holzrumpf (Diablotin 2000) hatte ich beim Auftreten harter Leerlauf-Geräusche einen neuen, tatsächlich 'zu harten' hochkomprimierten Motor in Verdacht. Ohne Flügel war das Schlaggeräusch weg.

Die Kontrolle ergab: bereits ca. 0.2 mm Spiel Rohr/Rumpflagerung! Beim Erstflug war da sogar eine strenge, aber völlig unregelmäßige Passung Alu in GFK Rohr.

Spontanhilfe: Tixo Magic; Dauerlösung: Rumpfwand (und ggf. 1.Rippe) ausbüchsen oder, auch genug aber nicht ganz so super, eine Rohrhülse. Ab 0.3mm Luft geht das mit 0.15mm Schrumpfschlauch und ev. weiteres Tixo darunter. Die unregelmäßigen (leider statt Hartpapier) GFK-Hüllrohre Rumpf und Flächen werden damit natürlich nicht verbessert.

Rudolf Fiala
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