Modellflugverein Bassersdorf

Baubericht Eigenbauturbine UT-160
von Dom Escher

 

Faszination Turbine
Die meisten von euch wissen ja wohl, dass mich vor gut drei Jahren das Turbinenfieber gepackt hat und seither immer mehr in den Bann zieht. Das Geräusch, der Geruch nach verbranntem Kerosin und die Laufcharakteristik, einfach wie echt. Nach den ersten erfolgreichen Flügen und kleineren Arbeiten an meiner gebraucht gekauften Turbine wuchs zunehmend auch das Interesse am Antrieb selbst. Die Lektüre von Schrecklings Buch „Modellturbinen im Eigenbau“ brachte mich dann zur Überzeugung, dass ich es wagen wollte. Weitere Recherchen führten mich zum Plan der Eigenbauturbine von Ulrich Thiel, die für einen ambitionierten Bastler machbar sein sollte und einen Schub von 14 bis 16 Kilo versprach. Kurzerhand wurde der Plan geordert.

 

Bauplan  der UT-160
Was ich da erhielt war sehr umfangreich und komplett, auf den ersten Blick aber auch erschreckend kompliziert. Eine genauere Prüfung der Pläne brachte mich aber doch zur Überzeugung, dass das Projekt machbar sein sollte. Einige zusätzliche Werkzeuge und Maschinen mussten aber noch angeschafft werden wie ein Teilapparat für die Fräsmaschine oder eine präzise digitale Bügelmessschraaube. 

Entstehung der ersten Teile
Um den Schrecken vor komplizierten Teilen etwas zu verlieren, begann ich mit der Herstellung der Verdichterleitsystems. Dieses entstand zunächst auf der Drehbank, anschliessend habe ich auf der Fräsmaschine mithilfe des Teilapparates die 13 Leitschaufeln gefräst. Aus Angst, einen Fehler zu machen, arbeitete ich lieber etwas langsam. Rund 40 Arbeitsstunden verschlang einzig dieses Teil. Weiter ging der Bau mit der Herstellung des Wellentunnels, einiger Kleinteile und Formen für die Herstellung von Blechteilen. Das Verdichterrad sowie das Turbinenrad und das hintere Leitsystem habe ich bei Jetmax bestellt, da diese Teile meine Möglichkeiten überschreiten und zudem aus Speziallegierungen hergestellt sind. Etwas aufwändig war die Herstellung des Einlasstrichters. Dieser wurde aus dem Vollen gedreht, was eine unglaubliche Menge Späne entstehen liess. Da ich keine CNC-Maschinen besitze, habe ich die gewünschten Radien stark vergrössert auf Millimeterpapier gezeichnet, die Koordinaten ausgelesen und von Hand in Schritten von 1/10mm angefahren. So entstand eine wirklich zufriedenstellende Passgenauigkeit. Der Luftspalt zwischen Verdichterrad und Einlasstrichter beträgt nirgends mehr als einen Zehntel Millimeter. Enge Passungen sind gut für den Wirkungsgrad, das Verdichterrad darf aber niemals anlaufen!

Die Brennkammer
Die Einzelteile der Brennkammer wurden aus Inconel-Blech von 0,5 mm Stärke ausgeschnitten und gebohrt. Dies Klingt zunächst sehr einfach, doch das Material ist verblüffend zäh und lässt sich nur mit gut geschliffenen Werkzeugen bearbeiten. Stumpfe Bohrer bringen das Material zum glühen, wobei das Blech mit zunehmender Temperatur immer härter zu werden scheint.  Die Teile der Brennkammerwände wurden auf der Drehbank bei langsamer Drehzahl gedrückt, für die Herstellung der Verdampferröhrchen musste ich ein Drückwerkzeug herstellen. Alle Teile der Brennkammer habe ich mit einem etwas improvisierten Punktschweissgerät verschweisst.

Der Einspritzring besteht aus Messingrohr und Spritzenkanülen und wurde hart verlötet. Glücklicherweise war ich in dieser Technik geübt. Die Schwierigkeit besteht darin, die dünnen Röhrchen nicht zu fest zu erhitzen. Die kritischen Bereiche habe ich deswegen mit nassen Lappen umwickelt. Die Schmierleitung aus Messingrohr stellte kein grösseres Problem dar.


 

Die Turbinenwelle – ein Präzisionsteil
Die Herstellung der Welle war wohl die grösste Herausforderung. Der Plan spricht von einer Toleranz von 5/1000 mm für den Durchmesser der Lagersitze und den Sitz der Laufräder. Die Welle wurde mit genug Übermass gedreht und in der Härterei auf den geforderten Härtegrad vergütet. Anschliessend habe ich auf der Drehbank in kleinsten Schritten den Durchmesser bis auf das gewünschte Mass geschliffen. Dazu habe ich einen etwas improvisieren automatischen Vorschub konstruiert, der während Stunden für mich arbeitete. Die Arbeit wurde regelmässig unterbrochen, um zu messen. Die gesamte Arbeit verschlang viel Zeit, jedoch wurde der Aufwand belohnt. Ich weiss selbst nicht genau, wie exakt man das noch messen kann, doch meine Messchraube zeigte 7.997 bis 7.999 mm bei 8.000 als Sollmass.

Gehäuse und viel Kleinkram
Das Gehäuse besteht aus einer leeren Gaskartusche, die leicht abgeändert werden musste. Nach drei Fehlversuchen entstand dann doch noch ein einwandfreies Teil. Hier kam auch eine Drückform zum Einsatz, die erst hergestellt werden musste.
Nach der Herstellung der Teile für den Anlasser und einigen Kleinteilen konnte die Turbine erstmals zusammengebaut werden. Dies klingt nach einer schnellen Sache, doch der erste Zusammenbau beinhaltet auch das Einstellen der Spaltmasse zwischen den Leitsystemen und den rotierenden Teilen. Alle Spaltmasse sollten möglichst klein sein, der Läufer darf aber unter keinen Umständen das Leitsystem berühren.

Die Elektronik sowie den Kerosinbrenner für den Start habe ich auch bei Jetmax bestellt. Noch musste ich mich aber gedulden, denn vor dem ersten Start musste die Turbine ausgewuchtet werden. Auch diese Arbeiter übernahm „Jetmax“ Dieter Albisser.

Sie läuft! Doch ist auch wirklich alles perfekt?

Die Aufregung vor dem ersten Testlauf war gross und noch grösser war die Freude über den ersten einwandfreien Turbinenstart. Das Triebwerk lief auf Anhieb. Weitere Tests bis 90000 zeigten zunächst keine Probleme, doch beim Hochfahren auf die Maximaldrehzahl von 120000 u/min kam der Rückschlag: Der aus Aluminium gefertigte Wellentunnel dehnte sich etwas zu fest aus und das Verdichterrad kam in Berührung mit dem Leitsystem. Teile des Rades wurden weggerissen, zerstäubt und blieben als Aluminiumbeschichtung in der Schubdüse zurück. Die Zerlegung der Turbine offenbarte glücklicherweise keine grösseren Schäden.

Durchbruch!
Anscheinend hatten auch andere Turbinenbauer dieselben Probleme und mir wurde geraten, den Wellentunnel neu aus rostfreiem Stahl anzufertigen. Die Überarbeitung nahm erneut einige Stunden in Anspruch doch anscheinend hat sich die Mühe gelohnt. Erste Tests unter Vollast zeigten bisher keine Probleme. Nun muss das Triebwerk erst seine Zuverlässigkeit auf dem Prüfstand beweisen, bevor ich es in mein Trainermodell einbaue. Die ersten Messungen stimmen mich sehr zuversichtlich. Das Triebwerk erreicht einen Schub von 160 Newton bei einer Abgastemperatur von 625 Grad, beides sind sehr erfreuliche Werte. Falls die Flugerprobung mit meinem alten Trainermodell erfolgreich verläuft, beginnt die Planung eines passenden Modells. Doch dies ist ein anderes Kapitel. Ideen sind auf jeden Fall bereits vorhanden.