..auf Kruckenbergs Spuren ……ein Propeller Car

Zurück in die Zukunft, auf Kruckenbergs Spuren…

Dieser Beitrag ist eine gekürzte Fassung meines Artikels über dieses Fahrzeug im Spur G Magazin (D)

Ich möchte hier detailliert zeigen, wie ein solches Projekt entsteht.  

Der Link hier zeugt den brandneuen, vergrösserten Kruckenberger Made in Switzerland……

http://fluhdesign.ch/?p=8190 

 

 

Spur80 Inspektionsfahrzeug mit Propellerantrieb.

Die Vorgeschichte.

Franz Kruckenberg (1882-1965) war wohl ein Visionär. Schon früh kritisierte er die Gefährlichkeit der Luftschiffe im Betrieb und die hohen Kosten der zivilen Luftfahrt. Ursprünglich vom Schiffsbau herkommend gründete er zusammen mit Hermann Föttinger, der in Danzig das Institut für Strömungstechnik aufgebaut hatte, die Flugbahn-Gesellschaft mbH. Im Jahre 1930 wurde der „Schienenzeppelin“ erstmals aus der Halle gerollt und ersten Erprobungen unterzogen. 

1931 wurde auf einer Schnellfahrt eine Höchstgeschwindigkeit von 230.2 Km/h erreicht. Weltrekord!  Durch die konsequente Leichtbauweise aus Aluminium und der strömungsgünstigen Form nach den damals neusten Erkenntnissen wog das rund 25 Meter lange Fahrzeug nur rund 20 Tonnen bei einem Fassungsvermögen von maximal 40 Passagieren.

Dadurch wurde nur ein viertel der Energie benötigt, die für den Transport der gleichen Anzahl Passagiere im konventionellen Bahnbetrieb nötig war. Der 600Ps BMW Leichtbauflugmotor trieb einen Druckpropeller aus Eschenholz an. Die Welle war 7° nach oben geneigt, so dass der Luftstrom nach oben wegströmte und gleichzeitig das Fahrzeug auf die Schienen gedrückt wurde.

Das Aluminiumgerüst wurde mit einem nicht brennbaren Luftschiffgewebe bespannt. Ein Betrieb nach Fahrplan war aus Sicht der Reichsbahn (Durchfahrt in den Bahnhöfen) zu risikoreich. Sie war auch nicht besonders daran interessiert. So blieb es bei dem Versuch.

Schon früh gab es auch einige Versuche auf der Strasse. Zu nennen wäre da etwa der Helicar, ein zierliches, tropfenförmiges Vehikel mit vorne angebrachtem Propeller, ummantelt von einem Ring.  Alte Filmaufnahmen zeigen das wackelige Gefährt im Stossverkehr mit in engen Kurven abgehobenen Hinterrad!

 

Erste Schritte.

Schon immer haben mich spezielle Fahrzeuge interessiert. Der Schienenzeppelin war mir daher schon als Kind bekannt. Das „Neue Universum“, ein Jahrbuch von 1931, das mein Vater einst geschenkt bekommen hatte wurde von mir intensiv gelesen (nebenbei lernte ich auch noch die alte Druckschrift zu „entziffern“!) Dort bestaunte ich den „Schienenzepp“. Flugs wurde er in Lego nachgebaut! 

Später war natürlich das HO Märklin Modell ein Thema, aber irgendwie gefiel mir schon damals die Modellausführung nicht. Er war mir zu klobig (z.B. die Fensterpartien) und zu teuer.  Damals hatte ich ja noch keine Ahnung von einer exakten Modellumsetzung, es war also ein rein gefühlsmässiger Entscheid.

Jahrzehnte lang habe ich mich nicht mehr mit dem Schienenzeppelin befasst….. bis Mitte 2010. Ich habe tatsächlich kurz mit einem Nachbau in Spur 127 (Normalspur) geliebäugelt! Er wäre satte 230cm lang geworden! Dann hätte ich anstatt den nur zwei Achsen des Originals wie beim Märklin Modell zwei Drehgestelle bauen müssen. You Tube Aufnahmen zeigen, dass das Befahren enger Radien mit den ausgedrehten Drehgestellen (mit seitlichen Ausschnitten, wenn das Ding nicht wie auf Stelzen aussehen soll) halt schon sehr ulkig und komisch aussieht, erst recht bei meinem Radius! 

Als Alternative wäre vielleicht ein dreigliedriger Propellertriebwagen mit kurzen Einheiten möglich gewesen, mit zwei Jakobsdrehgestellen dazwischen. Wie hätte sich aber der Energiedruck des Antriebs in den Kurven in „Originalgrösse“ ausgewirkt? Vermutlich würde das  bei der angestrebten Leichtbauweise zu unangenehmen Pendelbewegungen geführt haben.

In den USA gab es die bekannten Benzinelektrischen Triebwagen für Nebenstrecken. Zu den ältesten, Busartigen Vehikeln gehören die McKeen Fahrzeuge. Ihre wie ein Schiffsbug gestaltete Front gefiel mir eigentlich recht gut. Aber Kruckenberg strebte ein Schnellverkehrsnetz an, wie es heute in den ICE und TGV Systemen verwirklicht wird. Die Nebenbahn Triebwagen waren aber alles andere als für den Schnellbahnbetrieb gedacht. Das war nicht günstig für mein Spur80 Projekt.

Einen Schritt weiter brachten mich die Abbildungen von Propellergetriebenen Draisinen. Damit ich das Fahrzeug etwas grösser bauen konnte wählte ich eine dem McKeen Triebwagen ähnliche Front und kombinierte sie mit einer ummantelten Druckschraube im Heck.  Diese Lösung war umsetzbar.

Quelle: Bilder aus “Das Neue Universum” ca.1931

Propeller-Draisine für eine Mienengesellschaft im Kongo. Die Kabine besitzt eine Tropfenform.

 

Der Kruckenberg Zeppelin. Den meisten als Märklin Modell bekannt.

Bennie Railplane, Die Stromzuführung erfolgte oben und unten mittels Kontaktschienen.

 

 

Hier sieht man gut die aufklapparen, über die Kanten gehenden “Mercedes Flügeltüren” mit Klavierband Scharnieren. Der Auspuff ist “windschlüpfrig” gestaltet…

Die seitlichen Kühlerhutzen zu den Wabenkühlern des Motors. Der Austritt ist unter der Propellernabe. Bei grosser Kälte ein primitives Enteisungssystem des Propellers….

 

Eine einfache Stromlinienform….

 

Die butterweich gefederten Drehgestelle haben sich auch beim Modell bestens bewährt. Wie die Freilaufräder.

 

Drucklufthorn und der Hauptscheinwerfer. Er ist ein witziges Überbleibsel aus der Pionierzeit…. der exclusive Bank für zwei Inspektoren und der Deckel zum Unterflur Batteriekasten.

 

Cockpit mit Gashebel und Westinghouse Bremsventil. Zweifach auch für die Rückwärtsfahr vorhanden. Die seitlichen Fenster mit ausklapparen Scheiben als Windschutz. 

Die grosse Flügeltüre.

 

 

Die seitlichen Klappscheiben von aussen.

Bremslufttanks und der Benzinbehälter (gepanzert!)

 

 

„Grundlagenforschung“

Nun erarbeitete ich die Grundlagen für die Konstruktion. Dieses Freelance Projekt ist wie meine Ljungström Turbine in H0 unter dem Motto zurück in die Zukunft entstanden. Was verstehe ich darunter? Ich versetze mich in die Zeit zurück, wo das Fahrzeug entstanden sein soll. Wie kann ich kreativ ein Fahrzeug bauen, das, wie das Vorbild Kruckenberg in diesem Falle, neue Ideen glaubhaft umsetzt und das in Originalgrösse in etwa auch funktionieren würde?

Zuerst war die Frage zu lösen, wie mit dem Propeller gebremst werden kann. Der Schienenzeppelin hatte nur die Radbremse, was bei mir nicht ausreichen würde. Mein Fahrzeug sollte als flinkes Inspektionsfahrzeug (Schmalspur) eingesetzt werden können wo häufiges Abbremsen und Beschleunigen die Regel ist. Ein Wendegetriebe war praktisch nicht einsetzbar. Auskuppeln, Propeller abbremsen bis zum Stillstand,  schalten, einkuppeln und wieder beschleunigen brauchte zuviel Zeit und wäre viel zu gefährlich. Dazu kam noch ein Aerodynamisches Problem, das mich bei meinen ersten Fahrtests schockieren sollte. Mehr davon später.

Die einzige vernünftige Lösung war die Verwendung eines Verstellpropellers. Nun reicht eben der Bereich Nullstellung (die Blätter sind 90° zur Welle eingestellt) bis zur Segelstellung (Blätter parallel zur Welle, nur beim Flugzeug sinnvoll) nicht. Die Blätter müssen auch über die Nullstellung hinaus verstellt werden können, wie beim Kurzstart Flugzeug Pilatus Porter eingebaut. Ich erinnere mich, wie Dieter Schmitt (Rekord-und Testpilot) erzählte, wie er bei einem Überführungsflug einer fabrikneuen Porter nach Australien in Saudiarabien rückwärts in eine Lücke parkte, zum sprachlosen Staunen des Bodenpersonals!

Nun hiess es, herauszufinden, wann der erste brauchbare Verstellpropeller dieser Art verfügbar war. Zu meiner Freude wurde schon 1936 erstmals serienmässig ein mechanisch verstellbarer Smith Propeller mit diesen Eigenschaften in ein Grumman Navy Flugzeug eingesetzt! Damit war der Zeitraum fixiert. Weitere Fragen waren: Gab es schon leistungsfähige Kugellager, wurden schon Leichtbau-Drehgestelle aus hochfestem Stahlguss verwendet? Wie soll der Aufbau aussehen, in der damaligen modernsten Ausführung? Was konnte man für einen Motor verwenden? Wie war das Antriebskonzept (fiktiv) zu konstruieren?  Dass darüber einige Wochen nachgedacht und unzählige Varianten im „Kopf gezeichnet“ und wieder verworfen wurden kann man sich denken!

Definierte Vorgaben.

Der „Propcar“ wird als Inspektionsfahrzeug eingesetzt und muss auch leichte Steigungen bewältigen können.

Einsatzgebiet:

Weitläufiges Schienennetz mit leichtem Verkehrsaufkommen (mit wenig Personal viele Streckenkilometer überwachen).

Herstellung:

Das Fahrzeug sollte in einer Bahnwerkstätte mit möglichst geringstem Aufwand von kreativen Tüftlern gebaut werden können. (man erzählte mir, wie bei uns vor vielen Jahren bei einer kleinen Vorortsbahn so ein Multitalent in der Werkstatt arbeitete, der neue Wagenkästen samt Technik entwarf und sie auf alte Fahrzeuge setzte bei denen der Aufbau verrottet war).

Rahmen:

Leichte Stahlrohrkonstruktion (dazu ist ein versierter Flugzeugbauer nötig, oder der Rahmen wird extern in Auftrag gegeben), mit Sperrholz verkleidet.

Kuhfänger:

Leichte Stahlrohrkonstruktion, mit dünnem Alublech verkleidet. Mit dem Rahmen verstrebt.

Aufbau:

Leichte Holzkonstruktion, beim Fahrgastraum mit Sperrholz verkleidet, im Motorbereich Verblecht.

Drehgestelle in Leichtbauweise:

Hochfester Stahlguss nach eigener Konstruktion (extern gegossen, Holzform (Positiv) an den Hersteller geliefert) Bewegliche Konstruktion mit sorgfältig ausgeführter Federung und Abstützung (Gummi) am Rahmen. Jedes Rad ist gebremst. Freilaufachsen zur Verringerung des Kurvenwiderstandes  (Die Räder sind gegeneinander drehbar). Timken Rollenlager.

Motor:

Düsenberg Achtzylinder Reihenmotor (für das J Modell entwickelt, von Lycoming gebaut) mit 265 Ps. Mit angeflanschter Originalkupplung, ohne Getriebeteil.

Zweigeteilter Kühler (Auto-Serienkühler) Zuschaltbare Lüfterräder (vorwärts, rückwärts). Angeflanschter, zusätzlicher Generator (6Kw Leistung) für den erhöhten elektrischen Energiebedarf .

Elektrik:

Drei 24V Batterien im Bug (Unterflur).

Propeller:

Zweiblatt Verstellpropeller nach Smith (für beide Richtungen) Durchmesser ca 2.2Meter.  Verstellmechanismus mechanisch. Der Propeller ist ummantelt.

Übertragung:

Mittels Keilriemen (4-fach) direkt nach der Kupplung. Reduktion von rund 4000 U/Min  (laut Duesenberg Manual beste Leistung bei 4200 U/Min) auf ca. 2000-2500 U/Min auf die Propellerwelle.

Bremsen:

System nach Westinghouse. Kleiner Druckluftkompressor, elektrisch angetrieben.

Alle Räder sind gebremst. Jedes Rad besitzt einen kleinen Bremszylinder, der feinjustiert werden kann.

Bedienungselemente:

Gashebel, Kupplungshebel, Propellerverstellung mit Arretierung, Bremskontroller, Parkbremsrad (Spindel), Gemischregler, Anlasser, Lüfterradschalter der Motorkühlung und zwei manuell regelbaren Frischluftklappen für die Kabinenluft.

Kontrollinstrumente:

Tourenzähler (Motor), Kühlwassertemperatur, Öltemperatur, Geschwindigkeitsmesser, Ampère-/Voltmeter, Bremsluftdruck (Vorrat und Druckleitung), Tankanzeige.

Der Fahrer kann sich für die Rückwärtsfahrt (Ausnahme) um 180° drehen. Die wichtigsten Bedienungselemente sind doppelt vorhanden. Das  seitliche Fenster ist für beide Fahrtrichtungen als Windschutz einstellbar.

Zuladung:

4 -5 Personen, davon 1 Fahrer.

Abmessungen:

Länge: 6.80 m

Höhe: 3.35 m Höhe Kabine über Boden: 2.44m

Breite über Fan 3.00m

Gewicht:

Bruttogewicht ca. 4,5t.

 

 

 

 

Die Konstruktion des Modells. 

Wie bei meinen Spur80/127 Modellen üblich wird alles möglichst aus Holz hergestellt.

Verwendet wurden 1mm Birkensperrholz, Linde, Buche, Elsbeere (ein Hartholz fast ohne Struktur, wächst u.a. im Jura), Mansonia und Ahorn.

Nachdem die ungefähre grösse des Fahrzeugs definiert war wurde zuerst ein Seitenriss des Drehgestelles gezeichnet, dann aus MDF 4mm Schablonen hergestellt die dann auf das Holz gelegt wurden. Auf eine vollständige Zeichnung konnte verzichtet werden!

Vom Rahmen wurde übrigens auch nur die Grundform gezeichnet und zwar direkt auf die Schablone.

Der Antrieb besteht aus einem Graupner 720 BB 12Volt Motor, zehn Zellen Akku, Robbe Regler, Funkfernsteuerung und zwei 24cm Slow Props, ebenfalls von Graupner. Leider gibt es diesen Motor nicht mehr!!

Die Propellernabe wurde aus rostfreiem 12mm Rundstahl selber gedreht. Hinten musste die Bohrung  genau auf die Motorwelle angepasst werden. Sie wird von zwei M3 Schrauben gehalten. Vorne wurde die Welle so weit abgedreht, dass die Propeller satt  aufgezogen werden konnten. Ein M3 Gewinde vorne nimmt eine weitere M3 Schraube auf um die Propeller festziehen zu können.

Entgegen meinem gedachten Original hatte ich die zwei Slow Props im 90° Winkel zu einem Vierblattpropeller zusammen gesetzt. Bei der ersten Testfahrt kam der erste Schock, bei dem ich zuerst dachte, es bringe den Propellerantrieb zu fall. Vorwärts ging dass Ding zu meiner grossen Freude ab wie ein Rennwagen. Dann stellte ich auf Rückwärts um abzubremsen. Trotz voller Leistung geschah fast nichts! Das Gefährt wäre bei einem Haar von Tisch geflogen! Nun schaute ich die Propeller genauer an und entdeckte, dass die Blätter ein flügelähnliches Profil hatten!

Selbst aus Flugzeugfan habe ich das nicht gewusst. Drehen die Propeller rückwärts so scheint die scharfe Hinterkante die Luft teilweise eher zu schneiden und die leicht runde Vorderkante erzeugt offenbar so starke Wirbel, dass fast kein Vortrieb mehr entsteht. Da war guter Rat teuer. Ein auch im Modell notwendiger Verstellpropeller war für mich nicht machbar und wäre wohl auch teuer in der Anschaffung  wenn es die überhaupt in dieser grösse gibt.

Es gab noch eine Möglichkeit, den hinteren Propeller umzukehren.  Ich machte mir zwar keine grossen Hoffnungen und ich überprüfte schon in Gedanken wie ich den Antrieb über die Räder bewerkstelligen könnte. Aber es klappte! Der jeweils vordere Propeller in Fahrrichtung beeinflusst die Luftströmung die auf den hinteren Propeller trifft so günstig, dass nun genügend Power für beide Richtungen zur Verfügung steht! Der berühmte Ingenieurdaumen hat zugeschlagen! Zum Glück.

Die Drehgestelle wurden, mit Ausnahme den Kugellagern, den Federn und der Drehzapfenschraube komplett aus Holz hergestellt. Die Achsen sind aus 8mm Hartmessing und für dieses Fahrzeuggewicht Überdimensioniert aber entsprechen meiner Spur80 Norm. Als Besonderheit sind die Räder gegeneinander drehbar. Das vermindert den Reibungswiderstand in den Kurven.

Für die Seitenverhältnisse des Aufbaus stellte ich nur eine einfache Zeichnung her um die Höhe und die Fenstergrösse zu definieren. Was aber einige Zeit in Anspruch nahm waren die Querschnittszeichnungen zur Holzkonstruktion der Kabine.

Der Aufbau war aufwendig zu bauen, weil sämtliche Scheiben erst nach dem finish (das Holz ist mit einer Firnis behandelt) eingesetzt wurden. Wenn man den verschraubten Dachrahmen wegnimmt kann man sämtliche Scheiben herausziehen und neue einschieben, ebenso bei der Flügeltüre. Dies setzte voraus, dass überall eine 1,2mm breite Nut ausgespart werden musste, keine einfache Sache bei den Bögen. Hier konnte ich aber weitgehend so bauen wie es ein beim „Original“ auch angewendet worden wäre! 

Die Inneneinrichtung entstand ohne jegliche Zeichnung. Eine bewegliche, 18cm Puppe ermöglichte es mir, die Raumeinteilung und den Platzbedarf des Fahrers aus zu testen. Die Drehteile wurden direkt auf der alten Metalldrehbank mit Kreuztisch und Schublehre und mit selbstgefertigten Drehstählen angefertigt. Die Formen zeichnete ich ebenfalls ohne Schablonen auf das Holz.  Dies ist ein sehr kreativer Vorgang. Man kann wirklich aus dem Nichts heraus arbeiten.

Einziges Kriterium ist dabei eine Ausgestaltung, die in Wirklichkeit technisch realisierbar wäre. Dazu gehört auch eine optisch ansprechende Bauweise, dem damaligen Industriedesign angepasst.  Der Propellerring wurde aus 4  x 1mm Elsbeerenholz in einer Form verleimt und zwar jeweils in knapp einem Dreiviertelkreis. Daraus entstanden zwei 180° Stücke, die miteinander verschraubt sind.

Einmal mehr hatte ich das Glück, ein funktionierendes „Zurück in die Zukunft“ Fahrzeug aufzubauen. Dabei habe ich wieder viel dazulernen können. Das Projekt beinhaltet die ganze Palette des Modellbaus: Recherche, das Erarbeiten der technischen Grundlagen, die möglichst wirklichkeitsgetreue Umsetzung und die kreative Gestaltung des Fahrzeugs. Dann kommt der grosse Moment, wo man ein neues Vehikel  erstmals der Öffentlichkeit vorstellt. Sofort wurde der Propellercar zum Liebling der Besucher an der Ausstellung ende Januar 2011. Dosiertes „Gasgeben“ war gefragt, da bei zunehmender Geschwindigkeit die Leistung sofort zunimmt. Es würde mich kaum verwundern, wenn dieses Ding dank geringem Rollwiderstand mehr als 50km/h erreichen würde. Skeptische Leute, die beim parkierten Vehikel den sichtbaren Propellerantrieb als Attrappe deklarierten, wurden vom Gegenteil überzeugt, wenn ihnen der Luftstrahl die sorgfältig frisierten Haare beim Beschleunigen nach hinten kämmte!

 

 

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