Im Frühjahr 2010 keimte erstmals unser Gedanke, einen 700er Elektrohubschrauber nach unseren eigenen Vorstellungen zu bauen. Hierzu führte uns die Tatsache, dass keine derzeit am Markt befindliche 700er Mechanik unseren Vorstellungen bezüglich Konstruktion, mechanische Belastbarkeit und Betriebsgeräusch entspricht. So reifte mehr und mehr der Wunsch, einen eigenen Hubschrauber zu bauen. Dabei gab es ein paar Fixpunkte, die wir unbedingt in einer neuen Konstruktion verwirklichen wollten: Zum einen sollte der Hubschrauber einen geräuscharmen und wartungsfreundlichen Heckriemenantrieb haben, zum anderen war auch ein Riemenantrieb in der ersten Antriebsstufe quasi „Pflicht“, um so eine wirkungsvolle thermische Entkopplung zwischen Antriebsmotor und Getriebe zu ermöglichen. Grundsätzlich ging es uns immer darum, bisherige Konstruktionslösungen kritisch zu hinterfragen und so Neues auszuprobieren, etwas was es bisher in dieser Form in keinem 3D Heli dieser Größe gab. Und so war schnell die Idee geboren, auch in der zweiten Antriebsstufe erstmalig einen Riemen zu verbauen.

Schon wenige Monate später war der Prototyp geboren, mit dem auch die ersten Erkenntnisse bezüglich unserer Konstruktion im Flugbetrieb gesammelt wurden. Im Laufe eines Testjahres versuchten wir die mechanische, technische, akustische und aerodynamische Auslegung unserer Hubschraubermechanik weiter zu verfeinern. Die wichtigsten Entwicklungsziele waren stets ein extrem ruhiges Laufgeräusch, die mechanische und thermische Robustheit bei höchsten Leistungsdurchsätzen, ein einfacher Aufbau und ein geringer Wartungsaufwand, das ganze kombiniert mit kompromisslosem Leichtbau. Dabei sollte der Banshee allen Ansprüchen eines modernen Piloten gerecht werden: In unseren Augen also ein schneller, aerodynamisch geformter und dennoch extrem kunstflugtauglicher Heli ohne Abstriche. "Form follows function" war hierbei durchweg der wichtigste Grundsatz unserer Überlegungen. Und so flossen alle Erfahrungen der ersten Monate in die Entwicklung der aktuellen Banshee-Version ein, die wir im Folgenden näher vorstellen möchten.

Allgemeines Konzept

Der Banshee ist für 5 kW Dauerleistung und Leistungsspitzen von weit mehr als 10 kW ausgelegt. In der Praxis hat der Banshee bereits bewiesen, dass er den aktuell stärksten Antrieben (Scorpion 5035 EVO Motor, gespeist aus 16 Lipozellen) gewachsen ist. So sollte er sehr gut für die zukünftigen mechanischen Belastungen und die kommenden Entwicklungen im Elektroantriebsbereich der nächsten Jahre gerüstet sein.

Der reine Riemenantrieb bringt natürlich nicht nur Vorteile mit sich: Den etwas schlechteren Wirkungsgrad kann man aber bei den heutigen Antrieben vernachlässigen. Ausgiebige Tests haben gezeigt, dass der Wirkungsgrad im Flug nicht merklich schlechter ist als bei einem verzahnten Getriebe. Unser Augenmerk lag darauf, den Riemenantrieb möglichst verlustfrei zu gestalten und die Riemen daher um keine kleinen Radien laufen zu lassen. Autorotationen sind somit problemlos möglich. Im Weiteren werden wir die Details der Konstruktion näher beschreiben.

Getriebe

In der ersten Antriebsstufe verbindet ein Riemen den Motor mit der Zwischenwelle. Die Motorabwärme wird so vom Rest des Getriebes bestens entkoppelt. Auf der 10 mm hohlen Zwischenwelle sitzt ein doppelt ausgeführter Klemmfreilauf, der jeglichen Belastungen gewachsen ist. Auch bei abrupten Ent- und Belastungsphasen ist ein Durchrutschen des Freilaufs nicht zu provozieren. Der Hauptriemen ist wegen dem enormen Drehmoment sehr massiv ausgelegt und ein sehr markantes Detail der gesamten Mechanik. Auf Flugtagen wurden schon amüsante Vergleiche mit den Riemenantrieben von Harleys gezogen. Mit dem integrierten Spanner kann der Hauptriemen leicht nachgespannt werden, sollte er sich, gegen unsere bisherige Erfahrung, doch einmal längen. Somit gibt es keine Langlöcher zwischen Hauptrotor- und Zwischenwelle, um das viel diskutierte Zahnflankenspiel herkömmlicher Getriebestufen einzustellen.

Chassis und Anlenkung

Das Chassis ist einteilig aufgebaut und durch seine sehr kompakte Bauweise mit durchgängigen Lagerböcken extrem verwindungssteif. Eine zusätzliche Verstrebung zwischen Domlager und den unteren Lagerböcken sowie zwischen den beiden Heckrohrklemmen ermöglicht eine sehr leichte und dennoch stabile Bauweise. So kann das Verwinden des Chassis bei großen Belastungen sicher verhindert werden. All dies führt zu einer sehr direkten Umsetzung sämtlicher Leistungs- und Steuerimpulse. Die hohle 12 mm Hauptrotorwelle ist dreifach gelagert und über dem Domlager sehr kurz ausgeführt, um das Biegemoment gering zu halten. Es ergibt sich ein reines Chassisgewicht von nur 135 Gramm bei der Ausführung aus 2 mm CFK-Platten. Die innere Chassisbreite beträgt 60 mm. Durch den großen Motorausschnitt können jedoch trotzdem Motoren mit bis zu 65 mm Außendurchmesser eingebaut werden. Die Akkuschachthöhe beträgt 60 mm.

Die Servos sind gerade zur Taumelscheibe ausgerichtet und in die Lagerböcke integriert verschraubt. Dadurch ergeben sich senkrechte Gestänge und somit eine geometrisch saubere Anlenkung. Wir haben uns für eine klassische Taumelscheibenführung und Taumelscheibenmitnehmer entschieden.

Heckausleger

Um die Konstruktion so einfach und leicht wie möglich zu halten, war es unser Ziel, den Banshee mit einem leistungsfähigen Riemenheck auszustatten. Dabei sollten die allgemein bekannten Schwächen eines Riemenantriebes gelöst werden. Da ein Hauptziel unserer gesamten Entwicklung ein extrem leises Laufgeräusch bei einfacher Wartung war, kam ein Starrantrieb für uns nie in Frage. Der von uns verwendete 2100 mm Riemen hat hervorragende Belastbarkeitseigenschaften und kann bei einer Breite von 7 mm locker Leistungen von 1 kW und mehr übertragen. Ein Überspringen des Riemens konnte durch geschicktes Anordnen der Anpresslager auch bei extremsten Belastungen sicher verhindert werden. Somit war eines der größten Probleme von Heckriemenantrieben bereits gelöst - so viel zur Theorie.

Praktisch ist es jedoch so, dass sich ein Riemen dieser Länge unter starker Belastung im Lasttrum trotz seines Kevlarzugstrangs stark dehnt. In Folge dessen „klingelt“ er fröhlich im Heckrohr auf Leertrumseite vor sich hin. Der erste Prototyp zeigte weiter, dass der Riemen bei Extrembelastungen zu starken Schwingungen neigt. Die ersten Tests im Jahr 2010 mit einem Federriemenspanner zeigten zwar eine Besserung, der Riemen konnte aber nicht am Schwingen gehindert werden. Im ungünstigsten Fall führte die Feder sogar zu einer weiteren Anregung der Schwingung und damit zu einer Amplitudenvergrößerung. Die finale Lösung war daher ein Federdämpfersystem: Es spannt den Riemen automatisch nach, verhindert das Klingeln sowie die Schwingungen. Somit bleibt der Riemen selbst bei geringer Riemenvorspannung und extremen Belastungen absolut ruhig. Ein weiterer Vorteil ist, dass man den Riemen bei starken Temperaturunterschieden nicht mehr manuell nachspannen muss. Mit dieser Eigenentwicklung konnten wir erstmalig einen Riemenantrieb für das Heck in der 700er Klasse perfektionieren. Mittlerweile fand unsere Entwicklung bereits Einzug in die Hubschrauber namhafter Hersteller. So ist z.B. auch der Diabolo von Gerd Guzicki mit einem Heckriemenspanner/-federdämpfer ausgestattet.

Extreme Belastungsflüge mit unserem ersten Prototyp zeigten darüber hinaus, dass sich ein 25 mm Heckrohr bei großen Belastungen in 700er Helimechaniken stark verbiegt, womit selbst die Heckabstrebungen kläglich überfordert sind. Aus diesem Grund gingen wir den Schritt in Richtung 30 mm CFK-Heckrohr. Dieses ist um Welten stabiler, der Heckriemen kann schonender geführt werden und als "Schmankerl" werden die Heckstreben nicht mehr benötigt. Auch hier scheint uns der Markttrend mit dickeren Heckrohren zu folgen.

Rotorkopf

Hauptaugenmerk bei der Entwicklung unseres Rotorkopfes lag auf einer verschleißärmeren Dämpfung und einem belastbareren Aufbau aus Wellen und Lagern gegenüber herkömmlichen Rotorköpfen. Hochfeste M5 Blattschrauben erlauben selbst bei hohen Drehzahlen einen sicheren Betrieb des Banshees. Die Anlenkgeometrie (inkl. Taumelscheibe) erlaubt Blattanstellwinkel von kollektiv +/-16° bei maximal 13° zyklisch.

Bei unserem Rotorkopfsystem ist die Rotorebene (Blatthalter-Zentralstück-Blatthalter) komplett starr. In jedem Blatthalter befinden sich zwei Nadellager und ein axiales Drucklager. Die Nadellager sind gegenüber herkömmlichen Radialkugellagern deutlich robuster gegenüber den auftretenden radialen Kräften und überstehen im Normalfall auch Abstürze ohne Schaden. Die Blatthalter werden jeweils über eine M8 Titanschraube auf den speziell gehärteten hohlen 10 mm Blattlagerwelle gehalten. Die beiden Blattlagerwellen sitzen dabei fest im Zentralstück. 

Die 12 mm Hauptrotorwelle wird im Bereich der Rotorebene im Zentralstück über eine Klemmung fixiert, die zusätzliche als Gleitlager fungiert. Die eigentliche "Dämpfung" sitzt im Zentralstück auf der Hauptrotorwelle im Bereich der TS-Scherarme. Die Dämpfung funktioniert wie ein definiertes Schlaggelenk, das eine minimale Auslenkung der Rotorebene zulässt. Nach einem geringen gedämpften Weg läuft die Dämpfung auf Anschlag und gibt damit zyklische Steuereingaben extrem knackig weiter. Kollektiv gibt es mit dieser Rotorkopfauslegung sowieso keine Verzögerung der Steuerimpulse.

Massenverteilung

Alle eingebauten Komponenten befinden sich oberhalb des Heckrohres (Motor, Regler, Servos, RC-Komponenten). Die Akkuposition ist bis ans Maximum nach oben gelegt. Somit liegt die Hauptmasse so nah wie möglich an der Rotorebene und damit sind die auftretenden Beschleunigungskräfte soweit wie möglich minimiert. Dies führt zu einer erhöhten Dynamik des gesamten Systems bei verringertem Energieeinsatz. Akkus mit 60 mm Breite und 60 mm Höhe passen in das Chassis und werden mit zwei Klettbändern gesichert. Dabei wird der Akku bündig bis zur vorderen Chassiskante eingeschoben, um den optimalen Schwerpunkt zu erreichen.

Haube

Die von uns mit CAD entworfene Haube ist extrem schmal (10 cm an der breitesten Stelle) und nach bestem Wissen aerodynamisch geformt. Dabei gilt es, einen Kompromiss zwischen Funktionalität und Ästhetik zu finden und eine Hülle um das Chassis zu bilden. Durch die extrem schmale Bauform sind so Geschwindigkeiten von weit mehr als 200 km/h mit der Standardausführung des Banshee möglich. Das Gewicht der Haube beträgt durch die Ausführung in CFK lediglich 130 Gramm.