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Luftschiffe selber bauen

08.09.2016 | 11:00 Uhr |

Luftschiffe – oder Zeppeline – faszinieren auch heute noch, wenn sie geräuschlos am Himmel vorbeiziehen. Die ruhige Fahrweise macht kleine Modelle auch gut geeignet für den Einsatz für Luftbildaufnahmen in Bereichen, wo es ruhig bleiben soll. Ein Luftschiff lässt sich aber auch selber bauen.

Vor ein paar Jahren hat sich eine Gruppe Studenten zum Projekt Windreiter zusammengeschlossen, um sich mit Planung, Bau und Betrieb innovativer Luftschiffe zu beschäftigen. Wir haben Drachen und Ballons zum Fotografieren steigen lassen und mit verschiedenen Trägersystemen wie autonomen Modellflugzeugen, Multicoptern und Luftschiffen gearbeitet.

Luftschiffe als schwebende Stative haben uns sehr schnell für den Einsatz in Innenräumen überzeugt. Wir haben mehrere Prototypen gebaut und viele Tests durchgeführt und haben jetzt mit dem MK 8 Goliath auch ein Modell, das leistungsfähige Kameras tragen kann. Der Goliath kann über eine Stunde in der Luft bleiben und schwebt während dynamischer Kamerafahrten ruhiger als eine Steadycam.

Der MK 8 Goliath kann eine Kamera tragen und eignet sich vor allem für Innenraum-Aufnahmen
Vergrößern Der MK 8 Goliath kann eine Kamera tragen und eignet sich vor allem für Innenraum-Aufnahmen
© Wähmer/Burkart

„Luftschiffe sind gewaltige langsame Himmelskreuzer, die gerne mal explodieren und eigentlich ins letzte Jahrtausend gehören.“ Das hören wir immer wieder, wenn wir mit unseren Modellen unterwegs sind. Die Gegenwart sieht aber anders aus: Moderne Materialien und neueste Elektronik haben die Größe von leistungsfähigen Luftschiffen extrem heruntergesetzt. Langsam, beschwerlich und gefährlich sind Luftschiffe wenigstens im Modellbau schon lange nicht mehr.

Etwas Theorie

Um einen Aerostaten, im einfachsten Fall einen Ballon, zum Fliegen zu bringen, muss er ein Volumen von Traggas umhüllen. Der Auftrieb, den dieses Traggas (Helium) durch Verdrängung der schwereren Luft erzeugt, muss größer sein als das Gewicht des Ballons.

Lesetipp: Drohnen-Luftschiffe als fliegende Werbung

Wenn man den Radius dieser Kugel verdoppelt, wächst die Oberfläche quadratisch, das Volumen aber sogar kubisch. Je größer also der Ballon ist, desto besser ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Je günstiger dieses Verhältnis wird, desto weniger Gewicht muss für die Hülle verschwendet werden und es bleibt mehr Tragkraft für Motoren oder Fracht.

Das hat schon Graf Zeppelin Anfang des 19. Jahrhunderts erkannt und mit dem Bau riesenhafter Schiffe begonnen. Manchmal kommt es eben doch auf die Größe an…

Der Trick ist, dass heute Hüllen für Modell-Luftschiffe weniger als 20 g/m² wiegen, während vor hundert Jahren 200 g/m² noch ein guter Wert war. Das macht den Bau von kleinsten Modellen möglich, die tatsächlich flugfähig sind.

Ein Luftschiff selber bauen

Im Bastelkeller steht ein 3 Meter langes filigranes Gerippe aus Balsaholz. Doppelt verleimte, zuvor mit Wasser und Hitze in Form gebrachte 1 mm starke Balsaholzleisten habe ich in tagelanger Arbeit zur Trägerstruktur eines Zeppelins geformt. 140 Meter Balsaholzleisten sind verbaut, und doch wiegt das Gerippe insgesamt kaum 76 Gramm, bevor es mit hauchdünnem Papier bespannt wird.

Die hauchdünnen Balsaleisten des Luftschiffmodells wurden über eine Konstruktionsschablone aus MDF- Platten gelegt und dann mit Weißleim an den Kreuzungspunkten verklebt.
Vergrößern Die hauchdünnen Balsaleisten des Luftschiffmodells wurden über eine Konstruktionsschablone aus MDF- Platten gelegt und dann mit Weißleim an den Kreuzungspunkten verklebt.
© Wähmer/Burkart
Das fast fertig bespannte Gerüst des Luftschiffmodells in seiner ganzen Pracht. Noch fehlen die Gassäcke und die Motoren.
Vergrößern Das fast fertig bespannte Gerüst des Luftschiffmodells in seiner ganzen Pracht. Noch fehlen die Gassäcke und die Motoren.
© Wähmer/Burkart

Nächster Schritt, der Geduld und eine ruhige Hand erfordert: Eine ultradünne, silbern spiegelnde Folie muss gefaltet und faltenfrei über einen Tisch gespannt werden. Diese hochwertige Spezialfolie hat sich das Windreiter-Team extra herstellen lassen. Sie ist durch ihren mehrschichtigen Aufbau gleichzeitig reißfest und extrem gasdicht. Außerdem kann die Folie mit einem Bügeleisen stabil verschweißt werden, um aerodynamische Ballons genau nach Maß zu fertigen.

Beim korrekten Falten und Spannen der dünnen Spezialfolie muss mit größter Vorsicht gearbeitet werden. Ein Staubkorn oder eine Falte an der falschen Stelle gefährdet den dichten Abschluss der Schweißnaht.
Vergrößern Beim korrekten Falten und Spannen der dünnen Spezialfolie muss mit größter Vorsicht gearbeitet werden. Ein Staubkorn oder eine Falte an der falschen Stelle gefährdet den dichten Abschluss der Schweißnaht.
© Wähmer/Burkart

Wir fügen ein Ventil ein und fahren mit einem Bügeleisen (Stufe Baumwolle) unerträglich langsam die angezeichnete Linie ab - Anpressdruck, Geschwindigkeit und Hitze müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein, um am Ende eine dichte Hülle zu produzieren.

Etwas weniger schöne, aber ebenso gasdichte Hüllen können auch mit Rettungsdeckenfolie aus dem Autoverbandskasten hergestellt werden. Da man diese Folie nicht schweißen kann, muss man sie mit beidseitigem Klebeband verkleben.

Es gibt auch riesige Latex-Ballons, die über 300 Liter fassen und mit ihrer länglichen Form für den Bau von Luftschiffen durchaus geeignet sind.

„In airship design weights is god.“ Der Satz stammt vom Weight Manager, der an der Planung des gescheiterten Cargolifters beteiligt war. Was für dieses gigantische Schiff galt, gilt für kleine Modelle umso mehr. Ein Liter Traggas bewirkt über den Daumen gepeilt 1 Gramm Tragkraft. Es zählt also jedes einzelne Gramm. Glücklicherweise haben andere Bereiche des Modellbaus wie Saalflieger und Mini-Helikopter die Technik weit voran gebracht und vor allem leicht gemacht.

In Luftschiffen, die man für Rennen oder Regatten konstruiert, kommt eine beliebige Anzahl von Brushless-Motoren zum Einsatz, die von kleinen Lithium-Polymer-Batterien mit Energie versorgt werden. Da Luftschiffe von selbst schweben, benötigen sie nur für den Vortrieb Energie. Renn-Luftschiffe können daher mit einem kleinen Akku viel länger fliegen als man es von einem vergleichbaren Modellflugzeug erwarten würde.

Bei der Steuerung der Flugrichtung ist ein Luftschiff eine Mischung aus Flugzeug und Schiff. Im schnellen Vorwärtsflug werden die Leitwerke ausreichend angeströmt, um die angesteuerten Ruderflächen für die Lenkung zu nutzen. Wenn das Luftschiff jedoch langsam fliegt oder auf der Stelle steht, werden diese Ruder wirkungslos. Nun können schwenkbare Antriebe wie bei einem Hafenschlepper zum Einsatz kommen, um das Luftschiff auf den Zentimeter genau zu positionieren. Je nachdem, wie viele Motoren wo am Luftschiff angebracht sind, werden die absurdesten Manöver im dreidimensionalen Raum möglich.

Fakt ist: Völlig egal, wie dumm man sich dabei anstellt, das Luftschiff wird nie abstürzen, sondern höchstens sanft zu Boden gleiten.

Der Jungfernflug

Wir wollen unseren Zeppelin in einer leeren Sporthalle testen. Für den Transport unseres Luftschiffmodells haben wir extra eine riesige Holzkiste gebaut. Wenn der Zeppelin nicht mit Traggas befüllt ist, muss das filigrane Gerippe sein eigenes Gewicht, das der Bespannung und das der Gassäcke tragen. Es wird also vom Eigengewicht fast zerquetscht. Das ist auch der Grund, warum wir auf zusätzliches Gewicht von Farbe oder Spannlack in der knappen Gewichtsbilanz verzichtet haben und der Zeppelin so eher archaisch wirkt.

Das Luftschiffmodell bei der Befüllung. Durch Öffnungen in der Außenhülle sind die aluminiumbedampften Gassäcke zu sehen. Im Hintergrund liegt die riesige Transportkiste, deren Baukosten weit größer waren als die des Modells.
Vergrößern Das Luftschiffmodell bei der Befüllung. Durch Öffnungen in der Außenhülle sind die aluminiumbedampften Gassäcke zu sehen. Im Hintergrund liegt die riesige Transportkiste, deren Baukosten weit größer waren als die des Modells.
© Wähmer/Burkart

Aus einer großen Druckgasflasche füllen wir Helium ein und langsam hebt sich das Schiff und schwebt, nur gehalten von einigen Sicherungsleinen. Jetzt wird der Akku eingesetzt und das Schiff in der Horizontalen ausbalanciert. Die Ruder am Heck sind eigentlich viel zu groß für die Mikroservos, aber nötig, um in der langsamen Vorwärtsfahrt zu wirken.

Am Bug des Schiffs befinden sich zwei schwenkbare Motoren, die wir jetzt anlaufen lassen und dabei die Schwenkwinkel prüfen.

Leinen los, ein sanfter Schubs – und der Zeppelin geht aus der Schwebe in langsame Vorwärtsfahrt über. Bei halber Kraft schieben die Motoren das Luftschiff gemächlich auf einige Meter Flughöhe, und wir lassen es majestätisch einige Runden durch die windstille Sporthalle fahren. Dann wird das Brummen der kleinen Motoren am riesigen Resonanzkörper des Schiffs lauter und die Konstruktion fliegt elegante Manöver und lässt sich sogar stoppen oder rückwärts einparken.

Das Gefühl, einen gewaltigen Hauch von Nichts nach vielen Wochen Bastelarbeit wie einen vergnügten Wal durch die Luft schwimmen zu sehen, ist unvergleichlich - beruhigend und elektrisierend zugleich.

Mit dem Silent Runner im Wettbewerb

Ein anderes Projekt ist der Silent Runner, ein Open-Source-Luftschiff. Das Windreiter-Team hat es als einfach zu konstruierendes und zu fliegendes Luftschiff entwickelt und für den Nachbau vollständig dokumentiert 

Mit einem Silent Runner waren wir auch Teilnehmer einer Luftschiff-Regatta in Berlin. Hier hatte das Windreiter-Team dann auch einen Einsatz mit der mobilen Werkstatt: Einer der hauchdünnen Kupferlackdrähte war gebrochen und die Heckflosse des Renn-Luftschiffs reagierte nicht. Die Reparatur dauerte aber nur wenige Minuten, dann beschleunigte das Luftschiff blitzschnell auf volle Fahrt.

André aus dem Windreiter-Team mit dem Renn-Luftschiff Silent Runner.
Vergrößern André aus dem Windreiter-Team mit dem Renn-Luftschiff Silent Runner.
© Wähmer/Burkart

Wir steuerten das wendige Gefährt mit großen Heckrudern aus Depron für einige Trainingsrunden um die Pylone in der riesigen Halle – und konnten gerade noch eine Kollision mit einem anderen Luftschiff vermeiden. Der Atem ging dabei schneller, denn auch wenn die Hüllen der Renn-Luftschiffe recht stabil sind und Zusammenstöße gut vertragen, würde ein scharfer Propeller das hauchdünne Material sofort aufschlitzen.

Johannes Eißing, Flugzeubau-Ingenieur, Luftschiff-Experte und Initiator der Regatta: „Die Studenten wissen inzwischen mehr über Luftschiff-Flugphysik als die meisten ‘internationalen Spezialisten‘, mit denen ich zu tun habe. Es ist einfach eine Riesenfreude zu sehen, wie die Entwürfe immer schneller und manövrierbarer werden, und wie wir die Rundenzeiten seit 2004 zwei Mal halbieren konnten!“

Um Geschwindigkeit und Manövrierbarkeit verschiedener Luftschiffmodelle vergleichbar zu machen, gibt es eine Rennformel, die abhängig vom Volumen kleinere Schiffe begünstigt. Die Piloten steuern ihre Modelle dann um den Parcour und die nach der Formel korrigierte Zeit wird verglichen. In schneller Folge schwirren die merkwürdigsten Konstruktionen durch die Halle, sehr zur Begeisterung der zahlreichen Besucher.

Jüngst hat Johannes Eißing diese Klasse auch in das Regelwerk der FAI (Fédération Aéronautique Internationale) implementieren können – vielleicht gibt es daher bald einen ersten Weltmeister in der Modell-Luftschifffahrt.

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