Der Propeller am Modellflugzeug

Über kaum ein Bauteil am Modellflugzeug gibt es so viele Legenden und Halbwarheiten wie über den Propeller. Unser Artikel behandelt wichtigsten Auswahlkriterien und Eigenschaften von Luftschrauben. Er geht nicht auf tiefere Zusammenhänge in der Aerodynamik ein, dies muss mit Rücksicht auf den Umfang des Artikel und einem einfachen Verständnis anderen Publikationen von größerem Umfang überlassen werden.

Durchmesser u. Steigung

Luftschraube aus Holz an einem größeren Verbrenner-Modell

Neben dem Durchmesser der Wellenaufnahme sind die Größe der Luftschraube (Durchmesser) und ihre Steigung die beiden Angaben, die bei der Auswahl als erstes genannt werden. Doch was ist mit 8’x4.3′ oder gar 12×6 eigentlich gemeint? Die Abmessungen von Luftschrauben werden üblicherweise in Zoll angegeben eine Angabe in cm ist Selten, jedoch gelegentlich auch anzutreffen. Die Firma Grauper z.B. hat seit jeher Modellbauer mit den cm Angaben verwirrt und eine 12×6 Luftschraube als 30 x 15 bezeichnet. Die erste der beiden Zahlen gibt den Durchmesser des von den Blattspitzen der Luftschraube beschriebenen Kreises an. Eine 12×6 hat also gut 30 cm Durchmesser.

Etwas schwieriger wird es mit der 2. Zahl. Diese gibt den gedachten Weg an, den sich die Luftschraube bei einer vollen Umdrehung von 360° durch die Luft schraubt. Die Zahl ist also umso größer je steiler die Blätter des Propellers angestellt sind.

Neben diesen beiden Angaben gibt es noch weitere Parameter die die Eigenschaften einer Luftschraube beeinflussen. Neben der Blattlänge spielt natürlich auch die Tiefe des Blattprofils eine Rolle, die Blattform (spitz oder flach) und natürlich auch die Dicke und das Profil selbst. Diese Daten unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller und manche Hersteller haben sogar mehrere Serien mit unterschiedlichen Profilen im Sortiment.

Auch wenn 2 Blatt Luftschrauben im Modellbau immer noch Standard sind, so gibt es durchaus Gründe eine Luftschraube mit 3 oder noch mehr Blättern einzusetzen. Auch dies hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Propellers.

Material

Auch wenn Holz, manch einem als Material für moderne Luftschrauben als antiquiert erscheint, so hat das Material doch immer noch Vorteile. Da Propeller aus Holz ohne dass eine Form gebaut werden muss auf computergesteuerten Anlagen gefertigt werden, ist es möglich auch spezielle Bauformen in kleinen Stückzahlen wirtschaftlich zu fertigen. Nicht vergessen darf man auch, dass Holz ein nachwachsender ökologisch unbedenklicher Rohstoff ist, und eine sehr hohe Festigkeit hat. Gerade bei Scale Modellen ist die Optik natürlich auch ein entscheidendes Argument. Alles in allem sind Luftschrauben aus Holz, z.B. von Menz gerade bei größeren Modellen eine sehr gute Alternative zu faserverstärkten Kunststoffen.

Wenn es um die Massenfertigung einer hochwertigen Luftschaube geht, dann ist die Fertigung aus Kunststoff sehr preiswert. Einfache kleine Luftschrauben werden deshalb einfach aus Thermoplasten im Spritzgußverfahren hergestellt. Solche Luftschrauben sind allerdings für leistungsfähige Motoren in ihrer Festigkeit nicht ausreichend. Hier kommen bei einer ähnlichen Fertigungstechnik mit Glas- oder Kohlefasern verstärkte Kunststoffe zum Einsatz. Gerade für elektrisch angetriebene Modelle im Bereich 1,0 m ~ 1,7 m sind Luftschrauben aus Carbonfaser verstärktem Kunststoff z.B. von Aero-Naut eine sehr gute Wahl.

Eine Sonderstellung nehmen Propeller ein, die aus Kohlefasermatten die mit Eopxydharz getränkt sind in der Form laminiert werden. Solche Luftschrauben sind eine sehr leistungsfähige Alternative zu großen Holzluftschrauben. Allerdings ist das Fertigungsverfahren sehr aufwändig und man muss z.T. mit Preisen von ~ 50,- € pro Luftschraube rechnen.

Bauformen

4 Blatt Luftschraube

Wärend im Modellflugzeug in der Regel Propeller mit 2 Blättern eingesetzt werden, setzen sich in der Manntragenden Luftfahrt mehrblättrige Luftschrauben mehr und mehr durch. Auch im Modell gibt es Gründe die dazu führen, dass man über den einsatz eines Mehrblatt Propellers nachdenkt. Zum einen sind da die Scale Modelle, also Detailgetreue Nachbauten echter Flugzeuge, die natürlich auch bei der Auswahl der Luftschraube dem Original möglichst nahe kommen sollen. Gerade für Scale Modelle die einen Propeller mit 4 oder gar 5 Blättern erfordern, eignen sich die varioPROP Luftschrauben der Firma Ramoser sehr gut. Diese verfügen über eine verstellbare Steigung und können daher besonders gut an das Modell angepasst werden.

Ein weiterer Grund eine 3 Blatt, statt einer 2-Blatt Luftschraube einzusetzen kann sein, dass man eigentlich den Propeller vergrößern möchte, aber z.B. bei einem Delta nicht genug freien Raum für die Rotation hat, oder bei einem normalen Flächenmodell die Bodenfreiheit nicht für eine größere Luftschraube ausreicht. In solchen Fällen ist es möglich Statt einer großen 2 Blatt- eine kleinere 3-Blatt Luftschraube mit gleicher Steigung einzusetzen.

Eine ebenfalls häufig im Modellbau anzutreffende Form der Luftschraube ist die Klappluftschraube. Beim Stillstand des Motors legen sich ihre Blätter aerodynamisch günstig an den Rumpf an. Gerade bei Segelflugmodellen ist dies häufig anzutreffen. Aber auch beim Motorflugzeug kann es für Anfänger eine gute Idee sein, auf eine Klappluftschraube zu setzen. Ein Propellerblatt das wegklappt, kann bei einer nicht ganz geglückten Landung nicht so leicht abbrechen. Die Klappluftschraube schont also auch Modell und Portemonnaie des Piloten. Allerdings muss gerade bei Klappluftschrauben darauf geachtet werden, dass der Luftschraubendurchmesser nicht zu groß gewählt wird. Oft ist nämlich der Durchmesser der Nabe der Länge der Propellerblätter hizuzurechnen und auch die Steigung ändert sich mit wechselndem Nabendruchmesser. Leicht haben es allerdings die Käufer der Cam-Carb Klappluftschrauben von Aero-Naut. Hier ist der sich aus den jeweiligen Blättern ergebende Durchmesser und die Steigung der fertigen Luftschraube angegeben. Dies gilt freilich nur so lange das Standardmittelstück mit 42mm Durchmesser verwendet wird.

Drehzahl

Verchromter Spinner und Kunststoffluftschraube an einem Schaum-Modell

Die Drehzahl einer Luftschraube spielt in vielerlei Hinsicht eine Rolle. Als erstes und wichtigstes Kriterium muss immer sicher gestellt werden, dass die Luftschraube innerhalb Ihrer Spezifikation betrieben wird und die zulässige Maximaldrehzahl nicht überschritten wird. Auf die Luftschraube wirken neben den Axialen Antriebskräften gerade bei größeren Propellern, enorme Radiale Kräfte. Diese können bei nicht Beachtung der Drehzahlgrenze, zur plötzlichen Zerstörung der Luftschraube führen. Umherfliegende Propellerteile können dann ernsthafte Verletzungen verursachen.

Außerdem ist die Drehzahl einer Luftschraube in mehrerlei Hinsicht für den Wirkungsgrad des gesammten Antriebes eines Modells wichtig. Zum einen soll der Motor des Modells in einem Drehzahlbereich betrieben werden, der dem des günstigsten Wirkungsgrades so nahe wie möglich kommt. Zum Anderen soll die Luftschraube einen guten Wirkungsgrad in der Luft haben, ohne jedoch beim Start zu wenig Schub zur Verfügung zu stellen. Grundsätzlich ist es günstig, im Rahmen der Leistungsfähigkeit des Motors einen möglichst großen Propeller zu wählen. Die Steigung muss dabei so gewählt werden, dass der Motor bei der Geschwindigkeit, bei der die Leistung benötigt wird, im Bereich seiner besten Leistung läuft.

Welcher Propeller für welches Modell

Das alles hört sich kompliziert an, aber in der Praxis hilft ein wenig Probieren. Wenn man die Gesetzmäßigkeiten kennt, ist nach spätestens 2-3 Versuchen eine Luftschraube gefunden, die gut zum Modell passt.

• Die Anleitung bzw. das Datenblatt des Motors ist ein guter Ratgeber. Meist wird hier empfohlen welche Luftschrauben gut zum Motor passen.
• Für schnell fliegende Modelle passen die kleineren Luftschrauben mit der größeren Steigung. Solche Luftschrauben haben zwar einen niederigeren Standschub, entwickeln aber mit zunehmender Geschwindigkeit mehr Leistung. Für schnelle Modelle eignen sich auch Mehrblattluftschrauben sehr gut. Die Steigung ist beim Elektroantrieb oft mehr als halb so groß wie der Durchmesser.
• Für langsam fliegende Modelle die viel Schub benötigen, z.B. Schleppmaschinen, langsame Hochdecker aber auch durchaus Flugzeuge für den 3D Kunstflug brauchen große Luftschrauben mit eher geringer Steigung. Die Steigung ist beim Elektroantrieb maximal halb so groß wie der Durchmesser oder noch kleiner.
• Beim Elektroantrieb birgt zu viel Steigung und/oder ein zu großer Luftschraubendurchmesser zwar kurzfristig viel Leistung, birgt aber die Gefahr, den Motor zu zerstören. Bei Elektromodellen sollte man sich von klein nach groß herantasten.
• Beim Verbrennungsmotor kann eine zu groß gewählte Luftschraube den Motor „abwürgen“ er bringt dann nur wenig Leistung.

Sicherheit

Der rotierende Propeller eines Modellflugzeuges birgt eine hohe Verletungsgefahr, deshalb sollte man einige Sicherheitsregeln stets beachten.

• Einstellarbeiten am Modell die mit eingeschaltetem Antrieb durchgeführt werden stets mit demontierter Luftschraube durchführen.
• Die Stromversorgung für den Motor erst kurz vor dem Start herstellen und sofort nach der Landung trennen.
• Wenn es der Sender erlaubt, einen Motor-Aus Schalter programmieren.
• Im Gefahrenbereich vor und neben dem Modell haben Personen nichts zu suchen.
• Auf lose Gegenstände achten, sie können vom Luftstrom des Propellers erfasst und weggeschleudert werden.
• Bei Arbeiten am Modell Körperteile vom Bereich der Luftschraube fernhalten.

Werden die Sicherheitsregeln eingehalten, dann ist Modellflug ein sehr sicheres Hobby. Die Kraft einer von einem kleinen Elektromotr angetriebenen Luftschraube darf jedoch nie unterschätzt werden. Selbst der Propeller eines Parkflyers ist in der Lage einen Finger abzutrennen.