Energija „Alpine Edition“ 😉 – Making of

[christianh]

Ein Disclaimer vorweg: Es handelt sich hier nicht um ein neues Produkt vom Sven Hollenbeck, dem Macher des Energija Formenbausatzes, sondern um ein privates Projekt für einen einzelnen Prototyp. Da ich hier einen bisher für mich unbekannten Weg des Formenbaus gegangen bin, und mit dem Endergebnis mehr als zufrieden bin, möchte ich darüber berichten.

Diese Zutaten...

...führten zu diesem Ergebnis.



Aus den Energija E5 Formen habe ich, neben der original Energija, zwar bereits ein paar Ableitungen gemacht (Energija E5.240, V-Race23) welche aber alle wieder so leistungsoptimierte Besenstiele waren.

Für dieses Projekt hatte ich mehrere Beweggründe:

• Anschaulicher Rumpf: Also eher in Richtung vorbildähnlich.
• T-Leitwerk: Einfach weil’s schön ist.
• Verwendung der vorhandenen Energija Flächen und V-Leitwerksformen für das neue T-Leitwerk
• Seitenleitwerks-Prototypen-Formenbau mithilfe des 3D-Druckers
• Umsetzung der Anforderungen in Fusion 360
• Mit dem Ziel, dass, falls der Prototypen-Formenbau funktioniert, ich in der nächsten Bauphase wohl einen kompletten Rumpf (evtl. um ein ETEC 70 herum) designen möchte.

Grundsätzlich wollte ich also eine Seitenleitwerksform im Negativ drucken, um dann in weiterer Folge ein Einzelstück daraus zu erstellen. D.h. in die Form sollte wenig Aufwand gesteckt werden mit dem Ergebnis, dass das entformte Teil dann eine Nachbehandlung (füllern, schleifen, lackieren) benötigen würde.


Rumpf

Ich war also auf der Suche nach einem passenden Rumpf. Durch Zufall erfuhr ich, dass ein Kollege einen Alpina 3001er Rumpf – welcher mir grundsätzlich ganz gut gefällt - geschrottet hat. Für den Gegenwert des Portos bekam ich die Überreste von ihm zugeschickt. Es war nicht mal Porto für Sperrgut notwendig - da es in einen größeren Schuhkarton gepasst hat.

Da kann man doch was draus machen . Das Leitwerk habe ich schon abgeschnitten.


Der nächste Schritt war also der Entwurf eines T-Leitwerks für den Rumpf in Fusion 360. Fusion 360 deshalb, weil ich damit schon ein wenig Erfahrung hatte.

So würde es im Prinzip ausschauen. An Schluss habe ich den Rumpf doch noch um 3cm verlängert.


Anmerkung: Inzwischen habe ich erfahren, dass einige meiner Kontakte mit Rhino arbeiten und rückblickend, falls ich wieder am Einstieg in die CAD-Welt stünde, würde ich wohl auch mit Rhino arbeiten. Es scheint mir besser geeignet um Freiformen (z.B. Rumpf-Leitwerks Übergänge) zu modellieren. Aber nach dem Rhino Tutorial und der Erkenntnis, dass hier eine andere Designphilosophie dahintersteht, habe ich mich entschieden, auf meinen Erfahrungen mit Fusion aufzubauen und mich da durchzukämpfen.

Der einfache Teil, war die Reparatur des Alpina Rumpfs. In dem Zuge habe ich den Vorderteil mit 1-2 Lagen 160er Aramid Gewebe verstärkt. Der Rumpf Flügel Übergang wurde anhand von gefrästen CFK-Schablonen des Energija Wurzelprofils gemacht. Gleichzeitig sollte das Teil auch motorisiert werden. Der ovale Rumpfquerschnitt konnte relativ einfach durch erwärmen mit dem Heißluftfön und meiner „Spezial-Rundmachvorrichtung“ in eine runde Form gebracht werden.

Danach folgte klassische Handarbeit – schleifen, raspeln, füllern, schleifen, raspeln...



Der original Alpina Rumpf ist in GFK mit einer homöopathischen Dosis CFK-Rovings gefertigt. Den vorderen Teil bis unter die Flächenaufnahme hatte ich bereits mit 1-2 Lagen 160er Kevlar verstärkt und bot somit – für meine teils hochalpinen Fluggebiete - eine vertrauenserweckende Festigkeit. Der Leitwerksträger war noch in (sparsamer) GFK-Belegung und das Leitwerk wiederum in CFK. Somit würde das wohl der Bereich sein, der wieder als erstes nachgibt. Zuerst habe ich ihn daher mit innen 400er Uni CFK (mithilfe der Aufblastechnik mit minimalem Druck) und in weitere Folge dann auch noch außen mit 90er CFK Biax verstärkt.

400er CFK Uni auf Folie tränken - von vorne durchziehen und mit der Lanze von hinten kommend durch aufblasen an den vorhanden Rumpf drücken.


Nachdem die Gewichtszunahme unter Erwartungen war, habe ich mich entschieden auch noch außen ein 90er CFK Biax aufzubringen.

Das Gelege wurde stramm mit Abreißgewebe umwickelt um so das überschüssige Harz abzusaugen.


Weiter geht's im nächsten Teil, welchen ich in den nächsten Tagen fertigstellen möchte. Ich hoffe, euch damit ein wenig unterhalten zu können.

Ein paar Impressionen vom zweiten Flugtag am Hang habe ich hier im Hangflugthread eingestellt.

Grüße,
Christian

 

[Florian K.]

Hi Christian,

cooler Bericht. Freue mich schon auf die Fortsetzung!!

 

[madmao]

Ich mich auch :-)

 

[Eddie the Eagle]

Wo ist der Bestellbutton?

Super! Genau meine Traumkombination.
Lese gespannt mit.

Gruß
Eddie

 

[christianh]

Zuerst einmal Danke für das viele positive Feedback via Likes, PN und Kommentaren.

Wo ist der Bestellbutton?

Den wird’s frühestens in einem Jahr geben, wenn ein Nachfolger bereitsteht

Also weiter im Text…



Seitenleitwerk

Der interessante Teil an dem Projekt war das Seitenleitwerk. Wäre es möglich, mit geringem Aufwand ein Seitenleitwerk aus einer im CAD entworfenen Form herzustellen? Normalerweise investiert man nämlich sehr viel Zeit in die Erstellung der glänzenden Form, mit dem Vorteil, dass danach praktisch gebrauchsfertige Teile daraus entstehen.

Für eine einmalige Abformung wäre dieser zeitliche Aufwand jedoch nicht wirtschaftlich gewesen. Es sollte daher nur Bruchteil des Aufwands in den Formenbau investiert und stattdessen ein weiterer Bruchteil davon in das Finish des eigentlichen Seitenleitwerks investieren werden müssen.

Der Formenbauaufwand bis zur ersten Abformung war daher überschaubar:

• Leitwerk im CAD designen
• 3D-drucken
• Auf Trägerplatte aufkleben, 5 Minuten schleifen um die durch den 3D-Druck bedingen Rillen zu glätten
• 1x wachsen, 1x PVA

Ich habe mich für das SD8020-010-88 als Seitenleitwerksprofil entschieden, da es aufgrund seiner Dickenverteilung im Vergleich zum ebenfalls empfehlenswerten HT12/14 Vorteile hinsichtlich des Servoeinbaus bietet.

Hier ein Vergleich zwischen dem SD8020-010-88 vs. HT14 (Dicke an das SD8020 angepasst).


Im Fußbereich habe wurde das SD8020 noch auf 11% aufgedickt, um noch etwas mehr Raum für das Servo und gleichzeitig, durch die größere Profildicke, eine höhere Festigkeit zu bekommen.

Beim Design war es mir wichtig, dass die Rumpfröhre nicht einfach nur „irgendwie“ ausläuft, sondern in der Dicke harmonisch in das Seitenleitwerksprofil übergeht. Grundsätzlich kein Problem, aber beim Formen des Übergangs zwischen dem Seitenleitwerk und er Rumpfröhre (m)ein Kampf mit Fusion. Fusion hatte am Ende einen Punktesieg errungen und ich gab mich mit einer kleinen Unstetigkeit im Verlauf zufrieden. Wissend, dass ich das entformte Bauteil sowieso noch nachschleifen und lackieren muss.

Bei dem Bau aus einer Hochglanzform würde gleich in die Form lackiert und darauffolgend der Gewebeaufbau gemacht werden. In meinem Fall habe ich nicht lackiert, sondern einen Füller verwendet und auf dem laminiert. Ich hätte auch ohne Füller laminieren können, aber meine Überlegung war, dass sich die Füllerschicht im Vergleich zu Epoxydharz leichter entformen lässt.

Es arbeitet sich besser, wenn alles vorbereitet ist


Beim Gewebeaufbau war ich etwas unschlüssig und habe von Kollegen (Danke Hans, Danke Gregor) zwei Vorschläge bekommen. Nachdem ich noch ein wenig selbst interpretiert und mit meinem Materialfundus abgeglichen habe, ist folgender Aufbau geblieben:

1. 50er CFK Uni
2. 2x 90er CFK Biax, im D-Box Bereich mit 160er Kevlar dazwischen
3. im Fußbereich nochmals 90er CFK Biax
4. zwei Rippen aus Epoxydharz getränkten Schaumstoff
5. Holmgurt 50er CFK Uni, Depronholmsteg mit GFK-Schlauch
6. Elasticflap nach der „Arne-Methode“ modifiziert um die Frischhaltefolie für leichteres Entfernen des Styropors.

Meine modifizierte (=zusätzliche Frischhaltefolie für leichteres Entfernen des Styropors) "Arne Methode"


Herausgekommen ist ein sehr vertrauenserweckendes Seitenleitwerk mit 115g. Das Alpina Original hat 150g und ist, na ja, sagen wir mal so, etwas schwabbeliger .

Nach dem Verstärken der Rumpfröhre von innen mit 400er CFK Uni wurden beide Teile „verheiratet“. Danach wurde, weil ich von der niedrigen Gewichtszunahme überrascht war auch noch die Rumpfröhre außen bis über den Schäftungsbereich zum Seitenleitwerk mit 90er CFK Biax verstärkt.

Somit war der Rumpf strukturell fertig. Die Gewichtszunahme zum Original war zwar um die 250g, aber dafür durfte ich ihm jetzt das Prädikat „Alpine Edition“ gegeben. Soll bedeuten, dass er (hoffentlich) auch gröbere Landungen aushält. Nebenbei ist bei dem Schriftzug das „e“ von Alpine kaum von einem „a“ zu unterscheiden und man könnte auch lesen „Alpina Edition“ . Die Runderanlenkung konnte strömungsgünstig innerhalb des Ruders verschwinden.

Höhenleitwerk

Das Höhenleitwerk wurde aus den bereits vorhandenen Energija V-Leitwerksformen gefertigt. Für die Spannweitenermittlung bin ich nach der bewährten „Pi-mal-Daumen“-Methode vorgegangen, indem ich einfach die projizierte V-Leitwerksfläche herangezogen habe.

Mit dieser HLW-Spannweiten-Info habe ich jeweils einen gekürzten rechten und linken Teil aus der Form gebaut und später final mit einem Verbinder verbunden. Der Aufbau ist klassisch mit 40er Carboweave – Rohacell – 25er GFK, CFK-Depron Holmsteg und Elasticflap. Im Bereich der Auflagefläche habe ich teilweise den Stützstoff ausgenommen und abgestuft bis zu 4 Lagen 40er Carboweave verwendet. Depronholmsteg mit CFK-Schlauch und Elasticflap wieder nach der bereits beim SLW-Aufbau erwähnten modifizierten „Arne-Methode“.

Um Platz für den CFK-Verbinder (4x7mm) der beiden HLW-Hälften zu schaffen, wurde das Depron aus dem Steg wieder herausgepullt.

Depronsteg vor dem "Herauspullen"


Nachdem die Teile auf die endgültige Spannweite abgeschnitten waren, habe ich den Hohlraum mit harzgetränktem Schaumstoff (ca. 2cm tief) aufgefüllt. Im Grunde hätte ich das auch schon beim Verschließen der Form machen können, ich wollte aber sichergehen, dass der Holmsteg nicht verrutscht.

Beim Zusammenkleben der beiden HLW-Hälften wurden neben dem Verbinder und einer Verbindung der Ruder, noch Sperrholzklötzchen für die Verschraubung eingearbeitet. Das Ganze dann auf einer ebenen Platte fixiert, um eine gerade Scharnierlinie auf der Oberseite sicherzustellen.

Beim Verheiraten der beiden Seiten habe ich übersehen, dass durch die größer als geplante Zurückpfeilung, die Ruderklappentiefe innen um ca. 3mm kürzer ausfällt und somit die Scharnierlinie noch weiter nach hinten in den Seitenruderbereich rutscht. Damit verbunden war es notwendig das Seitenruder oben - um Platz für den Anlenkhebel zu schaffen - ein Stück mehr als ursprünglich geplant zu kürzen.

Mit dieser Art der Anlenkung kann ich oben einfach ein L-Stück verwenden. Das kann, solange das Höhenleitwerk noch nicht fixiert ist, außerhalb der SLW-Seitenwände eingehängt werden. Später, wenn es dann fixiert ist und innerhalb dieser SLW-Seitenwände läuft, kann es nicht mehr aushängen. Somit gibt es kein Herumgefummel mit dem Schraubenzieher beim Ein-/Aushängen eines Gabelkopfs.

Das waren die m. E. interessantesten Infos zu dem Projekt. Im nächsten und letzten Teil gehe ich dann noch auf ein paar kleinere Details ein. Aber vorher ist jetzt Hangflug-Kurzurlaub angesagt.

Grüße,
Christian

 

[christianh]

Jetzt hatte ich doch früher die Muße und die Zeit für den abschließenden Teil mit ein paar Infos rund um das Projekt...



Verbinder

Hier kam wieder der 3D-Drucker für mein bewährtes Konzept einer Verbinderform zum Einsatz. Siebdruckplatte + 40x40 Stahlprofil für die Seitenwände. Die Formteile wurden mit dem 3D Drucker erstellt und können, z.B. für eine andere V-Form, getauscht werden.

Die Verbindertaschen in den Flächen sind (F3F üblich) konisch um die maximale Bauhöhe auszunützen. Daher muss auch der Verbinder an die Rumpfbreite angepasst werden, sodass der herausstehende sich verjüngende Teile genau in die Verbindertaschen passt. Die Verjüngung ist durch die Formen für die Ober- und Unterseite gegeben. Mit einer Zwischenlage zwischen Druckplatte und Druckteil kann ich die Höhe beeinflussen und so die Position, an der der Verbinder die geforderte Höhe für die Verbindertaschen hat. So können unterschiedliche Rumpfbreiten abgedeckt werden.

Wichtig: Stehend drucken um die Stufen durch die Zeilenvorschübe zu vermeiden.

Flächen

Die waren von der Original Energija vorhanden und konnten somit direkt verwendet werden.



Diverses

Die original Alpina Kabinenhaube birgt, weil sie sehr flexibel ist, ein Sicherheitsrisiko, dass nämlich der enganliegende Propeller, beim Anlaufen sich unter die Haube schieben und sich so verklemmen könnte. Dies habe wurde so behoben, dass ich einerseits die Haube, durch Erwärmen, in der Breite gestaucht habe und das dann mit einem CFK Band (quer) noch versteift habe. Jetzt umfasst sie den Rumpf-Haubenrand richtig fest und der Propeller kann nicht mehr einfädeln.

Der Spinner wurde, um möglichst harmonisch in die Rumpfkontur überzugehen, auf Basis eines Reisenauer Mittelteils im CAD entworfen und 3D gedruckt. Für Interessenten hänge ich die Fusion Quelldatei an. Die kann dann selbst für unterschiedliche Formen und Mitnehmer angepasst werden.

Die Elektronik ist „Unterputz“ verbaut. D.h. Regler, Unisens, Empfänger und Seitenruderservo sind unterhalb des herausnehmbaren Akkubretts.

Für Hänge, an denen kein Antrieb erlaubt ist, werde ich noch eine passende Nase zum Austausch gegen den Spinner/Propeller machen. Ein Flitschenhaken ist ja eh schon eingebaut. Wer genau schaut, erkennt in den obigen Bildern die integrierte Flitschenhaken Aufbewahrung?


Übrigens: Der Kollege, von dem ich den Rumpf habe (Danke Anthony), hat die Alpina Tragflächen weiterverwendet und drum herum eine eigene Rumpfform gemacht. Ein sehr futuristisch anmutendes Layout, welches auch schon seinen erfolgreichen Erstflug hinter sich hat.

Anthonys' Eigenkonstruktion basierend auf dem Alpina-Spenderteilen. Ich habe den Rumpf, er die Flächen weiterverwendet



3D-Druck Einstellungen

Ich bin jetzt nicht der Drucker Profi, aber diese Einstellungen habe für mich gut gepasst.

• Slicer: Cura
• Material: PLA (Extrudr PLA NX2)
• Layer Höhe: 0,15mm
• Infill: 25% (Tri-Hexagon)
• Wandstärke: 0,8mm
• Heizbettanbindung: Brim (hilft gegen Warping)

Nebenbei noch die technischen Daten

• Spannweite: 2,9 m
• Flügelfläche: 58 dm
• Abfluggewicht mit 4000 3S Akku: 3,5kg – 4,3kg (inkl. Ballast)
• Flächenbelastung: 60g/dm2 – 74g/dm2
• Antrieb: Kontronik Fun 480/33 mit Getriebe und GM 15x8 Schraube (bringt ca. 780 Watt bei 70A)

Fusion 360 Projektdateien

Falls sich jemand in Fusion beschäftigen möchte, habe ich die Projektdateien für das Seitenleitwerk und den Spinner zur freien Verwendung angehängt. Damit kann man über den Konstruktionsverlauf meine Vorgehensweise nachzuvollziehen.

Ich komme zwar aus der Softwareentwickler Ecke, bin also mit dem Computer auf Du-und-Du, aber im CAD-Bereich leider nur Autodidakt. Bitte also um Nachsicht, falls da Dinge umständlich gelöst worden sind.

Da die Fusion Dateiendung „f3d“ hier nicht erlaubt ist, habe ich dem Namen noch ein „.txt“ angehängt. Einfach diese Endung nach dem Download wieder entfernen!

Fazit

Der hauptsächliche Beweggrund war, herauszufinden, ob man mithilfe des 3D-Druckers schnell zu einer Prototypen-Form kommt. Das hat sich auf jedem Fall bewahrheitet! Nebenbei und auch nicht unwesentlich bin ich auch mit den Flugleistungen und dem Flugbild mehr als nur zufrieden.

Daher steht jetzt schon fest, dass ich in der nächsten Bauperiode einen vollständigen Rumpf so designen werde. Eventuell um ein JETEC E-70 herum .

Ich hoffe, ich konnte euch mit dem Bericht vielleicht etwas Neues vermitteln oder zumindest unterhalten. Vielleicht trifft man sich irgendwo am Hang...

Grüße,
Christian