212A Version 2020-2022

Der U-Bootrumpf
Fest steht von Anfang an, bei einem Zweihüllenboot zu bleiben mit einer vertikalen Trennung im Achterschiff. Dazu bietet es sich an, ein PMMA-Rohr mit 500x70mm zu nutzen. Auf diese Weise kann ich die Konstruktion meines Typ XXIII-Druckkörpers verwenden und auf vorhandene Komponenten zurückgreifen. Doch dazu später mehr.
Da es im angestrebten Wunschmaßstab 1 /72 keinen Rumpf gibt, der kommerziell erhältlich ist, steht die Aufgabe im Raum, selbst einen Solchen zu entwickeln. Mit dem Laminieren größerer Baugruppen ist zwar Erfahrung vorhanden, aber in der eigenen Werkstatt möchte ich diese Arbeiten nicht erledigen. Also setzt genau hier das Umdenken hinsichtlich neuer Techniken ein.
Neuerdings werden vermehrt Schiffsmodelle im 3D-Druck erstellt. An und für sich eine gute Idee. Allerdings bedingt das Fused-Deposition-Modeling-Verfahren (FDM) einen Treppenstufeneffekt mit einer geriffelten Oberfläche der Bauteile. Der große Vorteil liegt hingegen in einem Materialdurchsatz, der kurze Fertigungszeiten verspricht. Für ein schönes Finish liegt es nahe, die Oberflächen mit Spritzspachtel zu versehen und Gravuren manuell darzustellen. So weit, so gut. Nur woher das CAD-Modell beziehen? Im Internet gibt es etliche Modelle, die man jedoch nur schwerlich nachbearbeiten kann. Das mündet in den Plan, selbst ein Modell zu entwickeln. Durch die organischen Formen der 212A ist das keine besonders einfache Angelegenheit, da man das Modell aus Freiformflächen erstellen muss, die nicht auf geometrischen Grundkörpern basieren. Diesen Weg und die damit verbundenen Mühen kann ich allerdings im Nachhinein nur sehr empfehlen, da die Arbeitsweise einen Benefit bereithält: Direkt am Computer entsteht das gesamte U-Boot und alle Passungen können berechnet sowie dimensioniert werden. Diese Daten wandern anschließend in den Drucker/Fräse und werden materialisiert. Es sind folglich keine Zwischenschritte mehr erforderlich. Die Herangehensweise sieht vor, mehrere Sektionen aneinander zu fügen und den Gesamtrumpf dadurch abzubilden. Als Material kommt PETG zum Einsatz, weil PLA sich bei hohen Temperaturen und Sonneneinstrahlung (>30°C) verzieht. Des Weiteren ist PETG nicht hygroskopisch. Es bindet somit über das Modellleben kein Wasser im Material.

Nachdem alle Teile auf diese Art und Weise erstellt wurden, beginnt das Abschleifen der Oberflächen. Endlich fühlt es sich wieder nach Handarbeit an! Danach folgen zwei Durchgänge mit Spritzspachtel und Nassschleifpapier Körnung 400. Das Ergebnis ist erstaunlich gut.

Die Anbauteile für den Rumpf entstehen mit einem Resin-Drucker. Dieses Verfahren arbeitet mit UV-sensitivem Kunststoffharz. Durch selektive Belichtung härten einzelne Bereiche aus, wodurch Schicht um Schicht ein Bauteil hergestellt werden kann. Der Prozess ist recht langsam. Der Vorteil liegt darin, dass sehr feine Details erzeugt werden können mit den verrücktesten Formen, die beispielsweise mit einer Fräse subtraktiv nicht erstellbar sind. Solche 3D-Drucker ermöglichen es äußerst filigrane Teile zu erstellen. Ausfahrgeräte, Ruder und die Schiffsschraube entstehen auf diesem Weg. Letzte ist äußerst schwierig zu gestalten. Die Flächen sind über drei Richtungen gewölbt und profiliert. D.h., dass man im CAD Querschnittsverläufe erzeugen muss mit etlichen Verlaufslinien.
Beim Druckkörper setze ich auf meine nahezu klassische Anordnung der Antriebskomponenten im Heck, gefolgt von der Elektrik. Der mittlere Bereich ist für einen Tauchsack vorgesehen, der von einer meiner Eigenbauschlauchpumpen versorgt wird. Vorn werden Akku und Empfänger angeordnet. Als Verschluss kommen zwei Deckel zum Einsatz, die mit O-Ringen über axialen Anpressdruck abdichten. Dazu wirken Inbusschrauben auf den Deckel. Das Heck ist, wie bei mir üblich, abschraubbar mit dem Druckkörper und Technikgerüst verbunden. Hinter dem Turm ist der Rumpf vertikal getrennt und kann über einen Bajonettverschluss verschlossen werden. Um an die Technik zu gelangen, wird zunächst das Vorschiff nach vorn vom Rohr gezogen und dann das Rohr selbst entfernt, nachdem die Inbusschrauben gelöst wurden.

Jungfernfahrt und neue Ideen…
Die Jungfernfahrt war recht unspektakulär. Das Modell macht, was es soll. Doch bei der Handhabe fällt auf, dass das Boot unbedingt einen Lageregler benötigt. Kurzerhand wurde ein Exemplar bei Norbert Brüggen geordert. Da der Regler über ein Poti eingestellt werden muss, ist folglich mehrfach das Schiff zu öffnen. Wie es stets im Leben so ist, kommt beim Machen erst die Inspiration.
Wollte ich nicht neue Wege gehen? Wollte ich nicht einmal neue Ansätze ausprobieren? Gepaart mit dem Prozedere des Öffnens und Schließens entsteht der Nährboden für ein Lastenheft. Letzten Endes kommt die Idee auf, das Konzept nochmal zu überdenken. Das muss einfach alles organischer, durchdachter und cleverer aussehen. Ein Glück, dass man im CAD das Computermodell anpassen kann und der Drucker schnell automatisiert Ergebnisse liefert. Also alles zurück auf null.

Der Neuentwurf
Für einen neuen Ansatz soll zunächst ein Bajonettverschluss entwickelt werden, der im UV-3D-Druck entsteht. Im besten Falle sollen beide Bestandteile des Verschlusses in das Boot geschraubt, und nicht geklebt werden. So kann man mehrere Varianten erstellen, bis die richtige Passung ermittelt ist. Weiterhin gilt es ein geeignetes Harz zu wählen für eine ausreichende Festigkeit. Der UV-Druck hat den Vorteil, dass er druckdicht gegen Wasser mit geringen Toleranzen in der Konturtreue ist (Genauigkeit >50µm). Der Verschluss wird im Heckbereich an einer neuen Rumpftrennung platziert und das Boot lässt sich auf dem Weg leichter öffnen. Der Dichtring liegt bei der Konstruktion nicht radial an, sondern einem Flansch ähnlich auf Stoß. Damit lassen sich Formtoleranzen beim Druck, wie Verzug und geringere Rundheit, kompensieren. Die Zapfen des Bajonetts wiederum haben eine sanfte Rampe an der Kontaktfläche, wodurch der Verschluss sich beim Drehen gegen den Ring drückt. Weiterhin wird die Tauchtechnik überarbeitet. Der Tauchsack befindet sich für den zweiten Prototyp in einem Behälter, der sich organisch in das Boot einfügt. Er beinhaltet einen Endschalter mit Diode, damit eine definitere Maximalfüllmenge eingestellt werden kann. Zuletzt wird ein Kabelschacht im CAD in den Tank hineinmodelliert, damit der Kabelbaum im Modell schön versteckt wird. Der Bugbereich hat ein Modul für den Akku erhalten, wodurch dieser eine fest definierte Position erhält und leicht austauschbar bleibt. So kann man am See werkzeuglos den Akku wechseln und längere Zeiten am Teich verbringen. Der Druckkörper schließt im Bug mit einer Kalotte aus Harz ab. Der darin befindliche Freiraum nimmt eine Platte auf, auf der das Empfängerkabel aufgefädelt wird. Dadurch entspricht das vordere Ende des Druckkörpers näherungsweise einem Radom. Auf diesem Wege hält man induktive Störquellen von der Antenne fern, was aus Tests mit dem ersten Boot hervorging.

Im Heck wird die Elektriksektion als Druckteil aufgebaut. Die EInheit ist wie eine Art Badewanne ausgelegt und nimmt auf zwei Etagen ein BEC mit 3A, einen Robustregler von Brüggen, einen Lageregler für X-Ruder und die Ballasttanksteuerung BTS auf. Die Art der Unterbringung schützt die Komponenten bis zu einem gewissen Grad vor Wassereinbruch. Die „Badewanne“ darf nur nicht volllaufen. In dem Falle wäre das Boot eh ein Totalverlust. Alle Komponenten bekommen ihre feste Position mit Montagepunkten, damit sich alle Bestandteile zu einem organischen Ganzen fügen. Das Auge baut bekanntlich mit.  Auch in dem Bereich gilt, dass Kabel und Schlauchleitungen möglichst sauber in fest definierten Bahnen zu verlegen sind. Als Antrieb kommt ein 380er Bürstenmotor zum Einsatz mit einem einstufigen Getriebe dahinter. Da das U-Boot mit rund 2,5Kg recht leicht wird, ist wenig Gewicht vorhanden, das sich dem Trägheitsmoment der großen Sichelschraube widersetzt. Die Folge ist ein Pendeln des Bootes. Mit dem einstufigen Getriebe wiederum arbeitet das Antriebsmoment des Motors der Drehmasse des Propellers entgegen. Des Weiteren hat das Getriebe eine Untersetzung von 2:1, wodurch das Antriebsmoment in etwa dem eines 540er Motors entspricht, bloß mit halbierter Drehzahl. Dies ergibt einen guten Arbeitsbereich des Motors und einen optimalen Schub. Die Konstruktion wird in dem Bereich variabel gehalten, um auch einen 540er Motor im Direktantrieb einsetzen zu können, damit der Lageregler etwas zu tun bekommt.
Als weitere Neuerung wird weitestgehend auf Muttern im Technikgerüst verzichtet, damit die Montage oder Änderungen am Konzept leichter durchzuführen sind. Die Module sind durch Messingrohre voneinander auf den Gewindestangen getrennt. Nur vier Hutmuttern verspannen am Kopfende des Druckkörpers die Bestandteile. Dadurch wird das Technikgerüst sehr steif.  Vom 3D-Druck wird letzten Endes unter der genauen Beobachtung von Toleranzen an Fügestellen massiv Gebrauch gemacht. Für den Motor wird ein Spant entwickelt, der aus PETG besteht. Da der Antrieb unter Umständen recht heiß werden kann (>60°C), wird der Motorspant 4mm dick gewählt und mit Luftkammern zur Isolation im Inneren versehen. Bei Probeläufen ergibt dies erstaunlich gute Resultate. Die Abdichtung des Verschlusses wird durch einen Neoprendichtring Shorehärte 35 realisiert. Die 3mm Antriebswelle erhält einen Wellendichtring von Brüggen und für die Gestänge werden meine selbstgedrehten Mikrostopfbuchsen benutzt. Damit man bei Wartungs- und Einstellarbeiten nicht ständig mittels Werkzeug an die Gestänge muss, sind sie über eine magnetische Wartungsklappe erreichbar. Hierüber schaltet man ebenfalls das Modell ein, da im Heck ein Kippschalter unter einer wasserdichten Haube sitzt. Die Gestänge wiederum sind über Magnetkupplungen mit den Rudern verbunden. Der Clou daran ist ein innenliegendes Gewinde innerhalb der Kupplung. Durch Drehen der Kupplung kann die Länge des Gestänges feinjustiert werden, damit die X-Ruder synchron eingestellt sind hinsichtlich der Neutrallage.

Der zweite Versuch
Als alle Arbeiten erledigt waren, lief der Druck zum zweiten Mal. Abweichend vom ersten Boot fällt der Entschluss, die Oberflächen zu detaillieren. Wenn schon zweimal, dann richtig. Das bewog mich zum Gravieren aller Bereiche. Dazu fertige ich mir eine Stahlnadel aus einem alten Bohrer an, die in ein Kreuzspannskalpell einsetzt wird. Das ist nichts Besonderes, aber so kann man die Breite der zu erstellenden Linien über den Spitzenanschliff einstellen. Anschließend werden mittels Bleistifts alle Linien am Modell angezeichnet. Um entlang der geschwungenen Oberflächen genau arbeiten zu können, kommen Messingätzteilreste als Konturschablonen in Gebrauch, die mit Maskierband fixiert werden. Schaut man sich die Oberflächen der originalen 212A einmal genauer an, wird ersichtlich, dass die Panels mit versenkten Zylinderkopfschrauben angebracht wurden. Am Modell wird dies mit kleinen Nietreihen nachgestellt, die durch ein sog. Rivet Wheel entstehen. Das kann man sich wie einen Griff vorstellen, der ein feines Sägeblatt lagert. Fährt man damit über die Modelloberfläche, drückt man sich in gleichmäßigen Abständen Vertiefungen in die Oberfläche. Dies ist sehr effektvoll und die Vorgehensweise stammt aus dem Scale-Standmodellbau.
Um die Oberflächen zu kontrollieren, werden die Flächen mit Haftgrund behandelt. Im Gegenlicht werden dabei einige ungewollte Kratzer sichtbar. Sie wurden gespachtelt und geschliffen. Als dies erledigt war, wird das Modell kurzerhand mit RAL 8019 Matt aus der Dose behandelt. Zuletzt erfolgt die Versiegelung mit seidenmattem Klarlack. Alle weiteren Details wie Handläufe, Markierungen, Anti-Rutschbelag und weiterführende Elektrik werden später hinzugefügt. Zunächst muss der überarbeitete Entwurf getestet werden.

Testläufe
Wie bei mir üblich, erfolgt der erste Gang in Richtung Badewanne. Dadurch ist mein Duschkopf wieder mal in der medialen Präsenz zwecks Badewannentest. Bei handlichen U-Booten hat man den Vorteil, das Boot zunächst unter bequemen Bedingungen statisch zu ballastieren, bis es im Sehrohr „schwebt“. Danach geht es an den Teich für dynamische Fahrversuche. Das Modell taucht binnen 25 Sekunden sehr gutmütig ab. Die Ruderausschläge betragen nur 10 Grad zu jeder Seite. Durch die X-Ruderanordnung ist das Modell dennoch sehr wendig.

Zunächst kam der 540er Motor im Direktantrieb zum Einbau. Das Boot pendelt dadurch über Wasser um die Längsachse durch das Drehmoment und die sich bewegende „Drehmasse“ des Propellers. Allerdings ist die Beschleunigung beeindruckend. Mit gut eingestelltem Lageregler erzeugt das getauchte Boot eine langgezogene Wasserschleppe an der Oberfläche. Mit dem Ruder muss man dabei vorsichtig umgehen, da das Modell sonst zum Ausschlagen mit dem Heck neigt.
Mit dem Getriebemotor hingegen pendelt das Boot nicht. Maßstäbliches Fahren ist dann kein Problem mehr. Allerdings ist der Spaßfaktor gemindert, sofern man den Gasknüppel auf den Tisch legen möchte. Das Modell fährt dann zügig, aber nicht übertrieben schnell. Hinsichtlich der Eleganz steht dies dem Modell außerordentlich gut. Der Lageregler ist auch bei dieser Motorisierung ein Muss, um keine Delfinbewegungen zu fabrizieren. Mit dem eingeplanten 2200mAh3S LiPo fährt man gute 1,5-2h und kann dann bequem einen vollen Akku nachladen. Die Maßnahmen, die zum zweiten Boot führten, haben sich ausgezahlt. Es gibt keine Kabel, die irgendwo eingeklemmt werden könnten oder Steckverbindungen, die verschleißen. Das Modell lässt sich bequem öffnen und ist auf Dauer am Verschluss dicht. Da im Bugbereich noch genügend Platz vorhanden ist, könnte man den Lage- und Tiefenregler LTR6 aus dem Hause Brüggen einsetzen. Dies würde das Boot dann vollkommen machen hinsichtlich der Modellsensorik. Die Schiffsschraube aus dem Resindrucker verrichtet ebenfalls ihren Dienst ohne Tadel.

Resümee
Alles in Allem hat es sich gelohnt, ein Modell selbst zu konzipieren und die eigene Komfortzone zu verlassen. Bewährte Methoden zu hinterfragen und Neues auszuprobieren, ist doch genau das, was gerade im U-Bootmodellbau die Sache so spannend macht. Dennoch glaube ich nicht, dass ich nochmal ein Konzept über Bord werfe und mich mit Ausdauer einzelner Detailfragen in der Form widme (oder doch?). Einzig der handwerkliche Aspekt kommt mir ein wenig kurz bei den modernen additiven Verfahren, da man zunächst wenig mit den Händen gestaltet und nur Daten generiert, die dann von einer Maschine in Teile verwandelt werden. Dass dies nicht immer beim ersten Versuch reibungslos verläuft, blende ich in diesem Bericht einmal aus. Es hat Spaß gemacht, an diesem Modellprojekt zu wachsen und sich selbst neue Maßstäbe zu setzen. Die 212A hat mittlerweile etliche ausgedehnte Touren bei Wind und Wetter durch. Kleine Einstellungen waren stets leicht gemacht durch die konstruktive Vorarbeit. Als Nächstes geht es an die kosmetischen Feinheiten.