Haupt- und Heckrotorblätter

in Holz, GFK und CFK

...für Paddel- und FBL

RC-Helikopter Rotorblätter auf heli-planet.com
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Im Fokus: Sicherheit

Funkferngesteuerte Modellhubschrauber sind kein Spielzeug. Das hat seine Gründe!

Die Haupt- und Heckrotorblätter erreichen hohe Drehzahlen und stellen dadurch ein nicht zu unterschätzendes Gefahrenpotential für Piloten und Zuschauer dar. Ein Hauptrotorblatt erreicht leicht Umfangsgeschwindigkeiten von 400km/h und mehr. Die folgenden Regeln sollten daher immer beherzigt werden:

  • Halte immer genügend Sicherheitsabstand zum drehenden Rotor
      Faustregel: Mindestabstand (Pilot - Heli) = Hauptrotordurchmesser x 5
  • Achte besonders auf Kinder und Haustiere in der Nähe
  • Niemals Gegenstände in den drehenden Rotor werfen
  • Rotorblätter immer unterhalb der vom Hersteller vorgegebenen Höchstdrehzahl betreiben
  • Rotorblätter immer in korrekter Drehrichtung montieren
  • Beschädigte Blätter nicht mehr verwenden und NICHT reparieren
  • Rotorblätter niemals längere Zeit erhöhten Temperaturen und Sonneneinstrahlung aussetzen
  • Niemals an Rotorblättern herumbasteln, bohren, sägen, schrauben, kleben und dergleichen (auch Vorsicht beim Lackieren von Blättern)
  • Immer die originalen Anschlusshülsen verwenden
  • Niemals Teile wie LEDs oder dergleichen selbst an den Rotorblättern anbringen
  • Nur die originalen Schaftschrauben, Muttern, Unterlegscheiben verwenden
  • Bereits vom Hersteller dynamisch gewuchtete Rotorblätter niemals nachwuchten (alle hochwertigen Blätter sind bereits fertig gewuchtet!)

Genereller Aufbau von Rotorblättern

Im Bild: Die Anschlusshülse zur Befestigung des Blattes im Blatthalter sitzt in einer Bohrung in der Blattwurzel und besteht in der Regel aus Messing. Ein Blatt darf niemals ohne diese Hülse eingebaut werden.

Die Befestigungsschraube des Rotorblattes darf in der Hülse kein merkliches Spiel haben. Gleiches gilt für den Sitz der Blattwurzel im Blatthalter.

Beim Kauf der Blätter muss auf die Dicke der Blattwurzel geachtet werden. Die Blattwurzeldicken sind für die verschiedenen Heli- Klassen gestaffelt ausgeführt, aber nicht alle Hersteller handhaben das einheitlich. Bei dünneren Blattwurzeln wird der Spalt zwischen dem Blatt und dem Blatthalter mit zwei (oben und unten) genau passenden großen Unterlegscheiben aus Aluminium oder Kunststoff ausgeglichen. Niemals jedoch darf man selbst an der Blattwurzel herumschleifen um dessen Dicke zu verringern. Idealerweise kauft man Blätter mit passender Blattwurzeldicke.

Die Rotorblätter dürfen niemals zu fest angeschraubt werden. Das Blatt soll sich gerade noch von Hand im Blatthalter hin und her bewegen lassen. Die Halteschraube muss jedoch mindestens so fest angezogen werden, dass das Rotorblatt beim Anlaufen des Rotors nicht nach hinten klappt. Das wird gerade dann zum Problem, wenn der Sanftanlauf des Motors zu wünschen übrig lässt. Für den Sanftanlauf ist aber weniger der Motor, sondern vielmehr der Flugregler verantwortlich. Vor dem Start des Antriebes müssen die Blätter auf jeden Fall in ihrer Position ausgerichtet werden. Das geht am besten durch gleichzeitiges entgegengesetztes starkes Ziehen an beiden Blattenden (geht natürlich nur bei Zweiblattköpfen).


Rotorblatt Materialien

Rotorblätter für Modellhelikopter können aus verschiedenen Materialien bestehen. Während für kleinere Helis durchaus noch Rotorblätter aus Holz auf dem Markt angeboten werden, überwiegen bei den Angeboten für die größeren Modellhelikopter die Materialien GFK (Glasfaserverstärkter Kunststoff) und CFK (Kohlefaserverstärkter Kunststoff).

Holzrotorblätter

In früheren Zeiten, als hochentwickelte Materialien wie CFK und GFK für den Modellbauer noch unbezahlbar, bzw. nicht verfügbar waren, flog man mit Rotorblättern aus Holz. Findige Modellbauer schufen aus Holz passende Rotorblätter für ihre Modellhelis, denn Blätter aus Leichtmetall waren damals ebenfalls schlecht verfügbar bzw. noch sehr teuer.

Heute haben Holzrotorblätter keine Vorteile mehr. Die Nachteile des Materials Holz überwiegen bei einem Rotorblatt ganz klar. Holzrotorblätter sind nach wie vor auf dem Markt erhältlich.

Auch bei Rotorblättern aus Holz gibt es Qualitäts- Unterschiede. Das liegt am Material selbst, dessen Verarbeitung und der sonstigen Beschaffenheit und Ausstattung der Blätter. Bei der Fertigung wird die endgültige Blattform meist aus geleimtem Holz herausgefräst. Zumindest an den Blattwurzeln sind in der Regel Verstärkungen aus Metall eingearbeitet, die die Zugkräfte in der Blattwurzel verteilen und ein Herausreißen der Anschlusshülse verhindern sollen.

Holzblätter sind entweder wasserfest lackiert, kunststoffbeschichtet oder mit Klebefolie ummantelt. Das ist wichtig, um die Aufnahme von Wasser aus der Umgebung zu verhindern bzw. zu minimieren.

Holz ist ein natürlich gewachsener Rohstoff, der keine homogene Struktur aufweist wie die Kunststoffe. Die Blätter können sich bei Aufnahme von Feuchtigkeit verziehen und ihr Gewicht verändern. Durch unterschiedliche Feuchtigkeitsaufnahme können zwei bereits zueinander passende und gewuchtete Blätter unwuchtig werden. Auch die Umgebungstemperatur hat einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf das Holz. An Holzrotorblättern treten daher häufiger Unwuchten auf.

Holzrotorblätter werden oftmals für Anfänger empfohlen. Gerade Anfängern fehlt jedoch sehr oft das nötige Wissen im Umgang mit diesen Blättern aus Holz.

Meine Empfehlung spricht daher eindeutig gegen Holzrotorblätter.

GFK- Rotorblätter

GFK- Rotorblätter sind Kunststoff- Rotorblätter aus GlasFaser- verstärktem Kunststoff - einem sogenannten Faserverbundwerkstoff. Das ist in der Regel ein Kunststoff/ Kunstharz, das mit Glasfasergewebe verstärkt wurde. Dieses Material wird auch als Fiberglas bezeichnet.

GFK- Rotorblätter zeichnen sich durch hohe Festigkeiten aus. GFK Rotorblätter werden in Halbschalen- Sandwichbauweise hergestellt. Dabei kommen im Inneren des Blattes verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften zum Einsatz.

Eigentlich besteht nur die aus zwei Halbschalen zusammengesetzte äußere Hülle des Blattes aus GFK. Im Inneren des Blattes kommen Materialien wie Kunststoff, Styrodur, Holz und Metall wie z. Bsp. Aluminium und Blei zum Einsatz. Durch den kombinierten Einsatz dieser unterschiedlichen Materialien wird die Steifigkeit des Blattes verbessert, sowie der Blattschwerpunkt optimiert. Das ist notwendig um das Schlagverhalten der Blätter positiv zu beeinflussen, den Blattvorlauf abzustimmen, sowie besonders beanspruchte Blattpartien zu verstärken.

GFK Blätter sind wasserfest, in der Regel wesentlich stabiler, steifer, bruchfester und somit für höhere Rotordrehzahlen geeignet als Holzrotorblätter.

CFK- Rotorblätter

Für CFK (Carbon Fiber Kunststoff)- Rotorblätter gilt sinngemäß das gleiche wie für die GFK Rotorblätter, nur dass ihre Außenhülle nicht aus glasfaser- sondern kohlefaser- bzw. (c)karbonfaserverstärktem Kunststoff besteht.

Kohlefaser, ist jedoch um einiges teurer ist als Glasfaser. CFK ist im Vergleich zu GFK jedoch nochmals deutlich fester bei gleichem Gewicht. Das ermöglicht noch leichtere Blätter, die noch höher belastet werden können. Außerdem verfügt es über eine sehr lebhafte Oberflächenoptik (Sichtcarbon). Neben den Kohlefasern, gibt es noch Kevlar- und Aramidfasern. Diese sind jedoch so sündhaft teuer, dass sie im Modellbaubereich bisher keine bzw. kaum Anwendung finden.

Metall- Rotorblätter

Bei Metall- Rotorblättern kommt vorwiegend das Metall Aluminium zum Einsatz. Es gibt sowohl Metallblätter die aus massivem Metall bestehen (sehr selten), als auch Blätter bei denen ähnlich den CFK- und GFK- Blättern nur die äußere Hülle aus Metall besteht.

Neben einigen wenigen Vorteilen gegenüber den faserverstärkten Kunststoffblättern sind Metallblätter in einem wesentlichen Punkt unterlegen - der Neigung zur Materialermüdung. Durch die ständige hohe Belastung und Verformung während des Einsatzes kann es ohne äußerlich sichtbare Vorzeichen zu Materialermüdungsbrüchen kommen. Das ist auch ein Grund, warum Metallblätter immer weniger in der bemannten Helifliegerei eingesetzt werden.

Empfehlung

Die Empfehlung ist eindeutig für die CFK- und GFK- Blätter auszusprechen.

Diese Blätter werden von namhaften Herstellern nicht als Einzelblätter, sondern als Set angeboten. In diesen Sets sind gewichtsmäßig zueinander passende, fertig gewuchtete Blätter enthalten.

Es gibt heute serienmäßig sowohl Sets für Zweiblatt-, als auch für Mehrblattköpfe bis zu 7 Blättern.


Lagerung der Rotorblätter

Rotorblätter, egal welcher Bauart lagert man am besten frei hängend. Dabei wird ein Draht oder ähnliches so durch die Blattbohrung geführt, dass das Blatt spannungsfrei daran hängen kann.


Dynamisch gewuchtete Rotorblätter

Fast jeder hat wohl schon einmal gesehen, wie bei einem Autorad, nach dem Aufziehen von neuen Reifen, diese auf einem Wuchtprüfstand ausgewuchtet werden. An definierten Stellen werden Wuchtgewichte angebracht, die Masse- Unterschiede im Umlauf bei hoher Drehzahl ausgleichen und so für einen vibrationsfreien Lauf der Räder sorgen.

Einer ähnlichen Prozedur werden Rotorblätter unterzogen. Da jedoch Rotorblätter immer als Paar oder sogar als Drei- Vier- und Fünfblatt- Set an einem Rotorkopf eingesetzt werden, müssen hier stets alle Blätter eines Sets zueinander passen. Passt auch nur ein einziges Blatt eines Mehrblattsystems nicht zu den anderen Blättern, so gerät das gesamte Rotorblattsystem außer Balance. Vibrationen, Unwuchten und andere Nachteile sind dann vorprogrammiert.

Die Blätter werden zunächst in Serie produziert. Die Dimensionen der Blätter sind danach schon identisch. Dann werden die Blätter ausgewogen und sortiert. Die Blätter, die schon vom Gewicht her sehr gut zueinander passen, werden als ein Set zusammengelegt. Dann erfolgt der wohl wichtigste Schritt der Nachbearbeitung der Rotorblätter, der auch die nicht gewuchteten Billigrotorblätter maßgeblich von den qualitativ hochwertigen Blättern unterscheidet. Das gesamte Set wird zusammen im Wuchtprüfstand gewuchtet, und zwar dynamisch! Das bedeutet, dass die Blätter im Prüfstand bei Betriebsdrehzahl vermessen werden. Eine komplexe elektronische Recheneinheit gibt dann genau vor, an welcher Stelle in einem Blatt ein entsprechendes Wuchtgewicht eingebracht werden muss. Auf der Unterseite der Blätter wird dann an genau vorgegebener Stelle ein Loch gebohrt und ein genau definiertes Wuchtgewicht eingelassen und dort verklebt. Das Loch wird sicher wieder verschlossen. Das Ergebnis ist ein Set zueinander passender Rotorblätter, die ohne weiteres sofort eingesetzt werden können.

Nachwuchten ist nicht mehr erforderlich, sollte sogar dringend unterlassen werden - auch wenn die heimische Blattwaage etwas anderes sagt, und unterschiedliche Gewichte der Blätter anzeigt. Solche hochwertigen Blätter, für die man ein paar Euro mehr bezahlen muss, baut man an und fliegt damit los. Auch der Spurlauf, richtig justierte Mechanik natürlich vorausgesetzt, funktioniert von Anfang an einwandfrei. Oft haben solche Blattpaare bzw. -sets eine eindeutige eingeprägte oder gravierte Seriennummer, die auf allen Blättern eines Satzes gleich ist.


Rotorblattprofile, Eigenschaften und Aerodynamik

Das Grundwissen über die Aerodynamik am Rotorblatt, sowie einen grundlegenden Einblick in die Geometrie von Rotorblättern findest Du im Kapitel "Aerodynamik".

Fast jeder Modellheli- Pilot hat so seine persönlichen Vorlieben bezüglich der Rotorblatt- Type, aber die wenigsten wissen wirklich etwas über das Verhalten der Rotorblätter während des Fluges. Es wird eben das geflogen, was gerade "in" ist.

Oftmals sind jedoch gerade die Rotorblätter der Grund für ein nicht korrektes Steuerverhalten des Modells.

Blattvorlauf / Blattnachlauf

Im Blatthalter können die Blätter, fixiert nur durch eine Schraube, frei schwenken. Hängt man ein Rotorblatt mit dem Bohrloch an der Blattwurzel an einen Nagel in der Wand, dann richtet es sich natürlich der Schwerkraft folgend senkrecht nach unten aus. Ähnlich ist das im Flug, wo das Blatt der Fliehkraft folgt und sich nach außen ausrichtet.
Verschiedene Faktoren haben während des Fluges jedoch Einfluss auf die Position der Rotorblätter relativ zur Blatthalterachse. Da wären zunächst der Strömungs- bzw. der Luftwiderstand dem das Blatt aufgrund seiner hohen Umlaufgeschwindigkeit ausgesetzt ist. Der Strömungswiderstand bremst das Blatt und hat somit eine Auswirkung auf die Ausrichtung des Blattes je nach Stärke des Strömungswiderstandes.
Des Weiteren hat der Sitz des Blattschwerpunktes, die Blattsteifigkeit und das Blattgewicht ebenfalls Einfluss auf den Vorlaufwinkel (Nachlaufwinkel) des Rotorblattes. Um den Blattschwerpunkt und damit den Blattlauf zu beeinflussen, wird unter anderem Blei als Gewichtskomponente in die Vorderseite der Blätter (letztes Drittel vor der Blattspitze) eingebaut. Das verlagert den Schwerpunkt des Blattes weiter auf die Vorderseite des Blattes und wirkt damit einem zu starken Blattvorlauf entgegen.
Gerade bei FBL Rotorköpfen ist ein minimaler Blattvorlauf/ -nachlauf erforderlich, da die aus dem Blattvorlauf/ Nachlauf resultierenden Kräfte ( Schlagbewegung ) direkt auf die Servos zurückwirken und nicht wie bei einem Paddelheli zunächst auf die Paddelebene und lediglich indirekt und gedämpft auf die Servos.
Der Blattvorlauf liegt im Millimeterbereich.

Von Blattvorlauf spricht man, wenn die Blattspitze der theoretischen Geraden durch die Blatthalterachse in Drehrichtung vorauseilt.
Blatt voreilend
Von Blattnachlauf spricht man hingegen, wenn das Blatt der theoretischen Geraden durch die Blatthalterachse in Drehrichtung nacheilt.
Blatt nacheilend

Ein zu starker Blattvorlauf/ Nachlauf hat zur Folge, dass die zyklischen Steuerbefehle zeitversetzt in der Rotorkreisebene zur Wirkung kommen und der Pilot dann dadurch Probleme hat, den Heli im schnellen Flug exakt geradeaus zu steuern bzw. in der Flugbahn (Ebene) zu halten.

Nulldurchgang/ Nulldurchlauf

Als Nulldurchlauf eines Rotorblattes bezeichnet man genau den Punkt des Wechsels zwischen positivem und negativem Anstellwinkel. Besitzen Rotorblätter keinen exakten Nulldurchgang, dann entwickeln diese Rotorblätter eine Eigendynamik, die sich in der Form äußert, dass der Helikopter dadurch nicht feinfühlig zu steuern ist. Solche Rotorblätter werden auch als "dominante Rotorblätter" bezeichnet, da sie die auf das Blatt wirkenden aerodynamischen Kräfte verstärken. Der Nulldurchgang wird maßgeblich von der Steifigkeit der Blätter und dem Schwerpunkt sowie dem Vorlauf-/ Nachlaufwinkel beeinflusst.

Eigenheiten von dominanten Blättern

Ein dominantes Blatt kann sich merklich auf den kollektiven Pitchwinkel auswirken. In der Praxis bedeutet das, dass ein solches Blatt den kollektiven Pitchwinkel verstärkt. Je höher die Drehzahl - umso höher wird dabei auch der Pitchwinkel, bei gleicher Stellung des Pitch- Steuerknüppels. Das gilt sowohl für positiv als auch negativ Pitch.

Dominante Blätter besitzen auch die Unart, sich um den neutralen Pitchbereich herum (um 0°) "selbständig zu machen". Das geschieht, da beim Verstellen des Pitchwinkels aerodynamische Kräfte das dominante Blatt daran hindern, sauber durch den Nullpunkt zu laufen. Das Blatt geht nicht gleichmäßig durch den Nullpunkt, sondern schlägt an einem Punkt plötzlich um. In der Praxis äußert sich das manchmal auch darin, dass der Heli nicht sauber auf Höhe gehalten werden kann. Auch zyklische Steuereingaben für Roll (Aileron) und Nick (Elevator) werden von einem solchen Blatt nicht genau umgesetzt. Die Folge ist unsauberes Reagieren des Heli auf die Steuerbefehle. Feinfühliges Steuern ist schlecht möglich - gibt man dann stärkere Befehle, so reagiert der Heli über.


Rotorblattbelastungen

Rotorblätter sind enormen Belastungen ausgesetzt. Bei einem durchschnittlichen Rotorblatt eines 600er Helis wirkt bei einer Drehzahl von nur 1850 U/min eine Fliehkraft von etwa 160kg! Die Blattspitzen bewegen sich dabei mit etwa 470km/h! Kannst Du Dir vorstellen was passiert, wenn den Blättern da etwas in die Quere kommt, oder wie weit ein Blatt davonschießen könnte, wenn es sich plötzlich lösen würde?!

Mit unserem Rotorblatt Umfangsgeschwindigkeit, Kreisflächenbelastung berechnen kannst Du leicht herausfinden, welche Belastungen die Rotorblätter an Deinem Helikopter aushalten müssen.