Ruderhebel

Aus der Berechnung der Rudermomente am V-Leitwerk ergeben sich für den Ruderhebel in etwa folgende Eckwerte: Durchmesser D = 2 mm, gestreckte Länge l ca. 50 mm. Die spezifische Dichte von CFK liegt bei ca ρ_CFK = 1.78 g/cm³, diejenige von Stahl bei ρ_Stahl = 7.8 g/cm³, also 6 mal mehr.

(1) V = D² * π / 4 * l; Volumen eines Ruderhebels

V = 160 mm³

(2) m = V * ρ; die Masse der zwei Ruderhebel ist also je nach verwendeten

Material:

m_CFK = 0.56g

m_Stahl = 1.22g

Betrachtet man nun dieses Gewicht als vermeintliches Trimmblei so entspricht dies bei den aktuellen Hebelverhältnissen aus der geometrischen Auslegung von Luzi 2 l₁ = 300 mm zu l₂ = 680 mm lediglich 5.6 g Trimmblei bei der Stahlausführung im Vergleich zu den 1.26 g bei der CFK-Ausführung. Daher kann mit bestimmter Sicherheit gesagt werden, dass der Aufwand aus dieser Perspektive nicht betrieben werden muss.

Auslegung des Ruderhebels im CAD

Aufgrund einer hübschen Ausführung beim Projekt Spline habe ich mir die Mühe gemacht, den Ruderhebel im CAD zu modellieren Eine interessante Übung unter der Berücksichtigung des anzustrebenden Herstellungsverfahrens. Hier orientiere ich voll an dem vorgestellten Verfahren beim Spline, bei dem getränkte Kohlerovings in die Form eingelegt werden und anschliessend die Form mit Matrix-Material gefüllt wird.

Die berechneten Kräfte werden durch die zylindrische Struktur übertragen. Hier sind entsprechend die CFK-Verstärkungen mittels Rovings realisiert, während die Anschlagposition für die Kugel des Kugelkopfes keine Verstärkungsfaser benötigt.

Die Abflachung in der Rurderklappe wurde entsprechend der ausgelegten Klappengeometrie realisiert und berücksichtigt den gleichen Querschnitt am Ende, wie im zylindrischen Bereich. Damit ist eine optimale Krafteinleitung in die Klappe möglich.

Der Vorteil dieses Ansatzes sehe ich in der Reproduzierbarkeit der Dimension bzw. in der Präzision der Ausführung. Klar definierte Biegewinkel und eine vorgegebene Anschlagposition der Kugel versprechen hier Vorteile gegenüber den herkömmlichen Biegeübungen mit dem nachträglichen verlöten der Kugel. Ebenso ist eine kraftschlüssige Verbindung des Ruderhebels in der Ruderklappe bei einer Materialkombination CFK-CFK sicherlich besser als bei einem Stahlhebel.

Der Ruderhebel liegt als PDF zur besseren Visualisierung vor.

Weiter sehe ich den Vorteil der "In-Mould"-Befestigung des Hebels während der Herstellung des V-Leitwerks. Dazu können die Dimensionen bereits in der Werkzeugherstellung des Leitwerks berücksichtigt werden. So kann der Ruderhebel bereits während der Herstellung der Leitwerke sauber Positioniert und verklebt werden. (Natürlich geht dies auch in der Stahl-Ausführung :-)

Warum also ist nun der Aufwand gerechtfertigt?

Die Erkenntnis, dass die V-Leitwerke von F3X-Modellen zwischen 100... 115° betragen und aus der Berechnung der Rudermomente hat sich ergeben, dass die sinnvolle Ruderhebellänge zwischen 6 .. 9 mm liegt, ergibt nun einen universellen Einsatz. Ob das nun rückblickend einen Fokus betrifft, der abgeknickte Messingröhrchen verwendet oder bei einem FS3 bei dem die Anlenkung auch selber gebogen werden muss, zeigt den Bedarf an Standard-Ruderhebeln für V-Leitwerksanlenkungen. Leider hat sich noch kein Anbieter dieser Aufgabe angenommen, da jeder die Vorstellung hat, individuelle Anlenkung zu benötigen. Was aber, wie aus den Berechnungen gezeigt wurde, nicht der Fall ist.

Fazit

Die Gewichtsvorteile verlangen nicht nach einer spezifischen CFK-Ruderhebeln. Eine standardisierte Lösung bietet aber auch für Nachfolgeprojekte und käufliche Modelle eine willkommene Verbesserung, welche den Aufwand unter Berücksichtigung des Erfahrungsaufbaus positiv bewerten lässt :-)