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Bau eines Faltboot Seitenborders mit HONDA GX35 4-takt Motor 2014

Getriebeuntersetzung berechnen und den richtigen Propeller wählen:

2. Die Propellerwahl:
Aus herkömmlicher Sicht gibt es drei wesentliche Kennzeichnungen, die einen effizienten Propeller kennzeichnen:
1. ein großer Durchmesser
2. eine hohe Steigung
3. eine niedrige Drehzahl
Ein großer Durchmesser bewirkt einen hohen Massendurchsatz des Propellers benötigt aber eine hohe Motorleistung [Nm]. Eine hohe Steigung wirkt sich positiv auf die durch den Propeller erzeugte Zusatzgeschwindigkeit aus. Eine zunehmende Drehzahl des Propellers führt dagegen zu Effizienzverlusten und durch die schnelle Bewegung entstehen Blasen durch Unterdruck (Kavitation) an den Blattenden, die die aufgewendete Energie nicht in Vortrieb umsetzen und als Ineffizienz verloren gehen.
Die kleinen älteren Seitenbord-Bootsmotoren laufen mit einer Propellerdrehzahl von 1000 bis max. 2700 RPM. Also lehnte ich mich erst einmal an die techn. Daten des Tümmlers (2,5PS/1,8kW) an, der eine Propellerumdrehung von max. 2630 min-1 an der Abtriebswelle aufweist und  zwei Blätter mit einer Steigung von 130mm für leichte Boote besitzt. Im Gegensatz hierzu hat aber der "NIXE"-Außenbormotor eine noch geringere Drehzahl am Propeller (1400 U/min). Fündig wurde ich nach einem geeigneten Propellertyp (siehe Unten Außenborder von Torqeedo) mit verschiedenen Steigungen leider nur bei einem Anbieter in Übersee, der aber auch beide Laufrichtungen anbietet. Da der GX-35 ein geringeres Drehmament als der Tümmler hat, werde ich auch eine Schiffschraube mit dementsprechender Steigung verwenden.
3. Getriebe / Untersetzung:
Wenn man von dem max. Drehmoment bei 5500 min-1 ausgeht, sollte eine Getriebeuntersetzung von 2,5-3,0 : 1 ausreichend sein. Hierbei wird das theoretische Drehmoment  des Motors von 2,0Nm noch auf das 2 1/2-fache angehoben.
Theoretische Berechnung Drehmoment:

Wie man der Tabelle entnehmen kann, ist das anzunehmende Drehmoment des Tümmler-Seitenborder gerade mal um ca. 0,2 Nm höher als bei meinem GX35 Motor mit einer Untersetzung von 1:3. Also habe ich mich entschlossen, 2 Stk. Winkelgetriebe (Planetengetriebe für Motorsensen) mit einer Gesamt-Übersetzung von 1 : 2,8 und einen Propeller in der passenden Steigung zu verwenden. Man könnte natürlich auch ein Winkelgetriebe mit einer Übersetzung von 1 : 3 nehmen und wäre dann immer noch in einem geeigneten Drehzahlbereich.

Und jetzt hat oben in der Tabelle der Fehlerteufel zugeschlagen:
Die Berechnung oben in der Tabelle mit den 2 x Winkelgetriebe stimmt nämlich nicht.
Eine Getriebeuntersetzung von 2 x 1 : 1,4 sind nicht = 1 : 2,8.
Da beide Getriebe in Reihe nacheinander geschaltet sind, ergibt sich folgende Berechnung der Drehzahlen:
Erstes Getriebe mit Übersetzungsverhältnis 1:1,4:
Drehzahl X verhält sich zu 5500 min-1 wie 1 : 1,4 Daraus folgt - X  = 1 x 5500 geteilt durch 1,4 | X = 3929min-1
Zweites Getriebe mit Übersetzungsverhältnis 1:1,4:
Drehzahl X verhält sich zu 3929 min-1 wie 1 : 1,4 Daraus folgt - X  = 1 x 3929 geteilt durch 1,4 | X = 2806min-1
Hieraus resultiert, dass eine Drehzahl von 2800min-1 viel zu hoch ist und das Drehmoment auf nur 4,0 Nm reduzieren würde.
Hier die bereinigte Berechnung mit dem neuen 1 : 4,5 Getriebe:

Das passt schon besser. Bei einer Motordrehzahl von 5500 U/min ergibt sich ein Drehmoment von 9,4Nm, das sind immerhin 3Nm mehr als bei einem Tümmler. D.h. - ich benötige nur den geeigneten Propeller für die geringe Drehzahl von 1200 bis 1550 U/min.
Getriebeauswahl:
Bei der Recherche nach Winkelgetrieben von Motorsensen bin ich auf die Marke Echo gestoßen. Dort werden Getriebe für Motorsensen mit einer Übersetzung von 1 : 2,01 angeboten - könnte ja passen. Bei der Verwendung dieser Getriebe würde ich 2 Stück benötigen aber der Preis von 279,-€/Stk. erschien mir doch übertrieben und so verwarf ich diese Option. Weil es keine Winkelgetriebe mit einer Übersetzung von 4 oder 5 : 1 im Handel gibt, musste ich mich von meiner Vision mit 1 oder 2 Stk. Winkelgetrieben verabschieden. Bei der Suche nach einem geeigneten Getriebe bin ich bei einem Pocket-Bike-Hersteller fündig geworden. Ich habe lange nach einem Planetengetriebe oder gleichwertigen gesucht - nichts passendes oder viel zu teuer. Auch auf der Faltbootforumseite (www.faltboot.org), hat ein Hobbyheimwerker stolz seinen schwenkbaren Zahnriemenabtrieb vorgestellt und dann zugeben müssen, das Getriebe nicht selber gebaut zu haben. Auf die mehrfache Anfrage bei Herrn Krahwinkel in Lahnstein (KPM 15s Seitenbordmotor) nach dem Getriebe bzw. dem kompletten Abtrieb, habe ich kein Feedback erhalten. Auch den Umbau eines Tümmlermotors inkl. Getriebe habe ich aus Gründen des Gewichtes verworfen. Das Pocket-Bike-Getriebe besteht aus Alu-Guss, hat in Ölbad schrägverzahnte Zahnräder und wiegt gerade mal 850g (damit kann ich leben). Weiterhin hat es die kompakten Maße von 110mm x 85mm x 85mm, eine für den GX35 passende Kupplungsglocke und wird einfach gegen die originale Honda-Motorsensenkupplung mit vier Schrauben in zwei Minuten ausgetauscht. Hinzu kommt, dass bei der Ersatzteilbeschaffung keine Probleme entstehen können, weil dieses ein frei im Handel für knapp 25,-€  erhältliches Standartgetriebe ist. Für diesen Preis kann man sich auch beruhigt noch ein zweites Ersatzgetriebe zu Hause hinlegen. Geeignet ist auch der Versatz der An- und Abtriebswelle um ca. 50mm, den ich zur besseren Gewichtsverlagerung nutzen kann, um den Motor nach Innen Richtung Süllrandleiste (Mittelpunkt) zu rücken.
An der Abtriebswelle (das Zahnrad entfernt) wird ein Adapter  von der Zahnung auf die Antriebswelle des Propellers gebaut. Auf das Getriebe dann, wird eine Adapterplatte mit Aufnahmeschaft für das Antriebswellenrohr (ca. 1,2m Länge) montiert, die auch die Druck- und Zugkräfte des Antriebes aufnehmen soll. Das Antriebs-Wellen-Rohr soll dann eventuell mittels Exenter-Schnellverschluss (wie beim Fahrradsattel) für den Transport oder am Boot auf dem Wasser schnell zu demontieren sein. Hiermit verkürzt sich nebenbei das Packmaß von 1,5m auf 1,2m um immerhin 30cm und halbiert das Transportgewicht in 1 x 3,5 und 1 x 4kg.

Fazit / Pro & Contra traditionelle & historische Seitenborder:
Zwar ist bei einem Tümmler eine maximale Geschwindigkeit von 20km/h angegeben - wenn die nicht erlangt werden ist es halb so schlimm - 10 bis 15km/h reichen mir vollkommen aus und stellen eine Reichweite von bis zu 50/60km am Tag in Aussicht. Ein Benzinverbrauch beim Tümmler von bis zu 1,3 l/h je nach Belastung ist auch nicht gerade wenig, Öl mischen muss man auch noch und z.B. Bio-Aspen-Benzin gibt es nur 1:50 und das verträgt der Oldie nicht. Selbst bei einem Binzinverbrauch des GX35 von 0,5l/h erreiche ich eine Fahrleistung mit zusätzlichen 3L-Reservekanister rein rechnerisch von 6 1/2 Stunden.
Nebenbei mal eine kurze theoretische Berechnung der Rumpfgeschwindigkeit bei idealer Getriebe- und Propellerwahl:
Wasserlinie (m) X Motorleistung (PS) durch Verdrängung (Gewicht t) | daraus die Wurzel ziehen = Knoten X 1,852 = Km/h.
Also 4,5m mal 1,6PS durch 0,2t ergibt 36,0 und daraus die Wurzel = 6,0 Knoten mal 1,852 = 11,1 km/h)
Die originale Formel hierfür ist eigentlich: v (km/h) = Faktor 4,5 x Quadratwurzel aus Wasserlinienlänge.
Also beim Kolibri; Quadratwurzel aus 4,5m Länge mal Faktor 4,5 = 9,55km/h.
D.h. aber auch, dass z.B. ein RZ 85 mit 5,5m Länge sogar eine theoretische Geschwindigkeit von 12,3km/h erreicht, weil er länger ist.
Weil aber Faltboote auch an der Wasserlinie ein Längen- /Seitenverhältnis von ca. 8 haben, ist theoretisch auch eine höhere Endgeschwindigkeit als die oben berechnete zu erwarten.
Wenn man weiterrechnet, hat der Tümmler ein Gewicht (mit Benzin) von ca. 14kg + die 3kg Zubehör (Halterung usw.) - Gesamtgewicht ca. 17kg - das wird mit dem GX-35-Motor um satte 10kg unterboten und ist in einem Faltboot (wenn man paddeln muss) ein ernstzunehmender Faktor. Selbst mit einem 3l -Reservekanister im Boot, ergeben sich im Endeffekt nur 10kg Gesamtmasse. Auch ein original BF 2,3 Honda-4-takt-Außenborder "Four Stroke" mit 2,3PS wiegt ohne Treibstoff 13kg - hinzu kommt dann noch die Halterung, ein Reservekanister und das ist, wenn man auch noch den Anschaffungspreis 879,-€ hinzuzieht, für mich nicht wirklich die Lösung.
Da ältere Seitenborder wie der "NIXE" Baujahr 1958 mit 1,25 PS z.B. an der Abtriebswelle nur eine max. Propellerdrehzahl von 1400 U/min aufweisen, bin ich zu dem Entschluss gekommen, das oben benannte Pocket-Bike-Getriebe mit einer Untersetzung von 4,5 : 1 zu verwenden. Dieses hat den Vorteil, dass der Motor immer sein maximales Drehmoment / Leistung auf die Schiffschraube abgeben kann, ohne groß an Drehzahl zu verlieren.
Moderne neue Elektro-Außenborder wie z.B. von Torqeedo (Gewicht 13,3Kg) besitzen eine Propellerdrehzahl von 700 bis max. 1200 U/min bei einer Leistung von 1,5 bis 3PS und einen Propeller 12“ x 10“ (Ø 292mm x 254mm Steigung) mit optimierten Pitch (Variable-Pitch-Variable-Camber). Diese sind auf geringe Drehzahlen optimiert und haben schon riesige Abmessungen, wenn man die doch kleinen (Ø 170mm x 130mm Steigung) Tümmler-Schrauben zum Verhältnis nimmt.
Ich möcht mit geringen Drehzahlen einen geeigneten Schub erreichen und so werde ich wohl auch einen Propeller in dieser Kathegorie wählen müssen.

4. Drehrichtung:
Da das Getriebe die Drehrichtung einmal umkehrt und der Motor "linksdrehend" ist, benötige ich für mein Projekt logischerweise einen rechtsdrehenden Propeller (Schiffsschraube). Interessant ist hier der originale Torqeedo-v9/p790-Propeller, er ist mit Nuten ausgestattet, die in eine 80mm Ø Wellenkupplung greifen und die mittels Federscheiben aufgelastet wird. Bei Grundberührung bleibt der Propeller einfach stehen und wird nicht gleich zerstört wie bei einem Motor mit Schiffsschraube und Scherstift. Diese gute Idee werde ich aufgreifen und an meinem Seitenborderprojekt wohl mit umsetzen.

Warum nicht gleich den benannten Elektro-Außenborder?
Ganz einfach - wenn ich mir die Fahrleistungen eines hochmodernen E-Außenborders anschaue, kommen mir echt Zweifel. Einer der weltweit besten E-Modelle ist der "Torqeedo Travel 1003" mit 520 Wh Li-Ion-Akku. 
Hier mal ein paar Eckdaten des Herstellers für Boote bis 1,5t:

• Langsame Fahrt (3,7km/h) - Reichweite 37km - Laufzeit 10,5 Std.
• Halbgas (5,5km/h) - Reichweite 12km - Laufzeit 3,5 Std.
• Vollgas (9,2km/h) - Reichweite 5km - Laufzeit 35 Min.

Die Endgeschwindigkeit bei Vollgas mit über 9km/h ist auf jeden Fall akzeptabel und würde bei einem Faltboot sicher noch höher liegen, aber die Laufzeit von 35 Minuten widerspricht meinen Vorstellungen. Auch das Gewicht (mit Akku) von über 13kg erscheint mir schon zu hoch. Selbst das kleinere Modell, der Travel 503 ist nicht erheblich leichter und besitzt ähnliche Fahrleistungen wie der 1003-er mit einer noch geringeren Endgeschwindigkeit von 7,4km/h.
Schade dass es noch keine ökologischen Alternativen in Bezug der Fahrleistung zu den Elektroaußenbordern gibt, aber der 4-takt GX35 ist schon - glaube ich - ein sehr umweltfreundliches Gerät mit ausreichender Leistung für mein Faltboot. Dass es da Beschränkungen in manchen Gewässern gibt, denn ich habe nicht vor für meinen Eigenbau eine Gewässerzulassung zu beantragen, werde ich wohl in Kauf nehmen müssen und es wird in diesen Bereichen halt wieder gepaddelt

Fortsetzung folgt - weiterlesen auf Honda GX35 Änderungen!